Por qué los motores de flujo axial son la clave para los vehículos eléctricos
Las pesadas baterías de los vehículos eléctricos los hacen pesados, pero los motores eléctricos tradicionales podrían tener cierta culpabilidad
El peso de los autos eléctricos ha afectado en gran medida la autonomía. Crédito: Shutterstock
Los vehículos eléctricos son pesados, pero ¿has oído que también son rápidos? Los roadsters eléctricos livianos y los autos deportivos simplemente no se venden en este momento, y si bien las baterías pesadas son en gran parte culpables, eso está lejos de ser toda la historia. Podemos resolver muchos de estos problemas antes de que los iones de litio se pongan a dieta.
Cómo funcionan los vehículos eléctricos actuales
Los vehículos eléctricos actuales funcionan casi en su totalidad con máquinas de flujo radial. Son eficientes y relativamente fáciles de producir, pero por la naturaleza de su funcionamiento, deben ser relativamente largos y tener forma de barril para producir suficiente energía para un automóvil.
Por el contrario, los motores de flujo axial pueden ser más pequeños y planos como un disco volador, pero aun así exhibir el mismo potencial. Esto se debe a la forma en que están dispuestos sus imanes. La fuerza magnética (o flujo) en los motores axiales viaja paralela al eje de rotación del motor en lugar de perpendicular o radialmente. Esto significa que pueden adoptar una forma diferente.
El problema ha sido que son mucho más difíciles de construir a escala, lo que ha impedido su adopción generalizada en los vehículos eléctricos. Sin embargo, gracias a los esfuerzos de una empresa, el concepto finalmente parece estar listo para extender sus alas.
El origen del motor de flujo axial
Al igual que con otras tecnologías de vehículos eléctricos, los motores de flujo axial no son exactamente una idea nueva; La idea ya estaba tomando forma de la mano de Michael Faraday a principios del siglo XIX. Sin embargo, se puede agradecer en gran medida a una persona por el renovado interés de la industria automotriz: el Dr. Tim Woolmer.
El Dr. Woolmer ha estado obsesionado con el concepto desde que escribió su tesis de doctorado hace casi 20 años, y su investigación condujo al nacimiento de lo que se conoce como motor de flujo axial sin yugo y con armadura segmentada. Fundó una empresa llamada YASA en 2009 para continuar el desarrollo, firmando varios acuerdos con fabricantes de automóviles para suministrar motores YASA para vehículos eléctricos antes de ser adquirido por Mercedes-Benz en 2021.
Su viaje comenzó con una simple pregunta: “¿Por qué no hay coches eléctricos?” La limitación obvia en la década de 2000 era la tecnología de las baterías, pero hoy en día ese ya no es el principal obstáculo. Para ser realmente eficientes y livianos, los vehículos eléctricos deben reconsiderarse como sistemas completos desde cero, y el Dr. Woolmer ha descubierto una pieza clave del rompecabezas. La tecnología de los motores de flujo axial, en muchos sentidos, es la clave para un coche deportivo eléctrico que quizás quieras comprar.
Importancia del motor de flujo axial
Quizás te preguntes por qué el Dr. Woolmer decidió investigar el diseño de motores eléctricos si las unidades de flujo radial existentes en casi todos los vehículos eléctricos son muy eficientes. Después de todo, dice: “Me hubiera gustado trabajar con baterías, cargadores y cualquier cosa que me pareciera interesante”.
Sin embargo, la idea de “descomposición en masa” es realmente lo que lo impulsó hacia los diseños de flujo axial. Al menos sobre el papel, la nueva configuración prometía una reducción de tamaño del 30% en comparación con un flujo radial de potencia similar, así como un considerable ahorro de peso. Ese porcentaje es mucho más significativo de lo que podría pensar, especialmente en vehículos eléctricos de dos o tres motores. “Si podemos sacar entre 100 y 200 kilogramos, estás empezando a influir realmente en tu vehículo”.
Y no sólo desde la perspectiva del sistema de propulsión, sino también en términos de masa y embalaje en general. Si se puede ahorrar una cantidad considerable de peso y volumen en componentes como un motor, eso significa que todo lo que lo soporta puede ser más liviano y compacto. Como sistema, el coche puede volverse mucho más eficiente. Olvídate de una batería más grande: la batería que tienes podrá llevarte mucho más lejos. Realmente todavía no hemos visto esta práctica llevada a extremos en esta dirección, pero ciertamente hemos visto lo contrario. Por supuesto, estoy hablando del Hummer EV de 9,000 libras.
¿Pero qué diferencia podría hacer esto realmente?
El Dr. Woolmer dice que su empresa tiene “motores de tracción que impulsarán un automóvil de tamaño normal que puede pesar cinco o seis kilogramos”. Imagínate si el motor de tu auto deportivo pesara 13 libras. Llegar allí fue todo un viaje.
El motor de flujo axial es muy bueno conceptualmente, pero es más difícil de producir en masa en comparación con el motor de flujo radial. Además, existen muchas configuraciones de motores de flujo axial, por lo que el Dr. Woolmer tuvo que determinar cuál era mejor para desarrollar a escala.
Aterrizó en la configuración YASA a finales de la década de 2000 después de interesarse en un material llamado compuesto magnético blando, comúnmente conocido como SMC. “En lugar de apilar laminaciones… se puede presionar para darle una forma tridimensional con herramientas bastante simples”. Esto tiene muchas ventajas en términos de construcción y eficiencia del motor, pero “hay una limitación: sólo se pueden fabricar piezas que sean, como máximo, del tamaño de su mano”. Esto se debe a la inmensa presión necesaria para compactar el SMC en una forma sólida.
La limitación finalmente llevó a segmentar el estator, la parte estacionaria del motor que contiene los devanados de cobre. Esto tuvo un efecto cascada en términos de capacidad de fabricación, eficiencia y densidad de par. Entonces no lo sabía, pero simplemente construyó un futuro para la tecnología. Ahora que lo había descubierto (hacía que todo pareciera tan simple) sólo necesitaba encontrar inversionistas para su diseño en 2009, cuando no había vehículos eléctricos para el mercado masivo en las carreteras.
Asimismo, no existían las herramientas para crear estos motores avanzados. “Hemos tenido que diseñar muchas máquinas que fabrican las máquinas”, explicó el Dr. Woolmer, y agregó que YASA fabricó a medida el 70% de las herramientas utilizadas actualmente para construir los motores de la empresa.
Reuniendo creyentes
Como era de esperar, el Dr. Woolmer fue recibido con mucho escepticismo. Dice que las primeras conversaciones con los inversionistas fueron más o menos así: “No hay autos eléctricos. No hay mercado para tu producto. Incluso si hubiera un mercado, e incluso si comenzaras a vender tu tecnología, simplemente perderías dinero, y es va a ser un desastre.”
Esto no desanimó lo suficiente a YASA como para detenerse. Poco después de su fundación, tuvo su primera gran oportunidad al construir motores para el concepto Jaguar C-X75 en 2010. El superdeportivo híbrido-eléctrico propulsado por turbinas poco ortodoxo nunca llegó a producirse, aunque causó sensación en la película de James Bond Spectre de 2015. Luego, suministró motores YASA para el superdeportivo híbrido enchufable Koenigsegg Regera de 2 millones de dólares en 2015, el primer vehículo de producción que presenta su tecnología. Luego vinieron los pedidos de Ferrari y McLaren antes de que Mercedes comprara la compañía, aunque todavía está trabajando con socios externos.
Aun así, en 2023 todavía no habrá vehículos eléctricos de flujo axial de consumo masivo en el mercado
¿Por qué? Bueno, muchos fabricantes de automóviles recién están poniendo a la venta sus primeras ofertas eléctricas, cuyo desarrollo comenzó antes de que el trabajo de YASA estuviera realmente disponible. Además, los motores de flujo axial son excelentes para el empaquetado entre un motor y una transmisión debido a su perfil plano, por lo que los híbridos de alto rendimiento parecían un punto de partida natural para que los fabricantes probaran la tecnología.
La verdadera oportunidad en el espacio puro de los vehículos eléctricos aún no se ha aprovechado, pero el Dr. Woolmer dice que es sólo cuestión de tiempo. Más que cualquier otra persona en la industria automotriz con la que he hablado (de manera oficial) sobre el futuro de los autos entusiastas, él entiende que no se trata sólo de qué tan rápido se puede llegar a 60 millas por hora.
“Ha habido un poco de referencia: todos fabrican un vehículo eléctrico rápido”, dijo. Esto resultó ser bastante fácil de hacer. Podemos ver una serie de máquinas rápidas y pesadas de empresas como Tesla, General Motors y más. Pero ahora “la mentalidad ha cambiado. Todos han reconocido que son rápidos. Ahora el próximo cambio es cómo hacerlos más atractivos, cómo hacerlos más divertidos”.
El objetivo final
Para hacerlo será necesario reducir el peso hasta el ámbito de la cordura y utilizar la energía de manera más eficiente en lugar de simplemente meter más celdas de batería en un automóvil. Eso es exactamente lo que permite la tecnología del motor de flujo axial. “A medida que las baterías mejoran, las arquitecturas se optimizan y el peso de los subcomponentes disminuye, no hay razón por la que no puedan ser más livianos que los autos con motor ICE”, dice el Dr. Woolmer.
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