軸向磁通電機的技術創新和量產應用，或將有效解決電動汽車領域目前所面臨的一些突出難題，比如輕量化、扭矩密度和人們最為關心的續航里程等。在奔馳汽車剛剛發布的Vision One Eleven概念車，以及此前已經面世的法拉利SF90 Stradale、296GTB和邁凱倫Artura等各種高性能車型上，整車驅動系統搭載應用的都是軸向磁通電機，這種電機也被各大超豪華汽車品牌認為是“目前高性能車通往電動化之路的最佳解決方案”。

雖然徑向磁通電機讓整個汽車行業進入了電動化時代，但是軸向磁通電機在各個方面的表現都更好：它們不僅更輕、更小，而且還能提供更大的扭矩和更大的功率，這種突破性的電機能夠以更小、更輕的身軀創造出更強大的沖擊力，從而為汽車設計師們打開一個充滿可能性的全新世界。

徑向磁通電機的扭矩與轉子半徑的平方成正比，而軸向電機的扭矩與轉子半徑的立方成正比，所以可以產生更高的扭矩數字；在輸出功率相同的情況下，軸向磁通電機的體積比徑向磁通電機小50%、重量輕50%，比如奔馳Vision One-Eleven純電概念車所搭載的軸向磁通電機，重量僅為同等輸出功率普通電機的1/3 。

體積重量上的優勢不僅大大減少了電機生產所需要的銅、鐵和永磁等材料的使用，而且可以讓軸向磁通電機布置在更加狹窄的地方，比如汽車輪轂的凹口，從而減少變速箱、傳動軸等零部件的參與，減少動能損失，因此驅動效率更高，扭矩補償作用也更為直接。

同時，由于軸向磁通電機非常緊湊和輕便，安裝它所需要的結構更少，這節省了更多的重量，而且它的轉速不會達到像傳統徑向磁通電機那樣高，因此可以沒有減速齒輪，從而進一步降低系統總重量，其他子系統也可以從重量減輕中受益，比如剎車和冷卻系統。總體而言，在效率和續航里程方面可以實現5-10%的提高。

奔馳軸向磁通驅動電機技術曝光

奔馳剛剛公布了新的概念跑車"Vision One Eleven"，這款車除了獨特的造型和設計之外，還配備了四臺驅動電機，每臺電機可輸出480馬力，整車擁有1920馬力的最大輸出。配備的YASA新一代軸流電機在2021年10月被奔馳收購，將在奔馳的柏林-馬林費爾德工廠生產，將成為性能細分市場下一個動力總成的核心。

目前99%的電動汽車都配備了徑向磁通電機，但YASA的軸向磁通電機是徑向磁通電機深度的1/3。由于元器件少，重量也是原來的1/3。更重要的是，這款緊湊型電機每臺可產生 480 馬力，比科尼賽克開發的同類型電動機多出145馬力。

YASA 創始人兼首席技術官 Tim Woolmer 表示，“在傳統的徑向磁通電機中，電流垂直于旋轉軸，而在軸向磁通電機中，電磁電流是高效的，因為它平行于電機的軸流動旋轉，與徑向磁通電機相比，它更強大、更耐用，能夠達到全新的性能水平。”

而這種軸向磁通電機的好處不僅僅是“重量和尺寸”，而且還增加了安裝自由度。以前必須安裝在車輛前后中央的電動機現在可以安裝在車輪內部，還可以用作制動器以有效地儲存動力，并且也可以用作制動鉗。由于不需要在車身側安裝電機，車廂和行李廂的空間更寬，車身本身的設計自由度也將得到提升。而這種軸向磁通電機的好處不僅僅是“重量和尺寸”，還有因此而增加的“安裝自由度高”。

如果想法再大膽一點，可以把汽油車的發動機、變速箱、排氣系統等拆下來，在每個輪子上裝上這個軸向磁通電機，在某處空的地方裝上電池和逆變器就可以快速制造出電動汽車，也可以使用汽油車平臺制造廉價的電動汽車。

當然，車輪的扭矩矢量控制也可以用更高效、更簡單的系統來完成。因為不需要安裝差速器和驅動軸，前后輪可移動的幅度更大，實現前所未有的汽車運動將成為可能。扭矩矢量一直是一種“制動內圈，相對增加外圈扭矩”的被動控制，但有了這種軸向磁通電機，將可以更自由地控制前后左右的驅動力，并且有可能實現完全不同的性能維度。

換句話說，這種軸向磁通電動機具有無限的潛力，可以做到汽油發動機車輛無法做到的事情，并可以實現傳統徑向磁通電動機無法實現的布局。不僅有機動性，而且內部空間和承載能力將大大提高。

電動汽車初創企業Infinitum

推出Aircore Mobility motor3

電動汽車初創企業Infinitum推出了Aircore Mobility motor3，這是一種軸向磁通推進和牽引電機，旨在為乘用和商用電動汽車提供更可持續的動力，以及其它新興的電動平臺，如航空、船舶和建筑設備。根據Infinitum的說法，Aircore Mobility電機比具有同等額定扭矩的徑向磁通電機效率高10%，體積小50%，重量輕。軸向磁通電機設計通過使用獲得專利的PCB定子技術實現了這一點，該技術需要的銅減少66%，而不需要較重的鐵芯。

效率的提高和重量的減輕意味著電動汽車和其它電動平臺的續駛里程范圍更長，電池組更小、更便宜，充電時間更快。

軸向磁通電機技術

大多數電機是徑向磁通電機的一些變體，它使用鐵芯定子和繞組來產生旋轉磁場，從而在定子內移動轉子。鐵有助于集中和增加磁場強度，但它很重，給電機增加了很大的重量。在軸向磁通電機中，轉子盤位于定子旁邊，軸向磁力（平行于旋轉軸的力）在轉子中引起運動。軸向磁通電機通常具有較高的扭矩重量比，這使得它們非常適合電動汽車甚至航空等交通應用。

徑向與軸向磁通電機

印刷電路板定子

Infinitum軸向磁通電機體積小、重量輕的關鍵是PCB定子。Infinitum的空氣芯電機在定子中不使用鐵芯和銅繞組。與傳統電機不同，銅線圈直接蝕刻在PCB定子上，使得電機的重量和尺寸比傳統設計少50%。在電動汽車動力系統應用中，來自牽引逆變器的驅動電流通過固定的PCB定子繞組產生軸向磁通量，從而移動轉子并向前驅動車輛。

除尺寸和重量外，沒有鐵芯的其它好處還包括減少定子磁滯和渦流損耗，從而提高效率或每單位電量輸入的物理輸出。PCB定子還通過消除與傳統電機中的銅繞組和絕緣相關的潛在故障點來提高電機可靠性。

鐵芯與PCB定子

模塊化設計可擴展

Aircore Mobility采用模塊化設計，可在不改變核心電機結構的情況下根據應用的功率需求進行擴展。通過這種方法，可以根據需要組合多個PCB定子和轉子，以滿足應用的電力需求，從小型乘用車到特斯拉Semi等8級商用卡車。設計的靈活性使工程師能夠試驗不同的配置，快速添加定子和轉子，以確定哪種配置最適合他們的功率和扭矩要求。

根據Infinitum工程副總裁Ramon Guiart的說法，與之前的機型相比，這種更高功率的可擴展性是Aircore Mobility的關鍵區別。Guiart表示：“不同之處在于我們能夠實現的可擴展性。這些特定的單元大約為150千瓦或200馬力。”

在成本方面，PCB定子可以使用廣泛可用的標準電路板生產技術制造。

Aircore Mobility電機具有多個轉子和定子

冷卻高功率密度電機

增加多個轉子和定子的能力使得Aircore電機能在功率上進行縮放，但在電機緊湊空間中的熱量管理方面也存在挑戰。對于Infinitum說，用油基系統取代空氣冷卻是應對這一挑戰的答案。

盤轂動力推出ICD150K軸向磁通電機

盤轂動力的ICD150K軸向磁通電機，一臺僅重24Kg的驅動電機，可以輸出約150kW的峰值功率以及325N·m的最大扭矩，當一臺汽車搭載上4個這樣的驅動電機，可以想象它的性能可以多么強大。

通過技術創新和正向研發，盤轂動力推出了以ICD150K為基礎的新能源乘用車三合一分布式驅動解決方案，通過對電機、減速器、電控箱的高度集成化設計，大大降低了總成重量、縮減了總成體積，整套系統總成的重量不超過100Kg，峰值功率達到300Kw，系統總成功率密度超過3kW/kg，而且可以根據車輛開發平臺的實際需求，實現定制化的布置方案設計，其中「平行軸方案」有利于在Z向高度和Y向寬度方面預留更大的底盤空間；「同軸方案」的布置方式則可以在X向長度上獲得更大的設計自由度，并且該方案在左右半軸的長度一致，總成質量分布更加均勻。

杭州中豪電動科技有限公司開發的

軸向磁通電機在輕卡增程器中的運用

前不久，杭州中豪電動科技有限公司舉行了新型增程式發電機批產下線儀式。

軸向磁通增程器及輕卡產品

中豪45kw增程器發電機產品

中豪60kw增程器發電機產品

雙定子軸向磁通電機技術

產品采用雙定子軸向磁通電機技術，體積較市場主流產品減小1/3，重量降低30%。其扁平化的結構和低速高扭的性能特點完美匹配增程器產品對發電機的需求。電機安裝完后甚至未超出發動機的進氣系統。增程器整套系統的結構設計十分小巧，更能適應整車裝配的狹小空間，滿足車輛輕量化需求。

碳纖維纏繞轉子盤

產品的盤式轉子采用了行業領先的碳纖維纏繞工藝，大大降低失效風險，可靠性高；此外，取消了傳統浸漆工藝，采用更為先進的真空灌封工藝，在保證生產過程清潔環保的同時，結構強度大幅度提升，NVH性能提升明顯；另一方面，產品采用中豪自主研發的端面水道散熱方式，散熱效果極佳，顯著降低了發動機熱傳導給電機帶來的不良影響，性能非常穩定。

鐵芯沖卷成型工藝

產品定子鐵芯采用沖卷一次成型工藝，材料利用率極高，較沖壓鐵芯，原料成本降低30%；而軸向永磁盤式電機，其獨特的磁通結構，決定了其軸向厚度比常規電機薄2/3以上。轉子盤與飛輪結構相似且軸向安裝，可代替增程器的飛輪部分，不僅在設計研發增程器時較大程度地降低了制造成本，還提高了能量轉換效率。

從增程器的發電效率上來看，產品使用軸向磁通永磁電機去匹配發動機的最佳油耗點，會讓系統效率更高。在汽柴油發動機額定轉速僅在1500rpm到3000rpm的工況下，軸向磁通永磁電機的效率高，且擁有很寬的高效區間。增程器系統綜合效率可達95%以上。高效發電系統，帶來的直接收益則是車輛的節油率可達20%以上。

編輯：黃飛