Debido a las características técnicas de los motores de flujo axial —como su estructura compacta, plana y ultradelgada, su reducido tamaño, su peso ligero y su alta densidad de potencia—, muchos desarrolladores se han esforzado por mejorar esta tecnología durante la última década, con el fin de adaptarla gradualmente a nuevos escenarios de aplicación, como las motocicletas eléctricas, los vehículos de transporte de aeropuertos, los camiones de mercancías, los vehículos eléctricos e incluso los aviones eléctricos.
El diseño de un nuevo motor de flujo axial suele mejorar la densidad de par en más de 30% en comparación con el diseño de un motor de flujo radial tradicional.
Los principales temas de investigación actuales (es decir, las tendencias técnicas) para este tipo de motor en el ámbito de los vehículos eléctricos son la mejora de la eficiencia, la reducción de costes, la integración de sistemas y la mejora de los niveles de ruido, vibraciones y dureza (NVH).
La innovación de la tecnología de los motores de flujo axial radica principalmente en el diseño estructural y ha superado, en esencia, las principales barreras tecnológicas en materia de gestión térmica, materiales avanzados y procesos de producción en serie.
Retos a los que se enfrenta la tecnología de flujo axial
Aunque los motores de flujo axial presentan ventajas técnicas, tras años de investigación técnica, la industria ha logrado dominar el principio de funcionamiento de los nuevos motores de flujo axial y, en líneas generales, ha logrado avances decisivos en las tecnologías clave relacionadas con la configuración y el diseño estructural, el diseño del rendimiento electromagnético, el diseño del rendimiento térmico, la calibración y el desarrollo de estrategias de control.
La aplicación generalizada tardará algún tiempo en poder llevarse a cabo a gran escala, y es necesario superar una serie de retos técnicos relacionados con el diseño y la producción.
1. Equipos de fabricación poco avanzados
Debido a la falta de investigación acumulada, el sector tiene un conocimiento limitado de los métodos de fabricación de los motores de flujo axial, los equipos de fabricación no son fáciles de conseguir y la cadena de suministro no está perfectamente desarrollada.
2. Requisitos de alta precisión en la fabricación
Los motores axiales deben mantener un entrehierro uniforme entre el rotor y el estator, ya que la fuerza magnética es mucho mayor que la de los motores de flujo radial.
Teniendo en cuenta que también resulta difícil ajustar el entrehierro durante la fabricación del motor, es necesario controlar con precisión las tolerancias de fabricación de los componentes clave.
3. Dificultades en la gestión térmica y el diseño térmico
El motor de flujo axial presenta una estructura tipo sándwich. El estator intermedio del motor de flujo axial de doble rotor y el rotor intermedio del motor de flujo axial de doble estator tienen dificultades para disipar el calor. Además, debido a las características de alta potencia específica del motor de flujo axial, la capacidad térmica también es muy reducida, lo que provoca problemas de calentamiento extremadamente graves.
Es necesario adoptar nuevos métodos de disipación del calor, como la refrigeración por inmersión en aceite, la refrigeración mixta de aceite y agua, la refrigeración con nitrógeno líquido y la refrigeración con materiales de cambio de fase, así como diseñar estructuras de refrigeración y sellado extremadamente complejas.
4. La complejidad de los materiales y los procesos conlleva unos costes elevados
En el caso de los motores de flujo radial, la industria ha reconocido el coste de los imanes, el acero al silicio, el cobre y las piezas estructurales, así como el coste del proceso de producción en serie.
Sin embargo, el sector carece de conocimientos suficientes sobre los nuevos materiales y procesos utilizados en el nuevo motor de flujo axial. Aunque es posible reducir los costes de inversión en I+D, el bajo grado de madurez de la industrialización, los elevados costes y la gran incertidumbre en cuanto a los mismos constituyen los principales obstáculos para la producción en serie del nuevo motor de flujo axial.
Aplicado a supercoches de gama alta
Por ejemplo, los supercoches suecos Koenigsegg Regera y Hongqi S9 están equipados con tres motores suministrados por YASA MOTORS, de los cuales dos motores YASA 750 están situados en los ejes izquierdo y derecho del tren trasero para accionar directamente las ruedas, mientras que el otro motor, un YA-SA 400, está situado en la parte delantera del motor y conectado al cigüeñal de este para complementar la potencia de salida del motor.
El 22 de julio de 2021, Mercedes-Benz anunció oficialmente su nuevo plan estratégico de electrificación.
Según el plan, Mercedes-Benz lanzará tres nuevas arquitecturas para vehículos totalmente eléctricos en 2025. Mercedes-Benz abarcará todos los turismos medianos y grandes y establecerá un sistema modular escalable como columna vertebral de la futura gama de productos eléctricos. Se tratará de una plataforma específica para vehículos eléctricos de alto rendimiento, que ofrecerá soluciones para los modelos Mercedes-AMG orientados a la tecnología y al rendimiento.
VAN.EA ofrece asistencia para furgonetas eléctricas y vehículos comerciales ligeros.
Al mismo tiempo, Mercedes-Benz anunció la adquisición de YASA, una empresa dedicada a la tecnología de propulsión eléctrica de última generación. YASA pasó a ser una filial al 100 % de Mercedes-Benz y suministrará motores eléctricos para la plataforma totalmente eléctrica de Mercedes-Benz, con el objetivo de redefinir el rendimiento de conducción del futuro mediante motores eléctricos con mayor densidad de potencia y par motor continuo. Sin duda, esto impulsará la investigación sobre la nueva tecnología de motores de flujo axial para propulsiones eléctricas de automóviles a un nuevo nivel.
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