双涡轮增压发动机+“暗物质”电机组成

伺服与控制

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瑞典精品汽车制造商柯尼塞格最近推出了其Gemera超级跑车的生产版本。新车型将搭载一台5.0T V8双涡轮增压发动机+“暗物质”电机组成,系统功率2300匹马力,峰值扭矩2750Nm,匹配9速LSTT专用变速箱。

作为参考,特斯拉Model S P版三电机共输出1020匹马力,柯尼赛格一个电机就能提供800匹。 

新车售价400万美元,折合人民币2900万元。

01#

当前主流电机:径向磁通电机

电动机

大多数电动汽车采用径向磁通电机,这种磁通垂直于旋转轴,定子上装有极性交替的电磁线圈,转子与这种交变磁场相互作用。因此它可以旋转并产生扭矩。这是一种非常简单但有效的电机设计。可以快速制造层压材料。这种类型的电机可以以相对较低的成本生产。

02#

轴向磁通电机

电动机

有一些新兴的电机设计可以实现更高的最终性能,其中之一是轴向电机。这可以产生平行于旋转轴的磁通量。理论上,这是一种更高效的设计,但是转子和定子之间存在非常高的磁力,因此保持均匀的气隙非常重要,但这也可能让制造更棘手。

03#

更高的公差和散热要求

电动机

线圈绕组也位于定子和转子之间。意味着这种电机很难冷却。而且轴向电机因为涉及更强的磁通量,所以需要的公差更高。当前的制造技术尚未发展到使该电机具有成本效益的程度。

04#

巨大的空间节省+扭矩密度提升

现在,我们开始看到几家公司正在寻求制造轴向磁通电机。Yasa绝对是这方面的先驱之一。它们的无轭变体轴向磁通电机,每公斤可产生约10千瓦的功率,每分钟转速高达 9000转。上图右面是典型的径向磁通电机。它大有400Nm的扭矩,大约有50公斤,里面大概有25到30公斤的铁。左边是同等功率的轴向磁通电机。其直径类似,但长度只有六分之一,节省了巨大的空间,还将扭矩密度提高了四倍。

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无轭设计简化绕组制造

无轭设计意味着该定子由未连接到任何背铁的单独齿制成,然后将磁铁放置在转子的顶部和底部,该磁铁与每个单独部分产生的磁通相互作用。这意味着它的重量更轻 可以产生更大的扭矩,但更重要的是,它更容易制造绕组。这也许就是许多公司转向无轭轴向磁通设计的原因。

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暗物质电机:径向和轴向的混合体

电动机

柯尼塞格的暗物质电机是介于径向和轴向之间的混合体。据称,他们相对于定子的体积增加了转子直径,以接受额外的磁通。许多人质疑为什么要采用径向磁通电机并将其纳入高级类型的体积设计中?这个问题的答案也许取决于线圈的形状,有人猜测这个线圈更像是U形的 缠绕在转子上。

这台电机似乎被锻造的碳纤维包裹着,重量不到40公斤。柯尼塞格声称它能产生800马力和922磅英尺的扭矩。这大约是600千瓦,这个数字对我们的目的更有用。由于我们知道Gemera的工作电压为800伏,因此需要750安培的电流才能产生峰值功率。这是一个很大的电流。

这就是六相电机的细节。在大多数情况下,六相电机实际上是两个三相电机合一运行。它允许更有效地分配更高的电流,从而避免过多的热量积聚。

柯尼塞格Gemera揭秘视频中简要介绍了六个阶段的细节。汽车中几乎所有的电动机都使用三相运行。例如,柯尼塞格的功率较小的“Quark”电动机是三相的。相只是一组缠绕的铜线圈,在定子中形成电磁铁。三相电机可能只有三个线圈或33个,这取决于电机设计者想要什么。六到九个线圈是非常典型的汽车径向磁通。

在永磁电机和其他类型的电机中,三个是实用电机设计所需的最小值。添加更多的阶段并不一定有什么大的优势,除非你有一个特定的用例。在柯尼塞格的案例中,有六个相位很可能有效地转化为两个电机共享一个案例。然而,在没有看到内部的情况下,这纯粹是猜测。我们已经在大功率电动汽车中看到了其他六相电动机,如福特1973马力的Supervan。

我们可以做一些更明智的推测的是名称中的“傍轴通量”部分。永磁径向磁通电机通过使用环形定子运行,该定子围绕着由朝外的永磁体组成的转子。电动汽车中几乎所有的电动机都是径向磁通机,这是因为定子利用径向力旋转地拉动永磁体。例如,Lucid的高效电机就是这样工作的。

大多数轴流电机同样使用永磁体,然而,轴流电机中的定子线圈通常更容易区分。定子线圈表面平行于永磁体的最大表面。这使得电动机更纤薄、更平坦,磁通量沿轴向作用,而不是沿径向作用,因此得名。

可以假设,柯尼塞格的“绕轴磁通”电机结合了这两个概念。有几种方法可以做到这一点。定子线圈可以是一种U形环面。把一个回形针弯在书脊上,这可能就是它的样子。转子可以位于这些U形线圈内,可能有一组磁铁面向U形线圈的高侧和底侧,总共有三组磁铁。

不过,可能还有其他更好的方法。一篇文章引用了柯尼塞格的话说,这项技术是通过采用轴向磁通电机和“相对于定子的体积增加转子直径并优化定子外径”来实现的能够接受这种额外的流量。”这并不是很清楚,但它确实有效地转化为更大的磁力作用面积,即磁通量。这转化为更多的扭矩,如果它能以更高的转速应用,功率就更大。

如果不打开其中一个电机,我们只能推测。最重要的是,柯尼赛格再次开发了一些非常有趣的汽车技术。随着混合动力车和电动汽车的发展,我们可能会看到更多新奇的汽车设计,尤其是在新奇的汽车领域。

编辑:黄飞

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