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為什么軸向磁通電機(jī)是小型電動(dòng)汽車的關(guān)鍵呢?

發(fā)布時(shí)間:2023-11-18 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】電動(dòng)汽車很重,但您聽說(shuō)過它們也很快嗎?當(dāng)談到汽車愛好者的需求時(shí),汽車制造商的做法是錯(cuò)誤的。輕型電動(dòng)跑車和跑車目前沒有銷售,雖然重型電池是罪魁禍?zhǔn)祝@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題。


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這將從電動(dòng)機(jī)之類的東西開始。今天的電動(dòng)汽車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,才能為汽車提供足夠的動(dòng)力。相比之下,軸向磁通電機(jī)可以像飛盤一樣更小、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。


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問題在于它們的大規(guī)模制造要困難得多,這阻礙了它們?cè)陔妱?dòng)汽車中的廣泛采用。不過,由于一家公司的努力,這一概念看起來(lái)終于準(zhǔn)備好展開翅膀了。


與其他電動(dòng)汽車技術(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行業(yè)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(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,與汽車制造商簽署了多項(xiàng)協(xié)議,為電動(dòng)汽車提供 YASA 電機(jī),然后于 2021 年被梅賽德斯-奔馳收購(gòu)。


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他的旅程始于一個(gè)簡(jiǎn)單的問題:“為什么沒有電動(dòng)汽車?” 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)汽車必須從頭開始重新考慮為整個(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)買的電動(dòng)跑車的關(guān)鍵。


您可能想知道,如果幾乎所有電動(dòng)汽車中現(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)很樂意研究電池、充電器以及任何我覺得有趣的東西。” 不過,“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)汽車中?!叭绻覀兡軠p輕 100-200 公斤 [220-440 磅],你就開始真正影響你的車輛了?!?/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。


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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?!?這在電機(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?!?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(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)還沒有大眾市場(chǎng)的電動(dòng)汽車上路。同樣,制造這些先進(jìn)電機(jī)的工具也不存在?!拔覀儽仨氃O(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:“沒有電動(dòng)汽車。你的產(chǎn)品沒有市場(chǎng)。即使有市場(chǎng),即使你開始出售你的技術(shù),你也會(huì)賠錢,而且這是將是一場(chǎng)災(zāi)難?!?/p>


這并沒有阻止亞薩停下來(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)跑車提供 YASA 電機(jī),這是第一款采用該技術(shù)的量產(chǎn)車。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。


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盡管如此,到 2023 年,市場(chǎng)上仍然沒有大眾市場(chǎng)的軸向磁通電動(dòng)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(dòng)產(chǎn)品,這些產(chǎn)品都是在 YASA 的工作真正面世之前就開始開發(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)間問題。他比我(有記錄)談?wù)撨^的汽車行業(yè)中的任何人都更了解愛好者汽車的未來(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,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?,F(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)際上沒有理由不能比內(nèi)燃機(jī)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(jī),該電機(jī)目前正在開發(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 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)汽車的駕駛和感覺與今天有所不同,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)汽車的差異化,尤其是當(dāng)他們擁有汽油和柴油汽車時(shí)?!?像 YASA 所擅長(zhǎng)的新技術(shù)將成為開拓利基市場(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)汽車立即就能在所有方面都做得更好。不過,這個(gè)承諾是顯而易見的。當(dāng) YASA 的下一代電機(jī)問世時(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)備好開啟新一代廉價(jià)、輕量和簡(jiǎn)單跑車的大門。


來(lái)源:Recurrent Ventures



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