O echipă de ingineri din China a creat cele mai compacte motoare electrice cu flux axial din ţara lor, apropiindu-se de cele europene de la Yasa

În ultimii ani, tehnologiile maşinilor electrice din China au evoluat mai ales în jurul bateriilor şi performanţelor tot mai mari ale acestora. În domeniul motoarelor electrice de tracţiune, chinezii au mers doar pe mici perfecţionări şi scalări în cea mai mare parte, fără a introduce pe larg tehnologii revoluţionare. Doar electromotoarele de pe Xiaomi au mici elemente revoluţionare în ele care le permit să atingă 25-27 mii rpm cu ţinte ce privesc spre 30 mii rpm. În afara Chinei, însă, au existat mult mai multe evoluţii curioase în electromotoare, realizate şi de companii mari, precum BMW şi motoarele sale EESM pentru Neue Klasse, dar şi de companii ceva mai mici, precum britanicii de la Yasa şi motoarele lor cu flux axial. Yasa a ajuns să producă un motor de 1.020 CP ce cântăreşte doar 12,7 kg şi poate fi ţinut uşor în mână. Asemenea motoare, un pic mai puţin dense energetic, au ajuns să propulseze modelele hibride Lamborghini, Ferrari şi noul Mercedes-AMG GT 4-door Coupe electric, Yasa fiind deja deţinută integral de Mercedes. Chinezii, însă, aveau doar motoare cu flux axial mult mai mici, orientate mai ales industrial, dar nu şi pentru maşini. Acum, însă, o echipă de ingineri din China, de la Panhu Power şi Institutul de Tehnologie a Materialelor şi Inginerie Ningbo a creat cele mai compacte motoare electrice cu flux axial din ţara lor, apropiindu-se de cele europene de la Yasa.

Dacă electromotoarele obişnuite au formă de cilindru, în care există o structură mai apropiată de exterior, numită stator, şi una mai apropiată de interior, numită rotor şi conectată de obicei direct cu un ax care e roteşte, atunci un motor cu flux axial are o formă de disc, iar statorul şi rotorul au la rândul lor forme similare de disc şi sunt poziţionate în „straturi”. Configuraţiile mai moderne folosesc un stator în centru, şi două roatele din ambele părţi. Ne putem imagina 3 CD-uri clasice, puse unul peste celălalt, în care discul din mijloc ar fi statorul, iar celelalte două discuri ar fi rotoare. Desigur, construcţia discurilor cu rol de rotor şi stator diferă într-un electromotor cu flux axial, dar această imagine ne ajută să le înţelegem mai uşor.

Foto: Construcţie motor cu flux axial cu două rotoare şi un stator

Dar există şi configuraţii inverse, în care există două statoare pe margine şi un rotor pe centru, iar elaborarea chinezească pare să urmeze tocmai această formulă.

Foto: Construcţia electromotorului chinez, care pare a avea două statoare şi un rotor pe centru

Marea deosebire a motoarelor cu flux axial e modul în care circulă fluxul magnetic. La un motor obişnuit, liniile câmpului magnetic circulă dinspre exterior spre centrul motorului şi înapoi. La unul cu flux axial, acest flux magnetic circulă paralel cu axul electromotorului, datorită modului în care sunt amplasate rotorul şi statorul.

Foto: Diferenţele de direcţie a fluxului magnetic la motoarele obişnuite cu flux radial şi cele cu flux axial

Diametrul mai mare al acestor statoare şi rotoare permite ca forma geometrică să le imprime în mod natural cuplu mai mare. Dar până de curând aceste motoare aveau problema că acelaşi diametru mai mare crea forţe centrifuge mai mari şi ele nu puteau atinge turaţii la fel de mari. De asemenea, răcirea devine o problemă din cauza formelor lor, dar cei de la Yasa au rezolvat asta prin circuit de ulei şi răcire directă.

Foto: Electromotorul Yasa

Marele avantaj, pe lângă cuplul imens, de densitatea enormă de putere. Cel mai dens motor al Yasa a are 1.020 CP, sau 750 kW şi 12,7 kg greutate, ceea ce înseamnă 59 kW/kg.

Foto: Construcţia electromotorului Yasa

Echipa de ingineri chinezi, despre care vorbim azi, a anunţat că a creat un electromotor cu flux axial de 25,73 kW/kg. E la mai puţin de jumătate din valoarea de top a celor de la Yasa, dar e un salt enorm faţă de elaborările anterioare ale chinezilor şi e o valoare ce depăşeşte electromotorul Dark Matter de la Yasa, care le este furnizat celor de la Koenigsegg, care avea 15,4 kW/kg, tot cu o construcţie cu flux axial. Deci, chinezii au cam depăşit toate celelalte elaborări şi au ajuns deja la jumătate de cale faţă de performanţele Yasa. Şi au deja motorul pregătit pentru producţia de serie, fără a se opri aici din cercetare şi dezvoltare.

Dar mai există un salt tehnologic şi mai mare pe care echipa de ingineri chinezi a reuşit să-l facă, devansându-i pe cei de la Yasa. Aşa cum spuneam, diametrul mai mare determină forţe centrifuge mari, iar dacă electromotoarele normale ating 20-27 mii rpm, atunci cele cu flux axial de la Yasa ating 9-10 mii rpm. Noul electromotor chinezesc, însă, atinge 18.000 rpm, dublând parametrii britanicilor.

Inginerii chinezi spun că au folosit magneţi permanenţi cu microstructură omogenizată, rezistentă la temperaturi înalte, pentru a echilibra perfect rotoarele. Rezistenţa termică îi permite rotorului să fie mult mai solid şi să nu sufere deformări la temperaturi ridicate, iar astfel să nu-şi compromită echilibru radial pe care-l are. Şi chinezii au pus accent mai mic pe răcirea masivă cu ulei, şi mai mare pe reducerea dilatării termice şi rezistenţei mecanice. Iar formula de două statoare şi un rotor pe centru avantajează răcirea mai bună. Aşadar, nu vorbim de vreo copiere a ideii Yasa, ci o abordare semnificativ diferită, pentru a obţine rezultate pe alocuri mai bune, pe alocuri la jumătate din parametrii Yasa.

Doar că inginerii chinezi spun că ceea e au făcut acum le va permite să ajungă şi la 22-30 ii rpm cu electromotoarele lor. Iar atunci şi densitatea de putere ar putea fi mai are decât la Yasa. Prin urmare, ceea ce au realizat acum inginerii chinezi e deja impresionant, judecând după fazele incipiente la care se află, dar în foarte scurt timp, aceeaşi echipă ar putea echivala şi depăşi performanţele Yasa, iar aceste motoare, scalate de la mic la mare, ţintesc şi spre maşinile electrice performante, şi spre roboţii umanoizi, la scară mai mică.