單輪千匹馬力、取代剎車，新能源車的下一代電機(jī)有多強(qiáng)

還記得前不久上熱搜的奔馳AMG GT（參數(shù)丨圖片） XX概念車嗎？

在意大利納多賽道，這臺(tái)車24小時(shí)累計(jì)行駛5479公里，創(chuàng)造了電動(dòng)車24小時(shí)最長(zhǎng)行駛里程新紀(jì)錄。

我們此前也詳細(xì)報(bào)道過(guò)《讓雷軍直呼"有點(diǎn)變態(tài)"的純電耐力賽成績(jī)，奔馳是如何刷出來(lái)的？》

奔馳AMG GT XX概念車之所以這么強(qiáng)，秘密就在于那3臺(tái)軸向磁通電機(jī)。

什么是軸向磁通電機(jī)？

簡(jiǎn)單說(shuō)，軸向磁通電機(jī)就是下一代電驅(qū)技術(shù)。

目前在新能源汽車上，不管是永磁同步還是感應(yīng)異步，都是徑向磁通電機(jī)，磁通方向是沿著電機(jī)半徑方向，也就是垂直于電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸。

△軸向磁通電機(jī)結(jié)構(gòu)

而軸向磁通電機(jī)，顧名思義就是磁通方向與電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸平行的電動(dòng)機(jī)，其中定子、轉(zhuǎn)子是呈盤狀平行排列，造型非常扁平。

所以此前也有一些說(shuō)法，叫盤式電機(jī)。

它有很多優(yōu)勢(shì)，比如結(jié)構(gòu)緊湊、輕量化、高功率密度以及高扭矩密度。

△奔馳AMG GT XX概念車搭載的軸向磁通電機(jī)系統(tǒng)

列幾個(gè)奔馳AMG GT XX概念車上那臺(tái)軸向磁通電機(jī)的參數(shù)，大家就知道它大概的水平了：

單臺(tái)電機(jī)質(zhì)量不到28kg、單體厚度僅約8厘米左右、三臺(tái)電機(jī)總計(jì)為AMG GT XX概念車提供了超1000千瓦（1360馬力）的動(dòng)力輸出。

性能超強(qiáng)？

應(yīng)用在奔馳AMG GT XX概念車上的軸向磁通電機(jī)還不是目前最強(qiáng)的技術(shù)形態(tài)。

奔馳概念車上的軸向磁通電機(jī)是來(lái)自奔馳旗下的公司—YASA。

YASA在今年發(fā)布的最新一款軸向磁通電機(jī)，具備峰值750kW的輸出功率。

750kW的最大功率輸出是什么概念？折合馬力1019匹。

對(duì)比之下，目前電機(jī)領(lǐng)域的王者比亞迪此前發(fā)布的全球首款量產(chǎn)的3萬(wàn)轉(zhuǎn)電機(jī)，峰值輸出功率才580kW。

不僅峰值功率驚人，YASA這臺(tái)軸向磁通電機(jī)算下來(lái)還具備極高功率密度。

再做個(gè)對(duì)比：

? 小米自主研發(fā)的轉(zhuǎn)速達(dá)到27200轉(zhuǎn)的超級(jí)電機(jī)V8s，功率密度10.14kW/kg；

? 蔚來(lái)全球首款的925V連續(xù)波繞組電機(jī)，功率密度14kW/kg；

? 比亞迪量產(chǎn)的全球最高3萬(wàn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速電機(jī)，功率密度16.4 kW/kg。

而YASA最新的軸向磁通電機(jī)功率密度：59kW/kg。

這么高的功率密度，軸向磁通電機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)的？

和目前主流的徑向磁通電機(jī)相比，軸向磁通電機(jī)結(jié)構(gòu)上就不一樣。

像前面說(shuō)的，徑向磁通電機(jī)是類似于嵌套結(jié)構(gòu)，定子和轉(zhuǎn)子是大小相互嵌套在一起。

軸向磁通電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子則是呈盤狀平行排列，更像是相互疊摞在一起，轉(zhuǎn)子就位于定子的側(cè)面，而不是中間，所以轉(zhuǎn)子在結(jié)構(gòu)上天然具備更大的直徑尺寸。

我們知道扭矩=力×半徑，相同的力使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于直徑增大，也就使得扭矩更大。

而功率又與扭矩密切相關(guān)，同樣的（角速度）轉(zhuǎn)速下，扭矩更高，功率也就更大。

再加上，軸向磁通電機(jī)的磁通可以直接從轉(zhuǎn)子一極穿過(guò)氣隙到達(dá)另一極，而非像徑向磁通電機(jī)那樣需要穿過(guò)轉(zhuǎn)子鐵芯和氣隙，也就是軸向磁通電機(jī)磁通路徑會(huì)更短。

磁通路徑更短意味著電機(jī)鐵損降低，再加上采用扁平繞組等降低銅損的設(shè)計(jì)，最終使得軸向磁通電機(jī)具備更高的驅(qū)動(dòng)效率，功率和扭矩也就都上去了。

同時(shí)又由于軸向磁通電機(jī)類似三明治一樣非常緊湊的結(jié)構(gòu)，體積和重量本身就具備優(yōu)勢(shì)。

所以相比起徑向磁通電機(jī)，軸向磁通電機(jī)在功率密度、扭矩密度上具備非常大的優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)YASA的數(shù)據(jù)，軸向磁通與同輸出性能的徑向磁通電機(jī)相比，在電機(jī)直徑相似的情況下，體積長(zhǎng)度可以做到1/6，扭矩密度提升4倍。

對(duì)于很多性能車來(lái)說(shuō)，這些指標(biāo)都意味著能夠在馬力和重量之間得到一個(gè)很好的平衡：

既能獲得大馬力，又不需要犧牲重量。

上輪轂，取代剎車？

就像很多人心心念念的輪轂電機(jī)，也可以使用軸向磁通電機(jī)結(jié)構(gòu)，不必?fù)?dān)心增加簧下質(zhì)量，同時(shí)也能獲得非常高的性能。

而YASA最近也表示，他們正在嘗試高功率密度軸向磁通電機(jī)，應(yīng)用在輪轂電機(jī)領(lǐng)域。

考慮到Y(jié)ASA單臺(tái)軸向磁通電機(jī)750kW的峰值輸出功率，如果給四輪裝上四臺(tái)這樣的輪轂電機(jī)，總峰值功率會(huì)達(dá)到3000kW，總馬力會(huì)超過(guò)4000匹。

想象一下，一臺(tái)馬力超4000匹的性能猛獸…

但是高性能還不是軸向磁通電機(jī)應(yīng)用在輪轂電機(jī)領(lǐng)域最大的亮點(diǎn)，這類結(jié)構(gòu)緊湊的新電機(jī)有可能完全替代傳統(tǒng)的剎車系統(tǒng)。

YASA首席技術(shù)官Tim 曾明確表示：“（軸向磁通電機(jī)）電機(jī)的設(shè)計(jì)符合后輪剎車的所有要求”。

主要技術(shù)邏輯就是為輪轂電機(jī)增加一套逆變器系統(tǒng)，使其與能量回收系統(tǒng)相結(jié)合，來(lái)最大化地取代剎車的作用。

根據(jù)YASA的估計(jì)，如果完全采用輪轂電機(jī)來(lái)替代傳統(tǒng)的剎車系統(tǒng)，由于省下了剎車系統(tǒng)中大量的機(jī)械、油路等結(jié)構(gòu)，整體可以為電動(dòng)車減重200—500kg，可以說(shuō)是性能和輕量化一舉兩得了。

當(dāng)然，軸向磁通電機(jī)這么好，也并非沒(méi)有缺點(diǎn)。

首先就是結(jié)構(gòu)緊湊帶來(lái)的電機(jī)散熱問(wèn)題。

在奔馳AMG GT XX概念車上，搭載的3臺(tái)軸向磁通電機(jī)均采用了定子油冷+轉(zhuǎn)子油冷雙回路的高效散熱設(shè)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)量產(chǎn)制造來(lái)說(shuō)就不輕松了。

其次，軸向磁通電機(jī)因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)子直徑更大，所以轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也更大，在電機(jī)高轉(zhuǎn)時(shí)離心力相比徑向磁通電機(jī)也要高一些，這對(duì)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速也會(huì)有一定限制。

最后，由于整體上結(jié)構(gòu)緊湊、制造精度要求更高，比如對(duì)定子、轉(zhuǎn)子平行度要求更高，使得軸向磁通電機(jī)整體上制造成本相比徑向電機(jī)也會(huì)高30%—50%。

對(duì)于市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，這類電機(jī)也基本只會(huì)出現(xiàn)在定位高性能、豪華的純電產(chǎn)品上。

另外，雖然搭載在奔馳AMG GT XX概念車的軸向磁通電機(jī)尚未量產(chǎn)，但目前汽車市場(chǎng)也有這類電機(jī)的少量應(yīng)用。

像是法拉利SF90 Stradale，混動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)由內(nèi)燃機(jī)+三臺(tái)電機(jī)相結(jié)合，其中后軸電機(jī)就是軸向磁通電機(jī)。

蘭博基尼Temerario的混動(dòng)系統(tǒng)也是由內(nèi)燃機(jī)+三臺(tái)軸向磁通電機(jī)相結(jié)合，其中前軸兩臺(tái)軸向磁通電機(jī)每臺(tái)重量?jī)H約17kg。

以及同樣有軸向磁通電機(jī)應(yīng)用的還有阿斯頓·馬丁Valhalla、邁凱倫Artura等，全都是超跑品牌、高性能產(chǎn)品。

其實(shí)，國(guó)內(nèi)目前也有不少車企和供應(yīng)商已經(jīng)在開(kāi)發(fā)軸向磁通電機(jī)的路上。

比如此前嵐圖宣布研發(fā)出中國(guó)首款乘用車軸向磁通電機(jī)，具備680N·m的峰值扭矩，單電機(jī)重量?jī)H28kg，而類似華為、寧德時(shí)代此前也都有自研的軸向磁通電機(jī)曝光。

總的來(lái)說(shuō)，軸向磁通電機(jī)作為下一代電驅(qū)技術(shù)，對(duì)車企來(lái)說(shuō)還是誘惑很大的，相信也用不了太久，我們也能在常規(guī)車型上看到這項(xiàng)技術(shù)了。