科尼赛克"地表最强"动力系统揭秘四部曲之第三曲:轴向磁通 vs. 径向磁通,挑战/措施

文摘   汽车   2024-11-05 06:46   上海  

- 关于Koenigsegg动力系统的解读的"四部曲",第三曲
- 文字原创,Mr.H,共四部分,21000字+
- 本篇为知识星球节选,完整版报告与解读在知识星球发布
- 1000+最新电动汽车动力系统相关的报告与解析已上传知识星球,欢迎学习交流

导语:科尼塞克(Koenigsegg),这家源自瑞典的小型手工超级跑车制造商,是一个融合了艺术与梦想的公司。自创立以来,始终秉持着“打造出全世界最快的汽车”的初心,以匠心独运的设计和极致的性能为核心竞争力。在过去25年的深厚积累之上,造就了诸多"地表最强"的速度艺术品为了完整地了解TA的故事,解密造就这一"地表最强"的原因,通过"四部曲"一起来了解下Koenigsegg的故事。

第一曲:我们会聊聊Koenigsegg Gerema,这款源自瑞典全球限量仅300台的速度艺术品,通过解读Gerema的动力系统的拓扑和特征参数,了解TA如何做到0~100km/h加速1.9秒最高时速400km/h
第二曲:我们会解密Koenigsegg首款自主研发的驱动系统,是如何通过[850V 6相 SIC逆变器] + [混合式轴向-径向磁通电机] + [双行星减速器] 实现了"地表最强"动力输出?他们究竟长什么样子?有什么技术特征?关键指标参数是什么?又带来了什么样的技术优势?
第三曲、第四曲:我们聚焦<混合式轴向-径向磁通电机技术>探讨这一技术方案背后的奥秘,为了搞清楚下面几个问题:
  • 1. 为什么轴向磁通并未在电动汽车中普及?
  • 2. 轴向磁通、径向磁通,究竟哪个更好(机理解释、各自优势、对比说明)?
  • 3. 混合式径向-轴向磁通电机有什么样的技术特征?
  • 4. 混合式径向-轴向磁通电机到底好不好?有什么样的挑战需要解决?

今天,我们聚焦第三曲:轴向磁通 vs. 径向磁通


第一曲 / 第二曲

第三曲

6. 一文读懂轴向磁通电机的所有故事

6.1 为什么并非所有电动汽车电机都是轴向磁通?

6.2 轴向磁通电机的挑战

  • 6.2.1 设计挑战

  • 6.2.2 制造挑战

  • 6.2.3 热管理挑战

6.3 轴向磁通、径向磁通,究竟哪个更好?  (知识星球发布)

  • 6.3.1 轴向磁通量 vs. 径向磁通量 

  • 6.3.2 为什么轴向磁通可以大幅提升电机性能?   (知识星球发布)

    • 6.3.2.1 无定子轭部带来的优势

    • 6.3.2.2 绕组拓扑带来的优势

    • 6.3.2.3 磁路上的优势

| SysPro备注:本片节选,完整内容及技术报告在知识星球发布


06
一文读懂轴向磁通电机的所有故事
6.1 为什么并非所有电动汽车电机都是轴向磁通?

早在1889年,尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)就探索并获得了轴向磁通技术的专利。从电磁学角度看,轴向磁通电机拓扑结构相较于传统的径向磁通永磁电机具有显著优势。然而,尽管特斯拉的这一发现已有百余年历史,好像99%的电动汽车至今仍采用径向磁通电机这究竟是为什么呢?

这其中的原因并非是人们忘记了轴向磁通电机,而是由于径向磁通电机在设计和构建上更为简单,且在当时的技术条件下表现良好。

图片来源:网络
近年来,随着电动汽车行业的快速发展和对更高性能、效率的追求,轴向磁通电机技术重新获得了研究机构和技术初创公司的关注。如果将径向磁通电机比作我们传统的气门发动机,那么轴向磁通电机就像加了一套带涡轮增压系统的发动机。虽然涡轮增压发动机(即轴向磁通电机)设计更复杂,需要更高的制造精度和现代化的生产设备,但其更高的效率和更轻的重量使得这些挑战变得"物有所值“

那么,轴向磁通电机究竟是面临哪些挑战,导致制造商们"望而却步"?


6.2 轴向磁通电机的挑战

6.2.1 设计挑战

轴向磁通电机的磁通量在三维空间中流动,如何在三维空间中对其动态分布进行离散和解析,是设计公司需要重点考虑的问题。此外,轴向磁通电机(特别是无轭型)需要解决两个气隙的均匀性问题,而径向磁通电机只有一个气隙,因此更容易控制这种均匀性。

图片来源:Traxial


6.2.2 制造挑战
很多公司放弃轴向磁通电机的技术路线,主要原因是在大规模生产制造上的挑战。大多数生产这种电机的电机公司仅限于原型设计和手工制造,带来的结果就是:价格相当昂贵。实现自动化生产和大规模制造的道路是比较困难的,如下图所示。然而,通过创新的设计和制造方法,一些公司正在克服这些挑战,实现自动化生产和大规模制造。

图片来源:Traxial


6.2.3 热管理挑战

由于轴向磁通电机的绕组位于定子深处和两个转子盘之间,如何有效地冷却电机成为了一个挑战。直接油冷系统是一种有效的解决方案,它直接从产生热量的地方带走热量。然而,这需要创新的系统来实现尽可能低的定子温度,从而提高电机的效率和连续功率。

图片来源:Traxial


6.3 轴向磁通、径向磁通,究竟哪个更好?

6.3.1 轴向磁通量 vs. 径向磁通量

无磁轭轴向磁通径向磁通电机在电磁层面极为相似,它们基于相同的电磁原理运行,且都包含铜绕组、铁芯及永磁体这些基本元件。尽管两者有着诸多共同点,但拓扑结构中一些微妙的差异却能对电机的扭矩密度和效率产生显著的复合影响,这是比较有趣的地方。
如上面所述,当前无论是移动环境还是其他场合,广泛应用的电机几乎均采用径向磁通拓扑结构。这种结构特征在于一个圆柱形转子在圆柱形定子内部旋转,如下图(左)所示,被称为径向磁通电机。在此系统中,电磁通量构成扭矩的主要来源,其磁通路径从转子径向向外延伸至定子,随后沿定子圆周从一个齿传递到下一个齿,再从定子径向向内回流至转子,并最终在转子内部通过切向路径完成磁通环的闭合

径向和轴向磁通电机拓扑

图片来源:Traxial

除此之外,还存在另一种布局方式,即在两个横向定子之间配置一个转子盘如上图(中)所示;或者在一个中央定子的两侧各安置一个转子盘,如上图(右)所示。前者被称为单转子双定子拓扑结构,即轴有轭轴磁通型电机;后者则称为双转子单定子拓扑结构,即无轭轴磁通型电机
对比:径向磁通电机相比较,无轭轴向磁通电机的诸多优势主要源自其对铜、电工钢以及磁铁材料的高利用率。尽管轭式轴向磁通电机也具备某些类似优势,但这些并非最为显著或最具影响力的因素。鉴于此,我们下面重点将聚焦于无轭轴向磁通电机

6.3.2 为什么轴向磁通可以大幅提升电机性能?

(知识星球发布)

-> 无定子轭的秘密...
->绕组拓扑的秘密...
->磁路上的秘密...
综上所述,轴向磁通电机正是通过上述这些手段实现了比径向磁通电机更具优势,但要真正发挥其潜力,仍面临着众多挑战。那么,是否有一种方式,可以结合轴向磁通和径向磁通各自的优势,真正做到“超级发动机”的期望呢? 这一技术在实际应用中会不会有新的问题呢?关于这个问题,我们在第四曲种聊聊。

第四曲

7. 混合式轴向-径向磁通电机的技术揭秘
7.1 轴向磁通 vs. 径向磁通
7.2 混合式轴向-径向磁通电机,"混"在哪里? (知识星球发布)
7.3 混合式轴向-径向磁通电机的本质 (知识星球发布)
7.4 混合式轴向-径向磁通电机仿真示例与特征说明  (知识星球发布)
  • 7.4.1 磁通密度的分布
  • 7.4.2 反电动势(Back EMF)性能
  • 7.4.3 轴向力分析 
  • 7.4.4 齿槽转矩 
  • 7.4.5 磁通密度与扭矩容量  
7.5 总结


以上是关于科尼赛克"地表最强"动力系统揭秘"四部曲"之第三曲:轴向磁通 vs. 径向磁通(节选)完整版解读在知识星球 [SysPro|国际峰会报告解读] 专栏发布,欢迎查阅。
知识星球上传了一些关于"混合式轴-径向磁通电机"的技术解析视频(设计/仿真)、技术资料、方案报告,感兴趣的小伙伴可搜索关键字自行查阅,欢迎在星球中讨论!

点击「阅读原文」,加入SysPro,共建知识体系

苹果手机用户请添加文末微信加入
【相关阅读】

「SysPro系统工程智库」让我们未来会更好,

感谢新老朋友们的关注和支持,共同成长!

感谢你的阅读,共同成长!

2024年11月4日 晚


1000+2020-2024国内外先进动力系统技术方案解读

【免责声明】文章为作者独立观点,不代表公众号立场。如因作品内容、版权等存在问题。请于本文刊发30日内联系删除或洽谈版权使用事宜。


「SysPro系统工程智库 2.0」正式启航

点击下图跳转,了解详情


点击「阅读原文」,加入SysPro,共建知识体系

苹果手机用户请添加文末微信加入


SysPro系统工程智库

一个面向新能源汽车领域的知识库,
用系统工程,构建从底层技术到终端产品的知识体系,
用系统思维,探讨人生哲学;以终为始,坚持成长。
点击「阅读原文」,加入SysPro系统工程智库

如果觉得不错,欢迎推荐给身边的人

右下角点个在看☀,最好的支持

SysPro系统工程智库
「SysPro系统工程智库」,专注于新能源汽车领域,坚持原创、坚持分享、坚持成长。期望用系统科学,构建从底层技术到终端产品的知识体系;用系统思维,探讨人生哲学,过好我们这一生。
 最新文章