轴向磁通盘式电机详细解析

目录：

一、 盘式电机介绍

二、 轴向磁通电机的优劣势

三、 奔驰为何看重轴向磁通电机

四、 中豪轴向磁通电机的特点

一、盘式电机介绍

为什么要追求转矩密度

有人可能会问： 不是通过高转速已经能实现高功率密度了吗？为什么普京宝贝还要去提转矩密度呢。这是因为高转速也是有缺陷的，而且有些应用场景也不适合高转速。

高功率密度的实现方法分为两条：

一条是提高转速；另一条是提高转矩密度。但提高转速也会带来一系列的代价，比如风摩损耗过高、高速轴承的润滑和寿命问题、噪音问题等等，因此还必须研究另外一条道路，就是提高转矩密度。

提高转矩密度，又有很多方法：

像丰田prius、BMW等玩家是通过提高磁阻转矩比例的方法来获得的。还有一种方法是从控制侧出发，通过谐波注入的方式，把电机3次 5次等谐波产生的谐波转矩也利用起来。最后一条路子就是提高单位体积内的磁场能量了，盘式电机就是这条道路上的一个代表。

为什么选择盘式电机

轮毂电机也有很多种形式，为什么偏要提盘式电机呢，那是因为盘式电机有一系列优势。

为什么是盘式电机

从图中可以看出普通电机的磁场方向是向半径方向发散的，而盘式电机的磁场方向是和转轴平行的。因此盘式电机也叫轴向磁场电机。

磁场从轴向走，不但磁能密度大，而且交换能量的空间也大，因此电机的转矩密度比径向磁场大幅提高。

国盘式电机的水平

案例一：意大利CsiRO研究所，开发力一款超级扁平的无铁心盘式电机，用在太阳能电动汽车上，虽然功率不高，但本事可大，效率高达97.5%。而且他们采用了一种叫halbach矩阵电机的磁钢设计技术，因此转矩脉动、噪音都很低。

案例二：英国牛津YASA电机的盘式电机可谓登峰造极。其电机转矩大，转矩密度高，被大量跑车应用。想想看把750NM的两台电机直接装在两个前轮上是什么感觉。更疯狂的是四个轮子各山东网站备案装一台，整车有3000NM的转矩，百公里加速时间大于5s都算是非专业玩家。可谓是跑车中的战斗机。

案例三：国内研究车用盘式电机的案例也有很多，创新性比较强的上海大学黄教授开发了一款盘式电机，他采用了SMC材料。并作了样机上车测试，效果很好。如果和齿轮箱连接后，转矩密度可以到12.7NM/kg。

盘式电机要闻

美什么是爱国主义国最新研制新一代“福特”级航空母舰（CVN—78）电磁弹射系统采用了盘式电机技术，在该式onenote电机本体重约8.7吨，采用双定子设计，分别处于转子盘两侧。转子旋转速度为6400至5200转每分，一个转子可储存121兆焦能量，输出电源为6相，电压1200V，频率2133Hz~1735Hz的变频交流电，峰值电流高达6400A。

盘式电机的结构

盘式电机有单盘、双盘、复合盘等多种构型。

单一盘式 结构简单，要解决轴向力不平衡问题，转矩密度不是很大，直播平台应用场合多用于发电机。

中间转子结构 是威士忌杯带磁钢的转子盘，安装在正中间，两端设置定子绕组铁芯。转矩密度上升了，左右两侧铁芯的磁拉力可以相互抵消的，解决了不平衡轴向力的问题，中间转子结构的另一个优点是绕组和铁芯的散热效率非常高。

中间转子结构几乎成了主要的构型重庆交友群方式，一个主要的原因是，定子和转子的装配比较容易实现高精度定位，图示的一个案例，定子通过焊接直接和机壳地盘相连。

和中间转子结构相对应的是中间定子结构，也叫内定子结构。这种结构两个转子盘在外面，定子在里面。

中间定子结构也是双气隙，也能实现轴向力的平衡，但这种平衡是体现在转子轴上的，单个转子盘本身还是受到单边力的，因此要仔细计算转子盘的轴向挠度变形量，不要出现大的气隙厚度不均匀现象。

中间定子结构有一个独特的优点就是特别适合无铁芯或者薄铁芯结构，但这种结构的一个缺点是定子的定位装配比较难。

中间定子结构有散热特性不如中间转子结构，因为绕组是主要的发热源，绕组不直接和端盖接触，散热效率很低，容易在盘中堆积热量，因此需要设计额外的内冷风路。

还有一种结构是多盘复合结构，实际上就是中间定子结构和中间转子结构的轴向叠加，这种结构能够提供很大的转矩密度，但装配和设计非常复杂，一般不常用。

盘式电机的磁极

盘式电机的磁极排列非常有意思，比之普通电机有较多的变化。

根据相对两盘面磁钢面对面侧的磁极属性不同，可以分为N-S排列和N-N排列。两种排列的磁场走向是略有不同的，主要是转子轭磁路，N-S排列没有转子轭磁路，如此转子可以做的很薄。因此这是常见的排列方式。

N猎杀红色十月-N排列的主要缺点是同一转子天字号盘上上下两块磁钢是相斥的，因此装配特别困难，如果要克服这个困难也可以设计成周向NN排列，但这样磁钢的漏磁就比较大，磁钢的利用率比较低。而且 N-N排列的转子厚度较厚，转动惯量大。

同样的中间定子结构也有NS排列，和NN排列两种模式。情况和中间转子结构类似，两种938模式的磁场走向也存在有无定子轭磁路的差异。相应的优缺点在图中有述。

盘式电机的绕组

平嵌和竖嵌，平嵌和普通电机的绕壹卡会组相当。也有集中绕组、分布绕组的区别。另外盘式电机绕组也经常做成无铁芯结构，通过印刷电路板或者塑封的方式做成一个绕组盘面。（如下图右下角所示）

竖嵌绕组是内定子结构特有的一种绕线方式。它直接绕过铁芯的上下两槽。如下图所示。这种绕组的韩非子说难端部很短，工艺非常简单、而且槽满率可以做到很高。

磁势等价的方式理解竖嵌绕组绕组的工作原理 ，如下图所示，虽然竖嵌和平嵌绕组的端部走向不一致，但只要保证每个槽内电流的方向是一致的，那么绕组形成的势动势形状是一样的，如此可以将竖嵌绕组等价成相应的平嵌绕组。

二、轴向磁通电机的优劣势

我们来看一下径向磁通电机和轴向磁通电机的定转子磁极示意图，左边是径向磁通电机，右边是轴向磁通电机。

很显然，在外部尺寸相同的条件下，轴向磁通电机的核心优势在于转子的直径更大，它沿着定子旋转，而不是在定子内部旋转。扭矩等于力乘以半径，轴向磁通电机可以在相同的力下获得更大的扭矩。这意味着对于使用同等量的永磁体和铜绕组材料，轴向磁通电机可以输出更大的扭矩。

轴向磁通电机相对传统的径向电机可以提供 30% 的扭矩密度优势。

与高性能相对的，就是轴向磁通电机的高成本与高制造难度，这制约了轴向磁通电机的应用。即使早在1821年法拉第发明的第一台电动机便是轴向磁通电机，诞生更晚的径向磁通电机也还是得到了更充分的发展。

从结构图上可以看到，和径向磁通电机不同，轴向磁通电机的定转子会互相吸引事业单位考试内容，产生轴向力。都知道金属抗拉不抗压，轴向力是电机最怕的，轻则增tu9大摩擦，加剧振动，重则轴承错位脱落，轴断机毁。因此，轴向磁通电机一般采用两侧双定子，中间单转子的设计，也有单定子双转子，多盘式等方案抵消轴向力。

其次，定转子之间空隙称为气隙，是电机磁路中必不可少的组成部分。轴向磁通转子平铺在定子之上，气隙面积明显更大。对其表面平整程度，间隙均匀程度要求高。这就意味着加工制造精度、卷积定理装配精度的要求较高。

三、奔驰为何看重轴向磁通电机

作为奔驰的高性能厂牌，一贯以大排量，德式肌肉车形象示人的AMG在较长的一段时间内都不可能抛开内燃机，其拥抱电动化的路线便是混动。那么怎样的混动结构适合AMG呢？

P2是AMG最合适的混动方案，发动机和电机并联输出，动力强。

复习一下P2方案，它指的是电机安装在发动机和变速箱中间，飞轮之后，与变速箱壳体相连。因为纵置布局，发动机加上变速箱本身尺寸就长，因此中间塞入的电机尺寸极为受限。轴向磁通电机较薄的特性就尤为适用。

而且，由于P2结构电机在变速箱前段，可以享受到变速箱降速增扭的效果，这也弥补了轴向磁通电机转子直径大导致转动惯量偏高，最高转速不高的缺点。

因为结构上的差异，轴向磁通电机相对于现在使用的径向磁通电机同输出尺寸更小，同尺寸扭矩更大的特点。尤其是其轴向尺寸小，薄。奔驰也就是看重了轴向磁通电机的这一特点。

在径向磁通电机一统江山的年代，为何轴向磁通电机能够异军突起，看看DOE（美国能源部）2017年公布的对汽车同性恋网站电驱动系统2025年研发规划中的描述或许可以找到答案：

可以看到，在规划中，电驱动系统，包括电机和电机控制器，在2020年到2025年件技术发展最为重要的指标在于体积比功率密度。也就是说，电机要做的小，功率还要高。这恰恰就是轴向磁通电机的特长所在。

奔驰收购YASA也绝不会仅仅只是将它作为AMG的专供品。有了AMG在早期承担轴向电机的市场开拓与开发成本，度过初期最为艰难的时刻，随着规模化的提升，上下游供应链的建立，轴向磁通电机也会逐步降低成本。

届时，其高效率，高功率密度，以及尤为突出的高体积比功率密度的特点将会在奔驰电动化的道路上提供很大的助力。

四、中豪轴向磁通电机的特点

1.更多的采用单转子双定子的结构。一方面控制了成本、牺牲了一部分的极致电机性能，第二方面对于量产的质量过程更加可控。同时，也开发了双转子单定子平台和单转子单定子平台，以适应不同的客户需求。材料使用常规材料，控制成本，适应大规模批产。

2.电机特性：

高效节能：效率最高可达96%以上，高效（效率＞90%）面积达90%以上

超薄超轻：结构扁平，轴向尺寸短，重量轻，满足车辆轻量化需求

低速高扭：盘式转子设计，利于大扭矩输出，易于实现高办暂住证需要什么扭矩密度

模块集成：模块化的产品设计，拓展性强，增强其容错能力

3.强大的设计、制造、检验、测试能力。中豪盘式电机在短短几年时间内，积累了大量的客户，其中不乏国内头部发动机企业、工程机械企业、发电机组企业、环卫车辆企业以及军工项目等军区大院泡泡雪儿。在发电机组、道路车辆（商用车）混动/纯电/增程、非道路车辆混动/增程的已有很多的应用场景，积累了丰富的经验。