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轴向磁通电机在低地板公交上的应用

2021.08.11

上世纪8、90年代,低地板城市客车的概念在国外兴起,欧美、日本等发达国家开始尝试降低车身踏步,通过提高乘客在车厢内的通行速度来改善运营效率,同时为老幼病残特殊人群提供了极大的出行便利,例如德国曼恩公司NL202、比利时VanHoll公司A308、日本ISUZU公司LV832、三菱公司MP747(前后门版)等。低地板结构的核心在于如何让驱动桥适应一级踏步的需求,不仅靠零部件层面的创新,更要与客车企业形成良好配合。经过德国采埃孚ZF、匈牙利RABA、日本三菱等国外企业的多年尝试,基本实现了最初“踏步高度降低”的构想。

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传统低地板驱动桥(来源于ZF官网)

作为传统车桥技术的延续,目前的低地板驱动桥将轮毂单元集成在轴头端,通过低桥壳结构和侧向布置的差速器,实现后轮通道高度降低的设计目标。不过由于依然保留了传动轴输入端的法兰接口,后轮处始终有一个偏置的“小凸起”,加之后双胎承载结构,现实中仍存在通道狭窄、空间局促等问题。可以说,如今的低地板城市客车尽管在乘坐舒适性上有所提升,但运力的下降也是不争的事实,尤其国内并不流行后轮后开门、或者欧洲范儿的单机三开门布置形式,后山区的乘客必须要通过后轮通道区才能从中门下车,这种车厢内的逆向乘客流动也造成了后桥处的拥挤,运营效率大打折扣。

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随着汽车行业“新四化”时代的到来,电动化已成为业内共识。自四部委2009年启动“十城千辆”示范推广应用工程以来,中国新能源汽车实现了历史性的飞跃,更是形成了“全球看中国,中国看商用,商用看公交”的格局。目前,新能源在中国城市客车占比已达九成以上,基本实现了“公交新车全面电动化”的阶段性目标。应该说,电动化与低地板的结合,为城市客车创造了最佳的发展契机,然而传统电驱动系统多为中央驱动形式,依然存在体积、重量大的问题。以2019年为例,国内全年销售的6.39万辆纯电动城市客车中,采用直驱结构的将近九成,采用带齿轮箱的也有近一成占比,中央驱动依然是客车行业“简单粗暴”的电动化手段,甚至如国际巨头的ZF也推出了带减速集成的中央驱动电机CeTrax,似乎跟得上“时髦”。对于以直驱或带齿轮箱结构为主的电动化,虽然完成了传统内燃机到电动机的转变,只是完成了“从无到有”的替换,与“好”的需求差距甚远,在新能源时代公交公司的低地板、大通道诉求上,更是存在无法满足的BUG。

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影响乘客流动的中央驱动城市客车后山区

现阶段客车行业的驱动电机大多是径向磁场电机,受结构原理和配套资源所限,在功率密度和扭矩密度方面仍有“天花板”。由于体积和重量必须满足车用,以及轻量化的要求,驱动电机若要实现相同功率和扭矩就必须越做越小,近年出现的油冷电机、发卡电机等新技术,都是电机行业在试图突破这一瓶颈。也有少数客车企业想到了轮边驱动,但大多只是把径向磁场电机做的小一些,再通过多级传动来弥补受限的电机参数,但传动效率大打折扣,客户在实际使用中也发现这种轮边驱动对整车电耗节省的幅度极其有限,甚至与中央驱动电机相差无几。

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径向磁通电机

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轴向磁通电机

在电磁原理上,其实还存在一种轴向磁通电机,也形象的称为盘式电机,天生具有“小、轻、高”的特点。从上图对比可知,在同样轴向和径向尺寸的情况下,其轴向磁场力臂更长,低速大扭矩的效率更高,而且轴向磁场电机更容易实现双气隙面或多气隙面,磁场利用效率更高。据了解,1821年法拉第发明的人类历史上第一台电机就是轴向磁通,虽然具有体积小、重量轻、效率高等核心优势,但因为材料、工艺等方面的难题,国内外一直未实现大规模产业化应用。盘毂动力通过5年多默默无闻的研发,逐一攻克了各项难题,并完成了专用材料、工艺、设备的开发,申请专利数量达1001项,在轴向磁通领域位列全球第一,率先实现了轴向磁通CDU的产业化应用。在同等动力输出的情况下,盘毂动力轴向磁通CDU比目前主流应用的径向磁通电机重量和体积减少一半以上,实现了资源与能源更高效的应用。

轴向磁通电机在低地板公交上的应用

盘毂动力在2020年道路运输展上针对城市公交领域推出以轴向磁通CDU为核心的四气囊独立悬架轮边驱动系统,通过集成减速器、电机控制器、四气囊独立悬架与电子差速,该产品实现了轴向尺寸更短、重量更轻的效果,轻量化指标可达700-800kgBMT地铁巴士采用后单轮驱动,后轮通道宽度达到850mm,有效改善了此前通道狭窄、空间局促的问题。由于驱动系统的创新,整车得以采用业内已不多见的前后门布置方式,有效引导了乘客的流动,没有逆向客流干扰。车厢内实现了全平的宽通道,上下车时间至少节省一半,对于乘客而言更加便捷安全,进而提高了公交车的运行效率。同时,BMT地铁巴士的车厢有效站立面积达到9平方米,相比传统10.5米提升20%,载客能力与12米相当。

轴向磁通电机在低地板公交上的应用

盘毂动力四气囊独立悬架轮边驱动系统,可将8-12米传统公交车型升级为具有本质安全属性的新型低地板公交车——“地铁巴士”。“地铁巴士“可实现“一级踏步、全平地板、大通道”布局,目前已在上海、金华、嘉兴、福州、宁德、福安、溧阳等全国十多个城市实现批量运营。

轴向磁通电机在低地板公交上的应用

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低地板是城市客车始终追求的目标,有人实现了0到1的转变,也有人在努力让1变成10、100。在低地板与电动化结合后,公交公司也开始追求运营效率更高、乘坐效果更佳的解决方案,而大通道、全平地板也成为打开这把锁的金钥匙,盘毂动力则是率先打开局面的零部件企业之一。盘毂动力将通过对技术、工艺等的不断创新,实现对产品性能的本质提升,从而为城市公共交通、为市民的美好出行作出贡献。

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文章来源:提加商用车网

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