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什么原因讓AMG有勇氣放棄大V8?軸向磁通電機!

   2021-08-23 63480
導讀

下一代C63將會取消大V8發動機,改為2.0T四缸發動機配電動機的混合動力系統,這早已不再是新聞,AMG的頂級車系也將會用上混動系統,配上73e的尾標。是什么讓一直以大排量發動機,暴力輸出,堪稱德系肌肉車形象示人的A

  


下一代C63將會取消大V8發動機,改為2.0T四缸發動機配電動機的混合動力系統,這早已不再是新聞,AMG的頂級車系也將會用上混動系統,配上73e的尾標。



是什么讓一直以大排量發動機,暴力輸出,堪稱德系肌肉車形象示人的AMG走上了電動化的道路?



排放?一部分,但并不是全部。畢竟AMG的份額相對奔馳整體相當小,節能減排工作還不至于讓品牌的性能擔當的AMG不得不做出削缸斷臂決定的地步,那么答案就很明確了,是性能,讓AMG主動擁抱了電氣化。



再來看看7月22日的梅賽德斯奔馳集團公布的其最新電動化計劃表,從“電動為先”向“全面電動”轉型。除了從2025年起,所有新推出的車輛平臺架構都將是純電動架構,公司生產的每款車型都會有純電動的替代方案,到2030年底全面完成電動化這些集團策略之外,還額外提到了一項收購案:



通過垂直整合和收購超高性能軸向磁通電機專家YASA,提高電動傳動系統的效率。



這家YASA是何方神圣,為何又著重提及了軸向磁通電機,它又有何魔力,讓AMG有了足夠的底氣擁抱電動化?



——法拉利首款插電混動旗艦跑車SF90的混動系統供應商這個理由充不充分?



軸向磁通是相對于徑向磁通說的,我們目前絕大部分的電動車使用的電機都是徑向磁通電機,其電機繞組產生的磁通方向垂直于電機軸線,是徑向的。而軸向磁通指的是定子繞組產生的磁通方向是平行于電機軸線。如何理解,讓我們簡單回顧一下高中物理學知識。



★ 電機的基本結構



我們知道,電機最核心的構造包括定子、纏繞在定子上產生磁場的線圈、轉子、軸承以及軸。外形一般呈現圓柱形,其內部剖面結構可以看上圖。



車用電機一般定子在最外側,長這樣,是個大鐵圈,上面有著齒和齒槽,通電的線圈就纏繞在這些齒上:



看的更清楚一點:



根據我們高中物理知識,通電線圈產生的磁場方向用右手螺旋定則判斷:



這種線圈繞組的纏繞方式便會產生從圓心指向圓外,徑向的磁場。



而軸向磁通電機的定子上齒的位置以及線圈繞線方式和徑向磁通電機垂直,它的定子長這樣:



線圈纏上去之后長這樣:



這樣的線圈產生的磁場方向便是和電機這個圓柱體的軸平行了,故而被稱為軸向磁通電機。因為對比徑向磁通電機,軸向磁通電機更短,長得像個盤子,因為也被稱為盤式電機。



★ 軸向磁通電機的優劣勢



我們來看一下徑向磁通電機和軸向磁通電機的定轉子磁極示意圖,左邊是徑向磁通電機,右邊是軸向磁通電機。



很顯然,在外部尺寸相同的條件下,軸向磁通電機的核心優勢在于轉子的直徑更大,它沿著定子旋轉,而不是在定子內部旋轉。扭矩等于力乘以半徑,軸向磁通電機可以在相同的力下獲得更大的扭矩。這意味著對于使用同等量的永磁體和銅繞組材料,軸向磁通電機可以輸出更大的扭矩。



軸向磁通電機相對傳統的徑向電機可以提供 30% 的扭矩密度優勢。



而且,YASA 電機拓撲結構還去除了定子磁軛,這也是YASA名稱的由來‘Yokeless And Segmented Armature’,從而減少了高達 80% 的定子鐵質量。這項創新提供了超過 30% 的功率密度優勢和 5% 的續航里程優勢。



與高性能相對的,就是軸向磁通電機的高成本與高制造難度,這制約了軸向磁通電機的應用。即使早在1821年法拉第發明的第一臺電動機便是軸向磁通電機,誕生更晚的徑向磁通電機也還是得到了更充分的發展。



從結構圖上可以看到,和徑向磁通電機不同,軸向磁通電機的定轉子會互相吸引,產生軸向力。都知道金屬抗拉不抗壓,軸向力是電機最怕的,輕則增大摩擦,加劇振動,重則軸承錯位脫落,軸斷機毀。因此,軸向磁通電機一般采用兩側雙定子,中間單轉子的設計,也有單定子雙轉子,多盤式等方案抵消軸向力。



 
(文/小編)
 
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