两大核心技术破局!转矩矢量 + 轴向电机引领电动车动力革新电机半月谈

本文聚焦电动车核心技术突破:针对电动车超重操控难题,法雷奥推出增强型转矩矢量控制系统,通过两类高性价比同轴模块化方案,以智能动力分配替代被动制动,提升操控性与能效;围绕轮毂电机产业化,轴向电机成为研发热点,单定子双转子、无轭盘式等结构不断创新,天津大学、东南大学等团队通过优化电磁拓扑、改进绕组设计,在转矩密度、损耗控制、可靠性与容错性上取得显著进展,为新能源汽车技术升级与行业发展提供关键支撑。
一、法雷奥增强型转矩矢量技术,破解电动车“超重操控”难题
随着电动车电池容量不断增大,车身重量普遍突破2吨,导致过弯笨重、抓地力下降、操控“发飘”等问题日益突出。传统依赖电子稳定控制系统的方案通过单侧刹车调整姿态,不仅能耗高、舒适性差,还加速制动部件磨损。为应对这一行业痛点,法雷奥(Valeo)推出增强型转矩矢量控制系统(Enhanced Torque Vectoring System),以智能动力分配替代被动制动,显著提升重型电动车的操控性、安全性与能效。
该技术核心在于主动调节左右车轮扭矩,而非“浪费能量”地刹车干预。法雷奥梳理出四类转矩矢量架构,并通过仿真与实车测试综合评估,最终聚焦两大高性价比方案:
一是制动式可传递转矩矢量系统:采用同轴三级行星齿轮组+湿式刹车,结构紧凑(径向尺寸<175mm),仅增重20kg,最大扭矩矢量达±900Nm,日常能耗增加仅0.15%,适用于中高端轿车与普通SUV,兼顾成本与实用性。
二是附加式转矩矢量系统:在传统差速器基础上集成辅助电机与双行星齿轮组,可主动为单侧车轮“补能”,实现±1400至±1900Nm的高精度扭矩分配。虽增重30kg,但效率极高(日常能耗增幅仅0.3%),功能覆盖全工况,特别适合高性能SUV与跑车。
两项方案均采用同轴模块化设计,无需大幅改动现有电驱动桥架构,便于车企快速集成。法雷奥明确放弃成本高昂、结构复杂的双电机方案,转而押注“单电机+智能转矩矢量”路径,在性能、成本、重量与效率之间取得最优平衡。随着电动车向高性能化、大型化发展,法雷奥的转矩矢量技术有望从高端配置走向主流,成为下一代智能电驱系统的关键组成部分。
二、轮毂电机产业化之路:技术突破与应用前景解析

在新能源汽车与电动车辆快速发展的当下,轮毂驱动系统因其独特的优势而备受关注。然而,轮毂内部空间的局限性对电机的功率密度、结构紧凑性及轴向尺寸提出了严苛要求。在此背景下,轴向电机以其扁平超薄的结构、高转矩密度及良好的散热性能,逐渐成为企业和研究机构的热点。
1、轴向电机技术概览
轴向电机,特别是轴向磁通电机,相比径向电机,在功率密度和效率提升上展现出巨大潜力。提升轴向电机性能的关键在于降低损耗与质量、增加极对数、提高转速及散热效率。其中,单定子双转子结构(TORUS)通过定子与两侧转子的相互作用产生转矩,而无轭盘式电机(YASA)则进一步简化了结构,取消了定子轭,提高了绕组槽满率,降低了铁耗与质量,同时提升了转矩密度和效率。
2、创新结构与性能优化
近年来,轴向电机领域涌现出诸多创新设计。天津大学王晓远团队提出的并联磁路轴向磁通永磁电机,通过内置式转子结构增加了磁阻转矩,采用聚磁与Halbach并联结构提高了气隙磁密正弦度,相比YASA电机,转矩密度提升了9%,永磁体用量减少了38%,转子损耗显著降低。东南大学研究团队等则针对双转子轴向磁通切换电机,分析了磁极宽度与定子槽口高度对反电动势正弦度及齿槽转矩的影响,优化后转矩脉动降低了80%。
3、轮毂电机的可靠性与容错设计
轮毂电机作为电动汽车的核心动力源,其可靠性至关重要。国立台湾大学Y. P. Yang团队研制的双定子单转子盘式轮毂永磁电机,采用分数槽集中绕组,有效提高了转矩密度并降低了转矩脉动。绕组控制上,通过串并联切换方式,实现了低速大转矩与高速弱磁扩速的灵活调节。此外,有文献提出了新型双定子结构六相轴向磁通永磁电机,通过物理隔离的三相绕组设计,提高了电机在正常与容错运行条件下的可靠性,并显著降低了涡流损耗。
4、容错与效率并重的未来方向
面对轮毂驱动系统的复杂工况,提高电机的容错能力成为研究重点。双转子轴向开关磁通永磁电机通过每相绕组集中放置与spoke结构永磁体的设计,结合两个未对准的转子结构,不仅改善了容错能力,还进一步降低了转矩脉动。这些创新设计不仅提升了电机的整体性能,也为电动汽车的安全运行提供了有力保障。
轴向电机,尤其是轴向磁通电机,在轮毂驱动系统中的应用前景广阔。通过不断优化电磁拓扑结构、创新散热方案及提升材料性能,轴向电机正逐步克服技术瓶颈,向更高功率密度、更高效率及更强可靠性的方向发展。未来,随着新能源汽车市场的持续扩大,轴向电机有望成为推动行业进步的关键力量。
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