电动汽车中的轴向磁通电机

电动汽车中的轴向磁通电机

电动汽车轴向磁通电机因其高功率密度、高效率、重量轻等优势，在电动汽车驱动系统的革命性解决方案中发挥着非常重要的作用。

轴向磁通电机的原理

轴向磁通电动机与传统的径向磁通电机有显著不同。在径向磁通电机中，磁场方向垂直于电机轴，磁通路径径向从转子通过气隙传递到定子，然后返回转子以形成闭合回路。相比之下，轴向磁通电机中的磁场方向平行于电机轴，磁通路径轴向从转子通过气隙传递到定子，然后返回转子以闭合回路。

轴向磁通电机的结构通常由定子、转子和气隙组成。定子和转子通常都是圆盘状，定子上布置有绕组，转子上安装有永磁体或电磁铁。当电流流过定子绕组时，产生的磁场与转子上的永磁体相互作用，产生扭矩，驱动转子旋转。

轴向磁通电机在电动汽车中的优势

高功率密度和扭矩密度：轴向磁通电机的主要优势在于其高功率密度和扭矩密度。由于磁场方向与电机轴平行，因此磁通路径更短，从而提高磁场利用率。这可以在更小的体积内实现更大的扭矩和发电量，从而大大提高车辆的加速和操控性。

轻量化设计：轴向磁通电机的盘状结构在尺寸和重量方面具有显著优势，这种轻量化设计不仅降低了电机的材料成本，也有利于电动汽车整体的轻量化设计。

系统集成：轴向磁通电机紧凑轻巧的设计为安装和系统集成提供了显著的优势。传统的径向磁通电机通常需要安装在车辆前部或后部的中央，而轴向磁通电机可以安装在车轮内部，甚至用作制动器。这种安装灵活性节省了车身空间，为电动汽车提供了更大的设计灵活性。

电动汽车轴向磁通电机的设计

3D 性能设计：传统径向磁通电机具有非线性二维磁通路径，而新型轴向磁通电机采用三维路径。因此，性能仿真设计必须考虑这些差异，根据每种电机的特性构建模型，以提高模型精度。新型磁通电机可以采用三维多物理场联合仿真和多目标优化电磁设计。

拓扑配置设计：按照定、转子部件的数量、相对位置及主磁路分类，基本拓扑结构可分为单定子单转子结构、双定子单转子结构、单定子双转子结构、多盘结构四种类型。

选择合适的结构拓扑需要根据具体的应用场景、工艺、成本等因素综合考虑，目前汽车电驱动行业对各种轴向磁通电机拓扑的性能、工艺可行性、成本等进行了综合分析，重点研究了双定子单转子和单定子双转子结构。

电动汽车轴向磁通电机的材料和工艺

材料

开发定子框架用的高强度、高绝缘性的聚醚醚酮（PEEK）材料。

开发高强度、高导热率的环氧树脂散热封装材料，增强电机散热能力，防止永磁体高温退磁。

PCB定子技术的应用可以显著减轻电机的重量和损耗，提高电动汽车电机的可靠性和效率。

开发碳纤维缠绕加固技术，满足高强度转子和定子的要求，解决永磁体抗拉强度差的问题。

转子、定子铁芯采用高磁导率、低损耗材料，如SMC复合材料、非晶合金、取向硅钢等。SMC材料成型容易、热处理工艺简单，适合批量生产，也可适配3D打印，使电机创新设计更加灵活多样。

流程

绕组采用扁平线圈、螺旋集中绕组、多极连通绕组工艺。

对于永磁体，开发低损耗分段安装和磁极退磁保护工艺。

对于定子铁心，开发无轭分段电枢拼接、带端盖无螺栓连接、粉末冶金制造工艺。

针对大批量生产的需要，开发转子、定子的自动化装配技术、扁平导体成型线圈的自动化生产和柔性自动化生产线工艺。

轴向磁通电机在电动汽车中的应用

高性能电动汽车：轴向磁通电机的高功率密度和扭矩密度使其成为高性能电动汽车的理想选择。许多高性能电动汽车都采用轴向磁通电机作为驱动系统。这些电机不仅提供强大的输出，还显著提升了车辆的加速性能和操控性。

轮毂电机和分布式驱动系统：轴向磁通电机结构紧凑、设计轻巧，非常适合用作轮毂电机。轮毂电机直接安装在车轮内部，无需传统的传动轴和差速器，可显著提高车辆的驱动效率和操控性。此外，轮毂电机可实现扭矩矢量控制，进一步提升车辆的动态性能。

增程型电动汽车：轴向磁通电机的高效率和高扭矩特性使其成为增程式电动汽车发电机系统的理想选择。轴向磁通增程器与主流产品相比，体积可缩小三分之一，重量可减轻 30%，显著提高发电机的效率和系统集成度。

轴向磁通电机在电动汽车中的发展趋势

多磁盘结构：多盘轴向磁通电机及模块化设计将成为未来电机技术的重要发展方向，通过增加定子和转子的盘片数量，可大幅提升电机的功率密度和扭矩输出，而且模块化设计可根据应用需求灵活调整电机的功率和扭矩，以适应不同的电动汽车平台。

智能化集成：随着智能电动汽车的发展，轴向磁通电机将与其他电控系统高度集成，形成智能驱动系统。例如，轴向磁通电机可与逆变器、电池管理系统等集成，实现高效的能源管理和功率分配。此外，轴向磁通电机可与自动驾驶系统结合，实现更精确的扭矩控制和车辆动态管理。

本文原文来自TYMagnets