電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）自去年11月梅賽德斯-奔馳在廣州展示了一款搭載軸向磁通電機的概念車Vision One-Eleven以來，軸向磁通電機在汽車上的應用受到了關(guān)注。軸向磁通電機其實發(fā)展時間已經(jīng)相當長，它不是第一次在乘用車上應用，但隨著電動汽車在近10年的高速發(fā)展，軸向磁通電機的體積、輕量化、高效率等優(yōu)勢使其越來越受到重視。今年以來，多家海內(nèi)外廠商投入更多資源開發(fā)乘用車軸向磁通電機，包括臥龍電驅(qū)、江特電機、大洋電機、小米汽車等都在進行研發(fā)。

軸向磁通電機是什么

軸向磁通電機的雛形就是法拉第在1831年發(fā)明的圓盤發(fā)電機，當時的結(jié)構(gòu)是用一個可以轉(zhuǎn)動的金屬圓盤，置于蹄形磁鐵的磁場中，當圓盤轉(zhuǎn)動時，圓盤邊緣和圓盤軸心之間就會產(chǎn)生電流，實現(xiàn)將機械能轉(zhuǎn)化為電能。相反，在圓盤上施加電流，電能可以轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽埽统蔀榱溯S向磁通電機。

在結(jié)構(gòu)上，軸向磁通電機和現(xiàn)在廣泛使用的徑向磁通電機其實都是由定子和轉(zhuǎn)子組成，區(qū)別在于，軸向磁通電機的轉(zhuǎn)子和定子鐵心的直徑相同，定子和轉(zhuǎn)子是在軸上依次裝配，像兩個圓環(huán)用鐵棒穿起來；而徑向磁通電機則是轉(zhuǎn)子被安裝在定子內(nèi)部，定子包裹著轉(zhuǎn)子。

所以從外觀上，軸向磁通電機往往看起來像一個大盤，因此也被稱為盤式電機，而目前常見的徑向磁通電機就像圓柱體。

軸向電機由于結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，可以有多重構(gòu)型，比如單定子單轉(zhuǎn)子、單定子雙轉(zhuǎn)子、雙定子單轉(zhuǎn)子、多盤式組合等，應對不同應用場景的需求。

不過在過去的近200年時間里，軸向磁通電機由于各種問題沒有實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。最近的突破大概是來自2009年創(chuàng)立的YASA，YASA創(chuàng)立之初就專注于軸向磁通電機產(chǎn)品，然而因為無法大規(guī)模量產(chǎn)，一直都是被用于試驗性質(zhì)的混合動力跑車中。

為什么這么多年都無法規(guī)模量產(chǎn)？這里有幾個主要原因，首先是散熱。現(xiàn)有成熟的徑向電機在冷卻上主要是作用于繞組，而軸向電機除了繞組之外，定子齒承載著磁通路徑，在運行時會纏上大量熱量，散熱效果不足可能會導致定子材料絕緣性能下降，影響電機可靠性。

相比徑向電機，軸向電機的磁場分布也更加復雜，容易產(chǎn)生磁場諧波，需要采用特殊的設(shè)計和材料來實現(xiàn)磁場分布的平衡。同時，軸向電機對轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙均勻性要求極高，對零部件制造精度、裝配精度要求高，因此與徑向電機相比制造成本也將會大大增加。

前面提到軸向電機磁場分布復雜，因此控制策略和算法開發(fā)也是難點之一，可靠性、安全性相比主流的徑向電機還有待驗證。

成立于2009年的YASA，經(jīng)過了十多年研發(fā)，只在柯尼塞格、捷豹、法拉利等部分產(chǎn)量極小的限量車型上有所應用。直到2021年，梅賽德斯-奔馳收購了YASA，才宣布將這一技術(shù)率先在奔馳AMG.EA純電平臺車型上量產(chǎn)搭載。

那么既然技術(shù)有這么多難點，軸向電機當然也有很多優(yōu)勢，首先是體積小、輕量化，軸向長度僅為徑向電機的一半左右，體積重量都要更小，同時物料成本可能也更低，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中銅、鐵等材料的用量更低；在性能方面，在高扭矩密度和功率密度上，軸向電機相比同規(guī)格徑向電機要高出30%左右；能耗方面，軸向電機效率相比徑向電機更高，通常超過96%，在不同功率等級下能耗可以降低15%—20%左右。

產(chǎn)業(yè)鏈玩家

由于奔馳的入局，YASA成為目前全球軸向磁通電機最受關(guān)注的企業(yè)。根據(jù)YASA的介紹，他們的軸向電機在重量24KG、體積5L的情況下，能夠產(chǎn)生800牛·米的扭矩，扭矩密度達到同類型徑向電機的4倍，且擁有同類徑向電機2-3倍的功率密度。

來自斯洛文尼亞的Emrax公司也在軸向電機上布局較早，目前其官網(wǎng)上展示了多款軸向電機產(chǎn)品，其中EMRAX 348最大峰值功率達到340kW，重量僅43—44kg。

不過近幾年，國內(nèi)也有不少公司投入到軸向磁通電機的領(lǐng)域，比如今年4月零跑汽車就和國內(nèi)軸向磁通電機廠商盤轂動力簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議。

盤轂動力據(jù)稱是全球率先實現(xiàn)軸向磁通電機規(guī)模化量產(chǎn)應用的企業(yè)，從其官網(wǎng)披露的信息，目前其軸向磁通電機產(chǎn)品已經(jīng)在多個商用車領(lǐng)域大規(guī)模應用，包括純電大巴、礦用卡車、電動重卡等。

其中純電巴士的軸向電機動力系統(tǒng)已經(jīng)累計銷售5000套，在國內(nèi)50余個城市批量運營，累計安全行駛里程超過2.5億公里。

目前盤轂動力有三大平臺的軸向電機產(chǎn)品，包括小體積的PCB電機，用于汽車壓縮機、園林機械、無人機等領(lǐng)域；功率密度、效率更高的ICS單轉(zhuǎn)子核心驅(qū)動單元，用于商用車、液壓、冷卻風機等工業(yè)領(lǐng)域；ICD雙轉(zhuǎn)子核心驅(qū)動單元的軸向尺寸相比ICS更小，適用于車輛內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊的乘用車驅(qū)動系統(tǒng)等領(lǐng)域。

國內(nèi)另一家專注軸向電機的公司中豪電動，目前也已經(jīng)在一些商用領(lǐng)域應用，比如在柴油增程器、混動系統(tǒng)、工程機械上裝設(shè)備電機等。中豪電動目前的軸向電機功率主要集中在中小功率，比如目前官網(wǎng)上展示的60kW混動電機，效率最高大于95%。

小結(jié)：

根據(jù)IndustryARC的預測，軸向磁通電機市場規(guī)模在2022年到2027年間的復合年均增長率將會達到10.8%，到2027年市場規(guī)模會達到8.7億美元，其中汽車應用占比41%。

在國務院印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》中，其中提到的一個目標是，到2025年，純電動乘用車新車平均電耗降至12.0千瓦時/百公里。軸向磁通電機高功率密度、高效率的優(yōu)勢，未來將會在一些高端車型上逐步取代徑向電機，但在此之前，還需要解決規(guī)模量產(chǎn)、可靠性等問題。