YASA sviluppa motori a flusso assiale senza terre rare

Gli attuali motori a flusso assiale della controllata Mercedes, YASA, utilizzano magneti permanenti nel rotore. Per la loro produzione sono ancora necessarie terre rare. A causa della problematicità della catena di approvvigionamento, YASA intende ora sviluppare motori a flusso assiale senza terre rare o almeno senza terre rare pesanti. Lo ha comunicato ufficialmente l’azienda britannica.

Eliminando dai motori a flusso assiale i metalli delle terre rare più problematici, la tecnologia dovrebbe diventare più resiliente. Ciò significa ridurre la dipendenza da catene di fornitura dei magneti a base di terre rare "volatili e geograficamente concentrate", come scrive YASA.

Ridurre la dipendenza dalla Cina

Il riferimento è con ogni probabilità al fatto che gran parte delle terre rare proviene dalla Cina e che la Repubblica Popolare gestisce le esportazioni in modo restrittivo. In caso di tensioni politiche, il governo cinese potrebbe quindi facilmente chiudere i rubinetti. Anche l’aumento dei prezzi potrebbe rendere antieconomici gli attuali motori YASA. Per questo l’azienda ha richiesto finanziamenti al governo britannico per sviluppare motori a flusso assiale privi di questi metalli problematici. 

In Europa e negli Stati Uniti si utilizzano per lo più magneti permanenti con terre rare leggere (Light Rare Earth Elements, LREE) come praseodimio e neodimio. In Cina, invece, ai materiali magnetici vengono spesso aggiunte terre rare pesanti (Heavy Rare Earth Elements, HREE) come disprosio o terbio. In questo modo i magneti diventano più resistenti alle alte temperature dei motori elettrici ad alte prestazioni: mantengono infatti la loro magnetizzazione anche a temperature elevate. Questo consente in parte di evitare un complesso sistema di raffreddamento del rotore. Le HREE, tuttavia, sono ancora molto più rare delle LREE.

"For high-performance battery-electric and hybrid vehicles, YASA will investigate heavy-rare-earth-free permanent-magnet motor designs intended to maintain high levels of power density without increasing motor mass or package size. In parallel, the company will also develop fully rare-earth-free axial flux technology for vehicle applications with different performance, cost and manufacturing requirements." (Yasa)

Due progetti di YASA

YASA intende ora esplorare due percorsi tecnologici. I diversi tipi di motore così sviluppati dovrebbero offrire ai costruttori automobilistici una maggiore scelta. Per entrambe le tecnologie dovranno essere mantenute la densità di potenza, l’efficienza e la compattezza tipiche di questi motori. I due percorsi tecnologici sono:

• motori a flusso assiale con magneti permanenti senza terre rare pesanti per veicoli ad alte prestazioni
• motori a flusso assiale completamente privi di terre rare per esigenze differenti

Nel primo caso dovrebbero essere utilizzati magneti permanenti con LREE, mentre nel secondo percorso si potrebbe ricorrere a magneti permanenti senza terre rare oppure a motori senza magneti permanenti. In quest’ultimo caso entrerebbero in gioco i motori asincroni (ASM), nei quali il campo magnetico nel rotore viene generato per induzione, oppure le macchine sincrone a eccitazione elettrica (EESM), nelle quali questo campo magnetico è prodotto da elettromagneti.  

In entrambe le direzioni di sviluppo dovrebbe rimanere invariato lo statore tipico di YASA; la differenza riguarda la tecnologia del rotore. È proprio questa tecnologia ad aver dato il nome all’azienda: YASA significa "Yokeless And Segmented Armature". L’espressione indica l’assenza del giogo e l’utilizzo di armature segmentate.

Il giogo è un nucleo anulare in ferro nello statore che collega tra loro tutti i singoli denti magnetici. Il suo compito è riportare il flusso magnetico in circuito da un dente all’altro. Esistono motori a flusso assiale con e senza giogo, ma nella tecnologia YASA il flusso magnetico passa dal disco del rotore sinistro, attraversa lo statore centrale e raggiunge il disco del rotore destro. Il circuito magnetico si chiude all’esterno dello statore, nei dischi del rotore. 

Per questo motivo, qui il giogo è superfluo. L’eliminazione di questa parte in ferro comporta un notevole risparmio di peso. Le armature sono visibili nell’immagine di apertura: si tratta dei nuclei metallici di forma pressoché a cuneo, avvolti da spire di rame.

In sintesi

Nel nuovo Mercedes-AMG GT Coupé 4 porte vengono utilizzati per la prima volta i motori a flusso assiale di YASA, costruiti a Berlino-Marienfelde. I due motori al retrotreno pesano, secondo Golem, 25 kg ciascuno, ma sviluppano 300 kW ognuno. Questo rende evidente l’enorme densità di potenza di questi motori a disco. Finora, però, i motori YASA hanno sempre richiesto terre rare. In futuro dovrebbero arrivare anche versioni più "resilienti". Una tipologia rinuncerà almeno alle particolarmente problematiche terre rare pesanti, l’altra alle terre rare in generale.

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