轴向磁通电机量产突破：让电动车更省电，机器人更有力

“电机呈现出越小的态势, 而动力却愈发显得猛”, 这样一个看上去存在矛盾的目标, 正在浙江地区那个名为金华的地方转变为现实。

6月5日, 我国在高性能轴向磁通电机研究方面有了新突破, 上海盘毂动力科技股份有限公司借助中国科学院宁波材料技术与工程研究所研发的PGH高性能专用磁钢, 得以首先达成轴向磁通电机万台级批量的生产, 这种电机具备体积较小、重量较轻、动力更充沛的特点, 能够使新能源汽车行驶得更远, 让机器人关节更具备强劲力量, 让低空飞行器飞行得更加轻快, 更为迅敏。

你或许并不晓得, 轴向磁通电机实际上是人类历史进程里最先出现的电机形态。在1821年的时候, 英国的物理学家迈克尔·法拉第发明了第一台电动机, 也就是圆盘式电机, 磁力线沿着轴向穿过旋转的铜盘, 这便是轴向磁通电机的原始原型。然而, 由于受到当时材料以及工艺水平的限制, 这台堪称“老祖宗”级别的电机一直都没办法进行批量应用。随后, 径向磁通电机凭借制造简便、力学稳定这两个特点迅速兴起, 进而成为了主流。

直到近些年, 新能源汽车对电驱动系统提出“极致轻量化、短轴向、高效率”的需求, 低空飞行器对电驱动系统提出“极致轻量化、短轴向、高效率”的需求, 人形机器人对电驱动系统提出“极致轻量化、短轴向、高效率”的需求, 轴向磁通电机才再次进入众人视线, 被看作是下一代电驱的核心。

那么，这两家单位凭什么突破了被尘封两个世纪的技术难题？

事情得从双方首次对接会晤算起。涉及盘毂动力的创办人韩军, 提出了一个超乎想象的念头: 暂且别去触碰磁钢配方比例, 而是先去跟车打交道。“此处我们所需求的并非一块具备‘最佳性能’的磁钢, 而是一块能够‘在车辆完整运行下保持完好’, 并且成本能够被市场接纳的磁钢。”。

来自宁波材料所的高级工程师丁广飞秉持这样一种意见, 即这样的一种思路是十分独特异常的, 他说道, 我们一般情况下仅仅是关注材料的各项指标, 它们分别是磁能积、矫顽力以及耐温等级, 然而在实际的工作状况当中, 温度处于不断变化的态势, 电流同样在发生着改变, 磁场的方向亦是在持续变动的, 在实验室环境下能够达到要求, 并不意味着在实际工况情形中也能够达成相应要求。

于是, 双方的合作呈现出“不走寻常路”的态势, 宁波材料所并非直接着手做材料, 而是先行接收盘毂动力从电动公交、电动汽车、电动矿卡当中提取的“需求清单”, 这份清单列举了磁钢承受的离心力具体数值是多少, 还提及了急加速急减速时磁场交变频率会怎样发生变化。

这被称作“应用场景反向定义材料” 韩军讲道 “产学研合作的难点在于 科研院所不晓得企业实际所需为何 企业同样不清楚科研院所所长何在。此种合作把这个问题给解决掉了！”。

需求明确之后, 分工变得明晰起来。宁波材料所施展机理研究方面的优势, 弄清楚“为什么会出现退磁这种情况”以及“什么样的微观结构针对交变冲击最具抗性”, 并且于无数种候选成分当中迅速筛选。盘毂动力承担起电机工程设计以及制造的职责。韩军讲道: “研究所明白材料机理, 我们知晓电机工程, 两边的人员坐到一块儿, ‘争论’了好些年, ‘争论’出了成果。”。

考核标准呈现出别样的独特性: 在双方所签订的合作协议当中, 并不存在所谓的“论文指标”这一内容, 而唯一的那一条准则是, 能否达成上线量产这一目标。盘毂动力负责提供产线方面的数据, 科研人员需要前往工厂之内, 去查看每一批磁钢各自实际的表现情况, 然后在此基础之上对配方进行优化。丁广飞说道: “以往在做完材料以后交付给企业便宣告结束了, 然而现下我们必须进行持续的跟踪, 以此来查看材料究竟是否出现了衰减的现象。”。

此种深度“绑定”产生了跨越式提升: PGH磁钢性能显著提高, 并且成本处于可控状态, 规避了好材料因价格过高而无法使用的尴尬情况。

到现在为止, 盘毂动力依靠轴向磁通电机累计申请专利差不多1700件, 在金华兰溪的工厂每年产量为30万台, 它是仅有的达成万台级轴向磁通电机批量生产的企业。

当前, 双方已然开启下一代新材料的预先研究。此次, 需求清单变得更长了, 其源自正在开展研发工作的电动垂直起降飞行器以及人形机器人。韩军声称: “飞行器与人形机器人对电机提出了更耐高温、更为轻便以及动力更为充足的要求, 我们已然提前进行了布局。”。

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