為什么軸向磁通電機是小型電動汽車的關鍵

電動汽車很重，但您聽說過它們也很快嗎?當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首，但這還遠不是全部。在離子電池節食之前，我們可以解決很多這樣的問題。

這將從電動機之類的東西開始。今天的電動汽車幾乎完全由徑向磁通機提供動力。它們效率高且相對容易生產，但根據其工作原理，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，軸向磁通電機可以像飛盤一樣更小、更扁平，但仍然表現出相同的潛力。這是因為它們的磁鐵的排列方式。軸向電機中的磁力(或通量)平行于電機旋轉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備好展開翅膀了。

與其他電動汽車技術一樣，軸向磁通電機并不是一個新想法。早在 1800 年代初期，這個想法就已經在邁克爾·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，他的研究導致了無軛分段電樞軸向磁通電機的誕生。他于 2009 年成立了一家名為 YASA 的公司來繼續發展，與汽車制造商簽署了多項協議，為電動汽車提供 YASA 電機，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，但今天，這不再是主要障礙。為了真正實現高效和輕量化，電動汽車必須從頭開始重新考慮為整個系統，而伍爾默博士已經找到了這個難題的關鍵部分。他公司的技術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鍵。

您可能想知道，如果幾乎所有電動汽車中現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設計。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。”不過，“質量分解”的想法確實促使他進行軸向通量設計。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，尤其是在雙電機或三電機電動汽車中。“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。”

不僅從動力總成的角度來看，而且從整體質量和包裝的角度來看。如果像電機這樣的部件可以減輕相當多的重量和體積，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，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。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。我當然是在談論9,000 磅重的悍馬電動車。

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

在 2000 年代末，他對一種稱為軟磁復合材料（通常稱為 SMC）的材料產生興趣后，開始采用 YASA 配置。“您可以使用非常簡單的工具將其壓成三維形狀，而不是堆疊疊片。”這在電機結構和效率方面有很多優勢，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。

這一限制最終導致將定子（包含銅繞組的電機固定部分）分段。這在可制造性、效率和扭矩密度方面產生了瀑布效應。他當時并不知道，但他只是為這項技術構建了一個未來。現在他已經明白了這一點——他讓這一切聽起來如此簡單——他只需要在 2009 年為他的設計找到投資者，當時還沒有大眾市場的電動汽車上路。同樣，制造這些先進電機的工具也不存在。“我們必須設計大量機器來制造機器，”Woolmer 博士解釋道，并補充說，目前用于制造公司電機的工具 70% 是由 YASA 定制的。

正如你所預料的那樣，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。你的產品沒有市場。即使有市場，即使你開始出售你的技術，你也會賠錢，而且這是將是一場災難。”

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 概念車制造發動機取得了第一次重大突破。這款非正統的渦輪動力混合動力電動超級跑車從未投入生產，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，這是第一款采用該技術的量產車。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品，這些產品都是在 YASA 的工作真正面世之前就開始開發的。此外，軸向磁通電機因其扁平外形而非常適合安裝在發動機和變速箱之間，因此高性能混合動力似乎是制造商測試該技術的自然起點。

純電動汽車領域的真正機會尚未實現，但伍爾默博士表示這只是時間問題。他比我（有記錄）談論過的汽車行業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于你能以多快的速度達到 60 英里每小時。“每個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的許多快速、重型機器。但現在“心態已經改變。每個人都認識到它們速度很快。現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。”

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技術所允許的。“隨著電池的改進、架構的優化以及子部件重量的下降，它們實際上沒有理由不能比內燃機汽車更輕，”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，該電機目前正在開發中，并將在本十年內登上舞臺。這些電機“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動機提供動力。

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人希望的要重。“[原始設備制造商]正在努力尋找電動汽車的差異化，尤其是當他們擁有汽油和柴油汽車時。”像 YASA 所擅長的新技術將成為開拓利基市場并提供獨特駕駛體驗的關鍵。

理想的電動機配置尚未確定。內燃機汽車已經發展了 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 YASA 的下一代電機問世時，電池、電力電子設備等也將得到改進。懷疑是有道理的，但實際上已經存在的技術已經準備好開啟新一代廉價、輕量和簡單跑車的大門。

編輯：黃飛