Híbridos y Eléctricos

INFORME DE IDTECHEX

Motores de flujo axial, en rueda y de reluctancia conmutada: tecnologías emergentes para coches eléctricos

Según IDTechEX, en el año 2032, la demanda de motores eléctricos por parte de la industria del automóvil alcanzará más de 100 millones de unidades. Emplearán diferentes tecnologías que hoy son todavía emergentes como los motores de flujo axial, en rueda o de reluctancia conmutada.

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DTechEx analiza los parámetros clave de las tecnologías emergentes que emplearán los motores de los futuros coches eléctricos.

Además de la batería, que es el componente más costoso de un coche eléctrico, y la electrónica de potencia, el motor eléctrico es el tercer componente crítico en su sistema de propulsión. La consultora IDTechEx ha publicado un informe (Electric Motors for Electric Vehicles 2022-2032) en el que analiza el mercado de este componente, evaluando y comparando las tendencias y ofreciendo un pronóstico de su estado en el año 2032. Las tecnologías emergentes que hoy en día todavía se están desarrollando tendrán su cuota de mercado dentro de una década.

Según la consultora, en 2032, la industria automovilística requerirá un volumen de motores eléctricos que sobrepasará la cantidad de 100 millones de unidades cada año. A pesar de que los motores eléctricos de tracción tienen tras de sí una larga historia que se remonta a la década de 1800, las tecnologías están todavía en plena evolución, con nuevos diseños, mejoras de rendimiento y materiales innovadores en su construcción. Tipologías de motores como los de flujo axial o la eliminación total de los materiales de tierras raras de su composición acabarán copando parte del mercado futuro.

Para evaluar el rendimiento de un motor eléctrico se utilizan diferentes métricas en función de los objetivos que se quieren lograr. Entre ellas son las de mayor importancia la densidad de potencia y el par, que son responsables de la dinámica de conducción. También influyen el tamaño y el peso de cada unidad, que permiten a los diseñadores ganar espacio para los ocupantes y en las zonas de carga, incrementando el confort de viajar.

Otra de las áreas críticas de los motores eléctricos es su eficiencia. Mejorarla significa un menor consumo de la energía almacenada en las baterías, lo que se traduce directamente en un incremento de la autonomía, ya sea por permitir implementar baterías menos voluminosas o por un mejor aprovechamiento de su capacidad energética.

El mercado de los vehículos eléctricos ha adoptado diferentes soluciones para cada caso, en función de las necesidades requeridas. En muchos casos, es posible utilizar una combinación de opciones para brindar la mejor solución general para cada vehículo. Cada una de las tecnologías tiene sus pros y sus contras en términos de rendimiento y de coste de materiales y su suministro.

Hoy en día los fabricantes emplean diferentes tecnologías que se diferencian por la manera de generar el campo magnético en el rotor a partir del generado en el estator. Los más habituales son los motores de corriente alterna síncronos que pueden ser de imanes permanentes de neodimio o de excitación externa (electroimán), pero también pueden ser motores asíncronos, también conocidos como motores de jaula de ardilla.

Motores eléctricos de flujo axial

Entre las tecnologías que están tomando protagonismo están los motores conocidos como de flujo axial (AFT) en los que el devanado inductor crea un campo magnético paralelo al eje de giro del rotor. A diferencia de los motores de flujo radial, que son los que se emplean habitualmente en el mercado, el motor AFT proporciona un diseño más compacto, lo que se traduce en un peso total más bajo. Además ofrecen una mayor densidad de potencia y torque y un factor de forma de ideal para la integración en diferentes escenarios.

A pesar de que todavía pueden considerarse una tecnología utilizada de forma muy marginal, y su mercado hoy en día es muy pequeño, ha evolucionado hasta despertar un interés significativo en la industria. Así, por ejemplo, dentro del plan de Mercedes-Benz para convertirse en una marca totalmente eléctrica en 2030 “cuando las condiciones del mercado lo permitan” juega un papel muy importante la adquisición por parte de Daimler de la empresa británica de motores eléctricos de flujo axial YASA. Por su parte, Renault se ha asociado con WHYLOT para usar estos motores en sus híbridos a partir de 2025.

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IDTechEx prevé un gran aumento en la demanda de motores dotados de esta tecnología durante los próximos 10 años, sobre todo para aplicaciones en vehículos de alto rendimiento y ciertas aplicaciones híbridas.

Motores eléctricos en las ruedas

La consultora también predice el empleo de motores en las ruedas en algunas aplicaciones prometedoras. Este tipo de motores elimina gran parte de los componentes del tren de potencia, que normalmente ocuparían espacio dentro de la cabina del vehículo, permitiendo que su diseño sea prácticamente libre. Además ofrecen otros beneficios como un mayor par de torsión en las ruedas y mayores posibilidades de vectorización. Una tecnología que puede tener un importante recorrido en vehículos todoterreno que precisan repartir la tracción entre las ruedas en función de la dificultad del terreno que atraviesan.

Motor en rueda de Lordstown Endurance

Entre las empresas que emplean esta tecnología, Rivian es una de las que más atención está atrayendo. Sus dos todoterrenos eléctricos, el R1T y el R1S montan cuatro motores eléctricos en el interior de cada rueda, cada uno de ellos con su propia caja de cambios de una sola velocidad. Otros fabricantes emergentes que también han optado por esta tecnología son Lordstown, que anunció el uso de los motores en rueda de Elaphe para sus pick-ups eléctricas y Protean que suministra motores en las ruedas a diferentes lanzaderas autónomas. Por su parte, la israelí REE ofrece una plataforma con cuatro unidades de esquina que integran todos los componentes de la transmisión, el tren motriz, la suspensión y la dirección en la propia unidad.

Motores de reluctancia conmutada

Los motores de reluctancia conmutados no son una tecnología nueva, pero están resurgiendo en ciertos segmentos con mejoras en su diseño y control electrónico. Advanced Electric Machines (AEM) ha desarrollado dos máquinas de reluctancia conmutadas mucho más sencillas de fabricar que otros motores eléctricos que prescinden de las tierras raras y que también están implementando bobinados de aluminio para evitar el uso de cobre.

A diferencia de los motores eléctricos estándar, AEM ha creado dos motores eléctricos exentos totalmente de imanes formados por tierras raras como el neodimio o el disprosio. Para logar eliminarlos completamente, AEM emplea la tecnología de la reluctancia conmutada (SRM) en los que el rotor es de material electromagnético pero no es un imán permanente. La reluctancia es la resistencia de un material al paso de un flujo magnético cuando es influenciado por un campo magnético. A diferencia de los motores comunes que precisan excitación externa para crear los campos magnéticos, la energía se envía a los devanados del estator en lugar de a los del rotor. Esto simplifica enormemente el diseño mecánico ya que la energía no tiene que entregarse a una parte móvil, pero complica el diseño eléctrico ya que es necesario utilizar algún tipo de sistema de conmutación para entregar energía a los diferentes devanados.

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