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电动机是电动汽车(EV)的核心,可以根据其磁通量路径分为两种主要类型:径向磁通电机和轴向磁通电机。这两种类型之间的根本区别在于磁通相对于电机轴的方向。在径向磁通电机中,磁通量沿电机的半径流动,而在轴向通量电机中,磁通量与电机轴平行流动,即沿轴流动。
径向磁通电机
径向磁通电机,也称为传统电机,是各种行业中最常见的电动机类型。这些电机的设计基于传统技术,几十年来,该技术已被证明是可靠和高效的。这些电机中的磁通量径向移动,或从电机中心向外移动。
在将电力转换为旋转扭矩方面,径向磁通电机高效且坚固。径向磁通电机的构造涉及一堆简单的压层,使其易于制造。然而,与轴向磁通相比,这些电机在同样给定的功率输出中往往体积更大、重量也更大。
轴向磁通电机
另一方面,轴向磁通电机在磁通量沿电机轴线流动的情况下运行。这种替代通量路径允许更紧凑、更轻巧的设计。这种类型的电机被YASA等公司推广,YASA是最近被梅赛德斯-奔驰收购的英国汽车设计公司。YASA的轴向磁通电机在小批量混合动力汽车中表现出了高性能,预计在未来的电动汽车中会更频繁地出现。
轴向磁通电机在将电力转换为旋转扭矩方面与径向磁通电机一样高效,但真正的优势在于它们在同样给定的功率条件时体积更小、重量更轻。例如,YASA的电机的尺寸是类似功率径向磁通机器的六分之一,重量只有一半。这在电动汽车效率方面带来了一连串的好处。重量更小意味着更轻的车辆重量和更大的行驶范围,安装电机所需的结构更小,需要的电池更小,支撑电池的结构更小。冷却等其他子系统也可以在大小和重量上缩小。
大规模制造轴向磁通电机带来了许多技术挑战,但随着时间的推移,YASA已经设法克服了这些挑战。虽然径向磁通转子由一堆简单的压层制成,可以轻松制造,但这种技术不能应用于轴向磁通机器。为了实现这两种技术之间的成本达到可以替代的程度,需要大量的工程工作。
YASA的轴向磁通电机技术
十多年来,YASA一直以其轴向磁通技术开创性能电动汽车革命。由于其革命性的拓扑结构、无与伦比的重量、尺寸和功率/扭矩密度,他们的超高性能电动汽车电机是独一无二的。
YASA的轴向磁通电机的扭矩高达4倍,功率密度是大多数电动汽车所用技术的两倍,同时比典型径向机器轻50%,厚度为20%。它们为需要高性能的用户提供了无与伦比的电动驾驶体验,并为车辆设计师提供了一个新的选项。
由于拆除定子轭,YASA电机的功率密度是非轴向机器的2-3倍,这使定子铁质量减少了80%。轴向机器增加的半径,加上更短、更优化的铜绕组,可提供高达其他电动汽车电机4倍的扭矩密度。
YASA电机的性能是可多次重复的,这受益于较短的绕组和直接的油冷却。由于热限制,典型的kW峰值功率径向电机在连续运行时,通常可能会在80至kW之间提供50%的峰值功率。相比之下,使用油提供的改进的高热接触冷却,kWYASA电机可以以kW的功率连续运行。
此外,YASA的轴向磁通电机比径向等效电机占用的体积空间少50%,为设计师和开发人员提供了新的可能性。它们的重量也减少了50%,为提高电机效率和行驶范围、减少电池尺寸和进一步减轻重量提供了机会,所有这些都会促进电动车效率的进一步提高。
此外,YASA电机的分段电枢适合低成本的批量生产。YASA的轴向磁通方法比传统的电动机使用更少的材料,如铜、铁和永磁体,从而显著降低材料成本,并且产品更环保。
虽然径向磁通电机长期以来一直是标准,但由YASA等公司发起的轴向磁通电机的应用转变为提高电动汽车的效率、性能和环境可持续性提供了有希望的机会。轴向磁通电机的尺寸更小,重量更轻,加上其与径向磁通电机相当的效率,使它们成为电动汽车电机未来技术的有力竞争者。