Eletrificação Assistiva e Motores Leves: Acionamentos Híbridos para Mobilidade
O desenvolvimento de motores elétricos leves e ultraeficientes é um dos pilares da nova engenharia de mobilidade. Ao eliminar completamente o núcleo ferromagnético (topologia coreless), elimina-se também as perdas no ferro — correntes de Foucault e histerese —, resultando em uma máquina de altíssima eficiência. A substituição de sistemas pesados e ineficientes por tecnologias de tração direta (In-Wheel) transforma não apenas a performance energética, mas a usabilidade e a ergonomia de veículos leves.
Abaixo, detalho minha experiência no desenvolvimento de motores síncronos de fluxo axial com topologia coreless aplicados a dois cenários desafiadores: a alta performance de veículos de competição e a inclusão social através da motorização de cadeiras de rodas.
The development of lightweight, ultra-efficient electric motors is one of the pillars of the new mobility engineering. By completely eliminating the ferromagnetic core (coreless topology), iron losses — eddy currents and hysteresis — are also eliminated, resulting in a machine with exceptionally high efficiency. Replacing heavy, inefficient systems with direct-drive (In-Wheel) technologies transforms not only energy performance but also the usability and ergonomics of light vehicles.
Below, I detail my experience in developing axial flux synchronous motors with coreless topology applied to two challenging scenarios: the high performance of competition vehicles and social inclusion through the motorization of wheelchairs.
Cenário 1: Veículo de Alta Eficiência Energética (Competição Estudantil)Scenario 1: High Energy Efficiency Vehicle (Student Competition)
Escopo: Engenharia Eletromagnética e Fabricação de Protótipo Aplicação: Protótipo de Milhagem (Competição de Eficiência Energética)
Scope: Electromagnetic Engineering and Prototype Manufacturing Application: Mileage Prototype (Energy Efficiency Competition)
O ContextoThe Context
O objetivo era substituir os tradicionais e ineficientes sistemas de transmissão mecânica por um motor elétrico acoplado diretamente à roda de um veículo de competição voltado para a máxima eficiência energética. The goal was to replace the traditional and inefficient mechanical transmission systems with an electric motor coupled directly to the wheel of a competition vehicle focused on maximum energy efficiency.
O DesenvolvimentoThe Development
Projetei e construí um Motor Síncrono a Ímãs Permanentes de Fluxo Axial (AFPM). A arquitetura escolhida foi a Coreless (sem núcleo ferromagnético), uma decisão crucial para eliminar as perdas no ferro (correntes de Foucault e histerese) e zerar o torque de cogging.
Para suprir o aumento do entreferro efetivo causado pela ausência do núcleo, utilizei ímãs de altíssima densidade energética de Neodímio-Ferro-Boro dispostos em um arranjo de Halbach duplo (rotores em ambos os lados do estator). O estator foi desenvolvido em resina epóxi, abrigando bobinas concêntricas moldadas manualmente com fio Litz para reduzir o efeito pelicular (skin effect).
I designed and built an Axial Flux Permanent Magnet Synchronous Motor (AFPM). The chosen architecture was Coreless (without ferromagnetic core), a crucial decision to eliminate iron losses (eddy currents and hysteresis) and zero the cogging torque.
To compensate for the increased effective air gap caused by the absence of the core, I used ultra-high energy density Neodymium-Iron-Boron magnets arranged in a double Halbach array (rotors on both sides of the stator). The stator was developed in epoxy resin, housing concentrically wound coils manually molded with Litz wire to reduce the skin effect.
O ImpactoThe Impact
O motor resultou em uma máquina extremamente leve, compacta e com eficiência superior a 90%, garantindo a propulsão direta da roda de 16 polegadas do veículo sem a necessidade de caixas de redução, provando o potencial da topologia de fluxo axial para veículos ultraleves. The motor resulted in an extremely light, compact machine with over 90% efficiency, providing direct drive to the vehicle’s 16-inch wheel without the need for reduction gearboxes, proving the potential of the axial flux topology for ultralight vehicles.
Cenário 2: Eletrificação de Cadeira de Rodas (Projeto Híbrido)Scenario 2: Wheelchair Electrification (Hybrid Project)
Escopo: Design de Produto, Engenharia Eletromecânica e Liderança de Projeto Aplicação: Cadeira de Rodas Convencional Assistida
Scope: Product Design, Electromechanical Engineering and Project Leadership Application: Assisted Conventional Wheelchair
O ContextoThe Context
Cadeiras de rodas motorizadas tradicionais são pesadas (50 a 85 kg), difíceis de transportar (não são dobráveis) e utilizam baterias de chumbo-ácido obsoletas. Se a bateria descarregar, o usuário perde totalmente a mobilidade, pois a arquitetura dos motores radiais e redutores mecânicos impede a tração manual. Traditional motorized wheelchairs are heavy (50 to 85 kg), difficult to transport (not foldable), and use obsolete lead-acid batteries. If the battery runs out, the user loses all mobility, as the architecture of radial motors and mechanical reducers prevents manual traction.
A InovaçãoThe Innovation
Liderei um projeto financiado pela CODEMGE para transferir a tecnologia do motor de alta eficiência desenvolvido na universidade para a inclusão social. A proposta foi eletrificar uma cadeira de rodas convencional, mantendo-a dobrável e leve (abaixo de 15 kg o conjunto).
A adaptação exigiu desafios mecânicos para escalar a roda de 16” do projeto original para o aro 24” padrão das cadeiras. Como o motor coreless de fluxo axial (projetado anteriormente) elimina o arrasto magnético quando desenergizado, a cadeira tornou-se híbrida. O usuário pode tracionar a roda manualmente pelos aros tradicionais ou acionar o motor elétrico (alimentado por modernas baterias de Lítio) para vencer rampas ou percorrer longas distâncias.
I led a project funded by CODEMGE to transfer the high-efficiency motor technology developed at the university to social inclusion. The proposal was to electrify a conventional wheelchair, keeping it foldable and light (under 15 kg total).
The adaptation required mechanical challenges to scale the 16” wheel of the original project to the standard 24” rim of wheelchairs. Since the coreless axial flux motor (previously designed) eliminates magnetic drag when de-energized, the chair became hybrid. The user can manually drive the wheel through the traditional rims or activate the electric motor (powered by modern Lithium batteries) to overcome ramps or cover long distances.
O ImpactoThe Impact
O projeto demonstrou que a engenharia de alta performance pode ter impacto direto na qualidade de vida das pessoas. Ao eliminar transmissões pesadas e substituir o chumbo por lítio, comprovamos a viabilidade de um produto inclusivo, portátil e à prova de falhas (já que o usuário nunca fica imobilizado por falta de bateria). The project demonstrated that high-performance engineering can have a direct impact on people’s quality of life. By eliminating heavy transmissions and replacing lead with lithium, we proved the viability of an inclusive, portable, and fail-proof product (since the user is never immobilized due to lack of battery).
