Naitec,

El Centro Tecnológico de Automoción y Mecatrónica (NAITEC) presenta en este artículo una novedosa solución de un motor embarcado en rueda como sistema de tracción, mediante la integración del motor en la llanta del vehículo. Este motor será menos contaminante y se podrá utilizar en un nuevo vehículo eléctrico, autónomo, conectado y de largo recorrido, para transporte de personas en recintos privados, tales como aeropuertos, industrias u hoteles.

Más concretamente las ventajas que presenta son las siguientes: 

1. Se prescinde de la caja de cambios, de los ejes de transmisión y diferenciales, lo que conlleva una reducción del número de componentes y, por ende, del peso del vehículo, al mismo tiempo que reduce sustancialmente las pérdidas energéticas en el tren de transmisión. Esto deriva en un menor consumo para las mismas condiciones de funcionamiento. 
2. Aumenta el espacio disponible en el chasis del vehículo, pudiéndose dedicar para otras funcionalidades como almacenamiento o baterías de mayor tamaño
3. Se abre la posibilidad de controlar cada rueda de forma independiente, pudiendo modificar la tracción del vehículo con suma facilidad.

El diseño del motor se ha enfocado hacia vehículo tipo carretilla para el transporte de personas, pudiendo superar las 2 toneladas de peso sin carga. Se requiere, por tanto, de un motor que funcione a bajas revoluciones y que proporcione mucho par, para poder mover tanta masa incluso en pendientes considerables. En cuanto al diseño mecánico, hay que tener en cuenta que en este caso la carcasa del motor es un elemento estructural y debe ser capaz de absorber y transmitir las cargas entre la rueda y el chasis del vehículo. Estas cargas son fruto del peso propio del vehículo, irregularidades del terreno o pasos por curva, y se transmiten desde la rueda a la carcasa del motor a través del eje. Por la importancia que adquiere el eje para el correcto desempeño del motor, se ha profundizado en su diseño, hasta dar con la geometría que proporcionaba un mejor comportamiento en la simulación estructural por elementos finitos (FEM). 

Asimismo, se ha desarrollado un sistema de refrigeración por agua para poder recorrer largas distancias sin sobrecalentamientos, mediante cálculos de CFD. De cara a validar el diseño y la eficacia de este sistema de refrigeración, se han realizado una serie de ensayos térmicos. Estos ensayos han consistido en monitorizar la temperatura en varios puntos del motor, variando la potencia entregada por el mismo, tanto con el sistema de refrigeración activado como desactivado. Se comprueba la eficacia del sistema para reducir la temperatura con consumos de potencia bajos o nulos (especialmente interesante en arranques y paradas consecutivos).

Una vez validado el sistema de refrigeración, se ha completado el diseño mecánico con la integración del encoder de posición, el freno de estacionamiento y la electrónica embarcada. La electrónica se ha diseñado en tres etapas: una placa de potencia, una placa de control y una tercera de sensado. El fin último es controlar la velocidad, y para ello es necesario realizar la conmutación de las fases activas del motor, a través de la información que proporciona la tarjeta electrónica de sensores hall y que se monta junto a los imanes del rotor. La electrónica se comunica con la ECU del vehículo mediante BUS CAN, y ha sido necesario elaborar un protocolo de comunicaciones entre ambos que garantice un buen control. El diseño completo se puede apreciar en la Figura 1. 

El último paso antes de montar los motores en vehículo ha consistido en hacer una validación mecánica. Una vez validado el sistema de tracción, se ha realizado un primer ensamblaje de ambos motores con su sistema de refrigeración en el subchasis del vehículo, de cara a su integración final. El resultado se muestra en la Figura 2.

Este primer prototipo de sistema de tracción ha servido para comprobar la viabilidad técnica de motor embarcado en rueda, tanto desde el punto de vista termo-mecánico, como de electrónica para su control.

Agradecimientos
Este desarrollo es fruto del proyecto VELETA (Vehículo Eléctrico de Transporte Autónomo), número de expediente 0011-1411-2019-000090, proyecto estratégico de I+D financiado por el Departamento de Desarrollo Económico del Gobierno de Navarra. El objetivo del proyecto consiste en desarrollar un prototipo de vehículo eléctrico, autónomo, conectado y de largo recorrido, para transporte de personas en recintos privados, tales como aeropuertos, industrias u hoteles. 

Este proyecto está realizado en colaboración entre: Permanent Magnets, Tecnología Aplicada en Carretillas, i3Code Solution, Universidad Pública de Navarra y Fundación I+D en Automoción y Mecatrónica–NAITEC.