單輪千匹馬力、取代剎車，新能源車的下一代電機有多強

還記得前不久上熱搜的奔馳AMG GT（參數丨圖片） XX概念車嗎？

在意大利納多賽道，這臺車24小時累計行駛5479公里，創造了電動車24小時最長行駛里程新紀錄。

我們此前也詳細報道過《讓雷軍直呼"有點變態"的純電耐力賽成績，奔馳是如何刷出來的？》

奔馳AMG GT XX概念車之所以這么強，秘密就在于那3臺軸向磁通電機。

什么是軸向磁通電機？

簡單說，軸向磁通電機就是下一代電驅技術。

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

△軸向磁通電機結構

而軸向磁通電機，顧名思義就是磁通方向與電機旋轉軸平行的電動機，其中定子、轉子是呈盤狀平行排列，造型非常扁平。

所以此前也有一些說法，叫盤式電機。

它有很多優勢，比如結構緊湊、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系統

列幾個奔馳AMG GT XX概念車上那臺軸向磁通電機的參數，大家就知道它大概的水平了：

單臺電機質量不到28kg、單體厚度僅約8厘米左右、三臺電機總計為AMG GT XX概念車提供了超1000千瓦（1360馬力）的動力輸出。

性能超強？

應用在奔馳AMG GT XX概念車上的軸向磁通電機還不是目前最強的技術形態。

奔馳概念車上的軸向磁通電機是來自奔馳旗下的公司—YASA。

YASA在今年發布的最新一款軸向磁通電機，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。

對比之下，目前電機領域的王者比亞迪此前發布的全球首款量產的3萬轉電機，峰值輸出功率才580kW。

不僅峰值功率驚人，YASA這臺軸向磁通電機算下來還具備極高功率密度。

再做個對比：

? 小米自主研發的轉速達到27200轉的超級電機V8s，功率密度10.14kW/kg；

? 蔚來全球首款的925V連續波繞組電機，功率密度14kW/kg；

? 比亞迪量產的全球最高3萬轉轉速電機，功率密度16.4 kW/kg。

而YASA最新的軸向磁通電機功率密度：59kW/kg。

這么高的功率密度，軸向磁通電機是如何實現的？

和目前主流的徑向磁通電機相比，軸向磁通電機結構上就不一樣。

像前面說的，徑向磁通電機是類似于嵌套結構，定子和轉子是大小相互嵌套在一起。

軸向磁通電機的定子、轉子則是呈盤狀平行排列，更像是相互疊摞在一起，轉子就位于定子的側面，而不是中間，所以轉子在結構上天然具備更大的直徑尺寸。

我們知道扭矩=力×半徑，相同的力使轉子轉動時，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，同樣的（角速度）轉速下，扭矩更高，功率也就更大。

再加上，軸向磁通電機的磁通可以直接從轉子一極穿過氣隙到達另一極，而非像徑向磁通電機那樣需要穿過轉子鐵芯和氣隙，也就是軸向磁通電機磁通路徑會更短。

磁通路徑更短意味著電機鐵損降低，再加上采用扁平繞組等降低銅損的設計，最終使得軸向磁通電機具備更高的驅動效率，功率和扭矩也就都上去了。

同時又由于軸向磁通電機類似三明治一樣非常緊湊的結構，體積和重量本身就具備優勢。

所以相比起徑向磁通電機，軸向磁通電機在功率密度、扭矩密度上具備非常大的優勢。

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

對于很多性能車來說，這些指標都意味著能夠在馬力和重量之間得到一個很好的平衡：

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，也可以使用軸向磁通電機結構，不必擔心增加簧下質量，同時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，應用在輪轂電機領域。

考慮到YASA單臺軸向磁通電機750kW的峰值輸出功率，如果給四輪裝上四臺這樣的輪轂電機，總峰值功率會達到3000kW，總馬力會超過4000匹。

想象一下，一臺馬力超4000匹的性能猛獸…

但是高性能還不是軸向磁通電機應用在輪轂電機領域最大的亮點，這類結構緊湊的新電機有可能完全替代傳統的剎車系統。

YASA首席技術官Tim 曾明確表示：“（軸向磁通電機）電機的設計符合后輪剎車的所有要求”。

主要技術邏輯就是為輪轂電機增加一套逆變器系統，使其與能量回收系統相結合，來最大化地取代剎車的作用。

根據YASA的估計，如果完全采用輪轂電機來替代傳統的剎車系統，由于省下了剎車系統中大量的機械、油路等結構，整體可以為電動車減重200—500kg，可以說是性能和輕量化一舉兩得了。

當然，軸向磁通電機這么好，也并非沒有缺點。

首先就是結構緊湊帶來的電機散熱問題。

在奔馳AMG GT XX概念車上，搭載的3臺軸向磁通電機均采用了定子油冷+轉子油冷雙回路的高效散熱設計，這種結構設計對量產制造來說就不輕松了。

其次，軸向磁通電機因為電機轉子直徑更大，所以轉動慣量也更大，在電機高轉時離心力相比徑向磁通電機也要高一些，這對電機最高轉速也會有一定限制。

最后，由于整體上結構緊湊、制造精度要求更高，比如對定子、轉子平行度要求更高，使得軸向磁通電機整體上制造成本相比徑向電機也會高30%—50%。

對于市場來說，這類電機也基本只會出現在定位高性能、豪華的純電產品上。

另外，雖然搭載在奔馳AMG GT XX概念車的軸向磁通電機尚未量產，但目前汽車市場也有這類電機的少量應用。

像是法拉利SF90 Stradale，混動動力系統由內燃機+三臺電機相結合，其中后軸電機就是軸向磁通電機。

蘭博基尼Temerario的混動系統也是由內燃機+三臺軸向磁通電機相結合，其中前軸兩臺軸向磁通電機每臺重量僅約17kg。

以及同樣有軸向磁通電機應用的還有阿斯頓·馬丁Valhalla、邁凱倫Artura等，全都是超跑品牌、高性能產品。

其實，國內目前也有不少車企和供應商已經在開發軸向磁通電機的路上。

比如此前嵐圖宣布研發出中國首款乘用車軸向磁通電機，具備680N·m的峰值扭矩，單電機重量僅28kg，而類似華為、寧德時代此前也都有自研的軸向磁通電機曝光。

總的來說，軸向磁通電機作為下一代電驅技術，對車企來說還是誘惑很大的，相信也用不了太久，我們也能在常規車型上看到這項技術了。