YASA公司CEO分享軸向磁通電機(jī)的一些技術(shù)細(xì)節(jié)

YASA P400 系列電機(jī)和發(fā)電機(jī)具有體積小、重量輕的優(yōu)勢(shì)，軸向長(zhǎng)度僅為 80.4 mm，最高可輸出 370 N·m 的扭矩和 160 kW 的功率。

在電動(dòng)汽車(chē)（EV）研發(fā)中，電機(jī)研發(fā)往往看起來(lái)沒(méi)有電池重要。然而，隨著電動(dòng)汽車(chē)對(duì)封裝、功率、扭矩和續(xù)航里程的要求持續(xù)提升，電機(jī)的設(shè)計(jì)、研發(fā)與生產(chǎn)也迎來(lái)了重大機(jī)遇。

作為一家專(zhuān)注于軸向磁通技術(shù)及相關(guān)控制器的英國(guó)公司，YASA 公司（Yokeless And Segmented Armature）正在從小批量、專(zhuān)門(mén)化的電動(dòng)/混動(dòng)應(yīng)用生產(chǎn)發(fā)展為批量化生產(chǎn)。目前，公司的新生產(chǎn)設(shè)施已經(jīng)投入使用，且預(yù)計(jì)將在 2021 年前將年產(chǎn)量提升至 10萬(wàn)臺(tái)。

作為一家從牛津大學(xué)獨(dú)立出來(lái)的公司，YASA 公司也受到了英國(guó)政府的認(rèn)可，并在英國(guó)商務(wù)部長(zhǎng) Greg Clark 的主持下正式啟用了新的生產(chǎn)設(shè)施。Clark 部長(zhǎng)表示：“當(dāng)政府、學(xué)術(shù)屆和產(chǎn)業(yè)界聚集在一起時(shí)，可以幫助最優(yōu)秀的人才將最杰出的想法轉(zhuǎn)化為最大的價(jià)值，YASA 公司就是一個(gè)成功典范?！?/p>

在揭幕儀式上，阿斯頓·馬丁、捷豹、日產(chǎn)和威廉姆斯展示了各自的原型車(chē)或正在研發(fā)的車(chē)型，其中都采用了YASA電機(jī)。

磁通路徑

軸向磁通電機(jī)（也稱(chēng)為“扁平電動(dòng)機(jī)”）的磁通路徑與普通電機(jī)不同，其磁通方向與電機(jī)軸線平行，而非徑向。與傳統(tǒng)的徑向電機(jī)相比，YASA 公司的軸向磁通電機(jī)使用的銅、鐵和永磁材料更少，所以尺寸更小、重量更輕，也因此可以提供更高的功率，滿(mǎn)足駕駛員的需求。

雖然軸向磁通技術(shù)自 20 世紀(jì) 50 年代以來(lái)一直存在，但將其應(yīng)用至車(chē)輛量產(chǎn)卻面臨相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。該公司的創(chuàng)始人（2009 年）兼現(xiàn)任首席技術(shù)官 Tim Woolmer 博士及其團(tuán)隊(duì)已經(jīng)解決了幾個(gè)技術(shù)障礙，包括突破用于大批量生產(chǎn)低成本定子繞組和轉(zhuǎn)子裝配元件的制造工藝難題。

“YASA 公司已經(jīng)克服了這些挑戰(zhàn)，并且已經(jīng)可以提供超高扭矩輸出和功率密度的電機(jī)，”公司首席技術(shù)官 Chris Harris 表示，“公司的軸向通量電機(jī)可以輸出高達(dá) 6.7 kW/kg 的功率，這已經(jīng)在多款高性能概念車(chē)上得到了證明?！?/p>

這些概念車(chē)型包括捷豹 C-X75 和一款來(lái)自 Koenigsegg Regera 的限量超高性能混合動(dòng)力車(chē)。這款限量跑車(chē)采用了 3 部 YASA 電機(jī)搭配一款 5.0 L 雙渦輪 V8 發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，于 2015 年正式上市。從具體參數(shù)來(lái)說(shuō)，電機(jī)可為車(chē)輛帶來(lái) 520 kW（697 hp）的功率輸出和 900 N·m（664 lb·ft）的扭矩輸出，其中一部 160 kW（214 hp）的電機(jī)作為車(chē)輛曲軸上的啟動(dòng)發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)矩補(bǔ)充裝置，另外兩部 180-kW（241 hp）的扭矩電機(jī)則位于后輪中，用于為車(chē)輛提供動(dòng)力和扭矩。Koenigsegg 公司還聲稱(chēng)，這款全球限量發(fā)行 80 輛的Koenigsegg Regera 混合動(dòng)力汽車(chē)搭載了超高性能的電池組，其功率密度超過(guò)以往任何量產(chǎn)車(chē)輛。

2013 年，一款由 DraysonEngineering 改裝的 Lola B12 69 / EV 也曾采用了 YASA 公司的軸流通量技術(shù)，并在勒芒 24 小時(shí)耐力賽中創(chuàng)下了 326.6 km/h 的輕量級(jí)電動(dòng)車(chē)世界速度紀(jì)錄。同年，YASA 公司的軸流通量電機(jī)進(jìn)入小規(guī)模量產(chǎn)。

Drive eO PPO3也采用了YASA 的軸向磁通電機(jī)。這款電動(dòng)汽車(chē)使用了 6 部 YASA-400 軸流式電機(jī)，總功率輸出為 1000 kW（1340 hp），是 2015 年派克峰國(guó)際爬坡賽（Pikes Peak International Hill Climb）的冠軍，也是歷史上首部問(wèn)鼎該賽事的電動(dòng)汽車(chē)。

英國(guó)商務(wù)部長(zhǎng) Greg Clark 主持 YASA 公司的新設(shè)備啟用儀式，他表示：“當(dāng)政府、學(xué)術(shù)屆和產(chǎn)業(yè)界聚集在一起時(shí)，可以幫助最優(yōu)秀的人才將最杰出的想法轉(zhuǎn)化為最大的價(jià)值，YASA公司就是一個(gè)成功典范?！?/p>

最近，YASA 公司 CEO Chris Harris 曾在采訪中分享了軸向磁通電機(jī)的一些技術(shù)細(xì)節(jié)：

目前，電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)的焦點(diǎn)似乎更多集中在電池，但電機(jī)的發(fā)展也是必不可少的。軸向磁通電機(jī)有哪些顯著優(yōu)點(diǎn)呢？

YASA 軸向磁通電機(jī)的獨(dú)特之處在于它比傳統(tǒng)的徑向電機(jī)更小、更輕。YASA 軸向磁通電機(jī)在與雙速變速箱搭配時(shí)可提供更高的效率，進(jìn)而降低電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電池的尺寸要求，最終幫助汽車(chē)制造商及其客戶(hù)提高電動(dòng)車(chē)單次充電的續(xù)航里程或降低單位續(xù)航里程的成本。

與其他電機(jī)技術(shù)相比，YASA 軸向磁通電機(jī)在重量、成本、扭矩輸出和功率輸出方面有哪些優(yōu)勢(shì)呢？

YASA 電機(jī)采用了獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所以同等功率/扭矩輸出要求下使用的銅和鐵比傳統(tǒng)的徑向電機(jī)更少，因此具有更高的成本效益。與傳統(tǒng)電機(jī)相比，YASA 軸向磁通電機(jī)的尺寸只有前者的二分之一，而重量?jī)H為三分之一。此外，制造和集成工藝也比傳統(tǒng)徑向電機(jī)更為簡(jiǎn)潔，比如線圈的制造和集成可降低加工成本。

您是否認(rèn)為，軸向磁通電機(jī)不但可以用于純電動(dòng)汽車(chē)和油電混合汽車(chē)，還可以作為一種車(chē)輛增程器？

是的，我們的軸向磁通電機(jī)非常適合純電動(dòng)汽車(chē)、油電混合汽車(chē)和車(chē)輛增程器應(yīng)用，而且在這些領(lǐng)域均已有客戶(hù)。由于尺寸緊湊（不到 100 毫米的軸向長(zhǎng)度），我們的電機(jī)非常適合混合動(dòng)力應(yīng)用，因?yàn)檫@種應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱間的空間非常狹小。

YASA 電機(jī)的轉(zhuǎn)速與內(nèi)燃機(jī)不相上下，但尺寸卻遠(yuǎn)小于后者，因此非常適合用于增程器應(yīng)用中。

軸向通量技術(shù)的理論基礎(chǔ)早在 60 年前就已經(jīng)成型，您認(rèn)為，要讓這種技術(shù)真正從理論研究邁入大批量生產(chǎn)，到底面臨著哪些主要挑戰(zhàn)？

YASA 電機(jī)的真正獨(dú)特之處在于采用了全新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。我們使用分段式極靴，而非傳統(tǒng)的磁軛設(shè)計(jì)來(lái)集中磁通量。我們還將直接冷卻電機(jī)中的線圈，并將轉(zhuǎn)子安裝在共同構(gòu)成定子的中央軸承上。

我們采用了一些在車(chē)輛制造領(lǐng)域久經(jīng)驗(yàn)證，但從未應(yīng)用于電機(jī)制造的的傳統(tǒng)制造工藝，比如激光焊接。在這種情況，我們可以借助這些穩(wěn)定、可靠且支持規(guī)模化的制造工藝，讓我們的軸向磁通電機(jī)充分發(fā)揮功率和扭矩密度的優(yōu)勢(shì)。

YASA 公司最近啟用了一個(gè)年產(chǎn)能高達(dá) 10 萬(wàn)臺(tái)的新生產(chǎn)基地，現(xiàn)在工廠已經(jīng)開(kāi)工了嗎？目前的產(chǎn)能大概有多少？

目前，我們現(xiàn)階段的產(chǎn)能規(guī)劃在每年 2 萬(wàn)臺(tái)，預(yù)計(jì)將在 2018 年夏季開(kāi)始向客戶(hù)出貨。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我們還將逐步提升該工廠的產(chǎn)能，并在 2021 年實(shí)現(xiàn)最大化，也就是達(dá)到年產(chǎn)能 10 萬(wàn)臺(tái)的目標(biāo)。最近，我們已經(jīng)宣布與多家汽車(chē)廠商簽署了多項(xiàng)長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)和供應(yīng)協(xié)議。由于保密協(xié)議，我們無(wú)法分享這些客戶(hù)的具體名稱(chēng)，但可以透露的是，我們的 YASA 電機(jī)已經(jīng)被這些廠商的量產(chǎn)產(chǎn)品線采用了。

作為一家從牛津大學(xué)獨(dú)立出來(lái)的公司，YASA 現(xiàn)在是否仍與牛津的相關(guān)院系保持著密切的研發(fā)合作呢？

8 年前，YASA 公司從牛津大學(xué)分拆出來(lái)成為一家獨(dú)立公司，并以公司 CTO Tim Woolmer 在牛津大學(xué)進(jìn)行的研究為基礎(chǔ)，探索研發(fā)創(chuàng)新電機(jī)技術(shù)。牛津大學(xué)是最早為公司提供投資的機(jī)構(gòu)，而且參與了公司此后的每一輪融資。雖然，我們目前已經(jīng)與多家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)建立了密切的合作關(guān)系，包括考文垂大學(xué)和牛津布魯克斯大學(xué)，但我們?nèi)詫⒃谖挥谂＝?Yarnton 的新生產(chǎn)基地開(kāi)展所有研發(fā)活動(dòng)。