少數(shù)派技術(shù)：軸向磁通電機，梅賽德斯-奔馳的新能源之路

【編者按】“真理往往掌握在少數(shù)人手中”。當前的少數(shù)派可能成為未來的多數(shù)派，就像正在走向多數(shù)派的汽車電動化和智能化一樣。但少數(shù)派又常常被忽略，不被理解。

百度有駕特推出《少數(shù)派》欄目，關(guān)注面向汽車電動化和智能化的少數(shù)派技術(shù)，探尋擁有全新商業(yè)邏輯的少數(shù)派模式，輸出站在多數(shù)人對立面的少數(shù)派觀點。讓“少數(shù)派”也能被“多數(shù)派”看見。

本文為《少數(shù)派》欄目的第3篇，關(guān)注被奔馳押寶的“小眾”新能源技術(shù)——軸向磁通電機。

早在1821年，英國物理學(xué)法拉第（Michael Faraday）發(fā)現(xiàn)，變化磁場能夠在封閉電路中產(chǎn)生電動勢能，這就是著名的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

法拉第用一個可轉(zhuǎn)動的金屬圓盤置于磁鐵的磁場中，并用電流表測量圓盤邊沿和軸心之間的電流。實驗表明，當圓盤旋轉(zhuǎn)時，電流表發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，證實回路中出現(xiàn)了電流，也就是說實現(xiàn)了機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

為證明電磁感應(yīng)現(xiàn)象所打造的這臺主要依賴金屬圓盤加磁鐵的機器就是歷史上第一臺發(fā)電機。值得一提的是，它是一種軸向磁通電機。

雖然軸向磁通電機自誕生至今已過去超過200年，比汽車產(chǎn)業(yè)的歷史還要長。但由于電磁計算難度大、材料選型難、工藝難度大等問題，軸向磁通電機長期無法成為驅(qū)動汽車前進的動力系統(tǒng)。當下的新能源汽車幾乎全部采用徑向磁通電機驅(qū)動。

然而，這樣的情況正在逐漸產(chǎn)生變化。軸向磁通電機已經(jīng)初步開始在新能源汽車上進行搭載，并有望在未來10年內(nèi)進入大規(guī)模量產(chǎn)時代。

2023年6月中旬，梅賽德斯-奔馳發(fā)布了全新Vision One-Eleven電動概念車，展示其面向未來的電動汽車技術(shù)。值得一提的是，這款概念車就配備了兩個來自YASA的軸向磁通電機。

新概念車發(fā)布半個多月后，百度有駕受邀參與了梅賽德斯-奔馳組織的小型媒體溝通會，與該公司動力系統(tǒng)與電力驅(qū)動部門研發(fā)負責人康斯坦丁·奈斯（Konstantin Neiß）就YASA的軸向磁通電機進行了深入交流。

從交流中可以感受出，奈斯在談到Y(jié)ASA軸向磁通電機的未來是十分興奮。那么，這一小眾產(chǎn)品讓他如此興奮的原因何在？我們一起來探索。

雖然在2023年6月發(fā)布的Vision One-Eleven只是一款概念車，但它代表著梅賽德斯-奔馳未來電動化路線的發(fā)展方向，包括電機層面。

與目前市場上99%以上新能源汽車中所使用的徑向磁通電機相比，Vision One-Eleven概念車上搭載的這款YASA軸向磁通電機擁有重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢，同時還具備大扭矩的特征。

在徑向磁通電機中，底部都需要設(shè)計一個定子磁軛。并對其進行銅線繞組。但是YASA在軸向磁通電機中取消了定子磁軛這樣的結(jié)構(gòu)。這一全新的設(shè)計，不僅讓電機的體積大幅縮減，還實現(xiàn)了重量的明顯降低。

由于整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，因此軸向磁通電機的半徑增加對于扭矩的提升幅度會大大優(yōu)于徑向磁通電機。借

助結(jié)構(gòu)優(yōu)勢與扁線繞組技術(shù)的結(jié)合，YASA軸向磁通電機可以提供最高800N·m的扭矩。

與此同時，YASA的軸向磁通電機采用油冷技術(shù)對電機進行降溫。通過這種更加直接的冷卻的方式，可以大幅提升冷卻效果，讓電機穩(wěn)定地進行高功率輸出。這一方面有利于電機設(shè)計更高的功率，另一方面也有利于讓車輛擁有更持久的強勁動力。

如果要達到市場上常見的250馬力輸出功率性能，一般的徑向磁通電機重量大約為45～50kg，而同樣的YASA軸向磁通電機的重量僅為20kg。此外，YASA電機的體積僅為徑向磁通電機的三分之一，卻在扭矩方面達到了后者的4倍。

尺寸更小、重量更輕，且能夠長時間進行大功率輸出，再加上更加昂貴的價格。也難怪，這樣的產(chǎn)品會優(yōu)先在超跑這類高價格、高性能的產(chǎn)品上進行商業(yè)化落地。

然而，高昂的價格并不會長期成為軸向磁通電機的標簽。據(jù)奈斯介紹，與傳統(tǒng)徑向電動機相比，YASA軸向磁通電機所使用的材料更少。這意味著，該產(chǎn)品將有機會成為成本更低、對環(huán)境更友好的選擇，從而推向更廣闊的市場。

更輕、更小、更大扭矩、更低成本……這些優(yōu)勢顯然是說服梅賽德斯-奔馳全資收購YASA公司最重要的理由。

談到Y(jié)ASA，我們不得不從一個名叫Tim Woolmer的牛津大學(xué)博士生說起。

2005年，正在牛津大學(xué)讀書的Tim Woolmer被拉進了一個氫能跑車的項目中。分配給他所在團隊的任務(wù)是，為世界上第一輛氫跑車設(shè)計、建造和測試電力傳動系統(tǒng)。

為了保證這款氫能跑車的性能，他們需要讓電機擁有足夠高的扭矩。然而，受限于車輛的設(shè)計，這款產(chǎn)品所要搭載的電機必須足夠輕便。

但Tim Woolmer很快發(fā)現(xiàn)，市面上能夠滿足其動力需求的電動機都太重了，平均重量在50～100kg之間，而這款跑車理想的電機重量則是20kg以下?，F(xiàn)實與理想之間的差距過于懸殊，遠遠不是通過優(yōu)化就能迅速拉近的。

經(jīng)過對一系列已有資料進行研究之后，Tim Woolmer發(fā)現(xiàn)了環(huán)形軸向磁通電機有機會滿足該項目對性能、體積、重量等多維度的需求。這款全新的電機移除了電機中的定子磁軛以減輕重量和減小體積。他還通過提高電機扭矩來提升該電機的性能。

2008年，搭載著Tim Woolmer與自己博士生導(dǎo)師共同開發(fā)的首臺YASA電機的Morgan LIFEcar概念車正式亮相。

2009年，牛津大學(xué)旗下技術(shù)轉(zhuǎn)讓公司ISIS Innovation向Tim Woolmer提出了商業(yè)化建議，并表示愿意為其投資150萬英鎊（約合人民幣1400萬元）。當年9月，YASA公司正式成立，Tim Woolmer擔任該公司的創(chuàng)始人兼CEO。在成立的第一年，該公司的銷售額就達到了200萬英鎊。

2015年，搭載6臺YASA軸向磁通電機的DriveeO PP03在派克峰國際爬山賽上獲得冠軍。該車的最大功率超過1000kW。2016年，DriveeO PP100以8分57秒領(lǐng)先第二名25秒的巨大優(yōu)勢再次奪冠。該車搭載了7臺YASA電機，最大功率達到了1190kW。

但受限于技術(shù)、成本等因素，在成立十余年后的今天，YASA公司旗下產(chǎn)品仍然僅出現(xiàn)在一些小規(guī)模量產(chǎn)的

交通工具上，比如插電混動超跑科尼賽格Regera、法拉利SF90等。

2021年，梅賽德斯-奔馳宣布完成對YASA公司的收購。根據(jù)收購條款，YASA將成為梅賽德斯-奔馳的全資子公司，開發(fā)超高性能電機，但同時保留自己的品牌、團隊和設(shè)施，并繼續(xù)為現(xiàn)有的超跑客戶提供服務(wù)。只是Tim Woolmer職位從CEO變?yōu)镃TO。

隨著這一次收購的完成，梅賽德斯-奔馳和YASA公司都進入了發(fā)展的新篇章。

早在收購?fù)瓿芍?，梅賽德?奔馳與YASA公司就已經(jīng)研究在一款搭載軸向磁通電機的跑車。該車將于2025年左右推出，并成為全球首款搭載YASA軸向磁通電機的純電動車型。

然而，隨著合作和交流越來越深入，梅賽德斯-奔馳與YASA看到了一個更有趣的未來：加速軸向磁通電機走向更廣闊的市場。

還在牛津上學(xué)時，Tim Woolmer就展現(xiàn)了巨大的“野心”。在他看來，軸向磁通電機和徑向磁通電機在未來的關(guān)系就像是盤式剎車和鼓式剎車在當下的關(guān)系。未來，全球民用車市場將更多采用軸向磁通電機，就像當前的轎車大都使用盤式剎車一樣。

簡而言之，Tim Woolmer希望通過YASA讓軸向磁通電機取代徑向磁通電機的市場地位。

梅賽德斯-奔馳方面則非常清楚，他們在未來將離不開軸向磁通電機，而且也看到了軸向磁通電機走向大眾化市場的機會。

“在21世紀中期，如果要為高性能電動汽車選擇電驅(qū)動系統(tǒng)的話，我們肯定只會選擇軸向磁通電機。因為它的尺寸和重量足夠小。在只能放入一個徑向磁通電機的驅(qū)動系統(tǒng)中，我們可以放入兩個軸向磁通電機，這意味著我們能獲得更強勁的動力。”奈斯在與媒體交流時表示。

梅賽德斯-奔馳要的不止是軸向磁通電機的供應(yīng)，還想要這項技術(shù)的所有IP和知識產(chǎn)權(quán)，以便在未來的競爭中占得先機。

“就像在內(nèi)燃機時代，我們會跟其他的汽車制造商分享發(fā)動機、變速器等方面的技術(shù)，我們也會在電動化時代向其他汽車生產(chǎn)商分享電機技術(shù)，但我們要避免競爭對手們獲得YASA的這些知識產(chǎn)權(quán)。”奈斯強調(diào)。

面向未來，梅賽德斯-奔馳將與YASA公司一起研發(fā)更多品類的軸向磁通電機，并這些電機放在不同定位的產(chǎn)品中去。在梅賽德斯-奔馳看來，YASA軸向磁通電機能夠讓汽車的整體設(shè)計能帶來更大空間。

得益于重量更輕、體積更小，電機可以被挪動到車輪到輪轂或其他位置，以大大減少對車內(nèi)空間的擠占。車輛的這部分空間的利用就將有無限想象，既可以交給動力電池以提升續(xù)航里程，也可以為乘員或后備箱留出更多空間，甚至可以借此改變車身結(jié)構(gòu)已滿足更多元化的用車需求。

耗材更少的特點，也讓軸向磁通電機在未來的供應(yīng)鏈體系更加成熟之后可能擁有比徑向磁通電機更強的成本優(yōu)勢。屆時，新能源汽車驅(qū)動電機或許就到了改朝換代的時候了。

目前，YASA還在英國的牛津擁有一個小型的生產(chǎn)工廠，但在2022年，他們將開始在德國啟動一家新工廠。這家工廠將擴大產(chǎn)能，以滿足未來的大規(guī)模量產(chǎn)需求。

隨著梅賽德斯-奔馳的加入和投資，YASA軸向磁通電機有望在未來幾年實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，并在汽車電動化領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

未來，我們有理由期待更多汽車制造商對軸向磁通電機的關(guān)注與采用，這項技術(shù)將為新能源汽車的發(fā)展帶來更多可能性。