Motores de flujo axial: Fundamentos y las 3 tecnologías clave que dan forma a la electrificación de próxima generación.

• AutorJohnny Liu (Director Ejecutivo de Dowway Vehicle)
• Revisor técnicoDr. Aris Thorne, arquitecto jefe de sistemas de tren motriz.
• Publicado: 24 de julio de 2026
• Actualizado: 24 de julio de 2026
• Tiempo estimado de lectura: 12 minutos

Table of Contents

0. Resumen ejecutivo

• Definición: Un Motor de flujo axial (AFM) es un motor eléctrico de inducción o de imán permanente sin escobillas donde fluyen líneas de flujo magnético paralelo al eje de rotación a través de un disco plano, en lugar de radialmente a través de un cilindro.
• Métricas de rendimiento: Entrega hasta Densidad de torsión entre un 30 % y un 40 % mayor y Densidad de potencia continua 2x–3 veces mayor (≥ 40 kW/kg) en comparación con los motores eléctricos de flujo radial de última generación.
• 3 pilares tecnológicos fundamentales:
  1. Materiales y arquitecturas del estator: Compuestos magnéticos blandos (SMC), armaduras segmentadas y sin yugo (YASA) y estatores de PCB.
  2. Ingeniería de rotoresConfiguraciones de doble rotor, conjuntos de imanes de Halbach e imanes de NdFeB segmentados/sesgados.
  3. Gestión térmica y fabricaciónRefrigeración directa del estator por inmersión en aceite, control de tolerancia de entrehierro micrométrico y bobinados soldados con láser automatizados.

1. Introducción: El cambio en el diseño de motores eléctricos

Durante más de un siglo, la industria de vehículos eléctricos (VE) y la automatización industrial dependieron casi exclusivamente de Motores de flujo radial (RFM). En un diseño de flujo radial, el flujo magnético se propaga radialmente hacia afuera a través de un entrehierro cilíndrico entre elementos concéntricos de rotor y estator. Si bien son fiables y están consolidadas, las arquitecturas de flujo radial convencionales están alcanzando sus límites físicos en cuanto a densidad de potencia, factores de llenado de cobre y eficiencia volumétrica.

A medida que aumentan las exigencias de rendimiento en los hipercoches eléctricos, la movilidad aérea urbana (aeronaves eVTOL), las flotas comerciales pesadas y la robótica humanoide con un alto grado de libertad, los ingenieros de sistemas de propulsión requieren relaciones par-peso más elevadas.

Ingrese al Motor de flujo axial (AFM). Aunque históricamente se vieron limitadas por la complejidad de la fabricación y la gestión de la fuerza axial, los avances modernos en la ciencia de los materiales, las simulaciones electromagnéticas en 3D y el ensamblaje automatizado han hecho que las máquinas de flujo axial sean comercialmente viables.

Comprender la física electromagnética de los motores de flujo axial, junto con las tres innovaciones tecnológicas clave que impulsan su comercialización, es fundamental para cualquier ingeniero o líder que diseñe sistemas de movilidad eléctrica de próxima generación.

2. Parte 1: Principios fundamentales de los motores de flujo axial

2.1 Física y geometría electromagnética

La distinción entre máquinas de flujo radial y axial radica en la orientación geométrica del entrehierro y vector del campo magnético con respecto al eje del eje:

RADIAL FLUX MOTOR (RFM)               AXIAL FLUX MOTOR (AFM)
   [Stator Outer Ring]                  [Rotor Disk 1]
     | Magnetic Flux                      |  ==> Axial Magnetic Flux (Parallel)
   [Rotor Inner Cylinder]               [Stator Disk]
     (Radial Direction)                   |  ==> Axial Magnetic Flux (Parallel)
                                        [Rotor Disk 2]

• Motor de flujo radial (RFM)Los vectores de flujo magnético se extienden perpendicularmente al eje del eje. El volumen electromagnético activo escala linealmente con la longitud ($L$) y cuadráticamente con el radio ($R$), lo que produce un par proporcional al cuadrado del diámetro multiplicado por la longitud: $$T_{\text{radial}} \propto D^2 \cdot L$$
• Motor de flujo axial (AFM): Los vectores de flujo magnético fluyen paralelos al eje de rotación a través de una o más superficies de disco. El área de superficie de generación de torque depende directamente del diámetro exterior ($D_{\text{out}}$) y del diámetro interior ($D_{\text{in}}$) de los discos del estator. El torque electromagnético escala con el cubo del diámetro: $$T_{\text{axial}} \propto D_{\text{out}}^3 – D_{\text{in}}^3$$

Dado que el par motor aumenta cúbicamente con el diámetro en un motor de flujo axial, incrementar el radio produce mayores ganancias de par que aumentar la longitud de un motor de flujo radial. Esto permite un formato compacto tipo “panqueque” con una huella axial reducida.

2.2 Matriz de comparación cuantitativa: Flujo axial frente a flujo radial

Métrica / Parámetro	Motor de flujo axial (AFM)	Motor de flujo radial (RFM)	Ventaja de diseño
Vector de línea de flujo magnético	Paralelo al eje del eje ($\parallel$)	Perpendicular al eje del eje ($\perp$)	Cambia la huella física de cilindro a disco.
Factor de forma / Perfil geométrico	Longitud axial corta, gran diámetro radial (“Panqueque”)	Longitud axial grande, diámetro radial pequeño (“Tambor”)	Se adapta a bujes de rueda ajustados, carcasas de transmisión y góndolas de aeronaves.
Densidad de par volumétrico	Muy alto (Entre un 30 % y un 40 % más alto)	Moderado	Importante ahorro de peso para un mismo par motor.
Densidad de potencia gravimétrica	Extremadamente alto (30 – 45+ kW/kg)	Estándar ($8 – 18\text{ kW/kg}$)	Imprescindible para sistemas sensibles al peso (eVTOL, superdeportivos).
Volumen de giro final de cobre	Vueltas finales de bobinado activo mínimas/más cortas	Voladizo de cobre sustancial (en el extremo no activo de la vuelta)	Reduce el peso del cobre pasivo y las pérdidas por resistencia interna ($I^2R$).
Capacidad de disipación de calor	Exposición directa de la superficie del estator	Limitado por la cubierta exterior	Permite la inmersión por contacto directo o la refrigeración por aceite a través de canales.
Atracción magnética axial	Carga estructural pesada a través del espacio de aire	Equilibrado radialmente a través del eje central	Requiere carcasas estructurales rígidas y un control preciso de los rodamientos.
Automatización de la fabricación	Se están expandiendo las líneas automatizadas de alto volumen.	Completamente maduro y estandarizado a nivel mundial.	Los costes de producción disminuyen a medida que la producción de herramientas se amplía a nivel mundial.

2.3 Ventajas operativas clave que impulsan la adopción en la industria

1. Alta relación par-peso: Al colocar el cobre activo y la masa del imán en el radio máximo ($R_{\text{outer}}$), los AFM maximizan el brazo de palanca de las fuerzas electromagnéticas, lo que produce un par específico alto ($\text{N}\cdot\text{m/kg}$).
2. Cableado aéreo pasivo de cobre inferiorEn las máquinas de flujo radial, una gran parte del cable de cobre queda fuera de la ranura de hierro activa del estator (las “espiras terminales”), lo que añade resistencia eléctrica sin generar par motor. Las bobinas de flujo axial presentan espiras terminales más cortas y compactas, lo que minimiza las pérdidas de calor del cobre (I²R).
3. Flexibilidad de embalajeSu delgada forma de disco permite que los motores de flujo axial se integren directamente en las cajas de engranajes de transmisión, se monten dentro de los cubos de las ruedas (motores en rueda) o se apilen espalda con espalda en un solo eje para formar sistemas de propulsión multimotor de alta densidad.

3. Parte 2: Las tres tecnologías clave que impulsan los motores de flujo axial

Si bien el concepto de flujo axial se remonta a los primeros experimentos de Michael Faraday con motores de disco en 1831, la producción inicial se estancó debido a limitaciones de materiales y fuerzas estructurales. Hoy en día, tres avances tecnológicos clave han resuelto estos obstáculos históricos.

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|                           AXIAL FLUX CORE TECHNOLOGIES                            |
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| Core Tech #1: Advanced Stators     | • Soft Magnetic Composites (SMC)             |
|                                    | • Yokeless & Segmented Armatures (YASA)      |
|                                    | • Etched PCB Stators                         |
+------------------------------------+----------------------------------------------+
| Core Tech #2: Rotor Optimization   | • Dual-Rotor Configurations (SDR / DSR)       |
|                                    | • Halbach Array Flux Concentration           |
|                                    | • Magnet Segmentation & Skewing              |
+------------------------------------+----------------------------------------------+
| Core Tech #3: Thermal & Assembly   | • Direct Immersion & Channel Oil Cooling    |
|                                    | • Micrometer Air-Gap Precision Control       |
|                                    | • Automated Laser-Welded Windings & Potting  |
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Tecnología clave n.° 1: Innovación en estatores y materiales avanzados

El desafío principal

Los motores radiales convencionales utilizan láminas planas de acero eléctrico apiladas a lo largo del eje. En un motor de flujo axial, el flujo magnético fluye en tres dimensiones a través de trayectorias tridimensionales que atraviesan los dientes del estator. El estampado y el doblado de láminas bidimensionales para formar un núcleo de estator de flujo axial tridimensional generan elevadas pérdidas por corrientes parásitas y una mayor complejidad en la fabricación.

Soluciones de ingeniería:

1. Compuestos magnéticos blandos (SMC):
   • MecanismoLos materiales SMC consisten en polvos de hierro de alta pureza recubiertos con una capa cerámica microfina aislante eléctricamente.
   • Ventaja: Exhibiciones de SMC propiedades magnéticas isotrópicas, lo que significa que el flujo viaja con igual permeabilidad en las tres dimensiones espaciales ($x, y, z$).
   • Efecto de producciónLos componentes SMC se forman mediante prensado en matriz de metalurgia de polvos a alta presión, lo que permite obtener polos de estator en 3D con bajo desperdicio de material, bajas pérdidas por corrientes parásitas de alta frecuencia y alta precisión de forma final.
2. Topologías de armadura segmentada y sin yugo (por ejemplo, arquitectura YASA):
   • MecanismoLos estatores tradicionales utilizan una pesada estructura externa de hierro en la parte posterior para completar el recorrido del flujo magnético. Las arquitecturas sin estructura de hierro eliminan por completo esta estructura, dejando segmentos de dientes de estator individuales y aislados.
   • Ventaja: La eliminación del yugo de hierro del estator reduce la masa del estator hasta en un 80%, al tiempo que aumenta la densidad de flujo magnético a través de las bobinas de cobre activas. Las líneas de flujo viajan directamente desde un rotor a través del segmento dentado hasta el rotor opuesto.
3. Estatores de PCB (placa de circuito impreso):
   • MecanismoPara necesidades de potencia bajas a medias (como en robótica, movilidad ligera y propulsores de drones), el cable de cobre grueso se reemplaza por pistas de cobre multicapa grabadas directamente sobre discos de PCB FR4 o con núcleo metálico.
   • VentajaElimina el par de torsión de retención, proporciona una precisión geométrica constante, permite la fabricación automatizada de componentes de montaje superficial y crea un perfil delgado (< 5 mm de espesor del estator).

Tecnología básica n.° 2: Topología del rotor y diseño electromagnético

El desafío principal

Debido a que los rotores de flujo axial son discos planos colocados cerca de las caras del estator, fuertes fuerzas de atracción electromagnética (que a menudo superan los miles de Newtons) tiran del rotor hacia el estator. Además, los imanes permanentes expuestos a campos magnéticos rotacionales de alta frecuencia experimentan una atracción localizada. calentamiento por corrientes de Foucault, con el riesgo de desmagnetización del imán.

Soluciones de ingeniería:

1. Topologías de doble rotor (estator único, doble rotor – SDR):
   • MecanismoUn disco central del estator se sitúa intercalado entre dos discos exteriores del rotor magnético en una disposición simétrica tipo sándwich.
   • Ventaja: Las fuerzas de atracción magnética ejercidas por el Rotor A sobre el estator son iguales y opuestas a las ejercidas por el Rotor B. equilibra las fuerzas axiales, lo que libera a la estructura del cojinete central de enormes cargas axiales continuas y duplica la superficie de torsión activa.

       [ Rotor Disk 1 (Magnets N/S) ]
  ===  ------------------------------  ===  <-- Air Gap 1
       [ Central Stator (SMC / Coils) ]
  ===  ------------------------------  ===  <-- Air Gap 2
       [ Rotor Disk 2 (Magnets S/N) ]

2. Configuraciones de imanes del arreglo de Halbach:
   • Mecanismo: Los imanes permanentes (normalmente NdFeB o SmCo de alta coercitividad) están dispuestos en un patrón de magnetización que gira espacialmente sobre la superficie del rotor.
   • VentajaLos conjuntos de Halbach concentran el flujo magnético en el lado del entrehierro activo, a la vez que anulan el campo magnético en el lado posterior. Esto elimina la necesidad de placas posteriores de rotor de hierro gruesas y pesadas, lo que reduce la inercia total del rotor.
3. Segmentación y sesgo de imanes:
   • Mecanismo: Los grandes bloques de imanes permanentes se dividen en pequeños subsegmentos eléctricamente aislados (imanes laminados) y se colocan en ángulo (sesgados) con respecto al vector radial.
   • Ventaja: La segmentación interrumpe los bucles de microcorrientes parásitas, reduciendo el calentamiento interno del imán hasta en 60%–70%. La inclinación de los imanes suaviza las transiciones de campo, suprimiendo el par de torsión y reduciendo el ruido, la vibración y la aspereza (NVH).

Tecnología básica n.° 3: Gestión térmica y fabricación de precisión

El desafío principal

La generación de alta potencia continua a partir de un paquete pequeño crea perfiles de calor concentrados. Las camisas de refrigeración líquida externas estándar (anillos de agua-glicol) que se utilizan alrededor de los motores radiales no pueden enfriar adecuadamente los estatores de flujo axial, ya que el calor debe transferirse radialmente a través de múltiples interfaces térmicas.

Soluciones de ingeniería:

1. Refrigeración por aceite mediante inmersión directa y canal interno:
   • Mecanismo: El aceite dieléctrico se bombea directamente al núcleo del estator, sumergiendo los devanados de cobre activos o fluyendo a través de microcanales grabados dentro de las estructuras dentadas de SMC.
   • Ventaja: El enfriamiento directo del aceite elimina el calor directamente del punto de origen. Esto reduce la resistencia térmica en más de 3 veces, lo que permite que el motor funcione continuamente al $80\%-90\%$. de su potencia nominal máxima, mientras que los motores refrigerados por camisa se degradan rápidamente bajo cargas sostenidas.
2. Control de precisión del entrehierro mediante micrómetro:
   • Mecanismo: El rendimiento máximo del flujo axial depende de mantener un espacio de aire estrecho y uniforme (típicamente de $0,5\text{ mm} – 1,2\text{ mm}$) entre los discos del rotor que giran a alta velocidad y la cara central del estator.
   • VentajaEl montaje automatizado utiliza sensores de desplazamiento láser y calces activos durante el prensado de la carcasa para evitar la inclinación del disco o la deformación térmica bajo cargas de par elevadas.
3. Bobinado continuo automatizado y encapsulado de resina:
   • MecanismoLas máquinas robóticas de bobinado de agujas envuelven alambre de cobre rectangular con altos factores de llenado ($>65%). Se encapsulan resinas epoxi de alta conductividad térmica al vacío alrededor de los conjuntos del estator para rellenar los huecos de aire y transferir el calor a las estructuras de la carcasa.

4. Aplicaciones en el mundo real y panorama de la industria

La adopción de motores de flujo axial se está extendiendo en los sectores industriales y de movilidad de alta demanda:

1. Automóviles y superdeportivos

• Mercedes-Benz / YASAMercedes adquirió YASA para integrar motores de flujo axial en su próxima plataforma eléctrica AMG. Estas unidades compactas se instalan en los ejes motrices, ofreciendo una aceleración propia de un superdeportivo con un menor peso del sistema de propulsión.
• Ferrari híbridos enchufables (SF90 / 296 GTB)Ferrari utiliza motores de flujo axial compactos acoplados entre el motor de combustión interna y la caja de cambios para proporcionar un aumento instantáneo del par motor dentro de estrechos límites espaciales.

2. Aviación y movilidad aérea urbana (eVTOL)

• Propulsores eléctricos para aeronavesLas aeronaves de despegue vertical (eVTOL) dependen de estrictos límites de peso. Los motores de flujo axial proporcionan el par de transmisión directa necesario para hacer girar hélices grandes con suavidad, sin necesidad de pesadas cajas de engranajes mecánicas.

3. Robótica humanoide y actuadores de alto par

• Articulaciones robóticas de accionamiento directoLas extremidades humanoides requieren actuadores compactos tipo disco que se ajusten a las articulaciones de la cadera, la rodilla y el hombro, proporcionando un alto par de retención y un control suave a baja velocidad sin holgura en los engranajes.

5. Preguntas frecuentes (FAQ)

P1: ¿Por qué los motores de flujo axial son más eficientes que los motores de flujo radial?

RespuestaLos motores de flujo axial presentan espiras más cortas en los extremos de la bobina, lo que reduce directamente las pérdidas por resistencia del cobre ($I^2R$). Además, la geometría del disco plano ofrece una mayor superficie para la refrigeración directa, lo que mantiene temperaturas de funcionamiento más bajas y preserva una alta eficiencia eléctrica bajo carga.

P2: ¿Cuál es el principal desafío de fabricación en la producción de motores de flujo axial?

RespuestaEl principal obstáculo reside en gestionar las elevadas fuerzas de atracción magnética axial manteniendo tolerancias de entrehierro submilimétricas durante el ensamblaje en grandes volúmenes. Además, la fabricación de núcleos de estator 3D requiere herramientas especializadas, como prensas de compuestos magnéticos blandos (SMC) o equipos de bobinado especializados.

P3: ¿Cuál es el papel de los compuestos magnéticos blandos (SMC) en los motores de flujo axial?

RespuestaLos materiales SMC permiten que el flujo magnético fluya libremente en 3D (de forma isotrópica) gracias a que están compuestos de partículas de polvo de hierro aisladas. Esto permite a los ingenieros fabricar formas complejas de dientes de estator en 3D con bajas pérdidas por corrientes parásitas a altas frecuencias de funcionamiento.

P4: ¿Pueden los motores de flujo axial funcionar sin caja de engranajes en vehículos eléctricos?

RespuestaSí, los motores de flujo axial ofrecen una alta densidad de par a bajas revoluciones, lo que los hace idóneos para sistemas de transmisión directa. Eliminar la caja de engranajes reduce el peso de la transmisión, disminuye las pérdidas por fricción mecánica y simplifica el diseño general del sistema de transmisión.

6. Conclusiones clave y perspectivas de ingeniería

La electrificación está pasando de la capacidad básica a la eficiencia optimizada y la densidad de potencia volumétrica. Si bien los motores de flujo radial seguirán siendo útiles en aplicaciones de rendimiento estándar y sensibles al costo, Los motores de flujo axial establecen el estándar para aplicaciones de alto rendimiento, donde el peso es un factor crítico y el espacio es limitado..

Al combinar estatores compuestos magnéticos blandos, topologías Halbach de doble rotor, y Refrigeración por inmersión directa en aceiteLa tecnología de flujo axial ha pasado de ser un concepto especializado a convertirse en una fuente de energía fundamental para la movilidad de próxima generación. Los equipos de ingeniería de sistemas de propulsión que adopten arquitecturas de flujo axial hoy establecerán los estándares de rendimiento del futuro.

Acerca del autor

Johnny Liu es el director ejecutivo en Vehículo Dowway. Con una dilatada experiencia en diseño avanzado de vehículos, integración de sistemas de propulsión y soluciones de movilidad de energía limpia, Johnny lidera estrategias técnicas centradas en la comercialización de sistemas de propulsión eléctrica de última generación y plataformas de transporte sostenibles.

Para consultas, colaboraciones técnicas o asesoramiento de ingeniería sobre la integración avanzada de motores, póngase en contacto con el equipo de ingeniería de Dowway Vehicle.