YASA公司CEO分享軸向磁JR電機通西瑪電機的一些技術細節(jié)

時間：2020-03-17 12:00

YASA P400 系列電機和發(fā)電機具有體積小、重量輕的優(yōu)勢，軸向長度僅為 80.4 mm，最高可輸出 370 N·m 的扭矩和 160 kW 的功率。

在電動汽車（EV）研發(fā)中，電機研發(fā)往往看起來沒有電池重要。然而，隨著電動汽車對封裝、功率、扭矩和續(xù)航里程的要求持續(xù)提升，電機的設計、研發(fā)與生產(chǎn)也迎來了重大機遇。

作為一家專注于軸向磁通技術及相關控制器的英國公司，YASA 公司（Yokeless And Segmented Armature）正在從小批量、專門化的電動/混動應用生產(chǎn)發(fā)展為批量化生產(chǎn)。目前，公司的新生產(chǎn)設施已經(jīng)投入使用，且預計將在 2021 年前將年產(chǎn)量提升至 10萬臺。

作為一家從牛津大學獨立出來的公司，YASA 公司也受到了英國政府的認可，并在英國商務部長 Greg Clark 的主持下正式啟用了新的生產(chǎn)設施。Clark 部長表示：“當政府、學術屆和產(chǎn)業(yè)界聚集在一起時，可以幫助最優(yōu)秀的人才將最杰出的想法轉(zhuǎn)化為最大的價值，YASA 公司就是一個成功典范。”

在揭幕儀式上，阿斯頓·馬丁、捷豹、日產(chǎn)和威廉姆斯展示了各自的原型車或正在研發(fā)的車型，其中都采用了YASA電機。

磁通路徑

軸向磁通電機（也稱為“扁平電動機”）的磁通路徑與普通電機不同，其磁通方向與電機軸線平行，而非徑向。與傳統(tǒng)的徑向電機相比，YASA 公司的軸向磁通電機使用的銅、鐵和永磁材料更少，所以尺寸更小、重量更輕，也因此可以提供更高的功率，滿足駕駛員的需求。

雖然軸向磁通技術自 20 世紀 50 年代以來一直存在，但將其應用至車輛量產(chǎn)卻面臨相當大的挑戰(zhàn)。該公司的創(chuàng)始人（2009 年）兼現(xiàn)任首席技術官 Tim Woolmer 博士及其團隊已經(jīng)解決了幾個技術障礙，包括突破用于大批量生產(chǎn)低成本定子繞組和轉(zhuǎn)子裝配元件的制造工藝難題。

“YASA 公司已經(jīng)克服了這些挑戰(zhàn)，并且已經(jīng)可以提供超高扭矩輸出和功率密度的電機，”公司首席技術官 Chris Harris 表示，“公司的軸向通量電機可以輸出高達 6.7 kW/kg 的功率，這已經(jīng)在多款高性能概念車上得到了證明。”

這些概念車型包括捷豹 C-X75 和一款來自 Koenigsegg Regera 的限量超高性能混合動力車。這款限量跑車采用了 3 部 YASA 電機搭配一款 5.0 L 雙渦輪 V8 發(fā)動機的設計，于 2015 年正式上市。從具體參數(shù)來說，電機可為車輛帶來 520 kW（697 hp）的功率輸出和 900 N·m（664 lb·ft）的扭矩輸出，其中一部 160 kW（214 hp）的電機作為車輛曲軸上的啟動發(fā)電機和轉(zhuǎn)矩補充裝置，另外兩部 180-kW（241 hp）的扭矩電機則位于后輪中，用于為車輛提供動力和扭矩。Koenigsegg 公司還聲稱，這款全球限量發(fā)行 80 輛的Koenigsegg Regera 混合動力汽車搭載了超高性能的電池組，其功率密度超過以往任何量產(chǎn)車輛。

2013 年，一款由 DraysonEngineering 改裝的 Lola B12 69 / EV 也曾采用了 YASA 公司的軸流通量技術，并在勒芒 24 小時耐力賽中創(chuàng)下了 326.6 km/h 的輕量級電動車世界速度紀錄。同年，YASA 公司的軸流通量電機進入小規(guī)模量產(chǎn)。

Drive eO PPO3也采用了YASA 的軸向磁通電機。這款電動汽車使用了 6 部 YASA-400 軸流式電機，總功率輸出為 1000 kW（1340 hp），是 2015 年派克峰國際爬坡賽（Pikes Peak International Hill Climb）的冠軍，也是歷史上首部問鼎該賽事的電動汽車。

英國商務部長 Greg Clark 主持 YASA 公司的新設備啟用儀式，他表示：“當政府、學術屆和產(chǎn)業(yè)界聚集在一起時，可以幫助最優(yōu)秀的人才將最杰出的想法轉(zhuǎn)化為最大的價值，YASA公司就是一個成功典范。”

最近，YASA 公司 CEO Chris Harris 曾在采訪中分享了軸向磁通電機的一些技術細節(jié)：

目前，電動汽車研發(fā)的焦點似乎更多集中在電池，但電機的發(fā)展也是必不可少的。軸向磁通電機有哪些顯著優(yōu)點呢？

YASA 軸向磁通電機的獨特之處在于它比傳統(tǒng)的徑向電機更小、更輕。 YASA 軸向磁通電機在與雙速變速箱搭配時可提供更高的效率，進而降低電動汽車對電池的尺寸要求，最終幫助汽車制造商及其客戶提高電動車單次充電的續(xù)航里程或降低單位續(xù)航里程的成本。

與其他電機技術相比，YASA 軸向磁通電機在重量、成本、扭矩輸出和功率輸出方面有哪些優(yōu)勢呢？

YASA 電機采用了獨特的拓撲結(jié)構，所以同等功率/扭矩輸出要求下使用的銅和鐵比傳統(tǒng)的徑向電機更少，因此具有更高的成本效益。與傳統(tǒng)電機相比，YASA 軸向磁通電機的尺寸只有前者的二分之一，而重量僅為三分之一。此外，制造和集成工藝也比傳統(tǒng)徑向電機更為簡潔，比如線圈的制造和集成可降低加工成本。

您是否認為，軸向磁通電機不但可以用于純電動汽車和油電混合汽車，還可以作為一種車輛增程器？

是的，我們的軸向磁通電機非常適合純電動汽車、油電混合汽車和車輛增程器應用，而且在這些領域均已有客戶。由于尺寸緊湊（不到 100 毫米的軸向長度），我們的電機非常適合混合動力應用，因為這種應用的發(fā)動機和變速箱間的空間非常狹小。 

YASA 電機的轉(zhuǎn)速與內(nèi)燃機不相上下，但尺寸卻遠小于后者，因此非常適合用于增程器應用中。

軸向通量技術的理論基礎早在 60 年前就已經(jīng)成型，您認為，要讓這種技術真正從理論研究邁入大批量生產(chǎn)，到底面臨著哪些主要挑戰(zhàn)？

YASA 電機的真正獨特之處在于采用了全新拓撲結(jié)構。 我們使用分段式極靴，而非傳統(tǒng)的磁軛設計來集中磁通量。 我們還將直接冷卻電機中的線圈，并將轉(zhuǎn)子安裝在共同構成定子的中央軸承上。 

我們采用了一些在車輛制造領域久經(jīng)驗證，但從未應用于電機制造的的傳統(tǒng)制造工藝，比如激光焊接。在這種情況，我們可以借助這些穩(wěn)定、可靠且支持規(guī)?；闹圃旃に嚕屛覀兊妮S向磁通電機充分發(fā)揮功率和扭矩密度的優(yōu)勢。

YASA 公司最近啟用了一個年產(chǎn)能高達 10 萬臺的新生產(chǎn)基地，現(xiàn)在工廠已經(jīng)開工了嗎？目前的產(chǎn)能大概有多少？

目前，我們現(xiàn)階段的產(chǎn)能規(guī)劃在每年 2 萬臺， 預計將在 2018 年夏季開始向客戶出貨。長遠來看，我們還將逐步提升該工廠的產(chǎn)能，并在 2021 年實現(xiàn)最大化，也就是達到年產(chǎn)能 10 萬臺的目標。最近，我們已經(jīng)宣布與多家汽車廠商簽署了多項長期開發(fā)和供應協(xié)議。由于保密協(xié)議，我們無法分享這些客戶的具體名稱，但可以透露的是，我們的 YASA 電機已經(jīng)被這些廠商的量產(chǎn)產(chǎn)品線采用了。

作為一家從牛津大學獨立出來的公司，YASA 現(xiàn)在是否仍與牛津的相關院系保持著密切的研發(fā)合作呢？

8 年前，YASA 公司從牛津大學分拆出來成為一家獨立公司，并以公司 CTO Tim Woolmer 在牛津大學進行的研究為基礎，探索研發(fā)創(chuàng)新電機技術。牛津大學是最早為公司提供投資的機構，而且參與了公司此后的每一輪融資。雖然，我們目前已經(jīng)與多家學術機構建立了密切的合作關系，包括考文垂大學和牛津布魯克斯大學，但我們?nèi)詫⒃谖挥谂＝?Yarnton 的新生產(chǎn)基地開展所有研發(fā)活動。