重生：如何將200年前的舊原理，變成今日的“性能怪獸”電機？

本文僅在今日頭條發布，請勿轉載

找一臺電機，直接把它壓扁，再扔掉里面那個最重的鐵塊。

恭喜你，你發明了一臺性能超高的電機！

重量只有十幾公斤，卻能爆發出接近一千匹的馬力。

它就是英國YASA公司最新研發的——無軛軸向磁通電機（Yokeless Axial Flux Motor）。

最離譜的是，這種顛覆性的結構，其基本原理竟然早在兩百年前就已經誕生了。

01 兩個世紀的“支流”：軸向磁通的逆襲

要理解YASA做出了什么驚人之舉，我們得先看看統治了世界一百多年的電機長什么樣。

我們今天在電動汽車、家電中最常見的電機，叫做徑向磁通電機（Radial Flux Motor）。它的磁場就像太陽光一樣，是從中心（轉子）往外走的：穿過定子線圈，再沿半徑方向回到另一側。

而另一種結構，就是軸向磁通電機。它的磁場不走半徑，而是沿著旋轉軸的方向平行流動。在這種結構下，轉子和定子不再是套在一起的圓柱體，而是像幾張盤子面對面放置。磁場從一側轉子穿過定子，直接進入另一側轉子。

這兩種結構最大的區別，在于磁鐵的位置和做功方式。

1. 更大的力臂：在軸向電機里，磁鐵通常分布在更大的直徑上，也就是離旋轉中心更遠。根據物理學常識：扭矩等于作用力乘以半徑（力臂）。當半徑變大時，同樣大小的磁力就能產生更大的扭矩。因此，在相同體積和重量下，軸向電機往往能獲得更高的扭矩密度
2. 更短的路徑：它的磁場路徑更短、更集中，絕大部分磁通都能直接參與做功，這大大提高了效率。

可以說，軸向結構天生就具備高性能的基因。但現實卻是，在過去一百多年里，它始終是非主流。

原因主要在于工程實現的噩夢。首先，由于轉子直徑更大，高速旋轉時磁鐵會受到巨大的離心力，對結構強度要求極高。其次，這種盤式結構在制造和裝配上異常復雜，對加工精度要求近乎苛刻。再加上早期電機散熱能力有限，工程師最終還是選擇了一種更容易制造、更穩定的方案，也就是我們今天最常見的徑向電機。

這一等，就是兩百年。直到YASA的出現。

02 瘋狂的減法：干掉那個“鐵軛”

YASA，這家如今隸屬于梅賽德斯-奔馳（Mercedes-Benz）旗下的英國高性能電驅系統公司，一直惦記著這個古老卻強大的原理。

他們以一種極具破壞性的創新思維審視了傳統電機，發現了一個驚人的事實：傳統電機里有一部分結構非常重，卻幾乎不產生動力——它就是鐵軛（Iron Yoke）。

鐵軛在傳統電機中扮演著雙重角色：一是提供機械支撐，維持電機結構的穩定性；二是作為磁場的“高速公路”，讓磁通能夠閉合形成回路。然而，這一整塊鐵通常占據了電機相當大一部分重量。

YASA的做法很直接，也很瘋狂：干掉它。

為了實現這一目標，他們把電機重新設計為“雙轉子”結構。他們巧妙地在定子的兩側各放置一個帶有永磁體的轉子，形成一個“三明治”。

這樣一來，磁場可以直接從一側轉子的磁鐵出發，穿過中間的定子線圈，直接進入另一側轉子完成回路。磁場不再需要通過定子內部那塊沉重的鐵塊來“返回”。結果是顛覆性的：那塊沉重的鐵軛被大幅減少，甚至基本取消。

做完這個減法，電機的重量呈指數級下降，而扭矩和功率密度則隨之飆升。

03 現代工藝的賦能：把“怪獸”裝進籠子

僅僅有天才的構想是不夠的，YASA的工程師們還得解決百年來困擾軸向電機的工程難題。他們引入了一系列現代尖端材料和制造工藝，才馴服了這臺“性能怪獸”。

• 碳纖維的拯救：面對高速旋轉時的巨大離心力，轉子不再使用傳統的鋼結構，而是大量采用了碳纖維復合材料。這種材料在保持極高強度的同時，進一步減輕了重量，更重要的是，它還能有效減少金屬在交變磁場中產生的渦流損耗，提高了電機的高速效率。
• 極致散熱：直接油冷：隨著功率密度的爆炸式提升，散熱成了生死的關鍵。YASA開發了獨特的內部直接油冷技術。他們讓定制的冷卻液直接接觸每一個線圈繞組，而不是像傳統電機那樣隔著外殼散熱。這種極高的散熱效率，允許電機在極小的體積內長時間進行超高功率輸出。
• 重塑磁場：磁鐵的排列也經過了精密的計算機仿真設計。通過特定的磁陣列結構，他們讓磁場主要集中在做功的一側，進一步榨干了每一克永磁材料的潛力。

如今，YASA的這臺軸向磁通電機已經不再是實驗室里的原型機。它已經開始出現在世界頂級跑車的混動系統和純電超跑中，作為其最核心的動力心臟。

不僅如此，它們同樣受到了電動航空領域的狂熱關注。因為在飛機上，每一克重量都至關重要，YASA的超高功率密度正是他們夢寐以求的。

隨著技術的成熟和成本的控制，未來它甚至可以直接安裝在車輪內部，成為輪轂電機。這將徹底重構汽車的底盤設計，讓車輛減速時既能提供強大的制動力，也能更高效地把動能重新轉化為電能儲存在電池里。

回顧這項技術，最有意思的地方其實不是它有多“新”。

它本質上是把一個兩百年前就出現過的、被認為難以工程化的電機結構，在現代先進材料、電子控制和精密制造技術的幫助下，重新帶回了舞臺中央。

很多看起來全是全新的技術突破，本質上，只是我們用全新的工程能力，把舊的物理原理又重新做了一遍。這，或許就是創新的魅力所在。