軸向磁通電機(jī)對小型電動汽車的重要性

為什么軸向磁通電機(jī)是小型電動汽車的關(guān)鍵

電動汽車很重，但您聽說過它們也很快嗎?當(dāng)談到汽車愛好者的需求時，汽車制造商的做法是錯誤的。輕型電動跑車和跑車目前沒有銷售，雖然重型電池是罪魁禍?zhǔn)祝@還遠(yuǎn)不是全部。在離子電池節(jié)食之前，我們可以解決很多這樣的問題。

這將從電動機(jī)之類的東西開始。今天的電動汽車幾乎完全由徑向磁通機(jī)提供動力。它們效率高且相對容易生產(chǎn)，但根據(jù)其工作原理，它們需要相對較長且呈桶形，才能為汽車提供足夠的動力。相比之下，軸向磁通電機(jī)可以像飛盤一樣更小、更扁平，但仍然表現(xiàn)出相同的潛力。這是因為它們的磁鐵的排列方式。軸向電機(jī)中的磁力(或通量)平行于電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸而不是垂直或徑向傳播。這意味著它們可以采取不同的形式。

問題在于它們的大規(guī)模制造要困難得多，這阻礙了它們在電動汽車中的廣泛采用。不過，由于一家公司的努力，這一概念看起來終于準(zhǔn)備好展開翅膀了。

與其他電動汽車技術(shù)一樣，軸向磁通電機(jī)并不是一個新想法。早在 1800 年代初期，這個想法就已經(jīng)在邁克爾·法拉第 (Michael Faraday) 的手中成形。然而，您在很大程度上要感謝一位使汽車行業(yè)重新燃起興趣的人：蒂姆·伍爾默博士。自從撰寫博士論文以來，伍爾默博士就一直癡迷于這個概念。近 20 年前的論文，他的研究導(dǎo)致了無軛分段電樞軸向磁通電機(jī)的誕生。他于 2009 年成立了一家名為 YASA 的公司來繼續(xù)發(fā)展，與汽車制造商簽署了多項協(xié)議，為電動汽車提供 YASA 電機(jī)，然后于 2021 年被梅賽德斯-奔馳收購。

他的旅程始于一個簡單的問題：“為什么沒有電動汽車？” 2000 年代明顯的限制是電池技術(shù)，但今天，這不再是主要障礙。為了真正實現(xiàn)高效和輕量化，電動汽車必須從頭開始重新考慮為整個系統(tǒng)，而伍爾默博士已經(jīng)找到了這個難題的關(guān)鍵部分。他公司的技術(shù)在很多方面都掌握著您可能真正想要購買的電動跑車的關(guān)鍵。

您可能想知道，如果幾乎所有電動汽車中現(xiàn)有的徑向磁通單元都非常高效，為什么伍爾默博士決定研究電動機(jī)設(shè)計。畢竟，他告訴我“我會很樂意研究電池、充電器以及任何我覺得有趣的東西?！辈贿^，“質(zhì)量分解”的想法確實促使他進(jìn)行軸向通量設(shè)計。至少在紙面上，與類似輸出的徑向通量相比，新配置有望減少 30% 的尺寸，并顯著減輕重量。這個百分比比您想象的要重要得多，尤其是在雙電機(jī)或三電機(jī)電動汽車中。“如果我們能減輕 100-200 公斤 [220-440 磅]，你就開始真正影響你的車輛了?！?/p>

不僅從動力總成的角度來看，而且從整體質(zhì)量和包裝的角度來看。如果像電機(jī)這樣的部件可以減輕相當(dāng)多的重量和體積，那么這實際上意味著支撐它的所有部件都可以變得更輕、更緊湊。作為一個系統(tǒng)，汽車可以變得更加高效。忘記更大的電池吧——您擁有的電池將能夠帶您走得更遠(yuǎn)。我們還沒有真正看到這種做法在這個方向上走向極端，但我們肯定看到了相反的情況。我當(dāng)然是在談?wù)?,000 磅重的悍馬電動車。

軸向磁通電機(jī)在概念上非常好，但與徑向磁通電機(jī)相比，它更難以批量生產(chǎn)。此外，軸向磁通電機(jī)有多種配置，因此 Woolmer 博士必須縮小最適合大規(guī)模開發(fā)的范圍。

在 2000 年代末，他對一種稱為軟磁復(fù)合材料（通常稱為 SMC）的材料產(chǎn)生興趣后，開始采用 YASA 配置?！澳梢允褂梅浅：唵蔚墓ぞ邔⑵鋲撼扇S形狀，而不是堆疊疊片。”這在電機(jī)結(jié)構(gòu)和效率方面有很多優(yōu)勢，但“有一個限制，那就是你只能制造最大手大小的零件。”這是由于將 SMC 壓制成固體形式需要巨大的壓力。

這一限制最終導(dǎo)致將定子（包含銅繞組的電機(jī)固定部分）分段。這在可制造性、效率和扭矩密度方面產(chǎn)生了瀑布效應(yīng)。他當(dāng)時并不知道，但他只是為這項技術(shù)構(gòu)建了一個未來?，F(xiàn)在他已經(jīng)明白了這一點——他讓這一切聽起來如此簡單——他只需要在 2009 年為他的設(shè)計找到投資者，當(dāng)時還沒有大眾市場的電動汽車上路。同樣，制造這些先進(jìn)電機(jī)的工具也不存在?！拔覀儽仨氃O(shè)計大量機(jī)器來制造機(jī)器，”Woolmer 博士解釋道，并補(bǔ)充說，目前用于制造公司電機(jī)的工具 70% 是由 YASA 定制的。

正如你所預(yù)料的那樣，伍爾默博士遭到了很多懷疑。他說，早期的投資者談話是這樣的：“沒有電動汽車。你的產(chǎn)品沒有市場。即使有市場，即使你開始出售你的技術(shù)，你也會賠錢，而且這是將是一場災(zāi)難?！?/p>

這并沒有阻止亞薩停下來。成立后不久，該公司就在 2010 年為捷豹 C-X75 概念車制造發(fā)動機(jī)取得了第一次重大突破。這款非正統(tǒng)的渦輪動力混合動力電動超級跑車從未投入生產(chǎn)，盡管它確實在 2015 年詹姆斯·邦德 (James Bond) 中引起了轟動。電影《幽靈》。接下來，它于 2015 年為價值 200 萬美元的 Koenigsegg Regera 插電式混合動力超級跑車提供 YASA 電機(jī)，這是第一款采用該技術(shù)的量產(chǎn)車。然后在該公司被梅賽德斯收購之前收到了來自法拉利和邁凱倫的訂單，盡管該公司仍在與外部合作伙伴合作。

盡管如此，到 2023 年，市場上仍然沒有大眾市場的軸向磁通電動汽車。為什么？嗯，許多汽車制造商剛剛開始銷售他們的第一批電動產(chǎn)品，這些產(chǎn)品都是在 YASA 的工作真正面世之前就開始開發(fā)的。此外，軸向磁通電機(jī)因其扁平外形而非常適合安裝在發(fā)動機(jī)和變速箱之間，因此高性能混合動力似乎是制造商測試該技術(shù)的自然起點。

純電動汽車領(lǐng)域的真正機(jī)會尚未實現(xiàn)，但伍爾默博士表示這只是時間問題。他比我（有記錄）談?wù)撨^的汽車行業(yè)中的任何人都更了解愛好者汽車的未來，他明白這不僅僅是關(guān)于你能以多快的速度達(dá)到 60 英里每小時?！懊總€人都在制造快速電動汽車，這是有一點底線的，”他告訴我。事實證明這很容易做到。我們可以看到特斯拉、通用汽車等公司生產(chǎn)的許多快速、重型機(jī)器。但現(xiàn)在“心態(tài)已經(jīng)改變。每個人都認(rèn)識到它們速度很快?，F(xiàn)在下一個改變是如何讓它們更具吸引力，如何讓它們更有趣?！?/p>

要做到這一點，需要減輕重量并更有效地利用能源，而不是簡單地在汽車中塞入更多電池。這正是軸向磁通電機(jī)技術(shù)所允許的?！半S著電池的改進(jìn)、架構(gòu)的優(yōu)化以及子部件重量的下降，它們實際上沒有理由不能比內(nèi)燃機(jī)汽車更輕，”伍爾默博士告訴我。

所有這些都催生了 YASA 即將推出的新一代軸向磁通電機(jī)，該電機(jī)目前正在開發(fā)中，并將在本十年內(nèi)登上舞臺。這些電機(jī)“每公斤的功率將超過 30 kW [40 hp]”。其影響幾乎令人難以置信。一輛 300 馬力的周末小快艇可以由重量比普通西瓜還輕的發(fā)動機(jī)提供動力。

最重要的是，這將使電動汽車的駕駛和感覺與今天有所不同，即使電池仍然比大多數(shù)人希望的要重。“[原始設(shè)備制造商]正在努力尋找電動汽車的差異化，尤其是當(dāng)他們擁有汽油和柴油汽車時?！毕?YASA 所擅長的新技術(shù)將成為開拓利基市場并提供獨特駕駛體驗的關(guān)鍵。

理想的電動機(jī)配置尚未確定。內(nèi)燃機(jī)汽車已經(jīng)發(fā)展了 100 年的大部分時間，我們不能指望電動汽車立即就能在所有方面都做得更好。不過，這個承諾是顯而易見的。當(dāng) YASA 的下一代電機(jī)問世時，電池、電力電子設(shè)備等也將得到改進(jìn)。懷疑是有道理的，但實際上已經(jīng)存在的技術(shù)已經(jīng)準(zhǔn)備好開啟新一代廉價、輕量和簡單跑車的大門。

編輯：黃飛