单轮千匹马力、取代刹车，新能源车的下一代电机有多强

还记得前不久上热搜的奔驰AMG GT XX概念车吗？

在意大利纳多赛道，这台车24小时累计行驶5479公里，创造了电动车24小时最长行驶里程新纪录。

我们此前也详细报道过《让雷军直呼"有点变态"的纯电耐力赛成绩，奔驰是如何刷出来的？》

奔驰AMG GT XX概念车之所以这么强，秘密就在于那3台轴向磁通电机。

什么是轴向磁通电机？

简单说，轴向磁通电机就是下一代电驱技术。

目前在新能源汽车上，不管是永磁同步还是感应异步，都是径向磁通电机，磁通方向是沿着电机半径方向，也就是垂直于电机旋转轴。

△轴向磁通电机结构

而轴向磁通电机，顾名思义就是磁通方向与电机旋转轴平行的电动机，其中定子、转子是呈盘状平行排列，造型非常扁平。

所以此前也有一些说法，叫盘式电机。

它有很多优势，比如结构紧凑、轻量化、高功率密度以及高扭矩密度。

△奔驰AMG GT XX概念车搭载的轴向磁通电机系统

列几个奔驰AMG GT XX概念车上那台轴向磁通电机的参数，大家就知道它大概的水平了：

单台电机质量不到28kg、单体厚度仅约8厘米左右、三台电机总计为AMG GT XX概念车提供了超1000千瓦（1360马力）的动力输出。

性能超强？

应用在奔驰AMG GT XX概念车上的轴向磁通电机还不是目前最强的技术形态。

奔驰概念车上的轴向磁通电机是来自奔驰旗下的公司—YASA。

YASA在今年发布的最新一款轴向磁通电机，具备峰值750kW的输出功率。

750kW的最大功率输出是什么概念？折合马力1019匹。

对比之下，目前电机领域的王者比亚迪此前发布的全球首款量产的3万转电机，峰值输出功率才580kW。

不仅峰值功率惊人，YASA这台轴向磁通电机算下来还具备极高功率密度。

再做个对比：

• 小米自主研发的转速达到27200转的超级电机V8s，功率密度10.14kW/kg；

• 蔚来全球首款的925V连续波绕组电机，功率密度14kW/kg；

• 比亚迪量产的全球最高3万转转速电机，功率密度16.4 kW/kg。

而YASA最新的轴向磁通电机功率密度：59kW/kg。

这么高的功率密度，轴向磁通电机是如何实现的？

和目前主流的径向磁通电机相比，轴向磁通电机结构上就不一样。

像前面说的，径向磁通电机是类似于嵌套结构，定子和转子是大小相互嵌套在一起。

轴向磁通电机的定子、转子则是呈盘状平行排列，更像是相互叠摞在一起，转子就位于定子的侧面，而不是中间，所以转子在结构上天然具备更大的直径尺寸。

我们知道扭矩=力×半径，相同的力使转子转动时，由于直径增大，也就使得扭矩更大。

而功率又与扭矩密切相关，同样的（角速度）转速下，扭矩更高，功率也就更大。

再加上，轴向磁通电机的磁通可以直接从转子一极穿过气隙到达另一极，而非像径向磁通电机那样需要穿过转子铁芯和气隙，也就是轴向磁通电机磁通路径会更短。

磁通路径更短意味着电机铁损降低，再加上采用扁平绕组等降低铜损的设计，最终使得轴向磁通电机具备更高的驱动效率，功率和扭矩也就都上去了。

同时又由于轴向磁通电机类似三明治一样非常紧凑的结构，体积和重量本身就具备优势。

所以相比起径向磁通电机，轴向磁通电机在功率密度、扭矩密度上具备非常大的优势。

根据YASA的数据，轴向磁通与同输出性能的径向磁通电机相比，在电机直径相似的情况下，体积长度可以做到1/6，扭矩密度提升4倍。

对于很多性能车来说，这些指标都意味着能够在马力和重量之间得到一个很好的平衡：

既能获得大马力，又不需要牺牲重量。

上轮毂，取代刹车？

就像很多人心心念念的轮毂电机，也可以使用轴向磁通电机结构，不必担心增加簧下质量，同时也能获得非常高的性能。

而YASA最近也表示，他们正在尝试高功率密度轴向磁通电机，应用在轮毂电机领域。

考虑到YASA单台轴向磁通电机750kW的峰值输出功率，如果给四轮装上四台这样的轮毂电机，总峰值功率会达到3000kW，总马力会超过4000匹。

想象一下，一台马力超4000匹的性能猛兽…

但是高性能还不是轴向磁通电机应用在轮毂电机领域最大的亮点，这类结构紧凑的新电机有可能完全替代传统的刹车系统。

YASA首席技术官Tim 曾明确表示：“（轴向磁通电机）电机的设计符合后轮刹车的所有要求”。

主要技术逻辑就是为轮毂电机增加一套逆变器系统，使其与能量回收系统相结合，来最大化地取代刹车的作用。

根据YASA的估计，如果完全采用轮毂电机来替代传统的刹车系统，由于省下了刹车系统中大量的机械、油路等结构，整体可以为电动车减重200—500kg，可以说是性能和轻量化一举两得了。

当然，轴向磁通电机这么好，也并非没有缺点。

首先就是结构紧凑带来的电机散热问题。

在奔驰AMG GT XX概念车上，搭载的3台轴向磁通电机均采用了定子油冷+转子油冷双回路的高效散热设计，这种结构设计对量产制造来说就不轻松了。

其次，轴向磁通电机因为电机转子直径更大，所以转动惯量也更大，在电机高转时离心力相比径向磁通电机也要高一些，这对电机最高转速也会有一定限制。

最后，由于整体上结构紧凑、制造精度要求更高，比如对定子、转子平行度要求更高，使得轴向磁通电机整体上制造成本相比径向电机也会高30%—50%。

对于市场来说，这类电机也基本只会出现在定位高性能、豪华的纯电产品上。

写在最后

另外，虽然搭载在奔驰AMG GT XX概念车的轴向磁通电机尚未量产，但目前汽车市场也有这类电机的少量应用。

像是法拉利SF90 Stradale，混动动力系统由内燃机+三台电机相结合，其中后轴电机就是轴向磁通电机。

兰博基尼Temerario的混动系统也是由内燃机+三台轴向磁通电机相结合，其中前轴两台轴向磁通电机每台重量仅约17kg。

以及同样有轴向磁通电机应用的还有阿斯顿·马丁Valhalla、迈凯伦Artura等，全都是超跑品牌、高性能产品。

其实，国内目前也有不少车企和供应商已经在开发轴向磁通电机的路上。

比如此前岚图宣布研发出中国首款乘用车轴向磁通电机，具备680N·m的峰值扭矩，单电机重量仅28kg，而类似华为、宁德时代此前也都有自研的轴向磁通电机曝光。

总的来说，轴向磁通电机作为下一代电驱技术，对车企来说还是诱惑很大的，相信也用不了太久，我们也能在常规车型上看到这项技术了。