Advanced Electric Machines (AEM) ha presentado el que califica como el motor eléctrico más sostenible del mundo ya que está completamente libre de imanes permanentes compuestos por tierras raras. Los motores HDSRM y SSRD mantienen e incluso superan el rendimiento y la eficiencia de los motores eléctricos que necesitan imanes permanentes, pero elimina todos sus inconvenientes ambientales. La compañía ya ha finalizado el desarrollo de ambos motores, destinados a vehículos eléctricos comerciales y a coches eléctricos de pasajeros, y ahora busca financiación para su producción a gran escala.
Un motor eléctrico síncrono incorpora generalmente imanes permanentes compuestos por tierras raras como el disprosio, el gadolino o en neodimio. Estos imanes proporcionan un flujo magnético cuando se magnetizan con otro campo magnético y no pierden sus propiedades una vez que cesa la causa que provoca el magnetismo. Incrustados en el rotor del motor, eliminan la necesidad de implementar un sistema de excitación externa, y de unas escobillas, necesarios para generar el correspondiente campo magnético en el rotor y hacerlo girar cuando se expone al campo generado externamente en el estátor.
Las tierras raras y el medioambiente
Según un estudio de investigación independiente, cada tonelada de material formado por tierras raras extraída del suelo genera hasta 1,4 toneladas de residuos radiactivos, 200 m3 de aguas residuales que contienen ácido, 60.000 m3 de gas residual que contiene ácido clorhídrico y 27,6 toneladas de CO2. Sobre la base de una producción mundial de automóviles de 97 millones de vehículos, la tecnología de AEM podría ahorrar la emisión de 133 millones de toneladas de CO2anuales a la atmósfera y evitar la acumulación 300.000 toneladas de residuos radiactivos.
La extracción de tierras raras supone un problema medioambiental y plantea problemas de suministro.
Las tierras raras y el suministro
Para la mayoría de los países, las tierras raras también aparecen como uno de los materiales críticos y preocupantes a largo plazo en cuanto a la seguridad del suministro. El resultado de esta incertidumbre es que, por ejemplo, el precio del neodimio, que se usa comúnmente en los motores eléctricos de imanes permanentes, ha aumentado en más del 240% entre marzo de 2020 y marzo de 2021. Estas tendencias convierten a las tierras raras en materiales financieramente insostenibles y ambientalmente problemáticos.
El reciclaje de los motores
Además de metales de tierras raras, los motores tradicionales de imanes permanentes también utilizan bobinados de cobre. Al final de su vida útil, el cobre debe retirarse del motor antes de reciclarlo, pero la presencia de los imanes permanentes, que es necesario separar mediante procedimientos especiales, dificulta y encarece el proceso. AEM afirma que sus tecnologías se pueden producir utilizando solo acero y aluminio, lo que significa que se puede reciclar de forma rápida, rentable y completa.
Los dos motores eléctricos de AEM
A diferencia de los motores eléctricos estándar actuales, AEM ha creado dos motores eléctricos llamados HDSRM y SSRD, exentos totalmente de imanes formados por tierras raras como el neodimio o el disprosio. Para logar eliminarlos completamente, AEM propone el uso de motores de reluctancia conmutada (SRM) en los que el rotor es de material electromagnético pero no es un imán permanente.
La reluctancia es la resistencia de un material al paso de un flujo magnético cuando es influenciado por un campo magnético. A diferencia de los motores comunes que precisan excitación externa para crear los campos magnéticos, la energía se envía a los devanados del estator en lugar de a los del rotor. Esto simplifica enormemente el diseño mecánico ya que la energía no tiene que entregarse a una parte móvil, pero complica el diseño eléctrico ya que es necesario utilizar algún tipo de sistema de conmutación para entregar energía a los diferentes devanados.
El desarrollo de ambos motores está completamente finalizado. La empresa está en fase de búsqueda de financiación con la intención de implementar las líneas de montaje para su producción en serie. AEM trabaja en estrecha colaboración con diferentes organizaciones de Reino Unido, Estados Unidos y Europa para alcanzar este objetivo. Las instalaciones que pueden fabricarlos puede llegar producir 12.000 motores al año para satisfacer la demanda a corto plazo. También está trabajando para implementar unos planes de expansión global que satisfagan los requisitos de sus clientes a más largo plazo.
HDSRM, el motor eléctrico para vehículos eléctricos comerciales
HDSRM es un motor SRM que funciona con la electrónica de potencia estándar utilizada por la mayoría de los trenes de transmisión de vehículos eléctricos. Su diseño y tecnologías, ambas patentadas, difiere de los SRM que la industria ofrecía hasta ahora, ya que puede funcionar de forma silenciosa y con una mínima fluctuación de par, el principal inconveniente de esta tecnología.
Motor eléctrico HDSRM de reluctancia conmutada, de Advanced Electric Machines, para vehículos eléctricos pesados.
La compañía asegura que desde la etapa inicial, en la fase todavía conceptual, han podido demostrar que HDSRM iguala el rendimiento del mejor motor de imanes permanentes del mismo tamaño añadiendo además una mayor eficiencia. Además, la robustez de su construcción evita el riesgo de desmagnetización por sobrecalentamiento y asegura la capacidad de marcha libre sin pérdidas electromagnéticas. Dos características que permiten un mayor alcance y menores costes en el sistema de transmisión en comparación con otras alternativas.
HDSRM se ha desarrollado específicamente para su uso en vehículos comerciales, que requieren niveles muy altos de rendimiento continuo y una larga vida útil. Ha sido diseñado como una solución modular, de manera que es posible escalar a niveles más altos de potencia y par, o combinar varios HDSRM para flexibilizar la salida en función de las necesidades particulares, lo que permite una zona de máxima eficiencia aún más amplia.
El HDSRM también se puede combinar con motores de combustión interna que actúan como motor de tracción o generador para soluciones híbridas. AEM ofrece transmisiones para estos casos que pueden unir la salida de hasta tres motores HDSRM, alcanzando un par máximo de 4200 Nm. Además, proporciona cajas de cambios a medida con relaciones adaptadas a la aplicación de cada vehículo.
AEM ofrece actualmente HDSRM en tres configuraciones diferentes. En su forma estándar, el HDSRM300 ofrece una potencia de hasta 214 kW (287 CV) y un par máximo de 380 Nm. Con menos potencia, 166 kW (221 CV), el HDSRM300T aumenta el par a 520 Nm. Ambos motores pesan 75 kg y están refrigerados por líquido. Por último, el HDSRM150C, más pequeño y refrigerado por aire, pesa tan solo 25 kg y ofrece una potencia máxima de 50 kW (67 CV) y un par máximo de 100 Nm.
SSRD, el motor eléctrico para vehículos eléctricos de pasajeros
El segundo de los motores eléctricos es el SSRD, que según AEM "lleva esta tecnología al siguiente nivel, brindando beneficios de rendimiento que cumplen los objetivos de la industria para 2035". Ha sido concebido para aplicaciones de alto volumen. Puede entregar un 50% más de potencia con un 35% menos de peso en comparación con los motores de imanes permanentes que se emplean en los vehículos eléctricos pasajeros. La flexibilidad de su tecnología permite ofrecer densidades de potencia diez veces superiores a estos, alcanzando hasta 29 kW por litro.
Motor eléctrico SSRD de reluctancia conmutada, de Advanced Electric Machines, para coches eléctricos de pasajeros.
El SSRD ha sido desarrollado y patentado para utilizarse específicamente en coches eléctricos de pasajeros. Permite una entrega de potencia que va desde los 125 kW (168 CV) con un solo motor hasta los 600 kW (805 CV) funcionando como eje eléctrico. La producción del SSRD es extremadamente rentable, ya que la lista de materiales que lo forman es mucho más corta que la de un motor de imanes permanentes. Demás, añade una mejora de eficiencia de un 10% y un 100% de reciclabilidad.
