Los esfuerzos de los fabricantes para mejorar los coches eléctricos parecen centrarse sobre todo en las baterías, en mejorar su densidad energética así como sus tiempos de carga. Pero no es el único frente abierto, los motores eléctricos también juegan un papel importante.
Los motores de flujo axial parecen ser la vía a seguir para los fabricantes, ya que su uso tiene repercusiones positivas en todo el diseño del coche y de las baterías.
Los motores de flujo radial y axial se diferencian por el sentido de desplazamiento del flujo electromagnético. En las máquinas de flujo axial, éste se desplaza paralelo al eje de rotación del motor, mientras que en los motores de flujo radial, el flujo se desplaza perpendicular al eje de rotación.
Simplificando al extremo, el motor axial es como un motor radial pero invertido. En el motor radial, es el rotor que hay dentro de las bobinas el que gira, mientras que en el axial, son los dos discos exteriores que giran alrededor del disco central fijo (stator) con el bobinaje.
¿Qué ventajas ofrece el motor de flujo axial?
La gran diferencia es el menor tamaño y peso del motor de flujo axial para una potencia dada. Como explica el Dr. Tim Woolmer, fundador y director técnico de YASA (principal fabricante de motores de flujo axial y desde hace poco propiedad de Mercedes-Benz), en este vídeo, el ahorro de peso y tamaño tiene un efecto cascada en la eficiencia de los coches eléctricos.
Los coches eléctricos padecen de sobrepeso, tanto que pueden llegar a ser hasta peligrosos, consideran en EE.UU., y en Europa se plantea un impuesto sobre el peso. Ciertamente, los motores eléctricos no son el elemento más pesado de un coche eléctrico, es la batería. Un pack de 80 kWh puede llegar a pesar cerca de 500 kg. Sin embargo, si se reduce el peso del motor, se podrá reducir el peso del resto de componentes del mismo modo, desde la batería hasta el chasis o el sistema de refrigeración.
Un motor de flujo axial de 400 Nm tiene aproximadamente el mismo diámetro y ocupa una sexta parte de lo ocupa el motor de flujo radial. Es decir, tiene una densidad de par motor seis veces superior a la del radial. O lo que es lo mismo, un motor de flujo axial de similar tamaño entregaría seis veces más par motor. Un motor axial de YASA entrega así 800 Nm y casi 500 CV de potencia, pero pesando sólo 25 kg.
Todo esto permite reducir el peso y el precio. Si el motor pesa menos, se usan menos materiales (en un motor de flujo radial de 50 kg hay entre 25 y 30 kg de hierro, por ejemplo) y se usan menos materiales para la fabricación, se gasta menos energía en su producción, reduciendo así la huella carbono del proceso.
Por otra parte, YASA asegura que sus motores son entre un 5%y un 10% más eficientes que un equivalente de flujo radial. Así, para conservar la misma autonomía que en un modelo equivalente se podría reducir el tamaño de la batería en la misma proporción.
Y al mismo tiempo, se podría reducir el peso de otros sistemas, como el de refrigeración o los frenos, que ya no tienen que ser tan grandes, porque el motor es más ligero, la batería más ligera, el chasis más ligero, etc.
Así, al final, calcula YASA, se podrían ahorrar hasta 200 kg en un coche eléctrico. Lo cual se traduciría en un menor consumo y una mayor autonomía.
¿ Porqué no se han fabricado motores de flujo axial hasta ahora?
Si bien el concepto del motor de flujo axial se conoce desde el siglo XIX, la dificultad de industrializar este tipo de motores, frente a la relativa facilidad de fabricar un motor de flujo radial, es lo que impidió su llegada al mercado hasta ahora.
Además, el diámetro de un motor de flujo axial suele ser mucho más grande que el de flujo radial, pero en este caso YASA ha logrado reducir el diámetro. Y lo ha hecho vía un proceso único en el que el stator (el "disco central", en este caso) no es un bloque único sino que está dividido en subelementos más pequeños, lo que reduce su peso en un 80%. Esto ha permitido disponer de un blindaje considerablemente más ligero.
Por otra parte, la refrigeración de un motor de flujo axial es esencial y ha sido un impedimento hasta ahora. Las bobinas en su interior tienden a calentarse, ofreciendo así más resistencia al giro lo que acaba reduciendo la potencia. Se ha podido solucionar con una refrigeración líquida, por aceite.
Para lograr eludir esos inconvenientes, YASA ha optado por empezar a producir para muy pequeñas series. Primero para prototipos, que corrieron en Pikes Peak, por ejemplo. Luego en modelos de muy pequeña difusión, como el Koenigsegg Regera o el McLaren P1, para ahora subir el ritmo y equipar el Ferrari SF90 y el McLaren Artura.
Y aunque ahora YASA sea propiedad de Mercedes-Benz, el fabricante alemán deja libertad a YASA para fabricar motores para otras marcas, aunque su prioridad ahora es servir a los futuros Mercedes-AMG.
Font, article de Daniel Murias per a "Motorpasion"
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