大家在关注新能源和高效动力技术时,轴向磁通电机突然成了热门。要说传统电机技术,大家总盯着径向磁通,但现在轴向磁通电机因为小体积高扭矩,慢慢走进了主流视野。说白了,这种电机里面的磁通不是“绕着”轴走,反而是直接“顶着”轴衔接,定子、转子都像一叠饼那样层层分布着。别看它原理简单,落地到量产和汽车应用,难题一箩筐,全凭各家技术优化才有机会突围。
结构上的变化,磁场变化随之联动。轴向磁通电机把定子、转子磁路都安排到轴向,磁通密度拉满,理论上每立方厘米能灌进更多磁力线。这就带来一个好处:在电机体积不变的情况下,这类电机能搞出更大的输出扭矩。别小看这一点,不论是纯电超跑还是大型风力发电,谁不想要这种“瘦身猛士”?
但高扭矩带来的并不全是彩虹,散热一旦跟不上,绝缘材料“华丽升天”,轻则降效,重则直接瘫痪。现在大家都是靠各种冷却神技保命,有的包装壳体内带冷却液、有的干脆把液体直灌到铁芯缝里。中国一汽的做法很有意思——他们在定子齿那里动手术,布了一圈又一圈的导流槽,像给电机穿上了会“透气”的马甲。冷却液从一端钻进来,沿着预定路线绕开所有发热点后挨个导走热量。定子结构里还专门腾出了通道和搁置板,相当于冷却液流走一圈也不怕短路,有效保证核心部位不闷热。
其实必须解决的不只是热的问题。说到磁场,轴向磁通电机可不是无脑推高密度,怎么匹配定子极靴和芯体,各个齿的磁感多一点还是少一点,都需要“调配师”精致裁缝。星驱科技这套专利逻辑就是人手调磁力,道理上有点像一根绳两头拽,通过不同尺寸和布局的极靴以及芯体,把整个定子齿的磁感强度做成梯度。极靴之间互夹,芯体面积也不是一刀切,反而是大小交错。再加上气隙槽和沿轴向拉伸凹槽,把很多容易“带病”的谐波和磁场脉动搞定了,从源头优化转矩输出。类似的精细化调节,以前多见于高端定制,现在慢慢商业化量产,正好说明该领域更新很快。
当然,也不能一提“高扭矩”,就只盯着永磁。国内另一些企业,比如盘毂动力,却另辟蹊径,将励磁线圈和电枢线圈分开布局在不同定子上。这样一来,磁路不再全往一条道上挤,有效增加了线圈空间,同时极大改善了高负载下的短板。对动不动就快速起停的应用场景,这样的混合励磁显然更有安全感,过载能力飙升,也能更好防止磁路饱和,避免“卡死”现象。
理论上的“满格设计”到实际上的“细调方案”,都说明,目前轴向磁通电机还远没到可以一锤定音的地步。最尖端那块还在高校和大企业实验室里“闷头苦算”。像合肥工业大学最近闹得挺火的新型分析方法——他们直接给结构复杂的Halbach阵列和带有定子槽的双定子单转子型电机开发了一套三维解析法,把各种子区域、气隙、实际槽口长度全算进来,连气隙内的磁通密度怎么变都能单独建模。理论精确度高得多,不再像以前只能凭“降维”蒙个大概。更厉害的是,这套办法能够兼顾实际应用中的各种复杂磁极材料和不同厚度的结构,适合下一代高端电机的开发。
其实轴向磁通电机真正火出圈,还得从近年中国本土厂商爆发式创新说起。像卫蓝新能源在乘用车和商用车动力系统上的创新,直接把高性能电机搞进了量产车,连带整个上下游也开始卷工艺、卷热管理,甚至电机材料都在寻求新突破。今年年初,传出比亚迪在商用大巴上首次采用国产高功率轴向磁通专用机型,也让不少人的目光从论文和实验台转向了现实市场。
目前来看,谁家能把磁场玩明白,谁就有机会卡住下一个爆发节点。无论是热失控、磁路饱和,还是精度分析模型,包括电机噪声、效率、成本、可靠性,全都还在明争暗斗。在轴向磁通电机这条赛道,显然还远未到盖棺定论的阶段,真正的赢家也许很快见分晓。
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