文|汽車預(yù)言家
條條大路通羅馬。新汽車時代，200多年前的軸向磁通電機技術(shù)也打開了電動化的新世界。
在2023廣州車展前夕，奔馳科技創(chuàng)新日如期舉辦。在活動現(xiàn)場，梅賽德斯-奔馳不僅帶來了一系列當代前衛(wèi)的科技產(chǎn)品，還用Vision One-Eleven概念車揭示了面向未來的設(shè)計語言和創(chuàng)新高性能電力驅(qū)動系統(tǒng)，而這也是梅賽德斯-奔馳Vision One-Eleven概念車首次登陸中國。
作為汽車的發(fā)明者和豪華品牌的引領(lǐng)者，奔馳近些年始終倡導(dǎo)用科技重新定義豪華純電汽車。在此次創(chuàng)新日上，奔馳帶還來了性能超強的YASA“軸向磁通電機”。按照奔馳的相關(guān)規(guī)劃，軸向磁通電機未來將實現(xiàn)落地應(yīng)用，并率先量產(chǎn)搭載于奔馳AMG.EA純電平臺的車型上，助力奔馳的電動化轉(zhuǎn)型發(fā)展。
奔馳的每一次科技創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)新，都給未來汽車注入了更多的可能。事實上，早在兩年多之前，奔馳就將電動化技術(shù)的目光聚焦在了軸向磁通電機上。當時一家名叫YASA的電機制造商在這方面進行了大量的技術(shù)研究，并開始生產(chǎn)軸向電機，雖然那時還沒有大規(guī)模量產(chǎn)，但奔馳已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了軸向磁通電機的特殊性，并在2021年7月直接收購了YASA。
據(jù)了解，2009年成立的YASA英國電機制造商的主要業(yè)務(wù)之一就是軸向磁通電機，在其成立后的10多年里，YASA曾為科尼賽格、法拉利、捷豹等品牌提供電機，但對象都是小規(guī)模量產(chǎn)的車型。
從2021年起，奔馳在電動化的發(fā)展上就多了軸向磁通電機這一條路。直到今年的6月份，采用YASA軸向電機的Vision One-Eleven概念車正式發(fā)布，業(yè)界再次看到了奔馳砸向軸向磁通電機的信心與決心。
軸向磁通電機如此受奔馳青睞，那究竟什么是軸向磁通電機？在此之前，為何它沒有得到廣泛應(yīng)用？
從廣義上來看，軸向磁通電機也稱為盤式電機，其磁通路徑與傳統(tǒng)徑向電機不同，氣隙是平面型的，氣隙磁場方向與電機軸線方向平行。狹義上看，徑向磁通電機的扭矩與轉(zhuǎn)子半徑的平方成正比，而軸向電機的扭矩與轉(zhuǎn)子半徑的立方成正比，所以其可以產(chǎn)生更高的扭矩；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%。
軸向磁通電機在同樣體積下能夠產(chǎn)生更強的磁場，帶來更高效的動力表現(xiàn)。體現(xiàn)在奔馳Vision One-Eleven純電概念車上，其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(yōu)勢不僅大大減少了電機生產(chǎn)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放置在更加狹窄的地方，使汽車的設(shè)計布局更加靈活，創(chuàng)造更大有效空間。例如汽車輪轂的凹口都可進行使用。更為直接的是，重量的減輕可以降低汽車自重，這在效率和續(xù)航里程方面也會有所改變，最終或?qū)崿F(xiàn)5-10%的提高。
換句話說，軸向磁通電機的使用可帶來三方面的改變：車輛電機布局更靈活；車內(nèi)空間、電池空間更充足；車重降低，能耗降低，性能提升。
雖然當前的電動汽車時代是以徑向磁通電機為主，99%的電動汽車都采用了該電機，但軸向磁通電機重量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊、扭矩密度更高等優(yōu)勢不可忽視，其很有可能為汽車制造商在新時代創(chuàng)造一個新可能，甚至也被很多汽車制造商、行業(yè)專家譽為電動汽車的未來。
對此，奔馳此前已官方表示全新一代YASA軸向磁通電機將在梅賽德斯-奔馳位于柏林的馬里恩費爾德工廠生產(chǎn)，成為未來高性能純電驅(qū)動系統(tǒng)的核心組成部分。當然，如果軸向磁通電機能夠大規(guī)模生產(chǎn)，降低使用成本，它不會只是AMG車型的專屬。
在奔馳之前，高性能車中的法拉利SF90 Stradale、296GTB和邁凱倫Artura等均已搭載軸向磁通電機。雖然軸向磁通電機被奔馳、邁凱倫、法拉利等一眾豪華汽車品牌當作是“目前高性能車通往電動化之路的最佳解決方案”，但在通向未來的道路上，必須承認的是軸向磁通電機的應(yīng)用還面臨很多的技術(shù)挑戰(zhàn)。
最大的困難之一在于軸向磁通電機定子和轉(zhuǎn)子之間的軸向力，軸向力會嚴重拉動機軸，造成嚴重破壞。因此軸向磁通電機的設(shè)計難度較大，稍有差池就會加劇電機的震動，嚴重時則會軸斷機毀。另一方面，軸向電機的冷卻能力較差，轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的熱量無法快速散出。在傳統(tǒng)軸向電機中，它的冷卻結(jié)構(gòu)位于機殼的徑向兩側(cè)，對定子鐵心和繞組的冷卻效果更好，但對轉(zhuǎn)子(永磁體)和支架的冷卻效果不佳，永磁體是受溫度影響最為敏感的部件，一旦過熱就會失效，從而影響電機的輸出功率。此外，軸向磁通電機的生產(chǎn)還面臨軸向氣隙控制、復(fù)雜繞組等方面的困難。
電機生產(chǎn)制造商想要解決這些問題并不容易，這也是目前其少量生產(chǎn)的原因所在。時至今日，軸向磁通電機技術(shù)尚未應(yīng)用在任何一輛純電量產(chǎn)車型上。而奔馳收購的YASA已在該領(lǐng)域取得了先進的技術(shù)成果，這也是奔馳的主要目的。在奔馳方面看來，收購YASA可以加速其高性能車電動化轉(zhuǎn)型的效率，同時又降低了研發(fā)成本，有利于企業(yè)的健康運營。
可持續(xù)發(fā)展是未來豪華的重要支柱，從奔馳的角度來說，保持內(nèi)燃機帶來的雄渾引擎轟鳴聲固然重要，但走進電動汽車時代，奔馳就需要繼續(xù)塑造AMG的專屬形象，持續(xù)引領(lǐng)的駕控技術(shù)和卓越性能。現(xiàn)在看來，軸向磁通電機技術(shù)就將是奔馳高性能車電動化的未來，也將是全球電動高性能汽車的引領(lǐng)者。