A WEG Participa do Desenvolvimento do Veículo Elétrico Brasileiro

Em Julho/2011, no mesmo ano em que a empresa comemorava 50 anos de existência, a WEG Indústria S/A recebeu por parte do BNDES, a aprovação de financiamento especial no valor de R$ 7,5 milhões, para compor um investimento total de R$ 12 milhões em pesquisa e desenvolvimento de motores elétricos para sistemas de tração de veículos elétricos. O prazo para apresentação das primícias de resultados está prevista para Dezembro/2013.

Unidade fabril 1 da WEG (Jaraguá do Sul)

Obviamente que este não parece ser um montante considerável para a importância de tal propósito e, obviamente que a WEG,  concomitantemente ao projeto de motores, precisará estar desenvolvendo, também, Inversores de Frequência específicos (Inversor Multinível), com Índice de Proteção elevado o bastante para operar em ambiente de extrema agressividade para tais aplicações, compondo um conjunto Inversor-Motor-Redutor adequado. Todavia, ambos os casos, tratam-se de produtos os quais a WEG já possui expertise global correlato suficiente, para chegar ao efetivo exito dessa missão, “com um pé nas costas” pois, ela já é, de fato, uma das potências mundial em ambas as áreas: Motores e Acionamentos.

Ainda assim, os recursos serão liberados por meio da linha Inovação Tecnológica, uma vez que os novos motores deverão trazer efetivos avanços tecnológicos em relação aos que já são existentes. Os motores seguirão duas rotas tecnológicas: a de tração elétrica híbrida (eu suponho que focada no modelo de veículo hibrido em série) e a de tração puramente elétrica.

Unidade fabril 2 da WEG (Jaraguá do Sul)

Empresa de origem genuinamente brasileira, fundada em 1961, nasceu da feliz e harmônica reunião de três homens com um único destino: um eletricista (Werner Ricardo Voigt), um administrador (Eggon João da Silva) e um mecânico (Geraldo Werninghaus),  que  começou em 16 de setembro de 1961, quando os três fundaram a Eletromotores Jaraguá. Anos mais tarde, a empresa viria a ganhar uma nova razão social, a Eletromotores WEG SA, fundada e instalada em Jaraguá do Sul (Santa Catarina), a WEG é reconhecida atualmente como uma das maiores fabricantes de motores elétricos do mundo. Presente atualmente em mais de 100 países nos cinco continentes, a WEG já produziu globalmente bem mais de 100 milhões de motores elétricos, marca atingida quando a empresa comemorou 45 anos em 2006. De lá para cá, contando com cerca de 20 mil colaboradores, se tornou capaz de produzir mais de 10 milhões de motores elétricos anualmente, além de uma vasta gama de dispositivos eletroeletrônicos para automação industrial, bem como sistemas elétricos industriais completos.

Triciclo Pompéo - Tração Elétrica WEG

Também na área de Acionamentos Eletrônicos de Máquinas Elétricas CA (Motores de Corrente Alternada), com Inversores de Frequência, a WEG já vem se firmando e se destacando, desde o início dos anos 90, evoluindo juntamente com o mercado internacional e apresentando atualmente, a produção de uma linha bastante diversificada destes dispositivos, para uma vasta gama de aplicações industriais, incluindo Servoconversores e Inversor de Frequência de Fluxo Vetorial aplicados ao transporte e movimentação de cargas e mobilidade de pessoas.

Carro Elétrico de
Competição com Inversor CFW11

A WEG é associada e fundadora da ABVE – Associação Brasileira de Veículos Elétricos e lançou em 2009, o folheto VE News. No mesmo ano um grupo de engenheiros que trabalha na incubadora de empresas da Usina de Itaipú e também a própria WEG, apresentaram o Triciclo Pompéo, um veículo elétrico brasileiro leve (450 a 600kg), que opera com tração elétrica da WEG.

Em abril de 2012, durante a 8ª Competição Fórmula SAE BRASIL – Petrobras, foi apresentado o primeiro carro elétrico de competição do Brasil que é equipado com motor e inversor WEG, desenvolvido por uma equipe de estudantes de engenharia mecânica e elétrica da FEI, empregando o inversor de frequência CFW11, versão Modular Drive refrigerado à água.

Estação de Carregamento de VE Dual

O financiamento à inovação é contemplado com condições financeiras especiais do Programa BNDES de Sustentação do Investimento (BNDES PSI), de 4% ao ano e, as atividades deverão ser realizadas prioritariamente na sede da empresa em Jaraguá do Sul (SC), o que pode demandar a implementação de um laboratório dedicado, exclusivo para motores e acionamentos de veículos elétricos, mas também poderão ser executadas por parceiros tecnológicos, como consultores, universidades ou institutos de pesquisa nacionais.

Entre os méritos do projeto, está o alto potencial de crescimento do mercado de veículos elétricos, com demanda nacional em nichos específicos e gerais. Entre as tecnologias inovadoras, estão o desenvolvimento de um sistema de tração mais leve, e de um novo sistema de refrigeração que permita a redução de peso e aumento da confiabilidade dos motores.

Por ser uma potência brasileira como fabricante de máquinas elétricas, incluindo motoredutores, já com tradição no segmento de tração elétrica, incluindo trólebus e embarcações, a WEG poderá contribuir grandemente para o desenvolvimento de uma indústria nacional de veículos elétricos. A WEG já possui, no interior das instalações da sua sede em Jaraguá do Sul, uma estação de abastecimento de veículos elétricos dupla, para uso interno no carregamento das baterias da sua frota de veículos.

Um Pouco Sobre Motores para Veículos Elétricos:

O VE puro mais vendido no mundo, atualmente, é o Nissan LEAF e os engenheiros que o projetaram optaram por um motor CA Síncrono de Imãs Permanentes no Rotor (PMAC). Este não é o motor CA mais simples e eu creio que isso poderá vir a ser revisto futuramente pois, não há nada que efetivamente impeça a aplicação do motor CA assíncronos, com rotor do tipo "gaiola de esquilo" - o motor CA mais simples que existe - nos EVs, de um modo eficiente e competitivo.

O motor síncrono de imãs permanentes internos (PMAC) têm peças de magnetos permanentes incorporadas ao corpo do rotor, que é de aço sólido, para criar um campo magnético constante. Essa característica construtiva torna este motor, comparativamente, (consideravelmente) mais caro. Na velocidade síncrona, os pólos formados pelos imãs permanentes do rotor, se intertravam com o campo magnético girante do estator, resultando numa velocidade síncrona, ou seja, uma velocidade que é precisa, não havendo o escorregamento, característico do motor de indução (motor assíncrono) mas, o o motor PMAC tem o "cogging" torque.

O cogging torque dos motores elétricos de Imãs Permanentes (PM) é o torque devido à interação entre os magnetos permanentes do rotor e as ranhuras do estator de motor de PM. Também é conhecido como torque de retenção ou torque de "não corrente". Este torque é dependente da posição, da velocidade e  depende do número de pólos magnéticos formado pelos imãs permanentes na periferia da circunferência do rotor e o número de endentamentos no estator.

O Cogging torque é um componente indesejável para o funcionamento de motores para VEs pois ele resulta em vibração. É especialmente importante em velocidades mais baixas, onde a ondulação da velocidade produz sintoma de solavancos. Se você girar com as mãos o eixo de um motor de PM desenergizado, você poderá sentir o efeito dando a impressão como se ele tivesse, internamente, uma roda dentada mecânica. No entanto, em altas velocidades, os resultados do cogging torque bem como da ondulação de velocidade são consideravelmente filtrados pelo momento de inércia.

Motores CA de PM são, de maneira geral, algo mais eficientes do que os motores de indução. Isto é devido a uma combinação das perdas que ocorrem do rotor (perdas por correntes de Foucault (1)) e da "penalização de excitação", ou seja, da corrente extra que é necessárias para para se produzir o fluxo de magnetização, em um motor de indução de gaiola. Mas esta generalização é fortemente dependente do tamanho do motor.

Além do mais, na prática, pra aplicação em VEs, aparece uma complicação: no motor do Nissan Leaf, por exemplo, foi preciso adotar uma configuração de enrolamentos distribuídos, a fim de reduzir o cogging torque, embora que isso faça com que as perdas no cobre se tornem um pouco maior do que com enrolamentos concentrados.

À medida que se aumenta de porte (a potência) da máquina elétrica (motor), a corrente necessária para produzir uma certa densidade de fluxo aumenta linearmente, mas com isso, a secção transversal do fio condutor de cobre a ser usado no enrolamento do estator aumenta ao quadrado.

Isto significa que em motores de indução de maior porte (tais como os que são necessários aos VEs), comparativamente, pode ocasionar a adição de uma grande quantidade de cobre a mais, por causa da secção transversal maior necessária, resultando num motor comparativamente maior, porém com mais eficácia para remover qualquer calor a partir do estator. Claro que isto aumenta o custo do estator (cobre) em comparação com o fio mais fino que se pode usar num motor PMCA. Mas ainda assim, existe o custo (elevado) do rotor de uma máquina de ímã permanente grande.

Então, é tudo muito questionável e, eu me atrevo a arriscar dizer que, para motores de 100 - 150 CV, tanto o PMCA quanto o motor de indução, podem, ambos, ser igualmente competitivos. Apesar de que alguns  carros elétricos têm utilizado os motores elétricos que dependem de ímãs permanentes. O motor do VE Tesla Roadster não possui imãs, em vez disso, ele utiliza apenas pilhas de placas de metal modelados e os fios condutores que geram campos eletromagnéticos. A empresa escolheu o motor de indução CA porque ele é simples, confiável e eficiente em uma ampla gama de velocidades. Prova prática disso, é que o VE puro esportivo Tesla Roadster, funciona muito bem, com um motor a indução, operado em alta performance.

O motor de indução trifásico do Tesla Roadster é especificado para 375 VCA, pesa atualmente apenas 52 kg (mais leve do que o motor PM do Nissan Leaf que pesa 58 kg). É de 4 polos e opera a uma rotação máxima de 14.000 rpm. Está conectado a uma caixa de velocidades com apenas uma engrenagem com relação de 8,2752 : 1 . Mesmo com seu tamanho e peso reduzidos, é lhe atribuída a capacidade de produzir uma potência máxima líquida de 248 hp (185 kW). O torque máximo é de 270 N·m, e ele pode acelerar de 0 a 100 km/h em um tempo de menos de 4 segundos (mais rápido do que o Porsche 911).

O motor de indução, CA trifásico, que fez história no mundo todo e fez também a riqueza da WEG, sendo, ainda hoje, o carro chefe dos seus produtos, foi patenteado por Nikola Tesla em 1888, que hoje empresta o seu nome para a empresa Tesla Motors de Palo Alto, Califórnia e para o VE (um super VE, verdadeiro bólido, mas que poucos podem pagar) que ela fabrica. O Roadster tem um preço base de US$ 109.000 nos EUA.

O Sistema de Armazenamento de Energia do Tesla Roadster, totalmente carregada, armazena cerca de 53 kW.h de energia elétrica em uma tensão nominal de 375 V e pesa 450 kg. Além do mais ele é dotado do carregador embarcado mais potente dentre todos os VEs puros, de 16 kW (220V, 70A). A Tesla agora, aproveitando a experiência adquirida, está realinhando sua aposta em um modelo que possa ser mais popular, o Tesla Modelo S e, talvez por isso, venha a descontinuar a produção do Roadster mas, ele já se tornou lendário!

NOTAS:

(1) - As correntes de Foucault originam-se em massas metálicas. Sendo estas condutoras, a sua resistência elétrica é muito baixa. Por isso, as correntes que se formam são muito elevadas. São correntes circulares e, dada a natureza do meio em que se formam, são correntes de curto-circuito, pois a resistência é próxima de zero. Estas correntes originam-se, por exemplo, em núcleos ferromagnéticos, como nos transformadores, ou no rotor, como no caso do motor de indução ocasionando perdas de energia. É possível diminuir estas perdas aumentando a resistência dos núcleos ferromagnéticos. Uma das medidas é usar aço silicioso (aço com uma pequena mistura de silício), em que uma pequena quantidade de silício produz um aumento da resistência elétrica ou usar chapas de cristais (grânulos) orientados. Outra medida é, em vez de usar núcleos maciços, construí-los com chapas finas sobrepostas.

Sobre o posante Tesla Roadster, veja o vídeo dos suecos! Mesmo que você não entenda nada (igual a mim) as imagens valem mais que mil palavras, veja este vídeo de um entusiasmado entusiasta (já que o vídeo dos suecos deu fail):

Fontes:

BNDES

Os Inversores de Frequência dos Veículos Elétricos