El motor que pude aumentar la autonomía del coche eléctrico y rebajar su precio

Un nuevo tipo de motor, con un diseño inspirado en la forma de un puente y optimizado gracias a la ayuda de la inteligencia artificial, puede ayudar a reducir el coste de los coches eléctricos actuales y aumentar de manera sustancial su autonomía.

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Investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW), en Sídney, Australia, han creado un pequeño motor basado en los IPMSM (Motor sincrónico de imanes permanentes) que se usan habitualmente en los coches y otros medios de transporte eléctricos. La potencia y la velocidad máximas que alcanza el nuevo motor hacen, según sus creadores, que sea el IPMSM laminado más rápido del mundo.

"Una de las tendencias de los vehículos eléctricos es que tengan motores que giren a mayor velocidad" explica el doctor Guoyu Chu, profesor de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Telecomunicaciones de la UNSW, y uno de los creadores del nuevo motor. "Todos los fabricantes de vehículos eléctricos están intentando desarrollar motores de alta velocidad y la razón es que la naturaleza de las leyes de la física permite reducir el tamaño de esa máquina. Y una máquina más pequeña, pesa menos, consume menos energía y, por lo tanto, le da al vehículo una mayor autonomía".

Diseñado con inteligencia artificial

El diseño está inspirado en la forma de doble arco del puente Gyopo, en Corea del Sur, el mayor puente ferroviario del país asíatico. Los investigadores construyeron el prototipo del motor en base a las sugerencias de un programa de optimización basado en inteligencia artificial, creado por el propio equipo de la UNSW.

El programa, explican los investigadores, evaluó una serie de diseños en función de distintos aspectos físicos: eléctricos, magnéticos, mecánicos y térmicos. La inteligencia artificial partió de 90 diseños potenciales y seleccionó los 45 mejores. A partir de esos diseños generó una nueva tanda y volvió a seleccionar otros 45 y repitió el proceso una y otra vez hasta que llegó al diseño final, después de 120 ciclos.

El resultado fue un motor IPMSM —un tipo de motor que lleva potentes imanes incrustados en sus rotores con los que pueden desplegar un alto rendimiento y una gran potencia y eficiencia— que, según ellos, mejora los anteriores. La nueva arquitectura, dicen, soluciona los problemas de resistencia mecánica causados por los finos puentes de hierro de sus rotores que hacen que no pueda alcanzar su velocidad máxima y mejora notablemente la robustez del sistema. Además, han conseguido alcanzar más de 100.000 revoluciones por minuto y una densidad de potencia máxima de unos siete kilovatios por kilo.

"La mayoría de los motores de alta velocidad utilizan un manguito para reforzar los rotores y ese manguito suele ser de un material de alto coste, como el titanio o la fibra de carbono. El manguito en sí es muy caro y además debe ajustarse con precisión, lo que aumenta el coste de fabricación del motor", afirma el Dr. Chu. "Nuestros rotores son muy robustos mecánicamente así que no necesitamos ese manguito, lo que reduce el coste de fabricación. Y sólo utilizamos alrededor de un 30% de materiales de tierras raras, lo que incluye una gran reducción del coste de los materiales y hace que nuestros motores de alto rendimiento sean más respetuosos con el medio ambiente y asequibles."

Coches eléctricos más ligeros y con más autonomía

Según explica el doctor Chu, su diseño se puede escalar y optimizar para el uso en vehículos eléctricos y los investigadores esperan que sea entre un 10 y un 20 por ciento más ligero y entre un dos y un cinco por ciento más eficiente que los motores de los coches eléctricos actuales. La reducción del peso y la mejora de la eficiencia, afirman, contribuirán a ampliar la autonomía entre un cinco y un diez por ciento más.

"En realidad, para un motor de vehículo eléctrico reduciríamos un poco la velocidad, pero eso también aumenta su potencia. Podemos escalar y optimizar para proporcionar potencia y velocidad en un rango determinado. Por ejemplo, un motor de 200 kilovatios con una velocidad máxima de unas 18.000 revoluciones por minuto que se adapta perfectamente a las aplicaciones de los vehículos eléctricos”, sostiene el doctor Chu. "Si un fabricante de vehículos eléctricos, como Tesla, quisiera utilizar este motor, creo que sólo tardaría entre seis y doce meses en modificarlo según sus especificaciones. Tenemos nuestro propio paquete de software de diseño de máquinas en el que podemos introducir los requisitos de velocidad o densidad de potencia y hacer funcionar el sistema durante un par de semanas y nos da el diseño óptimo que satisface esas necesidades".

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El equipo cree que este motor tiene aplicaciones potenciales que van más allá del transporte. Podría usarse, dicen, para los grandes sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado que requieren compresores de alta velocidad. Además, ayudaría a reducir considerablemente el impacto en el calentamiento global que suelen causar estos aparatos.

También aseguran que puede utilizarse en máquinas CNC —o de control decimal numérico, que son máquinas de gran precisión controladas por ordenador que se utilizan habitualmente en la producción industrial, en la aviación o en la robótica—y dotarlas de mayor precisión para que puedan fresar o perforar con diámetros más pequeños. O como IDG (Integrated Drive Generator) situado dentro del motor de un avión para alimentar con energía eléctrica a los sistemas de la aeronave.