軸向磁通電機(jī)對(duì)小型電動(dòng)汽車(chē)的重要性

為什么軸向磁通電機(jī)是小型電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵

電動(dòng)汽車(chē)很重，但您聽(tīng)說(shuō)過(guò)它們也很快嗎?當(dāng)談到汽車(chē)愛(ài)好者的需求時(shí)，汽車(chē)制造商的做法是錯(cuò)誤的。輕型電動(dòng)跑車(chē)和跑車(chē)目前沒(méi)有銷(xiāo)售，雖然重型電池是罪魁禍?zhǔn)?，但這還遠(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(wèn)題。

這將從電動(dòng)機(jī)之類(lèi)的東西開(kāi)始。今天的電動(dòng)汽車(chē)幾乎完全由徑向磁通機(jī)提供動(dòng)力。它們效率高且相對(duì)容易生產(chǎn)，但根據(jù)其工作原理，它們需要相對(duì)較長(zhǎng)且呈桶形，才能為汽車(chē)提供足夠的動(dòng)力。相比之下，軸向磁通電機(jī)可以像飛盤(pán)一樣更小、更扁平，但仍然表現(xiàn)出相同的潛力。這是因?yàn)樗鼈兊拇盆F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(wèn)題在于它們的大規(guī)模制造要困難得多，這阻礙了它們?cè)陔妱?dòng)汽車(chē)中的廣泛采用。不過(guò)，由于一家公司的努力，這一概念看起來(lái)終于準(zhǔn)備好展開(kāi)翅膀了。

與其他電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)一樣，軸向磁通電機(jī)并不是一個(gè)新想法。早在 1800 年代初期，這個(gè)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(chē)行業(yè)重新燃起興趣的人：蒂姆·伍爾默博士。自從撰寫(xiě)博士論文以來(lái)，伍爾默博士就一直癡迷于這個(gè)概念。近 20 年前的論文，他的研究導(dǎo)致了無(wú)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(lái)繼續(xù)發(fā)展，與汽車(chē)制造商簽署了多項(xiàng)協(xié)議，為電動(dòng)汽車(chē)提供 YASA 電機(jī)，然后于 2021 年被梅賽德斯-奔馳收購(gòu)。

他的旅程始于一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題：“為什么沒(méi)有電動(dòng)汽車(chē)？” 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(shí)現(xiàn)高效和輕量化，電動(dòng)汽車(chē)必須從頭開(kāi)始重新考慮為整個(gè)系統(tǒng)，而伍爾默博士已經(jīng)找到了這個(gè)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(gòu)買(mǎi)的電動(dòng)跑車(chē)的關(guān)鍵。

您可能想知道，如果幾乎所有電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。畢竟，他告訴我“我會(huì)很樂(lè)意研究電池、充電器以及任何我覺(jué)得有趣的東西。”不過(guò)，“質(zhì)量分解”的想法確實(shí)促使他進(jìn)行軸向通量設(shè)計(jì)。至少在紙面上，與類(lèi)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(gè)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(dòng)汽車(chē)中?！叭绻覀兡軠p輕 100-200 公斤 [220-440 磅]，你就開(kāi)始真正影響你的車(chē)輛了?！?/p>

不僅從動(dòng)力總成的角度來(lái)看，而且從整體質(zhì)量和包裝的角度來(lái)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(shí)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(gè)系統(tǒng)，汽車(chē)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(méi)有真正看到這種做法在這個(gè)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(dòng)車(chē)。

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(kāi)發(fā)的范圍。

在 2000 年代末，他對(duì)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(kāi)始采用 YASA 配置?！澳梢允褂梅浅：?jiǎn)單的工具將其壓成三維形狀，而不是堆疊疊片?！边@在電機(jī)結(jié)構(gòu)和效率方面有很多優(yōu)勢(shì)，但“有一個(gè)限制，那就是你只能制造最大手大小的零件?！边@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(shí)并不知道，但他只是為這項(xiàng)技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)未來(lái)?，F(xiàn)在他已經(jīng)明白了這一點(diǎn)——他讓這一切聽(tīng)起來(lái)如此簡(jiǎn)單——他只需要在 2009 年為他的設(shè)計(jì)找到投資者，當(dāng)時(shí)還沒(méi)有大眾市場(chǎng)的電動(dòng)汽車(chē)上路。同樣，制造這些先進(jìn)電機(jī)的工具也不存在。“我們必須設(shè)計(jì)大量機(jī)器來(lái)制造機(jī)器，”Woolmer 博士解釋道，并補(bǔ)充說(shuō)，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(shuō)，早期的投資者談話是這樣的：“沒(méi)有電動(dòng)汽車(chē)。你的產(chǎn)品沒(méi)有市場(chǎng)。即使有市場(chǎng)，即使你開(kāi)始出售你的技術(shù)，你也會(huì)賠錢(qián)，而且這是將是一場(chǎng)災(zāi)難。”

這并沒(méi)有阻止亞薩停下來(lái)。成立后不久，該公司就在 2010 年為捷豹 C-X75 概念車(chē)制造發(fā)動(dòng)機(jī)取得了第一次重大突破。這款非正統(tǒng)的渦輪動(dòng)力混合動(dòng)力電動(dòng)超級(jí)跑車(chē)從未投入生產(chǎn)，盡管它確實(shí)在 2015 年詹姆斯·邦德 (James Bond) 中引起了轟動(dòng)。電影《幽靈》。接下來(lái)，它于 2015 年為價(jià)值 200 萬(wàn)美元的 Koenigsegg Regera 插電式混合動(dòng)力超級(jí)跑車(chē)提供 YASA 電機(jī)，這是第一款采用該技術(shù)的量產(chǎn)車(chē)。然后在該公司被梅賽德斯收購(gòu)之前收到了來(lái)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(chǎng)上仍然沒(méi)有大眾市場(chǎng)的軸向磁通電動(dòng)汽車(chē)。為什么？嗯，許多汽車(chē)制造商剛剛開(kāi)始銷(xiāo)售他們的第一批電動(dòng)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品都是在 YASA 的工作真正面世之前就開(kāi)始開(kāi)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(dòng)機(jī)和變速箱之間，因此高性能混合動(dòng)力似乎是制造商測(cè)試該技術(shù)的自然起點(diǎn)。

純電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的真正機(jī)會(huì)尚未實(shí)現(xiàn)，但伍爾默博士表示這只是時(shí)間問(wèn)題。他比我（有記錄）談?wù)撨^(guò)的汽車(chē)行業(yè)中的任何人都更了解愛(ài)好者汽車(chē)的未來(lái)，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(shí)?！懊總€(gè)人都在制造快速電動(dòng)汽車(chē)，這是有一點(diǎn)底線的，”他告訴我。事實(shí)證明這很容易做到。我們可以看到特斯拉、通用汽車(chē)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(gè)人都認(rèn)識(shí)到它們速度很快。現(xiàn)在下一個(gè)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(diǎn)，需要減輕重量并更有效地利用能源，而不是簡(jiǎn)單地在汽車(chē)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(shí)際上沒(méi)有理由不能比內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)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(kāi)發(fā)中，并將在本十年內(nèi)登上舞臺(tái)。這些電機(jī)“每公斤的功率將超過(guò) 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(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。

最重要的是，這將使電動(dòng)汽車(chē)的駕駛和感覺(jué)與今天有所不同，即使電池仍然比大多數(shù)人希望的要重?！癧原始設(shè)備制造商]正在努力尋找電動(dòng)汽車(chē)的差異化，尤其是當(dāng)他們擁有汽油和柴油汽車(chē)時(shí)。”像 YASA 所擅長(zhǎng)的新技術(shù)將成為開(kāi)拓利基市場(chǎng)并提供獨(dú)特駕駛體驗(yàn)的關(guān)鍵。

理想的電動(dòng)機(jī)配置尚未確定。內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)已經(jīng)發(fā)展了 100 年的大部分時(shí)間，我們不能指望電動(dòng)汽車(chē)立即就能在所有方面都做得更好。不過(guò)，這個(gè)承諾是顯而易見(jiàn)的。當(dāng) YASA 的下一代電機(jī)問(wèn)世時(shí)，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(shí)際上已經(jīng)存在的技術(shù)已經(jīng)準(zhǔn)備好開(kāi)啟新一代廉價(jià)、輕量和簡(jiǎn)單跑車(chē)的大門(mén)。

編輯：黃飛