Astemo, es una empresa japonesa que desarrolla, fabrica y comercializa servicios de componentes automotrices, componentes relacionados con el transporte, máquinas y sistemas industriales, desarrolló un nuevo motor para vehículos eléctricos que reduce significativamente los riesgos de los recursos al eliminar el uso de elementos de tierras raras. Mediante un sistema de motor de reluctancia síncrona que genera fuerza rotacional induciendo magnetismo en un núcleo de rotor giratorio (de hierro), se logra una alta potencia mediante la incorporación de imanes sin tierras raras en el motor de accionamiento principal, que se utiliza continuamente para la propulsión. Esto permite la sustitución de los motores de imanes permanentes convencionales en los sistemas de propulsión de vehículos eléctricos, que utilizan grandes cantidades de tierras raras.
En este desarrollo, el motor de accionamiento principal, diseñado para generar fuerza motriz continuamente, alcanzó una alta potencia de 241 Hp mediante la incorporación de imanes sin tierras raras. Para el motor de accionamiento auxiliar utilizado para la asistencia eléctrica, se combinó un motor de reluctancia síncrona para eliminar la pérdida de energía durante la rotación en punto muerto, alcanzando una potencia total de 422 Hp. Se prevé que los motores de reluctancia síncrona se apliquen en la práctica alrededor de 2030, y su adopción en vehículos de producción en masa sería una primicia mundial.
Los motores de autos eléctricos convencionales dependen en gran medida de imanes permanentes en el rotor, fabricados con tierras raras como el neodimio (imanes de neodimio), para generar campos magnéticos intensos. Sin embargo, las tierras raras conllevan importantes riesgos geopolíticos, y garantizar un suministro estable ha sido un desafío. Por otro lado, los imanes de ferrita sin tierras raras, si bien son fáciles de conseguir, tienen una fuerza magnética de un tercio o menos. Esto significa que el motor tendría que triplicarse en tamaño para alcanzar la misma potencia que los motores convencionales.
En respuesta a lo anterior, se adoptaron motores de inducción y motores de campo bobinado, que no utilizan imanes permanentes. Sin embargo, dado que estos utilizan electroimanes para generar la fuerza magnética del rotor, requieren cantidades significativas de cobre en el rotor. Con la creciente adopción de energías renovables y vehículos eléctricos, esto presenta un posible riesgo de recursos para los motores de inducción y de campo bobinado, con una posible escasez de suministro de cobre.
¿Qué solución propone Astemo?
La firma japonesa desarrolló un nuevo motor síncrono de reluctancia como alternativa sostenible. Este nuevo motor genera fuerza rotacional aprovechando las diferencias de resistencia magnética (reluctancia) en función de la forma del núcleo del rotor. Al desarrollar una estructura de flujo multicapa que divide la trayectoria de transmisión de la fuerza magnética en múltiples capas y controlar con precisión la corriente para formar polos magnéticos dentro de la sección del núcleo del rotor, se puede compensar la potente fuerza magnética generada por los imanes de neodimio. La formación de polos magnéticos en el núcleo del rotor requiere un mayor flujo de corriente a través de las bobinas del estator, que es la parte fija del motor, lo que supone un reto para el calentamiento de las bobinas. Astemo eliminó con éxito el aumento de la generación de calor dentro del motor mediante el desarrollo de una estructura que sumerge las ranuras y los extremos que contienen las bobinas en aceite refrigerante.
¿Qué pasa con la potencia de salida?
En cuanto a la potencia de salida, para el motor de accionamiento principal de uso continuo en vehículos eléctricos de batería, un motor síncrono de reluctancia asistido por imanes, que incorpora imanes de ferrita como elemento auxiliar, alcanza una potencia de 241 Hp, limitando el aumento de tamaño al 30 % en comparación con los motores convencionales de imanes permanentes de tierras raras. Para el motor de accionamiento auxiliar, desarrollaron un motor síncrono de reluctancia que no utiliza imanes. Dado que los imanes integrados en el accionamiento auxiliar pueden actuar como fuerza de frenado durante las rotaciones en punto muerto del rotor principal, esto resultaría en una pérdida de energía. Por lo tanto, el accionamiento auxiliar solo funciona cuando se necesita asistencia eléctrica de hasta 181 Hp, lo que reduce el consumo total de energía de todo el sistema de accionamiento del VEB.
El nuevo motor sin tierras raras ofrece un rendimiento equivalente al de los motores BEV convencionales, a la vez que refuerza la gama de sistemas de propulsión eléctrica de Astemo. Reduce los riesgos de adquisición y la volatilidad de precios asociados a recursos escasos como las tierras raras, lo que permite un suministro estable del motor. Además, al reducir la pérdida de energía en todo el sistema de propulsión del BEV, incluyendo los accionamientos principal y auxiliar, reduce el consumo de energía en una amplia gama de situaciones de conducción.