Tecnologías emergentes para autos eléctricos

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Motores de flujo axial, en rueda y de reluctancia conmutada

Conforme IDTechEX, en el año dos mil treinta y dos, la demanda de motores eléctricos por la parte de la industria del vehículo alcanzará más de cien millones de unidades. Emplearán diferentes tecnologías que el día de hoy son aún emergentes como los motores de flujo axial, en rueda o bien de reluctancia conmutada.

Aparte de la batería, que es el componente más costoso de un vehículo eléctrico, y la electrónica de potencia, el motor eléctrico es el tercer componente crítico en su sistema de propulsión. La asesora IDTechEx ha publicado un informe (Electric Motors for Electric Vehicles dos mil veintidos-dos mil treinta y dos) en el que examina el mercado de este componente, valorando y equiparando las tendencias y ofertando un pronóstico de su estado en el año dos mil treinta y dos. Las tecnologías emergentes que en la actualidad aún se están desarrollando van a tener su cuota de mercado en una década.

Conforme la asesora, en dos mil treinta y dos, la industria automovilística requerirá un volumen de motores eléctricos que excederá la cantidad de cien millones de unidades todos los años. Pese a que los motores eléctricos de tracción tienen tras de sí una larga historia que se remonta a la década de mil ochocientos, las tecnologías están aún en plena evolución, con nuevos diseños, mejoras de desempeño y materiales renovadores en su construcción. Tipologías de motores como los de flujo axial o bien la supresión total de los materiales de tierras extrañas de su composición terminarán copando una parte del mercado futuro.

Para valorar el desempeño de un motor eléctrico se emplean diferentes métricas en función de los objetivos que se quieren conseguir. Entre ellas son las de mayor relevancia la densidad de potencia y el par, que son responsables de la activa de conducción. Asimismo influyen el tamaño y el peso de cada unidad, que dejan a los diseñadores ganar espacio para los ocupantes y en las zonas de carga, acrecentando el confort de viajar.

Otra de las áreas críticas de los motores eléctricos es su eficacia. Mejorarla significa un menor consumo de la energía guardada en las baterías, lo que se traduce de manera directa en un aumento de la autonomía, así sea por permitir incorporar baterías menos grandes o bien por un mejor aprovechamiento de su capacidad energética.

El mercado de los automóviles eléctricos ha adoptado diferentes soluciones para cada caso, en función de las necesidades requeridas. Habitualmente, es posible emplear una combinación de opciones para brindar la mejor solución general para cada vehículo. Cada una de las tecnologías tiene sus ventajas y sus inconvenientes en concepto de desempeño y de costo de materiales y su suministro.

Hoy día los fabricantes emplean diferentes tecnologías que se distinguen por la forma de producir el campo imantado en el rotor desde el generado en el estátor. Los más frecuentes son los motores de corriente alterna síncronos que pueden ser de imanes permanentes de neodimio o bien de excitación externa (electroimán), mas asimismo pueden ser motores asíncronos, asimismo conocidos como motores de jaula de ardilla.

Motores eléctricos de flujo axial

Entre las tecnologías que están tomando estrellato están los motores conocidos como de flujo axial (AFT) en los que el devanado inductor crea un campo imantado paralelo al eje de giro del rotor. En contraste a los motores de flujo radial, que son los que se emplean frecuentemente en el mercado, el motor AFT da un diseño más sólido, lo que se traduce en un peso total más bajo. Además de esto ofrecen una mayor densidad de potencia y torque y un factor de forma de ideal para la integración en diferentes escenarios.

Pese a que aún pueden considerarse una tecnología usada de forma muy marginal, y su mercado hoy día es pequeñísimo, ha evolucionado hasta despertar un interés significativo en la industria. De esta forma, por poner un ejemplo, en el plan de Mercedes-Benz para transformarse en una marca completamente eléctrica en dos mil treinta “cuando las condiciones del mercado lo permitan” juega un papel fundamental la adquisición por la parte de Daimler de la compañía británica de motores eléctricos de flujo axial YASA. Por su lado, Renault se ha asociado con WHYLOT para utilizar estos motores en sus híbridos desde dos mil veinticinco.

IDTechEx prevé un enorme incremento en la demanda de motores dotados de esta tecnología a lo largo de los próximos diez años, sobre todo para aplicaciones en automóviles de alto desempeño y ciertas aplicaciones híbridas.

Motores eléctricos en las ruedas

La asesora asimismo pronostica el uso de motores en las ruedas en ciertas aplicaciones prometedoras. Esta clase de motores suprime una gran parte de los componentes del tren de potencia, que en general ocuparían espacio en la cabina del vehículo, dejando que su diseño sea prácticamente libre. Además de esto ofrecen otros beneficios como un mayor par de torsión en las ruedas y mayores posibilidades de vectorización. Una tecnología que puede tener un esencial recorrido en automóviles todoterreno que precisan repartir la tracción entre las ruedas dependiendo de la complejidad del terreno que atraviesan.

Entre las compañías que emplean esta tecnología, Rivian es una de las que más atención está atrayendo. Sus 2 todoterrenos eléctricos, el R1T y el R1S montan 4 motores eléctricos dentro de cada rueda, cada uno de ellos de ellos con su caja de cambios de una sola velocidad. Otros fabricantes emergentes que asimismo han optado por esta tecnología son Lordstown, que anunció el empleo de los motores en rueda de Elaphe para sus pick-ups eléctricas y Protean que provee motores en las ruedas a diferentes lanzaderas autónomas. Por su lado, la israelí REE ofrece una plataforma con 4 unidades de esquina que integran todos y cada uno de 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, mas están reapareciendo en determinados segmentos con mejoras en su diseño y control electrónico. Advanced Electric Machines (AEM) ha desarrollado 2 máquinas de reluctancia conmutadas considerablemente más fáciles de fabricar que otros motores eléctricos que prescinden de las tierras extrañas y que asimismo están incorporando bobinados de aluminio para eludir el empleo de cobre.

En contraste a los motores eléctricos estándar, AEM ha creado 2 motores eléctricos exentos plenamente de imanes formados por tierras extrañas como el neodimio o bien el disprosio. Para logar quitarlos absolutamente, AEM emplea la tecnología de la reluctancia conmutada (SRM) en los que el rotor es de material electromagnético mas no es un imán permanente. La reluctancia es la resistencia de un material al paso de un flujo imantado cuando es influido por un campo imantado. En contraste a los motores comunes que precisan excitación externa para crear los campos imantados, la energía se manda a los devanados del estátor en vez de a los del rotor. Esto facilita enormemente el diseño mecánico puesto que la energía no debe entregarse a una parte móvil, mas complica el diseño eléctrico puesto que es preciso usar algún género de sistema de conmutación para dar energía a los diferentes devanados.

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