YASA公司CEO分享軸向磁通電機的一些技術細節

2020-12-04 電子發燒友

YASA公司CEO分享軸向磁通電機的一些技術細節

李倩 發表於 2018-06-08 15:45:54

YASA P400 系列電機和發電機具有體積小、重量輕的優勢，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）研發中，電機研發往往看起來沒有電池重要。然而，隨著電動汽車對封裝、功率、扭矩和續航裡程的要求持續提升，電機的設計、研發與生產也迎來了重大機遇。

作為一家專注於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/混動應用生產發展為批量化生產。目前，公司的新生產設施已經投入使用，且預計將在 2021 年前將年產量提升至 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，並在英國商務部長 Greg Clark 的主持下正式啟用了新的生產設施。Clark 部長表示：「當政府、學術屆和產業界聚集在一起時，可以幫助最優秀的人才將最傑出的想法轉化為最大的價值，YASA 公司就是一個成功典範。」

在揭幕儀式上，阿斯頓·馬丁、捷豹、日產和威廉士展示了各自的原型車或正在研發的車型，其中都採用了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卻面臨相當大的挑戰。該公司的創始人（2009 年）兼現任首席技術官 Tim Woolmer 博士及其團隊已經解決了幾個技術障礙，包括突破用於大批量生產低成本定子繞組和轉子裝配元件的製造工藝難題。

「YASA 公司已經克服了這些挑戰，並且已經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。這款限量跑車採用了 3 部 YASA 電機搭配一款 5.0 L 雙渦輪 V8 發動機的設計，於 2015 年正式上市。從具體參數來說，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電機和轉矩補充裝置，另外兩部 180-kW（241 hp）的扭矩電機則位於後輪中，用於為車輛提供動力和扭矩。Koenigsegg 公司還聲稱，這款全球限量發行 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車輛。

2013 年，一款由 DraysonEngineering 改裝的 Lola B12 69 / EV 也曾採用了 YASA 公司的軸流通量技術，並在勒芒 24 小時耐力賽中創下了 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模量產。

Drive eO PPO3也採用了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、學術屆和產業界聚集在一起時，可以幫助最優秀的人才將最傑出的想法轉化為最大的價值，YASA公司就是一個成功典範。」

最近，YASA 公司 CEO Chris Harris 曾在採訪中分享了軸向磁通電機的一些技術細節：

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

YASA 軸向磁通電機的獨特之處在於它比傳統的徑向電機更小、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，最終幫助汽車製造商及其客戶提高電動車單次充電的續航裡程或降低單位續航裡程的成本。

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勢呢？

YASA 電機採用了獨特的拓撲結構，所以同等功率/扭矩輸出要求下使用的銅和鐵比傳統的徑向電機更少，因此具有更高的成本效益。與傳統電機相比，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，製造和集成工藝也比傳統徑向電機更為簡潔，比如線圈的製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於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。由於尺寸緊湊（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，因為這種應用的發動機和變速箱間的空間非常狹小。 

YASA 電機的轉速與內燃機不相上下，但尺寸卻遠小於後者，因此非常適合用於增程器應用中。

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，到底面臨著哪些主要挑戰？

YASA 電機的真正獨特之處在於採用了全新拓撲結構。 我們使用分段式極靴，而非傳統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，並將轉子安裝在共同構成定子的中央軸承上。 

我們採用了一些在車輛製造領域久經驗證，但從未應用於電機製造的的傳統製造工藝，比如雷射焊接。在這種情況，我們可以藉助這些穩定、可靠且支持規模化的製造工藝，讓我們的軸向磁通電機充分發揮功率和扭矩密度的優勢。

YASA 公司最近啟用了一個年產能高達 10 萬臺的新生產基地，現在工廠已經開工了嗎？目前的產能大概有多少？

目前，我們現階段的產能規劃在每年 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能，並在 2021 年實現最大化，也就是達到年產能 10 萬臺的目標。最近，我們已經宣布與多家汽車廠商籤署了多項長期開發和供應協議。由於保密協議，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 電機已經被這些廠商的量產產品線採用了。

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

8 年前，YASA 公司從牛津大學分拆出來成為一家獨立公司，並以公司 CTO Tim Woolmer 在牛津大學進行的研究為基礎，探索研發創新電機技術。牛津大學是最早為公司提供投資的機構，而且參與了公司此後的每一輪融資。雖然，我們目前已經與多家學術機構建立了密切的合作關係，包括考文垂大學和牛津布魯克斯大學，但我們仍將在位於牛津 Yarnton 的新生產基地開展所有研發活動。

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