Os motores de fluxo axial serão um grande avanço para veículos elétricos, oferecendo um enorme benefício colateral

As montadoras estão colocando a ênfase principal nas baterias quando procuram melhorar os carros elétricos, concentrando-se em aumentar sua densidade de energia e reduzir os tempos de carregamento. No entanto, a importância dos motores elétricos neste desenvolvimento não deve ser negligenciada.

Os fabricantes parecem favorecer o uso de motores de fluxo axial, pois eles têm um impacto benéfico no design geral do carro e da bateria.

Os motores de fluxo radial e axial são diferenciados pela direção do movimento do fluxo eletromagnético. Nos motores de fluxo axial, o fluxo se move ao longo do eixo de rotação do motor, enquanto nos motores de fluxo radial, o fluxo se move perpendicularmente ao eixo de rotação.

De forma simplificada, podemos considerar o motor axial como uma inversão do motor radial. Em um motor radial, é o rotor que fica dentro das bobinas e gira, enquanto em um motor axial, são os dois discos externos que giram em torno do disco fixo central (estator) junto com o enrolamento.

Quais vantagens o motor de fluxo axial oferece?

Segundo o Dr. Tim Woolmer, fundador e CTO da YASA, um dos principais fabricantes de motores de fluxo axial recentemente adquirido pela Mercedes-Benz, a principal diferença é o tamanho e peso reduzidos do motor de fluxo axial em comparação com uma potência equivalente. Neste vídeo explicativo, ele aponta que a economia de peso e tamanho tem um impacto em cascata na eficiência geral dos carros elétricos.

Atualmente, os carros elétricos costumam ser considerados acima do peso, a ponto de serem potencialmente perigosos, segundo algumas fontes nos Estados Unidos. Na Europa, chega-se a cogitar a ideia de um imposto baseado no peso. É verdade que os motores elétricos não são a parte mais pesada de um carro elétrico, pois geralmente é a bateria que assume esse papel. Por exemplo, uma bateria de 80 kWh pode pesar cerca de 500 kg. No entanto, se o peso do motor for reduzido, isso leva a uma redução proporcional no peso de outros componentes, desde a bateria até o chassi e o sistema de refrigeração.

Um motor de fluxo axial de 400 Nm ocupa aproximadamente o mesmo diâmetro e tem apenas um sexto do tamanho de um motor de fluxo radial. Portanto, ele tem uma densidade de torque seis vezes maior do que o motor de fluxo radial, o que significa que um motor de fluxo axial de tamanho semelhante pode fornecer seis vezes mais torque. Por exemplo, um motor axial YASA produz 800 Nm de torque e quase 500 HP de potência, pesando apenas 25 kg.

Este projeto tem várias vantagens em termos de redução de peso e custo. Um motor mais leve requer menos materiais para fabricar (por exemplo, um motor de fluxo radial de 50 kg contém cerca de 25-30 kg de ferro). Reduzir a quantidade de materiais utilizados também reduz o consumo de energia necessário para produzi-lo, o que ajuda a reduzir a pegada de carbono do processo.

Motor de fluxo axial à esquerda e motor de fluxo radial à direita.

Em contraste, a YASA afirma que seus motores são entre 5% e 10% mais eficientes do que um motor de fluxo radial equivalente. Assim, para manter a mesma autonomia de um modelo equivalente, o tamanho da bateria poderia ser reduzido proporcionalmente.

Ao mesmo tempo, o peso de outros sistemas poderia ser reduzido, como o sistema de refrigeração ou os freios, que não precisariam mais ser tão volumosos, pois o motor fica mais leve, a bateria fica mais leve, o chassi fica mais leve, etc. .

Assim, de acordo com os cálculos da YASA, seria possível economizar até 200 kg em um carro elétrico, o que se traduziria em menor consumo de energia e maior autonomia.

Por que os motores de fluxo axial não foram fabricados até agora?

Embora o conceito de motor de fluxo axial seja conhecido desde o século XIX, a dificuldade de industrialização desse tipo de motor, comparada à relativa facilidade de fabricação de um motor de fluxo radial, até agora impediu sua chegada ao mercado.

Além disso, ao contrário dos motores de fluxo radial, os motores de fluxo axial são geralmente muito maiores em diâmetro. No entanto, a YASA conseguiu reduzir o diâmetro de seus motores de fluxo axial usando um processo exclusivo. Em vez de ter um estator (o "disco central" do motor) como um único bloco, a YASA o dividiu em subelementos menores, reduzindo seu peso em 80%. Essa abordagem resultou em um quadro consideravelmente mais leve.

Por outro lado, o resfriamento é crucial para motores de fluxo axial, mas isso tem sido um desafio até agora. As bobinas internas tendem a aquecer, aumentando a resistência à rotação e, por fim, reduzindo a potência. A YASA resolveu esse problema usando um sistema de resfriamento líquido à base de óleo.

Para evitar essas desvantagens, a YASA optou por se concentrar na produção de séries muito limitadas. Inicialmente, era para os protótipos, que foram usados ​​principalmente durante a corrida de Pikes Peak. Depois a produção expandiu-se para modelos com distribuição muito limitada, como o Koenigsegg Regera ou o McLaren P1, e agora a YASA acelera para equipar carros como o Ferrari SF90 e o McLaren Artura.

Embora a YASA agora seja propriedade da Mercedes-Benz, o fabricante alemão permite que a YASA fabrique motores para outras marcas. No entanto, a prioridade da YASA é servir os futuros Mercedes-AMGs.