28 de julio de 2025

A medida que aumenta la demanda de accionamientos eléctricos compactos y de alta eficiencia, especialmente en vehículos eléctricos (VE), la industria aeroespacial, la robótica y la movilidad eléctrica, los motores de flujo axial (AFM) han cobrado protagonismo por su superior potencia y densidad de par. Sin embargo, un alto rendimiento conlleva el reto de la disipación térmica. La refrigeración se convierte en un factor crucial para mantener el rendimiento, la fiabilidad y la longevidad. Por qué es importante la refrigeración en los motores de flujo axial A diferencia de los motores de flujo radial, los AFM tienen una estructura plana, similar a un disco, con un recorrido más corto para el flujo magnético y una mayor relación superficie-volumen. Esto los hace térmicamente ventajosos, pero también sensibles al calentamiento localizado, especialmente en aplicaciones de alta velocidad o alto par. Las principales preocupaciones térmicas incluyen: Sobrecalentamiento de bobinados e imanes permanentes Disminución de la eficiencia debido al aumento de la resistencia Degradación del aislamiento o de los materiales Reducción de la vida útil o fuga térmica Fuentes de calor en motores de flujo axial Fuente Descripción Pérdidas de cobre (I²R) Calentamiento por resistencia en los devanados del estator Pérdidas de hierro (pérdidas en el núcleo) Histéresis y corrientes parásitas en los núcleos magnéticos Corrientes parásitas en los imanes Especialmente con altas frecuencias de conmutación Pérdidas por fricción y mecánicas Pérdidas en rodamientos y arrastre de aire, aunque mínimas en el diseño   Por lo tanto, un sistema de refrigeración adecuado no es solo una función de apoyo, sino que es esencial para aprovechar al máximo la potencia de los motores de flujo axial. Refrigeración por aire: Simplicidad y rentabilidad Cómo funciona La refrigeración por aire utiliza convección natural o forzada (ventiladores o canales de flujo de aire) para disipar el calor de las superficies del estator y el rotor. Refrigeración por aire natural: Disipación pasiva mediante el flujo de aire ambiental. Refrigeración por aire forzado: Sopladores o ventiladores axiales impulsan el aire a través de los canales del motor o sobre aletas. Pros Contras √ Diseño simple × Capacidad térmica limitada (~1–3 W/cm²) √ Menor costo × Menos eficaz en espacios compactos y cerrados √ Sin mantenimiento de refrigerante × Sensible a la temperatura ambiente √ Ligero Mejores casos de uso Aplicaciones de densidad de potencia baja a media Bicicletas eléctricas, patinetes, drones pequeños Entornos con buena circulación de aire Tabla de rendimiento de refrigeración por aire Parámetro Valor típico Potencia continua máxima < 10–15 kW Capacidad de flujo de calor 1–3 W/cm² Rango de temperatura 30–90 °C Penalización de peso Mínima Necesidad de mantenimiento Baja   Refrigeración líquida: gestión térmica de alta potencia Cómo funciona La refrigeración líquida implica la circulación de un fluido (normalmente agua, glicol o un fluido dieléctrico) a través de canales integrados en el estator o alrededor de él, y a veces en el rotor. El líquido absorbe y transfiere calor a un intercambiador de calor o radiador. Existen varias configuraciones: Refrigeración de la camisa del estator: Canales de fluido alrededor del estator exterior. Refrigeración de canal integrado: Contacto directo del líquido con los devanados o el núcleo de cobre. Refrigeración por inmersión: Sumergir el motor en fluido dieléctrico. Pros Contras √ Alta eficiencia de refrigeración (10–100 W/cm²) × Mayor complejidad y costo del sistema √ Diseño compacto y modular × Riesgo de fugas √ Operación estable a ciclos de trabajo altos × Requiere bombas de refrigerante y radiadores   Mejores casos de uso Vehículos eléctricos de alto rendimiento Aviación y aeroespacial Robótica industrial de alta velocidad Rendimiento de refrigeración líquida Parámetro Valor típico Potencia continua máxima Hasta 300 kW Capacidad de flujo de calor 10–100 W/cm² Rango de temperatura 30–130 °C Penalización de peso Moderada Necesidad de mantenimiento Media a alta   Tecnologías de refrigeración avanzadas: Más allá de los sistemas tradicionales A medida que evolucionan los motores de flujo axial, también lo hacen sus necesidades de refrigeración. A continuación, se presentan técnicas de refrigeración de última generación que se están explorando o implementando en prototipos y fabricación avanzada: Tubos de calor y cámaras de vapor Utilizan fluidos de cambio de fase para transportar rápidamente el calor desde el estator hasta un disipador de calor. Sistema pasivo, no requiere bomba. Excelente para puntos calientes localizados. Utilizado en sistemas aeroespaciales y de micromotores. Refrigeración por inmersión dieléctrica En lugar de circular agua o glicol, el motor se sumerge completamente en un fluido dieléctrico no conductor (como 3M Novec o aceite mineral). Refrigeración por contacto directo del estator y el rotor Sin riesgo de cortocircuito Alto rendimiento térmico Materiales de Cambio de Fase (PCM) Los PCM absorben grandes cantidades de calor durante la transición de fase (de sólido a líquido), lo que permite un amortiguamiento térmico en ráfagas cortas de alta carga. Ideal para ciclos de trabajo intermitentes. Común en defensa y aeroespacial. Estructuras de Refrigeración Integradas La fabricación aditiva (impresión 3D) permite la creación de canales de refrigeración internos dentro de las laminaciones o carcasas del estator, lo que mejora la transferencia de calor sin necesidad de tuberías tradicionales. Resumen comparativo: Métodos de refrigeración para motores de flujo axial Tipo de refrigeración Tasa de eliminación de calor Complejidad Costo Fiabilidad Mejor para Aire (natural) Baja (1–2 W/cm²) Muy baja Bajo Alta Motores de baja potencia, sistemas abiertos Aire (forzado) Media (2–5) Baja Bajo Alta Movilidad eléctrica de consumo, ventiladores de baja velocidad Camisa líquida Alta (10–50) Media Media Alta Vehículos eléctricos, robótica, motores compactos de alta potencia Inmersión líquida directa Muy alta (hasta 100) Alta Alta Media Aeroespacial, deportes de motor, robótica Inmersión en dieléctrico Muy alta Alta Alta Media Aplicaciones selladas de alto rendimiento Cámaras de vapor/tubos de calor Media-alta Media Media Media Aeroespacial, drones, refrigeración en espacios reducidos PCM Baja (amortiguada) Media Media Baja Sistemas de operación de corta duración o en ráfagas   Consideraciones de Diseño desde la Perspectiva del Fabricante Al diseñar y fabricar motores de flujo axial, la elección del método de refrigeración debe abordarse desde el principio de la fase

En el mundo de los motores eléctricos, la arquitectura de diseño desempeña un papel crucial a la hora de determinar el rendimiento, la eficiencia y la idoneidad para diferentes aplicaciones. Dos categorías principales han recibido una atención considerable: los motores de flujo axial y los motores de flujo radial. Estos motores difieren en la forma en que el flujo magnético fluye a través del estator y el rotor, lo que resulta en características únicas que los ingenieros deben considerar al seleccionar un motor para un caso de uso determinado. ¿Qué es un motor de flujo radial? Un motor de flujo radial (RFM) es la arquitectura de motor eléctrico tradicional y más utilizada. En este diseño, el flujo magnético fluye radialmente, desde el centro hacia afuera (o viceversa), perpendicular al eje de rotación. El estator rodea el rotor, que gira sobre un eje central. Componentes clave Rotor: Cilíndrico y ubicado dentro del estator. Estator: Alberga los devanados y rodea el rotor. Dirección del flujo: Radial (del centro al borde o viceversa). Aplicaciones típicas   Vehículos eléctricos (VE) Electrodomésticos Bombas y compresores Automatización industrial ¿Qué es un motor de flujo axial? Un motor de flujo axial (AFM), también conocido como motor de disco o de placa, presenta una geometría diferente. En esta configuración, el flujo magnético fluye paralelo al eje de rotación, de un lado del motor al otro. El rotor y el estator están dispuestos uno frente al otro, en lugar de concéntricos. Componentes clave Rotor: Forma de disco plano, colocado entre o junto a los discos del estator. Estator: También con forma de disco, a menudo colocado a ambos lados del rotor. Dirección del flujo: Axial (paralelo al eje). Aplicaciones típicas Sistemas de propulsión aeroespacial Movilidad eléctrica (bicicletas eléctricas, patinetes eléctricos) Robótica y drones Transmisiones industriales compactas Comparación de diseños Característica Motor de flujo axial Motor de flujo radial Dirección del flujo Axial (paralela al eje) Radial (perpendicular al eje) Forma Disco o tipo “pancake” Cilíndrica Densidad de potencia Mayor (hasta un 30 % más) Moderada Densidad de par Alta debido al gran diámetro del rotor Menor que en el MFA Eficiencia de refrigeración Mejor (trayectoria térmica más corta) Estándar Eficiencia de tamaño Compacto y plano Longitud axial más larga Complejidad de fabricación Mayor (requiere ensamblaje de precisión) Más fácil de fabricar Costo Generalmente más alto Generalmente más bajo Madurez en producción en serie Tecnología emergente Altamente madura Más adecuado para Sistemas compactos con alto par Uso general e industrial   Métricas de rendimiento: par, potencia y eficiencia Par Los motores de flujo axial suelen ofrecer un mayor par por unidad de volumen que los motores de flujo radial debido a su mayor diámetro efectivo de rotor. Esto resulta especialmente útil en aplicaciones de accionamiento directo. Por ejemplo: Un motor de flujo axial de alto rendimiento puede entregar 15 Nm/kg. Un motor de flujo radial comparable entrega alrededor de 10-12 Nm/kg. Densidad de potencia La geometría plana de los motores de flujo axial permite una densidad de potencia hasta un 30-50 % mayor, lo cual es crucial en aplicaciones como drones, motocicletas eléctricas o propulsión de aeronaves. Eficiencia Los motores de flujo axial pueden alcanzar eficiencias del 96 % o superiores, especialmente en diseños optimizados de baja velocidad y alto par. Los motores de flujo radial suelen alcanzar un máximo de alrededor del 92-94 %, aunque los diseños modernos con imanes permanentes están alcanzando este nivel. Gestión térmica y refrigeración La gestión térmica es un factor clave en el diseño de motores. Los motores de flujo axial tienen una trayectoria térmica inherentemente más corta, lo que significa que el calor generado en los devanados se puede disipar con mayor eficacia, especialmente cuando se utilizan estatores dobles. Esto permite: Mayor potencia de salida continua Mejor integración con sistemas de refrigeración por agua o aceite Sin embargo, los motores de flujo radial son más fáciles de refrigerar con diseños de flujo de aire gracias a su carcasa cilíndrica, lo que los hace más adecuados para la refrigeración por ventilador en entornos industriales. Criterios de selección para ingenieros Al elegir entre motores de flujo axial y radial, tenga en cuenta lo siguiente: Criterio Opción recomendada Alto par en espacio reducido Motor de flujo axial (MFA) Producción en masa sensible al costo Motor de flujo radial (MFR) Tecnología probada y cadena de suministro MFR Diseño innovador o crítico en peso MFA Facilidad de integración en sistemas estándar MFR   Una motocicleta eléctrica de alto rendimiento requiere un motor de menos de 10 kg que ofrezca un par superior a 200 Nm en un formato compacto. Un motor de flujo axial sería ideal debido a su alta relación par-peso. Por el contrario, una línea de transporte industrial, donde el coste y el tiempo de funcionamiento son cruciales, podría optar por un motor de inducción de flujo radial. Fabricación y escalabilidad Si bien los motores de flujo axial ofrecen numerosas ventajas técnicas, su complejidad de fabricación es mayor: La alineación de las caras del rotor y del estator doble debe ser precisa. Los entrehierros deben controlarse rigurosamente. La posición del imán es más crítica. Los motores de flujo radial se benefician de décadas de experiencia en fabricación, lo que conduce a: Menores costos de producción Alta confiabilidad Integración más sencilla en la cadena de suministro Los fabricantes que buscan una rápida expansión podrían preferir los RFM por ahora, mientras que los AFM son más adecuados para aplicaciones premium, con espacio limitado o de alto rendimiento. Perspectiva de fabricación: Nuestra oferta Como fabricantes, nos especializamos en núcleos de motores de flujo radial y axial. Nuestras avanzadas tecnologías de estampado y laminación permiten ensamblajes de núcleos precisos para: Motores de flujo axial con topologías de doble rotor o doble estator que garantizan una alta densidad de par. Motores de flujo radial para tracción de vehículos eléctricos, aplicaciones industriales y servo, que equilibran rendimiento y coste. Utilizamos acero eléctrico de alta calidad (espesor de laminación de 0,2 a 0,35 mm), bobinado de estator automatizado e integración de imanes