¿Qué son los motores eléctricos de doble rotor (dual rotor electric motors)?

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Los motores eléctricos de doble rotor (dual rotor electric motors) son una familia de máquinas eléctricas avanzadas que incorporan dos elementos rotativos con movimiento relativo entre sí, en lugar de un solo rotor como en los diseños convencionales. Esta arquitectura mejora la densidad de potencia, el par a bajas revoluciones y la eficiencia, lo que los hace ideales para aplicaciones de alta demanda como vehículos eléctricos (EV), aviación y propulsión marina. A continuación, te explico en detalle sus conceptos, topologías, ventajas, desventajas y aplicaciones, incorporando referencias bibliográficas clave y enlaces a recursos relevantes.

1. Concepto básico

En un motor convencional, el estator (fijo) genera un campo magnético giratorio que impulsa el rotor (móvil). En los motores de doble rotor, hay dos rotores que giran a velocidades diferentes o en sentidos opuestos, con el estator típicamente en el medio. Esto permite una modulación magnética más eficiente y un mayor torque sin necesidad de reductores mecánicos. El flujo magnético se acopla entre los rotores y el estator, creando efectos como engranajes magnéticos o transmisiones variables continuas.

Para una revisión general, consulta el paper de 2012 sobre topologías para vehículos híbridos: Dual rotor single-stator axial air gap PMSM motor/generator drive for HEVs.

2. Principales topologías de motores de doble rotor

A. Dual Rotor Axial Flux (la más conocida y comercializada)

• Descripción: Dos discos-rotor con imanes permanentes a cada lado de un estator sin hierro (yokeless) o con bajo contenido ferroso. El flujo magnético es axial (paralelo al eje), lo que reduce el peso y aumenta el torque.
• Ejemplos:
  • YASA (adquirida por Mercedes-Benz): Motores de 800 V, hasta 160 kW y >800 Nm en solo 37 kg. Usados en hiperdeportivos. Sitio oficial: YASA Axial Flux Motors.
  • Magnax (Bélgica): Versiones de 250-750 kW con >95% eficiencia, enfocado en manufactura escalable. Detalles: Magnax Yokeless Axial Flux.
  • EMRAX (Eslovenia): Serie 228 (124 kW, 220 Nm, 12 kg), apilable para duplicar potencia. Ideal para aviación. Sitio: EMRAX E-Motors.
• Ventajas específicas: Densidad de potencia hasta 10-15 kW/kg; par máximo a 0 rpm. Estudio comparativo: Performance comparison of dual-rotor radial-flux and axial-flux PM BLDC machines.

B. Dual Mechanical Port (DMP) o “Dual Rotor Electrical Variable Transmission” (EVT)

• Descripción: Rotor exterior conectado al motor térmico o rueda, rotor interior con imanes, y estator intermedio. Actúa como motor + eCVT para híbridos.
• Ejemplos: Protean Electric Pd18 (in-wheel radial, 80 kW, 1250 Nm, 36 kg total). Integra frenos y electrónica. Sitio: ProteanDrive Pd18. Prototipos de Toyota y Honda.
• Referencia: Modeling and Control for Cage Rotor Dual Mechanical Port Electric Machine.

C. Dual Rotor Radial Flux con estator intermedio

• Descripción: Dos rotores concéntricos (interior y exterior) con estator en medio. Alto par a baja velocidad para tracción directa.
• Ejemplo: Parker GVM210 (dual rotor radial). Estudio: Design and optimization of dual rotor motor for EV application.

D. Compound-Structure Permanent-Magnet Synchronous Machine (CS-PMSM)

• Descripción: Rotor interior y exterior con polos diferentes para multiplicación de par (hasta 4-5:1). Desarrollado en China (universidades de Harbin).
• Referencia: Electromagnetic Performance Analysis of Double-Rotor Stator PM Motor for HEV.

E. Dual Rotor sin estator (Dual Halbach Array o “Magnetically Geared Motor”)

• Descripción: Dos rotores con arreglos Halbach y un modulador ferromagnético intermedio (engranaje magnético). Sin bobinas fijas, alta fiabilidad.
• Ejemplo: Magnomatics (UK): Motores PDD (Pseudo Direct Drive) para propulsión, hasta 200.000 Nm. Sitio: Magnomatics Magnetically Geared Thrusters.
• Referencia: A Novel Double Rotor without Stator Electric Motor.

3. Ventajas generales de los motores dual-rotor

Ventaja	Explicación	Referencia
Mayor densidad de potencia	Hasta 2-3× más kW/kg que radiales convencionales.	Advantages of Double-Rotor Electric Motors
Mayor par a bajas rpm	Ideal para tracción directa sin caja de cambios.	Design and Analysis of Dual Rotor Multiphase BLDC for EVs
Mejor refrigeración	Superficies grandes; enfriamiento directo en yokeless.	Magnax Funding for Axial Flux
Menor peso	Crucial para EV y aviación.	YASA About
Mayor eficiencia en amplio rango	95-98% en operación típica.	Magnax Axial-Flux Motors
Posibilidad de eliminar reductores	Engranaje magnético integrado.	Magnomatics Thrusters

4. Desventajas

Desventaja	Comentario	Referencia
Coste de fabricación más alto	Más imanes y ensamblaje complejo.	Dual-Rotor PM Motor for Electric Superbike
Fuerzas axiales altas (axial-flux)	Requiere rodamientos robustos.	Magnax Prepares for Manufacture
Menor experiencia industrial	Aún emergentes vs. radiales estándar.	Design and Optimization for EV
Reparabilidad difícil	Especialmente in-wheel.	Protean PD18 In-Wheel

5. Aplicaciones reales (hasta 2025)

• Vehículos eléctricos de alto rendimiento: Mercedes EQG y AMG (YASA); Koenigsegg Gemera (3x YASA); Ferrari hipereléctricos; BMW con DeepDrive (dual-rotor radial para >800 km rango, pruebas en 2025). Detalles: BMW Dual-Rotor Motor.
• Aviación eléctrica: Rolls-Royce ACCEL (EMRAX); magniX y Pipistrel Velis (EMRAX 228). EMRAX Stacked Motors.
• In-wheel y comerciales: Verge Motorcycles (Protean-like); autobuses con Protean Pd18. DeepDrive Range Extender.
• Otras: Propulsión marina (Magnomatics); range extenders (DeepDrive, 2025 IAA Mobility). Estudio: Dual Independent Rotor AFIM for EVs.

6. Resumen rápido

Los motores dual-rotor representan un avance clave en electrificación, con el axial-flux yokeless (YASA/Magnax/EMRAX) liderando en comercialización por su potencia/peso superior. En 2025, su adopción crece en EV premium y aviación, impulsada por eficiencia y reducción de costes. Para más profundidad, revisa Design, Prototyping, and Testing of Dual-Rotor Motor for EV.