De automobielwereld heeft de afgelopen jaren een duizelingwekkende transformatie doorgemaakt. De verschuiving van verbrandingsmotoren naar elektrische aandrijvingen heeft nieuwe technologische uitdagingen met zich meegebracht, waarbij efficiëntie, vermogen en gewichtsvermindering cruciale aspecten zijn. Juist in deze context verschijnt een van de meest veelbelovende technologieën van dit moment: de axiale fluxmotor.
Hoewel het geen nieuwe technologie is – de oorsprong ervan gaat terug tot de 19e eeuw – beleeft de axiale motor een tweede bloeiperiode en lijkt het de logische evolutie te zijn ten opzichte van de traditionele radiale fluxmotor. De toepassing ervan wint aan populariteit in krachtige elektrische voertuigen en ontwikkelt zich voorbij het experimentele stadium. In dit artikel leggen we uit wat het is, hoe het werkt en waarom het een revolutie teweeg zal brengen in elektrische mobiliteit.
Wat is een axiale fluxmotor?
Een axiale fluxmotor is een type elektromotor waarbij de magnetische flux parallel aan de rotatieas loopt. Deze eigenschap onderscheidt hem van de radiale fluxmotor , waarbij de flux loodrecht op de as staat. De configuratie maakt een schijfvormige architectuur mogelijk, die compacter en lichter is, waardoor het een ideale oplossing is voor sectoren waar ruimte en gewicht belangrijk zijn, zoals de automobielindustrie, de lucht- en ruimtevaart en zelfs de robotica.
In tegenstelling tot klassieke motoren, waarbij de stator de rotor omringt, staan bij axiale motoren beide componenten tegenover elkaar. Dit resulteert in een kleiner volume, een lager gewicht en een hoog rendement bij lagere toerentallen.
Hoe een axiale fluxmotor werkt
De sleutel zit hem in de richting van de magnetische flux . Bij axiale motoren loopt het door de stator opgewekte magnetische veld parallel aan de as door de rotor, waardoor alle energie direct op de rotatie van de as inwerkt. Dankzij deze opstelling worden een hogere koppeldichtheid en betere thermische prestaties bereikt.
In veel ontwerpen, zoals die ontwikkeld door bedrijven als YASA , heeft de motor een dubbele rotor en een tussenliggende stator, wat de verdeling van magnetische en mechanische spanning verder verbetert. Deze motoren hebben een platte schijfstructuur die de beschikbare ruimte optimaal benut.
Voordelen ten opzichte van de radiale motor
Axiale fluxmotoren bieden een reeks voordelen die hun toenemende aanwezigheid in de volgende generatie elektrische voertuigen verklaren. We lichten enkele van hun belangrijkste voordelen toe:
- Superieure vermogensdichtheidIn vergelijking met radiale motoren kunnen axiale motoren meer vermogen genereren in een kleiner volume. De meest geavanceerde motor van YASA biedt bijvoorbeeld tot 80 pk/kgwat een keerpunt markeert.
- Hoger thermisch rendementDankzij het ontwerp wordt de warmte beter afgevoerd en is het apparaat bestand tegen continue thermische belasting zonder prestatieverlies.
- GewichtsverminderingKleinere afmetingen en geoptimaliseerde materialen zorgen voor een lager gewicht van het voertuig, wat ook een grotere actieradius oplevert.
- Gemak van integratieHet platte formaat maakt integratie in diverse mechanische configuraties mogelijk, wat voertuigontwerpers meer vrijheid biedt.
De uitdagingen van de axiale motor
Ondanks al hun voordelen zijn axiale fluxmotoren niet vrij van bepaalde beperkingen en technische uitdagingen. Historisch gezien is de belangrijkste hindernis de complexiteit van de productie en de daarmee gepaard gaande hoge kosten. In tegenstelling tot radiale motoren – die gemakkelijker in massaproductie te vervaardigen zijn – vereisen axiale motoren preciezere industriële processen en meer geavanceerde componenten.
In baanbrekende modellen zoals de Koenigsegg Regera of de McLaren P1 was het gebruik van axiale motoren mogelijk dankzij royale budgetten en een zeer beperkte productie. Merken zoals Mercedes-Benz werken via dochteronderneming YASA echter al aan de democratisering van deze technologie in hun toekomstige elektrische AMG-reeks.
Praktijkgevallen
De daadwerkelijke toepassing van axiale motoren begint zich te weerspiegelen in commerciële modellen. Zo hebben de Ferrari SF90 , McLaren Artura en prototypemodellen zoals de Mercedes AMG GT XX Concept het potentieel van deze systemen aangetoond.
Een van de meest indrukwekkende technische mijlpalen is te vinden in YASA's nieuwste axiale motor, die een piekvermogen van 750 kW (ongeveer 1,000 pk) bereikt met een gewicht van slechts 12.7 kg . Dit verbetert niet alleen de acceleratie en efficiëntie, maar maakt het ook mogelijk om andere elementen zoals de ophanging, de accu of het remsysteem te vereenvoudigen, dankzij het lagere totale voertuiggewicht.
Vergelijking met radiale motoren
| metrisch | Radiale motor | Axiale motor (YASA) |
|---|---|---|
| Vermogensdichtheid | 20 kW/kg | 59 kW/kg |
| Koppeldichtheid | Tot 133 Nm/kg | 400 Nm (met een motor van 25 kg) |
| Koelen | Passief / lucht | Hoogwaardige contactolie |
| Formaat | Cilindrisch | Platte schijf |
Sleutels tot technologisch ontwerp
De belangrijkste vooruitgang is te danken aan de YASA-architectuur , die gebaseerd is op een gesegmenteerd anker zonder juk ('Yokeless and Segmented Armature') . Dit ontwerp elimineert een groot deel van het ijzer dat in traditionele stators aanwezig is, waardoor het gewicht met 80% wordt verminderd en tevens de magnetische verliezen afnemen.
Naast het lichter maken van de constructie, zorgt het gebruik van minder koper, ijzer en permanente magneten ook voor lagere productiekosten. Op de lange termijn ontwikkelt deze technologie zich tot een economischer en ecologischer alternatief.
Milieu- en ontwerpgevolgen
Het gebruik van axiale motoren verbetert niet alleen de prestaties van elektrische auto's, maar heeft ook een positief effect op het gehele systeem. Doordat ze compacter en efficiënter zijn, is er minder materiaal nodig en kunnen er meer geoptimaliseerde koelsystemen worden ontworpen. Dit draagt bij aan een lagere CO2-uitstoot tijdens de productie, evenals lagere kosten voor elektriciteit en onderhoud.
Bovendien maakt het het mogelijk om kleinere accu's te ontwerpen zonder dat dit ten koste gaat van de actieradius, dankzij een lager energieverbruik. Het lagere voertuiggewicht heeft ook een positieve invloed op de energie-efficiëntie, waardoor een gewichtsbesparing tot wel 200 kg mogelijk is.
De toekomst van de axiale motor ligt in industrialisatie.
Een van de belangrijkste voorwaarden voor de toepassing van deze technologie in populaire voertuigen is de mogelijkheid tot massaproductie . Momenteel zijn de processen complex en nog niet erg schaalbaar, maar fabrikanten zoals Mercedes-Benz werken eraan. Dankzij het open innovatielab van YASA en de samenwerking met merken als Ferrari en Koenigsegg, gloort er al een duidelijk pad naar industriële productie.
Het Europese MAXIMA-initiatief , waaraan universiteiten en onderzoekscentra zoals de UPC (Spanje) deelnemen, werkt aan het overwinnen van deze uitdagingen door middel van nieuwe ontwikkelingen op elektromagnetisch, mechanisch en thermisch gebied. Hun doel is om haalbare oplossingen te bieden die axiale motoren in betaalbare commerciële modellen naar de straat brengen.
De ontwikkeling van axiale fluxmotoren is een van de meest dynamische en geavanceerde takken van de elektrische sector. Hoewel de technologie zich nog in de fase van massale marktintroductie bevindt, betekenen de voordelen ervan, zowel op functioneel als op milieugebied, een aanzienlijke sprong voorwaarts in de prestaties van de volgende generatie elektrische voertuigen. Verbeteringen in de massaproductie zijn cruciaal voor een bredere toepassing en integratie van deze technologie in voertuigen van alle typen, van personenauto's tot krachtige sportwagens.