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Materials and drives for High & Wide efficiency electric powertrains

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Sistemas de propulsión de alta eficiencia y última generación

Un grupo de científicos financiados por la Unión Europea ha logrado desarrollar motores eléctricos y sistemas de transmisión que requieren un menor número de materiales fabricados con tierras raras, pero que presentan una eficiencia superior en un abanico más amplio de regímenes de giro y pares motor.

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En la actualidad, los motores íntegramente eléctricos y los eléctricos híbridos desarrollan su máxima eficiencia —en torno al 95 %— en un rango de regímenes que suele ir de un cuarto a un tercio del régimen de giro máximo. Sin embargo, en la mayoría de los ciclos de transmisión, el motor funciona en un rango de regímenes más amplio y con una carga parcial, lo que se traduce en una menor eficiencia general. El proyecto «Materials and drives for high & wide efficiency electric powertrains» (HI-WI), financiado por la Unión Europea, analizó la discrepancia existente entre la región de alta eficiencia y la amplia región de funcionamiento habitual e introdujo avances en el diseño y la fabricación de los grupos de transmisión. La prioridad del proyecto era optimizar el rendimiento de estos últimos en un ciclo de transmisión completo y no solo en un punto concreto. Los miembros del proyecto HI-WI demostraron que la eficiencia total del sistema se puede mejorar utilizando un sistema de propulsión distribuido con tecnologías mecánicas diferentes en los ejes delantero y trasero. Para lograr una alta eficiencia en un rango de funcionamiento amplio, los motores de uno de los ejes deben ofrecer una gran eficiencia, mientras que los motores del otro eje deben ofrecer una pérdida baja a ralentí. Otro de los logros del proyecto fue el desarrollo de sistemas de propulsión inteligentes capaces de realizar una conversión de potencia altamente integrada y con un bajo consumo energético que reducen las pérdidas de energía y las posibles perturbaciones que podrían afectar a otros componentes electrónicos. Además del incremento de la eficiencia, el equipo del proyecto HI-WI aplicó su novedoso planteamiento de diseño a otros estudios de materiales magnéticos. Los avances en las técnicas de fabricación a nanoescala propiciaron la creación de imanes permanentes con geometrías idóneas, un menor peso y tamaño, y un mejor comportamiento mecánico y térmico. Con vistas al diseño y la producción de materiales magnéticos de alto rendimiento, los investigadores analizaron el modo de sintetizar los nuevos compuestos magnéticos como componentes a granel preformados y elaboraron modelos de propiedades y comportamiento de los mismos. El uso de estos materiales permitió reducir el consumo de elementos de tierras raras, recortó el contenido de disprosio en un 80 % y elevó el par motor. Los avances que ha impulsado el proyecto en el ámbito de las herramientas de modelado magnético y simulación deberían permitir la realización de estudios detallados sobre los materiales nanoestructurados y nanocompuestos, y el cálculo de la eficiencia mecánica, respectivamente. Los resultados del proyecto HI-WI deberían contribuir a la creación de una plataforma tecnológica estándar de referencia europea para el diseño de vehículos eléctricos. Dicha plataforma incluirá arquitecturas, modelos, métodos y herramientas para el desarrollo, verificación, validación y pruebas de sistemas integrados en tiempo real.

Palabras clave

Sistemas de propulsión, motores eléctricos, sistemas de transmisión, materiales de tierras raras, vehículo eléctrico

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