Un motor de aplicación de EV mejorado… ¿Quizás?

Lo siguiente NO contiene contenido promocional pagado. Sólo encuentro el tema interesante.

Motores, motores en todas partes

Una nueva empresa de Texas, Linear Labs, ha visitado los sitios web habituales de automoción y tecnología durante las últimas semanas con reivindicaciones de un nuevo diseño de motor para vehículos eléctricos (EV). Normalmente soy escéptico de las afirmaciones de una nueva empresa sobre un futuro prometedor, dadas las obvias motivaciones del departamento de relaciones públicas. Pero este es lo suficientemente interesante como para haber conseguido 4,5 millones de dólares en financiación inicial a pesar de usar trucos verbales en sus materiales promocionales ("Electric Turbine" wut?), así que vamos a dar una vuelta rápida.

El derecho a la fama de Linear es una versión novedosa del motor multifásico sin escobillas. Esto puede no sonar como cualquier otro inglés hablado en el Tech Report, así que aquí está la conexión: hay un hilo en el foro de TR desde hace mucho tiempo que comenzó como un debate sobre el leasing o la compra de un vehículo eléctrico. Desde entonces ha evolucionado hasta convertirse en una discusión global para los vehículos eléctricos, con la aparición frecuente de Tesla Motors. Mientras tanto, los últimos diseños de vehículos eléctricos, incluido el Tesla Model 3, utilizan tecnologías de motores sin escobillas.

Ergo, cualquier avance comercialmente viable en el diseño de motores sin escobillas demostrará la propiedad única de sacar dinero en efectivo apilado directamente de los bolsillos de los inversores, y Linear quiere un pedazo de él. Aquí está su video principal:

También hay un poco más de discusión técnica en la página "Por qué nuestro motor" de su sitio web.

Antecedentes

No vamos a profundizar en el diseño del motor eléctrico aquí, en parte porque no tengo las habilidades. En resumen, un motor eléctrico tiene dos partes clave: un rotor y un estator. Uno gira, el otro no. Para recordar cuál es cuál, basta con pensar en "GIRAR-tor" y QUEDAR-tor". En un diseño cepillado, hay bobinas de electroimanes en el conjunto del rotor, lo que requiere algunos medios para transferir la electricidad desde los terminales de suministro de energía en reposo a los contactos siempre en movimiento en el eje del rotor. Estos son los «pinceles» de los que hablamos en los círculos motores.

En un diseño sin escobillas, todas las brocas del electroimán están situadas en el estator fijo, y el rotor lleva imanes permanentes. El diseño de motores sin escobillas se ha vuelto más práctico desde el desarrollo de potentes y ligeros imanes de tierras raras en las décadas de 1970 y 1980. Los motores Brushless viven en todas partes hoy en día. ¿Compró usted, nuestro leal lector, una de esas nuevas y elegantes lavadoras que se anunciaban en el folleto promocional? Entonces, es probable que tenga un gran motor sin escobillas en su lavandería. Las tripas podrían parecerse a esto:

Una posible disposición del estator del motor de un aparato sin escobillas;
(Crédito de la imagen: Samsung)

He aquí otro formulario común que probablemente esté girando en al menos una de sus computadoras o componentes electrónicos de última generación en este momento:

Típico ventilador de ordenador, con cubo de plástico transparente que muestra cuatro polos del estator.

Ese es más difícil de detectar porque esperamos que nuestros motores tengan un estator fijo en la carcasa exterior mientras el rotor gira hacia el interior. En un ventilador de computadora, el estator fijo y sus bits eléctricos se encuentran dentro del conjunto del imán del rotor, que se transporta en el cubo del ventilador. Si eso te pone nervioso, encontré una presentación de dos partes en YouTube que cubre los conceptos básicos del motor sin escobillas con imágenes animadas y una jerga mínima: La parte 1 aquí, y la parte 2 aquí. El host del canal YT no parece ser el propietario original del contenido, pero el dominio del propietario original (DIY Inventor) parece estar inactivo o secuestrado.

¿Y qué hay de los Laboratorios Lineales?

En nuestros dos ejemplos anteriores, los devanados del estator están diseñados para apuntar a un rotor que vive dentro del estator (el motor de la lavadora Samsung) o fuera del estator (el ventilador del ordenador), pero no a ambos a la vez.

Lo que Linear Labs afirma haber girado es un estator de bobina toroidal que produce un polo magnético uniforme en cada segmento. Supuestamente, esto permite montar imanes permanentes en un conjunto de rotor que gira tanto dentro como fuera de los devanados del estator. Desplácese hacia abajo hasta la sección «Transmisión electrónica» en la página «Por qué nuestro motor» en el sitio de Linear y le mostrarán una animación. La disposición requiere un rotor más complejo pero produce un par mucho más alto, lo que permite que el motor funcione tanto con un par elevado como con altas velocidades de rotación. Los diseños anteriores se optimizarían más para uno u otro. El diseño de los Laboratorios Lineales también optimiza el campo magnético a una velocidad de rotación dada («debilitamiento de campo») al desalinear activamente los conjuntos de imanes de la tapa final en ambos extremos del rotor según sea necesario, lo que supuestamente produce menos pérdidas en comparación con la forma en que los diseños anteriores lograron ese efecto.

Un truco más: De acuerdo con los informes de CNet, las ganancias de eficiencia del diseño de los laboratorios lineales son lo suficientemente altas como para que no se requieran imanes de tierras raras. Puede arreglárselas con materiales a base de hierro más baratos, que no están sujetos al coste medio más alto y a las amplias fluctuaciones de precios de los minerales de tierras raras.

El resultado es un motor sin escobillas más pequeño, más ligero, más barato y más eficiente para una cantidad determinada de entrada eléctrica. En teoría, esto permitiría diseños de vehículos eléctricos más rápidos y de mayor alcance que los diseños actuales con el mismo peso o con el mismo rendimiento y alcance que los diseños actuales, pero con menor peso y coste. Preferiríamos un poco más de datos técnicos, pero el sitio web actual de la empresa está obviamente dirigido a los inversores más que a los ingenieros, así que es lo que es. Para un poco más de historia sobre la compañía y sus demostraciones de prueba de concepto, aquí está otro enlace de YT. Los tipos con ojos legales pueden encontrar más información leyendo la historia reciente de patentes de Linear. Uno de ellos parece incluir dibujos técnicos detallados del nuevo diseño del motor.

En la actualidad, el modelo 3 de Tesla contiene una de las tecnologías de motores sin escobillas mejor consideradas en la industria de los vehículos eléctricos, por lo que si el diseño de Linear tiene mérito, esperaríamos que uno de los fabricantes heredados adquiera el IP para obtener una ventaja competitiva muy necesaria. Ford recientemente hizo algo así con Rivian, así que ciertamente hay precedentes.

En resumen…

No puedo hablar con las afirmaciones técnicas de Linear Lab. Lo que sí espero es que el bobinado toroidal del estator sea más intensivo en mano de obra que los diseños convencionales, algo que ha perjudicado la fabricación de transformadores de núcleo toroidal durante años. Eso podría tener implicaciones en la producción en masa. Por otra parte, los fabricantes de EV están haciendo cosas increíbles con la fabricación automatizada en estos días, así que ¿quién sabe? Si alguien tiene experiencia con motores o accionamientos de motor, por favor, háganoslo saber en la sección de comentarios, y ayúdenos a entenderlo mejor.

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