Motore a induzione (asincrono)

Il motore a induzione, detto anche motore asincrono, è una macchina elettrica in cui il campo magnetico rotante degli avvolgimenti fissi induce correnti elettriche nel rotore, e queste correnti a loro volta generano il magnetismo del rotore stesso. Esiste perché offre un modo straordinariamente semplice e robusto di convertire l'energia elettrica in moto rotatorio senza alcun magnete permanente, spazzola o metallo delle terre rare. Dimostrato per la prima volta da Nikola Tesla e Galileo Ferraris negli anni Ottanta dell'Ottocento, divenne il cavallo di battaglia dell'industria, e tornò alla ribalta nelle autovetture quando Tesla lo scelse per la prima Model S.

Il principio si fonda sull'induzione elettromagnetica. La corrente alternata trifase inviata agli avvolgimenti dello statore produce un campo magnetico che ruota attorno al motore a una velocità dettata dalla frequenza di alimentazione. Il rotore, in genere una 'gabbia di scoiattolo' di barre di alluminio o rame cortocircuitate alle due estremità, si trova all'interno di questo campo. Poiché il rotore gira leggermente più lentamente del campo, le linee di flusso tagliano le barre e vi inducono correnti; queste correnti indotte generano un proprio campo, che il campo dello statore trascina con sé. Tale differenza di velocità tra campo e rotore è detta scorrimento, ed è essenziale: senza scorrimento non vi sarebbe corrente indotta né coppia.

Per chi guida e per la vettura, l'attrattiva del motore a induzione sta nella robustezza e nel costo. Privo di magneti da smagnetizzare e con un rotore che è poco più di un getto di fusione, sopporta bene calore e regimi elevati ed è economico da costruire a partire da materiali abbondanti. Un ulteriore vantaggio pratico è che, quando l'inverter cessa di alimentare lo statore, il rotore non conserva alcun magnetismo proprio e quindi non oppone quasi alcuna resistenza. Il motore può girare a ruota libera senza impedimenti, evitando le perdite parassite che una macchina a magneti permanenti subisce quando ruota senza alimentazione.

Questa capacità di girare a ruota libera spiega perché i motori a induzione compaiano spesso sull'assale anteriore delle auto elettriche a doppio motore e trazione integrale. La vettura viaggia con il più efficiente motore a magneti permanenti al posteriore e ricorre al motore a induzione solo per maggiore trazione o accelerazione, lasciandolo ruotare con perdite trascurabili per il resto del tempo. Le varianti si differenziano soprattutto per il materiale del rotore e il progetto degli avvolgimenti, con le versioni a rotore in rame che sacrificano un po' di costo in cambio di una migliore efficienza.

L'inconveniente principale è l'efficienza ai carichi leggeri e costanti. Mantenere il campo del rotore richiede di indurre correnti in modo continuo, il che produce un riscaldamento resistivo nel rotore, perciò un motore a induzione è in genere di alcuni punti percentuali meno efficiente di un motore a magneti permanenti paragonabile nella guida quotidiana e tranquilla. Può inoltre risultare lievemente più ingombrante e pesante a parità di potenza erogata. Il suo comportamento è governato interamente dall'inverter, che modella frequenza e ampiezza della corrente fornita, perciò i due componenti vanno considerati insieme come un unico sistema di trazione e non isolatamente.