L'automobile del futuro avrà sicuramente a bordo un motore elettrico. Che sia elettrica, fuel cell, ibrida in vario grado (mild, full, plug-in e range extender) o anche a idrogeno, a bordo avrà infatti questo componente, come membro unico o in compartecipazione, del suo sistema di propulsione. Dunque, seppure il motogeneratore elettrico sia il protagonista, quando si parla di auto elettrica o elettrificata l’oggetto della discussione è quasi sempre rappresentato dalla batteria perché è il componente più pesante, ingombrante e costoso, dunque è quello che ha maggiore bisogno di essere evoluto e sviluppato. Invece il motogeneratore è già più compatto e leggero di un’unità termica di pari potenza, ha caratteristiche di coppia nettamente più favorevoli e lo surclassa per efficienza superando comodamente il 90% rispetto al 40-45% dei migliori motori a combustione interna che hanno bisogno di pistoni, bielle e albero motore per trasformare il moto rettilineo in quello rotatorio necessario a muovere un veicolo, oltre a un cambio di velocità e una frizione per funzionare a regimi ottimali. Il motore termico utilizza inoltre idrocarburi e un processo come quello di combustione che comportano l’emissione di rumore, vibrazioni e sostanze inquinanti (HC, CO, NOx e particolato) e climalteranti (CO₂). Altra storia è il motore elettrico: uno statore, un rotore e un albero collegabile alle ruote attraverso un semplice ingranaggio di riduzione con rumore e vibrazioni ridotte ed emissioni pari a zero. Eppure questo componente, inventato dall’ingegnere italiano Galileo Ferraris nel 1885 e poi brevettato dal 1892 da Nicolas Tesla, è solo apparentemente vicino alla sua definizione finale, anzi ha margini di sviluppo che renderanno le auto elettrificate ancora più efficienti e prestazionali.

L’ultima novità sono i motori a flusso assiale che alcune vetture ibride ed elettriche ad alte prestazioni hanno iniziato ad utilizzare come le Ferrari F90 e 296, le Lamborghini Revuelto e Temerario, l’Aston Martin Valhalla e la Mercedes AMG GT XX che ha recentemente stabilito 25 record di velocità per auto elettriche. Tutte queste auto montano unità prodotte dalla Yasa, azienda britannica acquistata nel 2021 proprio dalla Mercedes e che di recente ha annunciato di aver avviato lo sviluppo di un nuovo motore a flusso assiale capace di generare fino a 750 kW con un peso di 12,7 kg pari ad una densità di potenza di oltre 59 kW/kg, vale a dire 80 cavalli per ogni chilo. Per dare un’idea, una power unit di Formula 1 di pari potenza pesa circa 150 kg. Vuol dire che, a parità di massa, il nuovo motore elettrico dell’azienda di Yarnton, nell’Oxfordshire, è circa 12 volte più potente. Un record che migliora del 40% quello fissato dalla Yasa stessa solo lo scorso luglio quando aveva annunciato di aver raggiunto i 550 kW con un motore da 13,1 kg (42 kW/kg). E, a sentire i tecnici britannici, utilizzando materiali non costosi e processi scalabili, dunque trasferibili alla produzione di massa. Sono numeri impressionanti che dimostrano quanto sia ancora inesplorato il potenziale di una tipologia di motori che molti, con toni al limite della denigrazione, vorrebbero relegare alle lavatrici. Ma che cosa sono e come sono fatti i motori elettrici a flusso assiale? I motori più comuni hanno forma cilindrica e sono a flusso radiale perché il campo magnetico che genera la rotazione del rotore all’interno dello statore scorre dal centro verso l’esterno e per questo vengono detti anche centrifughi.

Nei motori a flusso assiale invece il campo magnetico corre parallelo all’asse di rotazione. Per questa ragione rotore e statore sono paralleli e possono avere una forma nettamente più sottile: sono anche detti infatti “a disco” e hanno uno spessore e una massa pari a un terzo di quelli radiali, a parità di coppia e potenza. Inoltre possono girare a regimi nettamente inferiori permettendo di utilizzare rapporti di trasmissione meno demoltiplicati (dunque più efficienti) o addirittura farne a meno. I motori a disco hanno anche il pregio di poter essere raffreddati meglio. L’albero e il rotore, infatti, che sono le parti più calde, non si trovano “prigioniere” all’interno del motore, ma il primo è più corto e può dissipare meglio il calore senza aver bisogno di oli dielettrici o circuiti a microtubi, mentre il secondo è parallelo allo statore, dunque equidistante dal guscio esterno che, in più, può essere composto di un materiale non ferroso come l’alluminio che è un miglior conduttore di calore. Il diametro maggiore del rotore è la croce e la delizia del motore a flusso assiale perché permette di creare una più ampia superficie di scambio elettronico tra rotore e statore e un momento di rotazione maggiore: un po’ come se in bici si utilizzasse una corona più grande.

Allo stesso tempo, oggetti rotanti di diametro maggiore generano più vibrazioni e hanno bisogno di macchinari più sofisticati e standard più elevati, dunque sono più delicati e potenzialmente più esposti a guasti. Anche per questo girano a regimi nettamente inferiori. Ma questa caratteristica, unita alla possibilità di generare coppie e potenze maggiori, può essere davvero decisiva per dare ulteriore impulso alla mobilità elettrica. I motori a flusso assiale possono infatti anche fare a meno di ingranaggi di riduzione guadagnando leggerezza ed efficienza per sé e per tutto il resto del veicolo. Non è infatti lontano il momento in cui i progettisti sposteranno i motori direttamente all’interno delle ruote e il veicolo potrà avere una struttura meno complessa dunque più leggera, economica e robusta, con maggiore spazio e libertà di progettazione per la parte tecnica (batteria, elettronica, etc), per il design, per l’aerodinamica e per lo spazio utile per i passeggeri con i loro bagagli.

Il problema delle masse non sospese, che peggiora l’inerzia delle sospensioni condizionando comfort e tenuta di strada, sembra facilmente superabile: se una dozzina di kg possono generare 750 kW/1.000 cv, bastano anche due motori assiali da 50 kW e 10 kg l’uno per muovere un veicolo brillantemente e persino frenarlo. Un’automobile con i motori nelle ruote può infatti fare a meno dell’impianto frenante o impiegarne uno molto più piccolo e leggero utilizzando le coppie e le potenze negative dei motori stessi. Yasa stima in almeno 200 kg il risparmio di peso eliminando i freni posteriori con tutta la parte meccanica e idraulica di corredo, addirittura in 500 kg quando la progettazione del veicolo comporterà sin dall’inizio motori e freni integrati all’interno delle ruote. Mercedes sta studiando tale soluzione e Renault l’applicherà alla R5 Turbo 3E grazie al contributo di Whylot, una consociata anch’essa acquisita nel 2021 e specializzata in motori a flusso assiale. Sarebbe non solo l’avverarsi del sogno di Ferdinand Porsche, che nel 1900 progettò per il costruttore viennese Egger-Lohner la Semper Vivus con due motori elettrici nelle ruote, ma un passo avanti che neppure il genio boemo aveva osato immaginare.