Al giorno d'oggi tutte le auto elettriche in commercio o quasi usano motori a flusso radiale. Quelli, insomma, dove c'è uno statore di rame a forma di ciambella che circonda un rotore centrale, spesso dotato di una serie di magneti permanenti.

Questi motori sono estremamente efficienti e hanno prestazioni adeguate al compito che devono svolgere, ma hanno anche dei limiti. I motori a flusso assiale, una novità su cui tante Case stanno puntando gli occhi, potrebbero ovviare a molte delle loro carenze.

Però, fino a oggi, si pensato che questo tipo di motori potessero funzionare bene su auto elettriche ad alte prestazioni. General Motors, invece, ha un piano per sfruttare ulteriormente alcuni vantaggi di questa tecnologia su modelli economici.

La relazione tra coppia e potenza

La Casa automobilistica americana ha pubblicato decine di brevetti relativi ai motori a flusso assiale. Uno in particolare sembra molto interessante. Descrive un sistema che aumenta la velocità di rotazione di un motore elettrico a scapito della coppia, proprio come fa una trasmissione convenzionale.

Questa soluzione potrebbe consentire la produzione di motori più piccoli e leggeri, ma con prestazioni identiche ai motori attuali. E questo andrebbe proprio a vantaggio di vetture compatte ed economiche.

Andiamo nel dettaglio di quanto detto partendo dal fatto che quasi tutti i motori a magneti permanenti hanno la stessa curva di potenza e di coppia, ma a diversi livelli. Questa caratteristica è presentata nel grafico qui sopra.

Utilizzando dei sistemi meccanici che in un motore a flusso radiale allontanano il rotore dallo statore si indebolisce il campo meccanico, modificando le curve di coppia e potenza, come mostrato nel video sottostante. Man mano che lo statore si allontana dal rotore, il magnetismo emanato dallo statore si indebolisce rispetto al rotore, il che significa una minore coppia, ma anche una maggiore velocità del motore.

Perché il software non va bene

Con questo stratagemma si può simulare il passaggio da una prima marcia a una seconda marcia. È una sorta di compromesso che consente di portare il motore elettrico in un'area operativa diversa, che magari risulta più adatta in determinate situazioni.

Questo stesso risultato potrebbe essere ottenuto anche attraverso interventi sul software, ma in questo caso ci sono delle perdite che i meccanismi "meccanici" non presentano. Lo sanno bene gli ingegneri che partecipano a gare di efficienza, come le "Econo Power" che si svolgono in Giappone. Si ricorre proprio all'indebolimento meccanico per avere percorrenze maggiori. 

La teoria applicata ai motori a flusso assiale

Torniamo ai motori a flusso assiale. L'indebolimento meccanico del campo è concettualmente più semplice da realizzare con unità di questo tipo, trattandosi fondamentalmente di dispositivi realizzati con due dischi contrapposti che si trovano a distanza ravvicinata e che tentano di attrarsi l'un l'altro una volta accesi. 

La forza che cerca di unire queste due piastre, quando si raggiungono valori di coppia elevata, è altissima. Di solito non è un grosso problema, perché si può usare un cuscinetto fisso per tenerle separate. Quando si vuole indebolire il campo meccanico, però, il rotore o lo statore devono muoversi assialmente per allontanarsi e, una volta raggiunta la nuova posizione, devono restare perfettamente stabili.

GM prevede di utilizzare un sistema idraulico per ottenere questo risultato. Utilizzerà il fluido idraulico per ridurre o aumentare la distanza quando vorrà più o meno coppia e, contestualmente, meno o più velocità. 

Uno spaccato di un motore a flusso assiale realizzato da YASA

Una sorta di "CVT a zero emissioni"

In concreto, i veicoli elettrici più piccoli e meno potenti, che operano su architetture a basso voltaggio, sarebbero in grado di ottenere un'abbondante coppia in partenza e poi di ampliare il gap d'aria per raggiungere velocità autostradali. Il tutto con motori più piccoli e leggeri di quelli attuali. Insomma: prestazioni migliori e riduzione di pesi, ingombri e costi.

Il grafico qui sotto, tratto dal brevetto GM, spiega come la coppia disponibile si riduca, ma l'intervallo a cui può essere applicata cresca.

L'asse verticale di questo grafico è la coppia del motore, mentre l'asse orizzontale è la velocità del motore

In teoria, questo sistema potrebbe funzionare come un CVT, regolando continuamente il traferro per adattare le caratteristiche del motore a una varietà di situazioni.

Tutta questa tecnologia è sicuramente interessante, ma probabilmente non sarà disponibile per qualche tempo. Prima di vedere qualcosa di simile, la prossima generazione di veicoli elettrici di massa sarà probabilmente caratterizzata da tecnologie più avanzate per le batterie e da piccoli miglioramenti ai motori a flusso radiale. Tuttavia, quando una società come GM lavora sodo sul flusso assiale si deve presumere che l'azienda veda un futuro in esso.