(Imagen simbólica). Un motor eléctrico impulsa a casi todos los vehículos eléctricos modernos, pero en el fondo hay una cuestión geopolítica. Una startup de Bangalore (India) ha patentado una arquitectura de accionamiento que prescinde por completo de un componente que antes se consideraba indispensable. Este enfoque podría reducir significativamente la dependencia de la industria automotriz de materias primas críticas de China.
(Foto: © Investigación y conocimiento)
Casi todos los vehículos eléctricos tienen un propulsor que no funciona sin materias primas críticas de algunos países productores. Una joven empresa de Bangalore ha recibido ahora una patente para una arquitectura de motor que debería superar por completo este cuello de botella. El prototipo proporciona una potencia continua de 6 kilovatios y un par de hasta 58 Newton metros, aunque al rotor le falta un componente central. Sin embargo, lo que crea el campo magnético necesario difiere fundamentalmente de todos los conceptos de accionamiento habituales.
Los motores eléctricos son considerados el corazón de la electromovilidad porque determinan la eficiencia, facilidad y potencia de conducción de un vehículo. Casi todos los coches eléctricos modernos utilizan las llamadas máquinas síncronas de excitación permanente, cuyos rotores están equipados con materiales magnéticos instalados de forma permanente. Estos componentes suelen estar hechos de aleaciones con neodimio, disprosio o terbio y generan un campo magnético permanentemente fuerte que hace que el motor sea compacto y altamente eficiente. Según el modelo, en un único sistema de accionamiento se encuentran entre uno y tres kilogramos de estos materiales magnéticos. Es precisamente esta estructura la que confiere a la tecnología una alta densidad de rendimiento, pero al mismo tiempo vincula a los fabricantes a un mercado de materias primas dominado por unos pocos actores. Las turbinas eólicas, los robots y numerosos motores industriales también se basan en el mismo principio y aumentan aún más la demanda mundial.
Las tierras raras necesarias son menos un problema geológico que industrial. Aunque también existen grandes depósitos de tierras raras fuera de China, el refinado y posterior procesamiento para obtener aleaciones magnéticas utilizables se concentra casi por completo en la República Popular. China controla alrededor del 91% del procesamiento de tierras raras del mundo y produce alrededor del 94% de todos los imanes permanentes sinterizados, como los utilizados en las transmisiones de vehículos, según estimaciones. Las restricciones a las exportaciones en los últimos años han demostrado cuán vulnerable es esta cadena de suministro. Por lo tanto, los proveedores de automóviles y los institutos de investigación de todo el mundo están trabajando en conceptos de propulsión que utilizan menos o ningún uso de estos materiales críticos, pero hasta ahora han tenido que aceptar desventajas en términos de tamaño, peso o eficiencia.
El campo magnético se crea en tiempo real mediante software y electricidad.
Vimag Labs, con sede en Bangalore, está adoptando un enfoque radicalmente diferente y ahora ha recibido su quinta patente india titulada Un motor síncrono excitado por transformador giratorio robusto y su control. Esto protege la arquitectura central del llamado motor síncrono de imán virtual, abreviado VMSM. En lugar de imanes permanentes instalados de forma permanente, en el rotor se encuentran bobinas de cobre ordinarias sobre un núcleo de acero, que sólo se convierten en electroimanes mediante corrientes controladas con precisión. La electrónica de potencia patentada y los algoritmos de control generan y dan forma al campo magnético en tiempo real, razón por la cual la empresa lo llama imán definido por software. El motor no necesita tierras raras, sino que utiliza cobre, acero y componentes electrónicos estándar, es decir, materiales que están ampliamente disponibles en todo el mundo y con precios mucho más estables.
Una peculiaridad técnica reside en la transferencia de energía al rotor giratorio. Las máquinas síncronas excitadas por corriente ya existen en los vehículos de serie, pero normalmente transmiten la potencia de excitación a través de escobillas o anillos colectores, lo que provoca desgaste y requiere mantenimiento. En cambio, el VMSM utiliza un transformador giratorio que transfiere energía dentro del rotor sin contacto. El resultado es una máquina síncrona sin escobillas y sin anillos colectores que, según el fabricante, debería igualar o superar las clasificaciones de rendimiento de los motores de imanes permanentes. Según la empresa, se necesitaron más de 87.600 horas de ingeniería para desarrollar la arquitectura. En total, la cartera de patentes incluye ahora cinco derechos de propiedad intelectual concedidos, diez solicitudes adicionales en consideración y quince solicitudes de marcas, que van desde la arquitectura de motores hasta el software de control y la electrónica de potencia.
El prototipo entrega 10 kilovatios de potencia máxima
El prototipo actual alcanza una potencia continua de 6 kilovatios, una potencia máxima de 10 kilovatios y un par de entre 48 y 58 Newton metros, lo que lo hace inicialmente adecuado para vehículos eléctricos de dos y tres ruedas. Según la empresa, ya se están llevando a cabo proyectos piloto con fabricantes establecidos de vehículos de dos ruedas y automóviles, y también se ha firmado un acuerdo de fabricación con el fabricante de equipos Jendamark. A medio plazo, Vimag Labs planea expandirse a vehículos comerciales ligeros, camiones y plantas industriales con potencias de 200 a 600 kilovatios, así como aplicaciones en robótica, defensa y sistemas de refrigeración. La expansión está financiada por una ronda Serie A de 5 millones de dólares liderada por el inversor Accel. Los nuevos motores de vidrio metálico con una eficiencia superior al 98% demuestran cuán intensamente trabaja actualmente la industria para lograr accionamientos más eficientes.
Apalancamiento financiero contra el monopolio global de productos básicos
La importancia estratégica del concepto va mucho más allá de la India, ya que toda la industria automovilística busca actualmente formas de salir de su dependencia de los suministros magnéticos chinos. Desde 2022, el proveedor francés Valeo desarrolla un propulsor sin tierras raras, que no se espera que llegue al mercado antes de 2028. Los fabricantes de automóviles Stellantis y General Motors están invirtiendo en la startup estadounidense Niron Magnetics, que trabaja en materiales de nitruro de hierro para sustituir los imanes clásicos, y Honda también financia sus propias alternativas. Ninguno de estos enfoques ha llegado todavía a la producción en serie. Si VMSM confirma sus datos de rendimiento en condiciones reales, una startup relativamente pequeña habría llenado un vacío en el que las empresas internacionales han estado trabajando con mucho esfuerzo durante años.
Sin embargo, la información del fabricante aún no ha sido confirmada de forma independiente y la transición del prototipo a la producción en masa se considera especialmente desafiante en la tecnología de conducción. Primero se deben demostrar el costo, la durabilidad y la eficiencia en grandes cantidades y largos tiempos de funcionamiento antes de que los fabricantes de vehículos conviertan su cadena de suministro a una nueva arquitectura de motor. Por lo tanto, Vimag Labs planea entregar este año entre 1.000 y 10.000 unidades de motor y a largo plazo agrupar la electrónica de control en su propio chip específico para la aplicación, lo que debería reducir los costes de la electrónica hasta en un 90%. Si la comercialización tiene éxito, la propulsión sin tierras raras podría convertirse en un elemento clave de una electromovilidad global más resiliente, cuya disponibilidad ya no depende de las decisiones de exportación de un solo país.
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