Los motores de flujo axial ofrecen una alternativa revolucionaria a las máquinas de flujo radial tradicionales en los vehículos eléctricos. Entre sus principales ventajas se incluyen:

• Mayor par y densidad de potencia
• Eficiencia y rendimiento térmico superiores
• Formato compacto y plano, ideal para el diseño de los vehículos eléctricos modernos
• Menores requisitos de material magnético
• Mejor integración con las arquitecturas avanzadas de los vehículos eléctricos

Aunque siguen existiendo retos, los fabricantes de automóviles y los proveedores de componentes recurren cada vez más a los diseños de flujo axial para cumplir los estrictos objetivos de rendimiento, peso y eficiencia.

Topologías de motores: flujo axial frente a flujo radial

¿Qué es un motor de flujo radial?

En un motor de flujo radial, el flujo magnético circula radialmente, es decir, desde el centro del rotor hacia fuera o viceversa. La mayoría de los motores convencionales para vehículos eléctricos, como los de inducción y los PMSM, se basan en diseños de flujo radial.

Características clave de los motores de flujo radial:

• Geometría cilíndrica circular
• La trayectoria del flujo es radial
• Amplia adopción en la industria y madurez en la fabricación

¿Qué es un motor de flujo axial?

Un motor de flujo axial se caracteriza por un flujo magnético que se desplaza en paralelo al eje del motor (a lo largo de la dirección del eje). Su rotor y su estator se asemejan a discos apilados más que a cilindros.

Características principales de los motores de flujo axial:

• Geometría en forma de disco
• Alta densidad de par
• Corta longitud del recorrido magnético

Diferencias geométricas y magnéticas

Característica	Motor de flujo radial	Motor de flujo axial
Dirección del flujo	Radial	Axial
Geometría	Cilíndrica	Disco / Plana
Longitud del recorrido magnético	Más larga	Más corto
Extremo Longitud de la pila	Más largo	Más corta
Densidad de par	Moderada	Alta
Flexibilidad de embalaje	Limitada	Alta
Superficie de refrigeración	Menor	Mayor (superficie del disco)

La geometría de los AFM les confiere características electromagnéticas y térmicas distintas en comparación con los RFM. Estas diferencias dan lugar a múltiples resultados en cuanto a rendimiento y eficiencia que son especialmente relevantes para las aplicaciones automovilísticas.

Ventajas clave de los motores de flujo axial en los vehículos eléctricos

Mayor densidad de par

En los vehículos eléctricos, la densidad de par (par por unidad de volumen o masa) es crucial. Una mayor densidad de par permite fabricar motores más pequeños y ligeros sin sacrificar el rendimiento.

Los motores de flujo axial son capaces de generar un par mucho mayor a bajas velocidades debido a:

• Un perímetro de entrehierro efectivo mayor
• Mejor utilización de los materiales magnéticos
• Mayor área de interacción entre el rotor y el estator

Esto se traduce en un mayor par para el mismo tamaño y peso en comparación con un motor de flujo radial equivalente.

Repercusión para los vehículos eléctricos:

• Los motores más pequeños reducen el peso del vehículo
• Un diseño más compacto libera espacio para las baterías o la carga
• Mejora de la aceleración y la conducción

Formato compacto y plano

Una ventaja única de los motores de flujo axial es su forma de «tortita», que los hace excepcionalmente compactos en longitud axial.

Ventajas:

Permite diferentes estrategias de integración, tales como:

• Motores en el buje de las ruedas
• Integración en ejes de transmisión o carcasas de transmisión

Permite un centro de gravedad más bajo

Fácil integración en plataformas de vehículos eléctricos, donde el espacio es un bien escaso

Aplicaciones típicas:

• Motores en las ruedas
• Módulos de tren de potencia integrados
• Aplicaciones aeroespaciales y en motocicletas eléctricas

Por el contrario, los motores de flujo radial suelen ser más voluminosos para la misma potencia nominal.

Mayor eficiencia en todo el rango de funcionamiento

La eficiencia —la proporción entre la potencia mecánica de salida y la potencia eléctrica de entrada— desempeña un papel fundamental a la hora de determinar la autonomía y el rendimiento de los vehículos eléctricos.

Por qué los AFM son más eficientes:

• Pérdidas magnéticas reducidas debido a una trayectoria de flujo más corta
• Mejor gestión térmica gracias a una mayor superficie
• Menores pérdidas en el cobre a altas densidades de corriente

Las máquinas de flujo axial suelen alcanzar mayores eficiencias en picos y en cargas parciales, lo que se traduce en una mayor proporción de la energía almacenada en la batería que se convierte en movimiento.

Autonomía ampliada: una mayor eficiencia se traduce en una mayor autonomía por carga, lo que mejora la satisfacción de los consumidores de vehículos eléctricos.

Mejor gestión térmica

El rendimiento térmico afecta a la longevidad del motor, a la capacidad de manejo de potencia y a la fiabilidad.

Ventajas del flujo axial:

• La geometría del disco expone una mayor superficie para la refrigeración
• El calor se puede disipar de forma más uniforme
• Fácil integración de la refrigeración líquida en las superficies del estator

Limitaciones del flujo radial:

• El calor debe conducirse hacia el exterior a través del núcleo de hierro, los devanados de los extremos y el bastidor
• Pueden aparecer puntos calientes dentro del paquete de bobinas

Una mejor refrigeración permite que los motores de flujo axial funcionen a niveles de potencia continua más altos sin reducción de potencia por calor.

Potencial de reducción del uso de materiales

Los materiales de los imanes permanentes (especialmente los imanes de tierras raras) son caros y están sujetos a la volatilidad del suministro.

Los motores de flujo axial pueden reducir el uso de imanes debido a:

• Un acoplamiento magnético eficiente
• Mejor aprovechamiento del flujo en el entrehierro
• Menor número de imanes necesarios para obtener un par equivalente

Esto puede reducir los costes y la dependencia de materias primas críticas, una preocupación creciente en las cadenas de suministro de los vehículos eléctricos.

Comparación de rendimiento y diseño

Comparemos tres métricas de rendimiento entre los motores de flujo radial y axial que se utilizan habitualmente en los vehículos eléctricos.

Parámetro	Motor de flujo radial	Motor de flujo axial	Notas
Densidad de par	Baja/Moderada	Alta	Los motores AFM suelen tener una densidad de par entre un 20 % y un 50 % mayor
Densidad de potencia	Moderada	Alta	Un mejor diseño plano facilita la integración
Eficiencia de refrigeración	Moderada	Alta	El diseño del disco AFM mejora la disipación del calor
Eficiencia máxima	~93–96 %	~95–98 %	Los fabricantes de vehículos eléctricos se fijan como objetivo >95 %
Uso de imanes	Mayor	Menor	El AFM utiliza de forma eficiente el flujo de los imanes
Flexibilidad de embalaje	Limitada	Excelente	Ideal para diseños de vehículos eléctricos con limitaciones de espacio

Casos de uso de vehículos eléctricos en el mundo real

Motores en las ruedas

Los motores de flujo axial son especialmente adecuados para aplicaciones en las ruedas. Su diseño plano permite su integración directa en los cubos de las ruedas, lo que ofrece:

• Control independiente del par de las ruedas
• Menor complejidad del tren de transmisión
• Frenado regenerativo en cada rueda

La implementación de motores de flujo radial en las ruedas supone un reto debido a su forma más voluminosa, lo que hace que los AFM sean una opción más natural.

Sistemas de tren de potencia integrados

El diseño axial compacto permite integrar los motores en espacios poco convencionales:

• Entre los módulos de la batería
• En el suelo del vehículo
• Dentro de las cajas de cambios como parte de un único módulo

Esta integración reduce las pérdidas mecánicas, simplifica el montaje y mejora la eficiencia del espacio.

Comparación técnica: Características electromagnéticas

A continuación se muestra una comparación simplificada que destaca las diferencias magnéticas y eléctricas.

Característica	Motor de flujo radial	Motor de flujo axial
Longitud del entrehierro	Más largo	Más corto
Trayectoria del flujo magnético	A través del núcleo del estator de forma radial	A través de la sección plana del disco
Perfil de inductancia	Moderado	Menor debido a una trayectoria más corta
Forma de la FEM inversa	Sinusoidal	A menudo mejorada en determinados diseños
Par de cogging	Moderado	Puede reducirse con un diseño adecuado

Estas características electromagnéticas se traducen en ventajas reales de rendimiento, como una entrega de par suave y una aceleración ágil.

Retos y consideraciones

Aunque los motores de flujo axial ofrecen ventajas convincentes, no están exentos de retos:

Complejidad de fabricación

Los estatores y rotores en forma de disco pueden ser más complejos de fabricar y montar que los diseños cilíndricos estándar.

La alineación de precisión es fundamental

Los conjuntos de discos múltiples pueden complicar los procesos de bobinado y montaje

Requisitos de los cojinetes y de la carga mecánica

Las fuerzas axiales en los motores de flujo axial (AFM) imponen cargas diferentes sobre los cojinetes en comparación con las máquinas de flujo radial, lo que requiere un diseño mecánico robusto.

Adaptación de la cadena de suministro

Dado que la fabricación de motores de flujo radial está bien establecida, la adopción de diseños de flujo axial requiere:

• Nuevas herramientas
• La cualificación de los proveedores
• Experiencia en optimización del diseño

Sin embargo, muchos fabricantes de equipos originales están invirtiendo en estas transiciones debido a los beneficios de rendimiento a largo plazo.

El futuro del flujo axial en los vehículos eléctricos

Las tendencias del sector indican un creciente interés en la adopción de motores de flujo axial, especialmente para:

• Vehículos eléctricos de alto rendimiento
• Vehículos comerciales eléctricos
• Sistemas de motor en rueda
• Propulsión eléctrica de grado aeronáutico

La investigación y el desarrollo continúan perfeccionando los materiales, los métodos de refrigeración y los métodos de fabricación escalables.