El motor eléctrico de flujo axial YASA genera más de 1000 HP, ¡pero pesa solo 28 libras!

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A principios de este año, con sede en el Reino Unido POR QUÉ sorprendió al mundo al mostrar un motor eléctrico de flujo axial que pesaba sólo 13,1 kg (29 lb) y tenía una potencia nominal de 550 kW (738 hp), para una densidad de energía de 42 kW por kg. Ahora está de regreso con una versión nueva y mejorada de ese motor que pesa menos (12,7 kg (28 lb)) y es capaz de alcanzar una asombrosa potencia máxima de 750 kW (1018 HP), lo que seguramente es un récord mundial de densidad de energía de 59 kW por kg.

Entonces, ¿qué es un motor de flujo axial? ¿Está relacionado de alguna manera con el mítico condensador de flujo del Delorean que protagonizó la película? Regreso al futuro? No, no lo es. De acuerdo a Wikipedia,

“Un motor de flujo axial es una geometría de construcción de motor eléctrico donde el espacio entre el rotor y el estator (y por lo tanto la dirección del flujo magnético entre los dos) está alineado paralelo al eje de rotación, en lugar de radialmente como ocurre con la geometría cilíndrica concéntrica del motor de flujo radial más común.

“Con la geometría de flujo axial, el par aumenta con el cubo del diámetro del rotor, mientras que en un flujo radial el aumento es sólo cuadrático. Los motores de flujo axial tienen una superficie magnética y una superficie total (para refrigeración) mayor que los motores de flujo radial para un volumen determinado”.

Cómo funciona el motor YASA

Hace tres años, después de que Mercedes-Benz comprara YASA, nosotros informamos que el motor de flujo axial es creación de Tim Woolmer, a quien se le ocurrió la idea mientras era candidato a doctorado en la Universidad de Oxford.

“Estaba cinco semanas después de mi doctorado en la Universidad de Oxford, cuando de repente me di cuenta de que había una manera mucho mejor de construir una máquina eléctrica llamada motor de flujo axial toroidal. La idea que tuve fue que al quitar el yugo del estator del motor y dividirlo en segmentos, podríamos reducir el peso del motor y, sin embargo, al mismo tiempo mejorar su par, densidad de potencia, eficiencia y capacidad de fabricación, haciéndolo potencialmente transformador dentro de la entonces naciente electrificación. industria.”

¿Qué tiene de bueno un motor de flujo axial? Varias cosas. Es más ligero y más delgado que los motores de flujo radial que impulsan la mayoría de los vehículos eléctricos hoy en día, pero tiene hasta cuatro veces más par de torsión. En pocas palabras, hace más con menos y también es más eficiente. El único área en la que no destaca es en la velocidad máxima máxima, que resulta de poco interés para la gran mayoría de los conductores.

En su sitio web, YASA explica que la principal ventaja de un motor de flujo axial es que el rotor giratorio tiene un diámetro mayor porque gira junto al estator en lugar de dentro de él. El par equivale a la fuerza multiplicada por el radio. Con un diseño de flujo axial, hay un radio mayor que en un motor radial convencional, lo que significa más torque a partir de una cantidad determinada para los imanes permanentes y los devanados de cobre.

La topología del motor YASA también elimina el yugo del estator, lo que reduce la masa de hierro del estator hasta en un 80 %. Esta innovación proporciona una importante ventaja en densidad de potencia y una mejora de rango del 5 al 10 % con respecto a los motores radiales tradicionales.

¿Qué significa YASA?

Los motores eléctricos de flujo axial de YASA cuentan con una armadura segmentada y sin yugo patentada: de ahí proviene el nombre de la empresa. Sus devanados de armadura constan de segmentos separados, ideales para la fabricación en masa con una ingeniería de aplicación mínima. Si bien su potencia máxima es impresionante, la compañía estima que su potencia continua estará en la región de 350 a 400 kW (469 a 536 hp). en su sitio webPOR QUÉ dice,

“Diseñado y desarrollado en el Centro de Innovación de alta tecnología de Oxford de YASA, el avance representa otra validación importante de la tecnología de flujo axial de la compañía. Y lo más importante, este no es un modelo teórico o concepto digital: es un prototipo completamente funcional, sometido a un riguroso programa de desarrollo. Compacto, escalable y sin el uso de materiales exóticos, logra un rendimiento excepcional a través de ingeniería de precisión, gestión térmica avanzada y empaque optimizado. Este extraordinario diseño de motor ha sido desarrollado y realizado con el apoyo del Centro de Propulsión Avanzada del Reino Unido”.

No pase por alto la parte del anuncio de “no materiales exóticos”. Los minerales de tierras raras son un tema candente hoy en día, mientras Estados Unidos y China juegan a “mis aranceles son mayores que los tuyos”. Muchos fabricantes de vehículos eléctricos dependen de ellos, pero China controla alrededor del 95% de la cadena de suministro mundial de tierras raras. Ahora amenaza con disminuir enormemente el suministro de minerales de tierras raras fuera de China.

Simon Odling, jefe de nueva tecnología de YASA, comentó: “Los primeros resultados son extremadamente alentadores. El rendimiento del motor en el banco de pruebas ha superado incluso nuestras simulaciones más optimistas. Además de su increíble potencia máxima y densidad de potencia general, estimamos que este nuevo motor será capaz de ofrecer una potencia continua muy importante en la región de 350 kW a 400 kW. Se trata de hardware real, en la vida real, que proporciona datos reales y está funcionando de maravilla”.

“Este récord demuestra lo que hace que YASA sea única”, añadió Joerg Miska, director ejecutivo de YASA. “Con tres veces la densidad de rendimiento de los principales motores de flujo radial de la actualidad, YASA continúa redefiniendo los límites de lo que es posible en el diseño de motores eléctricos, convirtiendo la innovación pura en un progreso de ingeniería tangible. Nuestra tecnología está brindando resultados mensurables hoy, al tiempo que allana el camino para una nueva generación de sistemas de propulsión eléctrica livianos y eficientes”.

El Mercedes Concept AMG GT XX

A principios de este año, Mercedes presentó su Concepto AMG GT XX, un sedán deportivo para cuatro pasajeros que establece nuevos estándares audaces para el futuro del diseño automotriz, pero es más que eso. Es el primer concepto de Mercedes propulsado por motores de flujo axial YASA: dos en la parte trasera y uno en la parte delantera.

En un comunicado de prensa, Mercedes dijo: “Los motores de flujo axial ofrecen muchas ventajas: son significativamente más compactos, más ligeros y, sobre todo, más potentes que los motores eléctricos convencionales. La densidad de potencia de los motores de flujo axial es aproximadamente tres veces mayor que la de los motores eléctricos convencionales. Al mismo tiempo, los motores innovadores son alrededor de dos tercios más ligeros y sólo un tercio del tamaño”.

Los dos motores traseros tienen solo 3,1 pulgadas de ancho, mientras que el motor delantero es un poco más ancho con 3,5 pulgadas. “Este diseño de motor compacto ofrece más flexibilidad cuando se trata de empaquetar la transmisión”, dijo la compañía. Ese es un punto importante. Los ingenieros automotrices apenas están comenzando a explorar cómo los sistemas de propulsión eléctricos de batería pueden abrir nuevas posibilidades de diseño que simplemente no son posibles con la variedad de motores, transmisiones y diferenciales necesarios para hacer funcionar un automóvil convencional.

Listo ahora mismo

YASA se apresura a señalar que el nuevo motor no es un elemento experimental que “nunca se verá fuera de un laboratorio”, sino más bien “una prueba de lo que la innovación de ingeniería enfocada puede lograr. Y esto no es un concepto en una pantalla. Está funcionando, ahora mismo, en los dinamómetros. Hemos construido un motor eléctrico que tiene una potencia significativamente mayor que cualquier otro anterior, todo con materiales y procesos escalables. Este motor traerá tecnología innovadora al sector automotriz de alto rendimiento”.

¿Significa “alto rendimiento” que sólo se utilizará en vehículos de alto precio? Probablemente, al menos al principio. Ferrari y algunos otros fabricantes de coches exóticos utilizan motores YASA. Pero el volumen conlleva precios más bajos. Es posible que no veamos motores de flujo axial en nuestros Honda Civics a batería en el corto plazo, pero eventualmente los veremos. Así como el precio de los paneles solares se ha desplomado en los últimos diez años, el coste de estos motores también caerá rápidamente. ¡No podemos esperar!