轴向磁通电机对小型电动汽车的重要性

为什么轴向磁通电机是小型电动汽车的关键

电动汽车很重，但您听说过它们也很快吗?当谈到汽车爱好者的需求时，汽车制造商的做法是错误的。轻型电动跑车和跑车目前没有销售，虽然重型电池是罪魁祸首，但这还远不是全部。在离子电池节食之前，我们可以解决很多这样的问题。

这将从电动机之类的东西开始。今天的电动汽车几乎完全由径向磁通机提供动力。它们效率高且相对容易生产，但根据其工作原理，它们需要相对较长且呈桶形，才能为汽车提供足够的动力。相比之下，轴向磁通电机可以像飞盘一样更小、更扁平，但仍然表现出相同的潜力。这是因为它们的磁铁的排列方式。轴向电机中的磁力(或通量)平行于电机旋转轴而不是垂直或径向传播。这意味着它们可以采取不同的形式。

问题在于它们的大规模制造要困难得多，这阻碍了它们在电动汽车中的广泛采用。不过，由于一家公司的努力，这一概念看起来终于准备好展开翅膀了。

与其他电动汽车技术一样，轴向磁通电机并不是一个新想法。早在 1800 年代初期，这个想法就已经在迈克尔·法拉第 (Michael Faraday) 的手中成形。然而，您在很大程度上要感谢一位使汽车行业重新燃起兴趣的人：蒂姆·伍尔默博士。自从撰写博士论文以来，伍尔默博士就一直痴迷于这个概念。近 20 年前的论文，他的研究导致了无轭分段电枢轴向磁通电机的诞生。他于 2009 年成立了一家名为 YASA 的公司来继续发展，与汽车制造商签署了多项协议，为电动汽车提供 YASA 电机，然后于 2021 年被梅赛德斯-奔驰收购。

他的旅程始于一个简单的问题：“为什么没有电动汽车？” 2000 年代明显的限制是电池技术，但今天，这不再是主要障碍。为了真正实现高效和轻量化，电动汽车必须从头开始重新考虑为整个系统，而伍尔默博士已经找到了这个难题的关键部分。他公司的技术在很多方面都掌握着您可能真正想要购买的电动跑车的关键。

您可能想知道，如果几乎所有电动汽车中现有的径向磁通单元都非常高效，为什么伍尔默博士决定研究电动机设计。毕竟，他告诉我“我会很乐意研究电池、充电器以及任何我觉得有趣的东西。”不过，“质量分解”的想法确实促使他进行轴向通量设计。至少在纸面上，与类似输出的径向通量相比，新配置有望减少 30% 的尺寸，并显着减轻重量。这个百分比比您想象的要重要得多，尤其是在双电机或三电机电动汽车中。“如果我们能减轻 100-200 公斤 [220-440 磅]，你就开始真正影响你的车辆了。”

不仅从动力总成的角度来看，而且从整体质量和包装的角度来看。如果像电机这样的部件可以减轻相当多的重量和体积，那么这实际上意味着支撑它的所有部件都可以变得更轻、更紧凑。作为一个系统，汽车可以变得更加高效。忘记更大的电池吧——您拥有的电池将能够带您走得更远。我们还没有真正看到这种做法在这个方向上走向极端，但我们肯定看到了相反的情况。我当然是在谈论9,000 磅重的悍马电动车。

轴向磁通电机在概念上非常好，但与径向磁通电机相比，它更难以批量生产。此外，轴向磁通电机有多种配置，因此 Woolmer 博士必须缩小最适合大规模开发的范围。

在 2000 年代末，他对一种称为软磁复合材料（通常称为 SMC）的材料产生兴趣后，开始采用 YASA 配置。“您可以使用非常简单的工具将其压成三维形状，而不是堆叠叠片。”这在电机结构和效率方面有很多优势，但“有一个限制，那就是你只能制造最大手大小的零件。”这是由于将 SMC 压制成固体形式需要巨大的压力。

这一限制最终导致将定子（包含铜绕组的电机固定部分）分段。这在可制造性、效率和扭矩密度方面产生了瀑布效应。他当时并不知道，但他只是为这项技术构建了一个未来。现在他已经明白了这一点——他让这一切听起来如此简单——他只需要在 2009 年为他的设计找到投资者，当时还没有大众市场的电动汽车上路。同样，制造这些先进电机的工具也不存在。“我们必须设计大量机器来制造机器，”Woolmer 博士解释道，并补充说，目前用于制造公司电机的工具 70% 是由 YASA 定制的。

正如你所预料的那样，伍尔默博士遭到了很多怀疑。他说，早期的投资者谈话是这样的：“没有电动汽车。你的产品没有市场。即使有市场，即使你开始出售你的技术，你也会赔钱，而且这是将是一场灾难。”

这并没有阻止亚萨停下来。成立后不久，该公司就在 2010 年为捷豹 C-X75 概念车制造发动机取得了第一次重大突破。这款非正统的涡轮动力混合动力电动超级跑车从未投入生产，尽管它确实在 2015 年詹姆斯·邦德 (James Bond) 中引起了轰动。电影《幽灵》。接下来，它于 2015 年为价值 200 万美元的 Koenigsegg Regera 插电式混合动力超级跑车提供 YASA 电机，这是第一款采用该技术的量产车。然后在该公司被梅赛德斯收购之前收到了来自法拉利和迈凯伦的订单，尽管该公司仍在与外部合作伙伴合作。

尽管如此，到 2023 年，市场上仍然没有大众市场的轴向磁通电动汽车。为什么？嗯，许多汽车制造商刚刚开始销售他们的第一批电动产品，这些产品都是在 YASA 的工作真正面世之前就开始开发的。此外，轴向磁通电机因其扁平外形而非常适合安装在发动机和变速箱之间，因此高性能混合动力似乎是制造商测试该技术的自然起点。

纯电动汽车领域的真正机会尚未实现，但伍尔默博士表示这只是时间问题。他比我（有记录）谈论过的汽车行业中的任何人都更了解爱好者汽车的未来，他明白这不仅仅是关于你能以多快的速度达到 60 英里每小时。“每个人都在制造快速电动汽车，这是有一点底线的，”他告诉我。事实证明这很容易做到。我们可以看到特斯拉、通用汽车等公司生产的许多快速、重型机器。但现在“心态已经改变。每个人都认识到它们速度很快。现在下一个改变是如何让它们更具吸引力，如何让它们更有趣。”

要做到这一点，需要减轻重量并更有效地利用能源，而不是简单地在汽车中塞入更多电池。这正是轴向磁通电机技术所允许的。“随着电池的改进、架构的优化以及子部件重量的下降，它们实际上没有理由不能比内燃机汽车更轻，”伍尔默博士告诉我。

所有这些都催生了 YASA 即将推出的新一代轴向磁通电机，该电机目前正在开发中，并将在本十年内登上舞台。这些电机“每公斤的功率将超过 30 kW [40 hp]”。其影响几乎令人难以置信。一辆 300 马力的周末小快艇可以由重量比普通西瓜还轻的发动机提供动力。

最重要的是，这将使电动汽车的驾驶和感觉与今天有所不同，即使电池仍然比大多数人希望的要重。“[原始设备制造商]正在努力寻找电动汽车的差异化，尤其是当他们拥有汽油和柴油汽车时。”像 YASA 所擅长的新技术将成为开拓利基市场并提供独特驾驶体验的关键。

理想的电动机配置尚未确定。内燃机汽车已经发展了 100 年的大部分时间，我们不能指望电动汽车立即就能在所有方面都做得更好。不过，这个承诺是显而易见的。当 YASA 的下一代电机问世时，电池、电力电子设备等也将得到改进。怀疑是有道理的，但实际上已经存在的技术已经准备好开启新一代廉价、轻量和简单跑车的大门。

编辑：黄飞