Como escolher entre motores de íman permanente de superfície e motores de íman permanente interno?

30 de junho de 2026

Um veículo elétrico consegue manter um binário elevado a baixas velocidades graças à disposição dos ímanes no rotor. A tecnologia fundamental subjacente aos veículos elétricos modernos e aos sistemas de acionamento industriais de alto desempenho é o motor de ímanes permanentes internos (IPM).

Na era dos veículos movidos a energias renováveis, a tecnologia IPM está a suscitar cada vez mais interesse por parte dos engenheiros de conceção de motores e dos especialistas em aquisição de sistemas de propulsão para veículos elétricos. O princípio de funcionamento do IPM e a principal diferença em relação ao motor de íman permanente de montagem superficial (SPM) serão explicados a seguir.

A escolha entre IPM e SPM é uma das decisões mais importantes na conceção de veículos elétricos, uma vez que a diferença na posição dos ímanes determina o binário de saída do motor, a curva de eficiência e a fiabilidade a altas velocidades.

Os fundamentos dos motores de íman permanente: o papel do íman de terras raras

O motor de íman permanente (PM), enquanto tipo de motor de corrente alternada, gera um campo magnético através de ímanes incorporados ou montados na superfície do rotor. No que diz respeito aos veículos elétricos, o motor síncrono de íman permanente (PMSM) é amplamente utilizado devido à sua elevada densidade de binário e eficiência, o que o torna um dos tipos mais comuns de motores de acionamento.

Os motores estão geralmente equipados com um íman de neodímio (Nd-Fe-B), que é designado na indústria como íman superpotente. Um íman de neodímio é capaz de proporcionar um rendimento magnético significativo mesmo com um tamanho reduzido, uma vez que o campo magnético se concentra com uma elevada intensidade de campo magnético por unidade de área.

Devido à elevada eficiência e à elevada densidade de fluxo magnético, a utilização de ímanes permanentes permite reduzir o tamanho do motor para apenas um terço do dos modelos tradicionais, mantendo o mesmo nível de desempenho. Isto permite que os veículos elétricos sejam concebidos com um design leve e reduz o consumo energético global do veículo graças à elevada eficiência. Além disso, a vida útil magnética dos ímanes de terras raras pode atingir aproximadamente 400 anos, o que garante que o motor funcione com um desempenho estável ao longo de toda a sua vida útil.

Para além do íman de neodímio, o íman de samário-cobalto (SmCo) também será utilizado em algumas aplicações a altas temperaturas. A força magnética é ligeiramente inferior à do neodímio, mas é adequado para aplicações com temperaturas de funcionamento que frequentemente excedem os 150 °C, devido à sua resistência a altas temperaturas. Uma vez que a temperatura varia no ambiente de funcionamento dos motores de propulsão dos veículos elétricos, a força magnética e o desempenho térmico devem ser tidos em conta na seleção dos ímanes.

IPM e SPM: determinados pela posição do íman

Existem dois tipos de motores de ímanes permanentes: o IPM e o SPM. Ambos geram fluxo magnético através de ímanes permanentes, mas a localização dos ímanes é diferente. No IPM, os ímanes estão incorporados no interior do rotor, enquanto no SPM os ímanes são montados diretamente na superfície do rotor. Esta diferença estrutural altera as características de desempenho, as estratégias de controlo e o campo de aplicação dos dois tipos de motor, o que constitui uma das classificações mais distintivas na conceção de motores elétricos.

A estrutura do rotor é relativamente simples nos motores SPM do ponto de vista da fabricação. O íman é incorporado diretamente na superfície exterior do rotor, com mangas de fibra de carbono ou de aço inoxidável para proteção em alguns modelos, o que pode impedir o desprendimento do íman devido à força centrífuga durante a rotação a alta velocidade. O processo de fabricação do rotor dos motores IPM é mais complexo. É necessária a maquinagem de ranhuras para os ímanes no interior do núcleo, uma vez que o desempenho do motor pode ser afetado pela disposição e pela precisão angular dos ímanes incorporados, o que constitui uma das razões para o elevado custo de fabrico.

As formas dos dois modelos de ímanes também são diferentes. O SPM utiliza principalmente ímanes em forma de anel ou arco, enquanto no IPM são utilizados ímanes retangulares ou cubóides com ranhuras maquinadas. Além disso, existem estudos que demonstram que o IPM requer apenas 66,71 TP3T do material magnético utilizado no SPM, o que proporciona uma vantagem em termos de custos num contexto de aumento do preço das terras raras.

A transformação trazida pelos veículos híbridos e elétricos

O desempenho a alta velocidade é a maior vantagem do IPM, o que é importante no domínio das aplicações automóveis. Por outro lado, a curva potência-velocidade do SPM tem uma forma hiperbólica, o que significa que aumenta progressivamente até atingir um patamar de potência constante num intervalo de velocidade estreito, diminuindo posteriormente. O SPM era anteriormente dominante no mercado dos motores de íman permanente, mas a situação alterou-se recentemente. A procura pelo IPM tem vindo a aumentar devido ao crescimento dos veículos híbridos e elétricos. O motor IPM é capaz de manter uma potência de saída constante numa ampla gama de velocidades, sendo, por isso, adequado para aplicações como motores de tração e motores auxiliares.

A vantagem de um motor IPM é mais evidente nas aplicações em veículos, uma vez que proporciona um melhor controlo do estado de magnetização do circuito magnético, o que se traduz numa gama mais ampla e numa produção de binário consistente. Assim, ao alterar a corrente, é possível controlar o desempenho operacional dos motores elétricos, o que constitui uma tecnologia essencial nos modernos sistemas de propulsão dos veículos elétricos.

Prevê-se que a procura de IPM no mercado aumente ao longo da próxima década, acompanhando o aumento da taxa de adoção global de veículos elétricos. Quase todas as plataformas de veículos elétricos de próxima geração das principais marcas automóveis utilizam o IPM como motor de tração principal, e espera-se que esta tendência reforce a posição dominante do IPM no setor dos motores de tração.

Propriedades estruturais do SPM

Os ímanes estão montados na superfície do rotor, onde a resistência mecânica é relativamente baixa. Esta estrutura limita a velocidade mecânica máxima de funcionamento seguro do motor. Além disso, o valor da indutância medido na extremidade do rotor é constante, independentemente da posição do rotor, o que faz com que a geração de binário pelo SPM dependa principalmente do mecanismo único do binário magnético.

Apesar destas limitações de desempenho, o SPM tem sido amplamente utilizado em aplicações que não exigem grande resistência mecânica, tais como eletrodomésticos e bombas de água de baixa velocidade, uma vez que o seu fabrico é simples e os custos são mais baixos.

Vantagens estruturais da IPM

A estrutura do IPM, que integra os ímanes no interior do rotor, proporciona um melhor desempenho mecânico, sendo, por isso, adequada para aplicações de alta velocidade. Estes motores apresentam uma relação de indutância Lq/Ld relativamente elevada, o que constitui um indicador fundamental para medir a diferença de relutância magnética ao longo dos diferentes eixos do rotor.

O IPM consegue gerar binário através dos mecanismos de binário magnético e de binário por relutância, graças à sua estrutura, o que permite a adaptação às diferentes necessidades dos veículos elétricos. Assim, é possível manter um binário ideal, desde a condução a baixas velocidades na cidade até às altas velocidades na autoestrada.

A estratégia de controlo de binário máximo por ampere (MTPA) é normalmente adotada para tirar pleno partido das vantagens do binário duplo do IPM. Tanto a fonte de binário magnético como a de binário de relutância devem ser mantidas em equilíbrio através do ajuste dinâmico do vetor de corrente, de modo a obter uma eficiência de saída ótima. Por conseguinte, os algoritmos de controlo para o IPM, que exigem sensores mais precisos e maior capacidade de computação, são mais complexos do que os do SPM.

Orientação futura do IPM e do SPM

O IPM é a opção preferida para aplicações de alta velocidade, como os motores de tração, uma vez que consegue proporcionar um binário de saída comparável com menos material magnético. Para além do binário magnético, o binário de relutância também é utilizado no IPM para gerar um binário de saída elevado. A tecnologia de controlo vetorial também é aplicada no IPM para se adaptar às diferentes variações na procura durante o funcionamento de motores de alta velocidade.

Na comparação das curvas de eficiência, o SPM consegue atingir uma elevada eficiência a velocidades baixas e estáveis, devido ao design simples do circuito magnético, enquanto o IPM consegue manter uma elevada eficiência numa gama de velocidades mais ampla. Por conseguinte, a eficiência do IPM é superior a velocidades elevadas. É possível manter uma elevada eficiência numa ampla gama de velocidades no IPM através do ajuste do estado de magnetização do circuito magnético. Os ímanes estão encapsulados no interior do rotor e não se soltam devido à força centrífuga. Por conseguinte, a fiabilidade mecânica é melhorada devido à elevada durabilidade da estrutura global do rotor. O IPM permite poupar cerca de 30% no consumo de energia em comparação com os projetos tradicionais com a mesma potência de saída, o que constitui uma vantagem atrativa para a indústria dos veículos elétricos, que se centra na autonomia e na eficiência energética.

A utilização da tecnologia de enfraquecimento de campo do IPM a altas velocidades permite enfraquecer o campo magnético efetivo do rotor após ultrapassar a velocidade de base, o que permite ao motor manter uma potência de saída constante numa ampla gama de velocidades. Consequentemente, é possível manter a elevada eficiência dos veículos elétricos, quer em subidas a baixa velocidade, quer em condução a alta velocidade, e é por isso que o IPM é popular no setor dos veículos de energia nova.

Como escolher?

Para aplicações que não exijam uma ampla gama de velocidades, ou em que o orçamento seja uma consideração primordial, deve optar-se pelo SPM devido à sua estrutura simples e ao seu custo mais baixo.

Se for necessária uma elevada eficiência numa ampla gama de velocidades, especialmente para aplicações que envolvam funcionamento a alta velocidade e elevadas exigências de binário, tais como motores de tração para veículos elétricos ou aplicações de novas fontes de energia, deve considerar-se a tecnologia IPM devido ao seu desempenho a alta velocidade, maior densidade de binário e melhor fiabilidade mecânica.

No IPM, é assegurado um certo grau de dissipação de calor graças à estrutura de encapsulamento do núcleo, que mantém o íman a temperaturas mais baixas e evita a degradação do desempenho magnético causada por temperaturas elevadas. Em contrapartida, a dissipação de calor nos SPM é insuficiente devido à exposição direta dos ímanes. É também por isso que os IPM são preferidos para aplicações de elevada densidade de potência.

Em conclusão, para aplicações com requisitos reduzidos em termos de gama de velocidades e consistência do binário, tais como eletrodomésticos e bombas de água de baixa velocidade, o SPM é a opção preferida devido à sua vantagem em termos de custo. No caso de motores de tração ou sistemas de acionamento industriais que operam numa ampla gama de velocidades, embora o custo inicial da utilização do IPM seja elevado, este pode ser compensado através de ganhos de eficiência a longo prazo e da redução do consumo de materiais magnéticos.

Antes de tomar a decisão, recomenda-se contactar o fornecedor do material magnético para discutir as necessidades operacionais, tais como a velocidade pretendida e os limites orçamentais. Isso permite garantir que seja escolhida a opção mais adequada, evitando futuras alterações de projeto decorrentes de incompatibilidades nas especificações.