Motor central o motor en rueda: ventajas y límites de cada arquitectura

Un vehículo eléctrico ligero puede llevar su motor en dos lugares: en la propia rueda (motor en rueda, o motor de buje), o fijado al cuadro, con una cadena o correa que impulsa la rueda (motor central). Ninguna de las dos soluciones es mejor en términos absolutos. El motor en rueda es sencillo, compacto y silencioso; el motor central aprovecha una reducción, pesa menos sobre la suspensión y se refrigera más fácilmente. Por eso los patinetes utilizan casi todos motores en rueda, y las motos eléctricas ligeras más bien motores centrales.

Dos formas de hacer girar una rueda

El motor en rueda

En un motor en rueda, el estator (la parte bobinada) está fijado al eje, y es la campana exterior, provista de imanes, la que gira y soporta la llanta. La rueda gira, por tanto, exactamente a la velocidad del motor. Para producir mucho par sin reducción, se necesita un gran diámetro, muchos polos e imanes anchos: esto explica el peso de un motor de patinete potente. Nuestra guía sobre el motor en rueda detalla su construcción.

Ejemplo extraído de nuestras fichas: el motor en rueda XHS75 pesa unos 8 kg y anuncia 6 000 W nominales, para una velocidad en vacío de 2 340 revoluciones por minuto a 60 V. Es un motor de baja velocidad y alto par, hecho para impulsar directamente una rueda de patinete.

El motor central

Un motor central está fijado al cuadro. Su eje lleva un piñón o una polea, que impulsa la rueda mediante una cadena, una correa, o ambas sucesivamente. La transmisión divide la velocidad y multiplica el par: un motor que gira rápido y produce un par modesto se convierte, en la rueda, en un motor lento y con mucho par.

Ejemplo extraído de nuestras fichas: nuestro motor RM30 para Sur-Ron Light Bee es un motor central anunciado a 12 000 revoluciones por minuto, entregado con una polea para la correa original de la máquina. Este régimen sería inutilizable en toma directa sobre una rueda; es la transmisión la que lo reduce a la velocidad de la rueda.

La masa no suspendida

Todo lo que se encuentra bajo la suspensión (rueda, neumático, freno y motor si está en la rueda) se denomina masa no suspendida. Cuanto más pesada es, más le cuesta a la rueda seguir los baches: rebota, pierde el contacto con el suelo un breve instante y la suspensión trabaja peor.

En un patinete, este defecto existe pero sigue siendo aceptable: las velocidades en curva y los recorridos son reducidos, y el piloto absorbe parte de los impactos con las piernas. En una moto todoterreno, que soporta saltos y roderas a buena velocidad, un motor pesado en la rueda trasera degrada notablemente el comportamiento. Esta es una de las razones por las que las motos eléctricas ligeras tienen un motor en el cuadro.

La reducción, la ventaja decisiva del motor central

Para una potencia dada, un motor que gira rápido puede ser más pequeño y ligero que un motor que gira lentamente: la potencia es el producto del par por la velocidad, y el par es lo que cuesta cobre, hierro e imanes. Nuestra guía sobre el par y la potencia explica esta relación.

La reducción aporta también flexibilidad:

• se elige la relación: un piñón o una polea diferentes cambian el compromiso entre aceleración y velocidad punta, sin tocar el motor;
• el mismo motor sirve para varias máquinas: basta con adaptar la transmisión;
• el motor trabaja en su mejor rango: gira más rápido, donde su rendimiento suele ser mejor que a muy bajas revoluciones.

El motor en rueda, por su parte, solo tiene una «relación», fijada por su bobinado (High Speed o High Torque) y por la tensión de la batería. Para hacerlo ir más rápido o empujar con más fuerza, se cambia de motor o de tensión.

Lo que el motor en rueda hace mejor

• La simplicidad: sin cadena que engrasar ni tensar, sin correa que vigilar, sin piñón que desgastar.
• El silencio: sin transmisión, el único ruido proviene de los rodamientos y del propio motor.
• La compacidad: todo cabe en la rueda, lo que libera la plataforma para la batería. En un patinete, simplemente no hay espacio en otro lugar.
• Dos ruedas motrices sin esfuerzo: basta con un motor en cada rueda, sin eje ni cadena hacia la parte delantera. Es la arquitectura de los patinetes de doble motor.
• El rendimiento de la transmisión: no hay, por lo tanto, no hay pérdidas en una cadena o una correa.

Lo que el motor central hace mejor

• La refrigeración: el motor está en el flujo de aire, lejos del calor de los frenos, y se le pueden añadir aletas, un ventilador o un circuito de líquido. Un motor en rueda está encerrado en su llanta. Ver nuestra guía sobre la refrigeración líquida.
• La protección: un motor en el cuadro está menos expuesto a los impactos, al agua y al barro que un motor a ras de suelo.
• El cambio de neumático: la rueda se desmonta sin desconectar cables de fase.
• El comportamiento: menos masa no suspendida y una masa situada más cerca del centro de gravedad.

Cómo elegir para un proyecto

En un patinete, la cuestión se resuelve rápidamente: el motor en rueda se impone por falta de espacio. Entonces se elige su tamaño, su bobinado y la forma de refrigerarlo.

En una máquina a diseñar, partimos del pliego de condiciones: velocidad, peso, terreno, espacio disponible, mantenimiento aceptado, número de ruedas motrices. Un robot que avanza lentamente se adapta muy bien a los motores en rueda; una moto todoterreno o un kart requieren casi siempre un motor central. Es el trabajo de nuestra oficina de estudios para vehículos eléctricos de dos ruedas, que propone motores de buje o de salida de eje, dimensionados para la máquina.