Redefiniendo los límites de la potencia: cómo los motores de flujo axial están revolucionando los sistemas de propulsión eléctrica tradicionales

A medida que los vehículos de nueva energía, los aviones eVTOL e incluso los robots humanoides avanzan a una velocidad vertiginosa, los ingenieros se enfrentan a un desafío eterno: ¿  Cómo extraer energía extrema de un espacio limitado?

Los motores de flujo radial tradicionales (las conocidas máquinas cilíndricas) parecen estar acercándose a sus límites físicos. En este momento, una tecnología central de próxima generación, el  motor de flujo axial, está ocupando silenciosamente un lugar central. No sólo fue la forma original del motor eléctrico inventado por Faraday en 1821, sino que también es la solución óptima actual a la paradoja de 'ligero frente a alta potencia'.

1. Anatomía: de 'lata cilíndrica' a 'panqueque': una revolución del factor de forma

Para entender el motor de flujo axial, la forma más sencilla es mediante una comparación visual:

• Motor radial tradicional:  tiene forma de 'lata cilíndrica'. El estator rodea el rotor y el flujo magnético irradia verticalmente a lo largo de la  dirección radial  (radio) del rotor. Esta estructura confiere a la máquina una gran longitud axial, haciéndola voluminosa.

•  Motor de flujo axial:  tiene forma de 'panqueque' o de 'disco compacto'. El estator y el rotor están  apilados de manera plana, uno frente al otro , y el flujo magnético viaja recto a lo largo de la  dirección axial  (paralelo al eje). Este diseño cara a cara lo hace inherentemente plano y compacto.

Si piensa en un motor radial como un cilindro giratorio, un motor axial es como dos muelas abrasivas que giran una frente a la otra.

2. Ventajas principales: más pequeñas pero más fuertes

¿Por qué los superdeportivos de alta gama (por ejemplo, Ferrari, Mercedes-AMG) y los gigantes aeroespaciales están abandonando las soluciones tradicionales para la tecnología de flujo axial? La respuesta está en sus características físicas 'revolucionarias'.

A. Densidad de torsión y potencia ultraalta

Debido a que el diámetro del rotor se puede hacer más grande que el estator (relación de división de hasta 100%) y los imanes están ubicados más lejos del eje de rotación, el principio de apalancamiento (Par = Fuerza × Radio) significa que para la misma entrada de corriente, se entrega un par significativamente mayor.
Los datos muestran que los motores de flujo axial avanzados pueden alcanzar una densidad de par de 115 Nm/kg, comparable a un motor V8 tradicional, pero mucho más ligero. En comparación con los motores radiales convencionales, la densidad de potencia suele mejorar en más de un 30 %, y algunos diseños alcanzan los 14,9 kW/kg.

B. Compacto 'Magia espacial'

En el diseño de chasis de vehículos, el espacio axial suele ser un bien escaso. La longitud axial extremadamente corta de un motor de flujo axial le permite encajar directamente dentro de una rueda (como un motor de cubo) o integrarse perfectamente en los huecos del chasis. Esto libera espacio de almacenamiento delantero y trasero y proporciona la base física para la unidad distribuida.

C. Alcance ampliado mediante alta eficiencia

Con una ruta de flujo más corta y menores pérdidas de hierro (histéresis y pérdidas por corrientes parásitas), estos motores a menudo alcanzan eficiencias superiores al 96% o incluso al 97%. Para la misma capacidad de batería, eso se traduce directamente en una mayor autonomía de conducción.

3. Topologías: Configuraciones 'Sandwich' de rotores y estatores

Los motores de flujo axial vienen en varias formas. Para equilibrar el rendimiento y la refrigeración, los ingenieros han desarrollado principalmente dos estructuras tipo 'sándwich':

• Rotor único/estator doble (rotor medio):  el rotor se encuentra entre dos estatores. Las fuerzas de atracción magnética se cancelan entre sí, resolviendo el problema de la fuerza axial desequilibrada. Robusto y adecuado para accionamientos de alto rendimiento.

• Estator único/rotor doble (estator medio):  el estator se encuentra entre dos rotores. Esta configuración tiene una mayor inercia rotacional y facilita el enfriamiento del estator directamente con aceite, lo que lo convierte en el favorito para aplicaciones de rendimiento extremo.

4. Desafíos de la fabricación: ¿por qué recién ahora está despegando?

Dado que el motor de flujo axial se inventó en 1821 (antes que el motor radial), ¿por qué no se ha generalizado durante los últimos 200 años? La respuesta está en  los cuellos de botella de proceso y materiales..

• Requisitos de precisión extremos:  debido al entrehierro plano, incluso una ligera inclinación o deformación del rotor puede hacer que el rotor y el estator se toquen ('frotamiento'). Esto impone exigencias de precisión y montaje mucho más estrictas que las de los motores convencionales.

• Dificultades de disipación de calor:  la estructura compacta tipo 'sándwich' significa una pequeña superficie para el rechazo del calor; el calor tiende a acumularse rápidamente. Para solucionar esto, fabricantes como YASA han introducido  la refrigeración por aceite sumergida , sumergiendo directamente los devanados del estator en aceite refrigerante.

• Revolución de los nuevos materiales:  las laminaciones tradicionales de acero al silicio son difíciles de moldear en las geometrías complejas y no circulares que requieren los motores axiales. La madurez de  los compuestos magnéticos blandos  y  las aleaciones amorfas  ahora permite el diseño de circuitos magnéticos 3D. Mientras tanto, la tecnología de envoltura de fibra de carbono aborda la cuestión de la integridad del rotor bajo fuerzas centrífugas de alta velocidad.

5. Aplicaciones: el futuro está aquí

A medida que estos desafíos se van superando gradualmente, los motores de flujo axial están pasando de los laboratorios a la producción en masa:

• Vehículos de nueva energía:  Este es el mercado de mayor crecimiento. Ya sea como motor de tracción principal en superdeportivos de alto rendimiento o como generador altamente eficiente en sistemas de extensión de alcance, los motores de flujo axial están redefiniendo el rendimiento de la propulsión eléctrica. Fabricantes como Zhixin Technology han anunciado planes para producir en masa sistemas de propulsión relevantes para 2026.

• Aviación eléctrica:  los aviones eVTOL son extremadamente sensibles al peso y exigen densidades de potencia del motor superiores a 8 kW/kg. Los motores de flujo axial son una de las pocas soluciones capaces de hacer realidad el sueño de volar.

• Robots humanoides:  las articulaciones de los robots requieren una densidad de torsión extremadamente alta y una forma plana, lo que hace que los motores de flujo axial sean ideales para las articulaciones de actuadores.

 

El motor de flujo axial no es simplemente un renacimiento retro; es una  revolución del rendimiento  impulsada por nuevos materiales y nuevos procesos. Rompe la mentalidad centenaria de que 'los motores deben ser largos y cilíndricos'.

Para los ingenieros y fabricantes, esto no es sólo una actualización del tren motriz: es una liberación de la  arquitectura del chasis y de la filosofía general de diseño del vehículo . Con la adquisición de YASA por parte de Mercedes-Benz y la entrada agresiva de cadenas de suministro en China en este campo, 2026 está llamado a ser el primer año de adopción de motores de flujo axial a gran escala. La era de los sistemas de propulsión eléctrica más pequeños, ligeros y potentes está llegando a toda velocidad.