Los fabricantes de automóviles compiten por establecer nuevos récords de velocidad, pero aumentar la autonomía con una sola carga también es un objetivo clave. Sin embargo, mejorar la eficiencia de las baterías no siempre es suficiente para lograrlo.
La razón es sencilla: el año pasado, la velocidad de rotación de los motores de varios vehículos eléctricos (VE) de alto rendimiento superó las 30.000 revoluciones por minuto. Y, naturalmente, cuanto más rápido giran los motores eléctricos, mayor es su consumo y más rápido se desgastan.
En otro ámbito, las autoridades chinas ya han tomado medidas. A partir del 1 de enero, se han implementado regulaciones más estrictas sobre el consumo de energía de los vehículos eléctricos, basadas en el peso del vehículo y categorizados. Para un SUV eléctrico compacto de 2 toneladas, el límite recomendado es de 15,1 kWh/100 km. El índice se basa en el consumo CLTC, que es ligeramente más permisivo que las normas europeas WLTP y la norteamericana EPA. Los valores de la tabla planificada son un 11% más estrictos que las recomendaciones anteriores, con el objetivo de que los fabricantes aumenten la autonomía con baterías más eficientes y no con paquetes de baterías más grandes y pesados. Varios modelos de BYD y Geely ya cumplen con los límites de la nueva tabla CTLTC.
Parte de este programa incluye la regulación de la velocidad de rotación de los motores eléctricos. Además, las aceleraciones intensas y las altas velocidades de los automóviles conllevan riesgos para la seguridad vial, además de daños ambientales, ya que no todos los conductores están capacitados para manejar vehículos con cientos de vatios de potencia, mientras que el consumo de energía aumenta en rangos de velocidad más altos y durante aceleraciones intensas. Teniendo esto en cuenta, las autoridades de varios países han comenzado a considerar el marco legal para las restricciones técnicas.
Esto último también es cierto para los vehículos de gasolina, razón por la cual la velocidad máxima de los automóviles de serie se limita técnicamente a 250 km/h, aunque esto es solo un acuerdo tácito entre los fabricantes europeos.
En un vehículo con motor de combustión interna (ICE), una velocidad máxima más alta implica una mayor potencia, lo que permite a los conductores mantener la rotación durante más tiempo antes de cambiar de marcha. Dado que la potencia es una función de la velocidad de rotación y el par, un motor con una velocidad de rotación más alta puede proporcionar una mayor potencia a esas velocidades más altas.
En el mercado de vehículos eléctricos, el rango de velocidad de rotación aumenta casi instantáneamente. Mientras que un automóvil de gasolina promedio alcanza una velocidad máxima de alrededor de 5.000-6.000 rpm, los motores eléctricos promedio giran entre 10.000 y 15.000 rpm, y este rango cubre todo el rango de velocidad del vehículo con una sola marcha, sin necesidad de usar varias marchas.
A igualdad de potencia, los motores eléctricos son mucho más compactos que un motor de combustión interna típico, pero esto no ha impedido que los fabricantes de vehículos eléctricos produzcan motores más pequeños y más potentes, para liberar espacio dentro del automóvil y reducir los costos. Una forma de lograr esto es aumentar la velocidad máxima del motor.
Tesla y Lucid lanzaron al mercado en 2021 el Model S Plaid y el Air, respectivamente, cuyos motores tienen una velocidad máxima de alrededor de 20.000 rpm. En 2025, varios actores, como BYD, Xiaomi y GAC, anunciaron motores eléctricos aún más rápidos que superan las 30.000 rpm por minuto.
La búsqueda de velocidades de rotación más altas ha sido posible gracias al desarrollo de motores más compactos y potentes. Si la potencia final de un motor es la misma, pero el motor es más pequeño, esto significa que los costos de los materiales disminuyen y el motor más pequeño (reducción de peso) proporciona más espacio dentro del vehículo para pasajeros, equipaje u otros componentes del tren motriz, como un sistema híbrido.
Según la base de datos de IDTechEx, aumentar la velocidad máxima de 10.000 a 20.000 rpm en máquinas PM de flujo radial aumentó la densidad de potencia en un 69%, y un aumento adicional a 30.000 rpm resultó en un aumento adicional del 41%.
En términos generales, aumentar la velocidad máxima también aumenta la densidad de potencia del motor.
Sin embargo, aumentar la velocidad de los motores no está exento de compromisos:
Una mayor velocidad de rotación implica un mayor consumo de energía.
Pérdidas de corriente alterna: los motores suelen ser impulsados por una corriente trifásica que fluye a través de las bobinas del estator. En un motor más rápido, la frecuencia de la corriente sinusoidal aumenta, pero también aumentan las pérdidas parásitas en las bobinas del estator (pérdidas de corriente alterna de cobre) y en las láminas (pérdidas de corriente alterna de hierro).
Estructura del rotor: a velocidades más altas, la fuerza centrífuga que actúa sobre el rotor aumenta y la estructura del rotor se convierte en un desafío.
Refrigeración: la gestión térmica puede ser un desafío si todo es más compacto.
Relaciones de transmisión: a medida que el motor gira más rápido, se necesita una relación de transmisión más alta para alcanzar la velocidad deseada en las ruedas. Se pueden usar más relaciones de reducción, pero cada una implicaría costos y complejidad adicionales, así como un peso adicional.
Los cojinetes están sujetos a mayores tensiones y calor por fricción, y cualquier desequilibrio en el rotor se convierte directamente en fuerzas dinámicas sobre los cojinetes.
¿Cuáles son las posibles soluciones?
Pérdidas de corriente alterna: se puede reducir el número de polos para disminuir la frecuencia requerida. Se pueden utilizar laminaciones más delgadas o materiales amorfos.
Estructura del rotor: se pueden alcanzar velocidades más altas con un diámetro de rotor más pequeño, lo que reduce las fuerzas centrífugas. Se pueden realizar mayores esfuerzos en el diseño estructural del rotor y en la geometría de los imanes. Algunos han comenzado a recubrir el rotor con carbono para preservar su estructura.
Refrigeración: la mayoría de los actores ahora utilizan refrigeración directa por aceite para acercar el refrigerante lo más posible a los componentes que generan calor. Esto es particularmente importante en motores de alta velocidad. Aunque esto puede aumentar la complejidad, es posible eliminar la camisa de agua utilizada en diseños anteriores.
Relaciones de transmisión: para evitar agregar relaciones de reducción adicionales (más allá de las 2 típicas), el engranaje de la primera marcha debe ser muy pequeño.
Cojinetes: se presta mayor atención a la ingeniería de los cojinetes, y los cojinetes de cerámica (o híbridos de cerámica) se están convirtiendo en una solución cada vez más común.
Por lo tanto, existen soluciones a los desafíos de los motores de alta velocidad, pero es necesario encontrar un equilibrio entre el potencial rendimiento y las ventajas de costo de los motores más pequeños y rápidos, y los posibles costos adicionales y la complejidad de las soluciones a los desafíos. Teniendo esto en cuenta, es probable que una parte importante del mercado de vehículos eléctricos mantenga los motores con rangos de velocidad más moderados, pero sin duda habrá una mayor proliferación de motores de alta velocidad, unidades de transmisión eléctricas y eAxles.
El último informe de IDTechEx sobre motores eléctricos utilizados en vehículos eléctricos (2026-2036) analiza el entorno tecnológico y de materiales actual de los motores eléctricos utilizados en vehículos eléctricos y predice las tendencias y necesidades futuras para los próximos 10 años.
IDTechEx predice que en 2036 se necesitarán más de 140 millones de motores eléctricos para el mercado de vehículos eléctricos, en segmentos como automóviles, camiones, autobuses, vehículos de dos ruedas, triciclos, microcoches y vehículos comerciales ligeros.
Antecedentes de la empresa
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