Fluxo Axial: A Física Por Trás do Motor Que Eliminará os Eixos de Transmissão

Se você abrir o capô de um Tesla Model S Plaid, encontrará uma maravilha da engenharia. Mas ainda parece um motor – um cilindro pesado e cilíndrico de cobre e aço. Este é um motor Radial Flux e alimentou toda a revolução EV até este ponto.

Mas se você olhar para o conceito Mercedes-Benz Vision One-Eleven, os motores desapareceram. Ou melhor, desapareceram nas rodas.

Esta é a promessa da tecnologia Axial Flux. Não é apenas um motor melhor; é uma mudança no formato que pode excluir eixos de transmissão, diferenciais e eixos do carro para sempre.

A Física: Radial vs.

Para entender por que isso é importante, temos que voltar à Física 101. Torque = Força × Raio

Fluxo radial (o padrão)

Em um motor padrão (Fluxo Radial), os ímãs giram dentro de uma bobina estacionária (estator). A força magnética atua perpendicular ao eixo, empurrando-o.

• A Limitação: Para obter mais torque, você precisa de um motor mais longo (mais ímãs) ou um motor mais largo (mais alavancagem). Mas os enrolamentos de cobre nas extremidades do cilindro (enrolamentos finais) não fazem nada além de gerar calor. Eles são “peso morto”.
• A Armadilha de Calor: As bobinas de cobre estão enterradas profundamente dentro do núcleo de ferro. A saída do calor exige que ele passe por camadas de aço e isolamento antes de atingir a camisa de água nas capacidades externas.

Fluxo Axial (A Panqueca)

Em um motor de fluxo axial, o rotor é um disco e o estator é um disco próximo a ele. O fluxo magnético flui paralelo ao eixo, imprensando as bobinas.

• The Leverage Hack: Como o motor é um disco plano (como uma panqueca), os ímãs ativos são empurrados para fora do centro. Lembra de Torque = Force × Radius? Ao mover a força para a borda externa do disco, você obtém uma enorme alavancagem mecânica sem adicionar peso.
• Sem cobre morto: As bobinas são simples loops planos. Quase 100% do cobre contribui para o torque.

O Pesadelo da Fabricação

Se o Axial Flux é melhor, por que nem todo mundo o usa? Porque construir um é um pesadelo.

Em um motor radial padrão, se a folga entre o rotor e o estator for reduzida em um milímetro, ele funcionará de forma ligeiramente ineficiente. Num motor de fluxo axial, a força atrativa entre os dois discos magnéticos é imensa – toneladas de pressão tentando uni-los.

• O entreferro: Os fabricantes devem manter um entreferro submilimétrico entre dois discos giratórios que estão flexionando sob cargas magnéticas maciças.
• Carga do rolamento: As forças axiais destroem os rolamentos padrão. Você precisa de rolamentos axiais enormes e pesados ​​para evitar que as faces se toquem, o que consome sua economia de peso.

A inovação da YASA: resfriamento “sem Yoke”

Os motores de fluxo axial não são novos – eles existem em teoria há um século. Mas eles tinham uma falha fatal: Calor. Unir dois discos magnéticos cria uma panela de pressão. Não havia como resfriar o centro da “panqueca” sem destruir o motor.

Entra YASA (Yokeless And Segmented Armature), uma spin-out da Universidade de Oxford adquirida pela Mercedes-Benz.

A descoberta deles foi um estator “Yokeless”.

1. Canais de óleo 3D: Em vez de apenas borrifar óleo na parte externa, Yasa bombeia óleo de resfriamento através do centro das bobinas do estator.
2. A diferença dielétrica: Eles usam um óleo dielétrico (não condutor) que flui em contato direto com o cobre. Isso não apenas esfria o caso; ele esfria o próprio fio.
3. O Resultado: Um motor que pesa 50 lbs (23 kg), mas produz 480 HP.
   • Comparação: Um motor EV padrão com essa potência pesaria quase 200 libras.

Ciência dos Materiais: O Pó Secreto

Os motores padrão utilizam chapas de aço laminado (aço silício) para guiar o magnetismo. Yasa usa Soft Magnetic Composites (SMC).

• O que é?: Em vez de folhas, utilizam grãos de pó de ferro revestidos por uma camada cerâmica isolante, prensados ​​em formas 3D.
• A Física:
  • Correntes parasitas: No ferro sólido, a mudança de campos magnéticos cria correntes elétricas desonestas (correntes parasitas) que geram calor. No SMC, o isolamento em torno de cada grão interrompe essas correntes.
  • Fluxo 3D: O aço laminado apenas guia o magnetismo em 2D (ao longo da chapa). O SMC permite que o magnetismo flua em 3D, possibilitando designs complexos de “pólos em garra” que extraem ainda mais torque dos ímãs.

Por que é importante: a guerra do “peso não suspenso”

O Santo Graal do design de carros é o Motor nas Rodas. Se você puder colocar o motor dentro da roda, poderá excluir a transmissão, o eixo de transmissão, os eixos e o diferencial. Você ganha um carro totalmente plano – um verdadeiro “skate” com espaço interno infinito.

O problema: “Peso não suspenso”.

• Definido: Peso que não é suportado pela suspensão (rodas, pneus, freios).
• A Física: F = ma. Quando uma roda pesada atinge um solavanco, ela ganha um enorme impulso ascendente. A mola da suspensão tem que lutar contra esse impulso para manter o pneu na estrada.
  • Roda Pesada: Bate em um solavanco -> voa no ar -> o pneu perde contato -> você bate.
  • Roda Leve: Bate em um solavanco -> sobe rapidamente -> a suspensão empurra de volta para baixo -> o pneu permanece preso.

A solução de fluxo axial: Como os motores da Yasa são incrivelmente leves (menos que um rotor de freio), eles são a única tecnologia que torna possível a tração nas rodas de alto desempenho.

• Vetoração: Com quatro motores independentes, você pode aplicar torque ao vetor instantaneamente. O computador pode girar as rodas esquerdas para trás e as rodas direitas para frente para virar o carro rapidamente (Tank Turn).

O Futuro: Mercedes AMG.EA

A Mercedes não comprou Yasa para um projeto científico. Eles o compraram para a próxima plataforma AMG.EA. Estamos prestes a ver uma bifurcação no mercado de EV.

• Carros econômicos: continuarão usando motores de fluxo radial pesados ​​e baratos.
• Desempenho/Luxo: Mudará para Fluxo Axial.

Quando você vir os supercarros elétricos AMG de próxima geração fazendo curvas com quatro rodas independentes, ou o Vision One-Eleven viajando com altura zero do capô, lembre-se: não é mágica. É apenas um motor de panqueca que finalmente descobriu como manter a calma.

Fontes (2)

• yasa.com YASA Technology
• mercedes-benz.com Mercedes-Benz Vision One-Eleven