軸向磁通電機在低地板公交上的應用

上世紀8、90年代，低地板城市客車的概念在國外興起，歐美、日本等發達國家開始嘗試降低車身踏步，通過提高乘客在車廂內的通行速度來改善運營效率，同時為老幼病殘特殊人群提供了極大的出行便利，例如德國曼恩公司NL202、比利時VanHoll公司A308、日本ISUZU公司LV832、三菱公司MP747(前后門版)等。低地板結構的核心在于如何讓驅動橋適應一級踏步的需求，不僅靠零部件層面的創新，更要與客車企業形成良好配合。經過德國采埃孚ZF、匈牙利RABA、日本三菱等國外企業的多年嘗試，基本實現了最初“踏步高度降低”的構想。

傳統低地板驅動橋（來源于ZF官網）

作為傳統車橋技術的延續，目前的低地板驅動橋將輪轂單元集成在軸頭端，通過低橋殼結構和側向布置的差速器，實現后輪通道高度降低的設計目標。不過由于依然保留了傳動軸輸入端的法蘭接口，后輪處始終有一個偏置的“小凸起”，加之后雙胎承載結構，現實中仍存在通道狹窄、空間局促等問題。可以說，如今的低地板城市客車盡管在乘坐舒適性上有所提升，但運力的下降也是不爭的事實，尤其國內并不流行后輪后開門、或者歐洲范兒的單機三開門布置形式，后山區的乘客必須要通過后輪通道區才能從中門下車，這種車廂內的逆向乘客流動也造成了后橋處的擁擠，運營效率大打折扣。

 

隨著汽車行業“新四化”時代的到來，電動化已成為業內共識。自四部委2009年啟動“十城千輛”示范推廣應用工程以來，中國新能源汽車實現了歷史性的飛躍，更是形成了“全球看中國，中國看商用，商用看公交”的格局。目前，新能源在中國城市客車占比已達九成以上，基本實現了“公交新車全面電動化”的階段性目標。應該說，電動化與低地板的結合，為城市客車創造了最佳的發展契機，然而傳統電驅動系統多為中央驅動形式，依然存在體積、重量大的問題。以2019年為例，國內全年銷售的6.39萬輛純電動城市客車中，采用直驅結構的將近九成，采用帶齒輪箱的也有近一成占比，中央驅動依然是客車行業“簡單粗暴”的電動化手段，甚至如國際巨頭的ZF也推出了帶減速集成的中央驅動電機CeTrax，似乎跟得上“時髦”。對于以直驅或帶齒輪箱結構為主的電動化，雖然完成了傳統內燃機到電動機的轉變，只是完成了“從無到有”的替換，與“好”的需求差距甚遠，在新能源時代公交公司的低地板、大通道訴求上，更是存在無法滿足的BUG。

影響乘客流動的中央驅動城市客車后山區

現階段客車行業的驅動電機大多是徑向磁場電機，受結構原理和配套資源所限，在功率密度和扭矩密度方面仍有“天花板”。由于體積和重量必須滿足車用，以及輕量化的要求，驅動電機若要實現相同功率和扭矩就必須越做越小，近年出現的油冷電機、發卡電機等新技術，都是電機行業在試圖突破這一瓶頸。也有少數客車企業想到了輪邊驅動，但大多只是把徑向磁場電機做的小一些，再通過多級傳動來彌補受限的電機參數，但傳動效率大打折扣，客戶在實際使用中也發現這種輪邊驅動對整車電耗節省的幅度極其有限，甚至與中央驅動電機相差無幾。

徑向磁通電機

軸向磁通電機

在電磁原理上，其實還存在一種軸向磁通電機，也形象的稱為盤式電機，天生具有“小、輕、高”的特點。從上圖對比可知，在同樣軸向和徑向尺寸的情況下，其軸向磁場力臂更長，低速大扭矩的效率更高，而且軸向磁場電機更容易實現雙氣隙面或多氣隙面，磁場利用效率更高。據了解，1821年法拉第發明的人類歷史上第一臺電機就是軸向磁通，雖然具有體積小、重量輕、效率高等核心優勢，但因為材料、工藝等方面的難題，國內外一直未實現大規模產業化應用。盤轂動力通過5年多默默無聞的研發，逐一攻克了各項難題，并完成了專用材料、工藝、設備的開發，申請專利數量達1001項，在軸向磁通領域位列全球第一，率先實現了軸向磁通CDU的產業化應用。在同等動力輸出的情況下，盤轂動力軸向磁通CDU比目前主流應用的徑向磁通電機重量和體積減少一半以上，實現了資源與能源更高效的應用。

盤轂動力在2020年道路運輸展上針對城市公交領域推出以軸向磁通CDU為核心的四氣囊獨立懸架輪邊驅動系統，通過集成減速器、電機控制器、四氣囊獨立懸架與電子差速，該產品實現了軸向尺寸更短、重量更輕的效果，輕量化指標可達700-800kg。BMT地鐵巴士采用后單輪驅動，后輪通道寬度達到850mm，有效改善了此前通道狹窄、空間局促的問題。由于驅動系統的創新，整車得以采用業內已不多見的前后門布置方式，有效引導了乘客的流動，沒有逆向客流干擾。車廂內實現了全平的寬通道，上下車時間至少節省一半，對于乘客而言更加便捷安全，進而提高了公交車的運行效率。同時，BMT地鐵巴士的車廂有效站立面積達到9平方米，相比傳統10.5米提升20%，載客能力與12米相當。

盤轂動力四氣囊獨立懸架輪邊驅動系統，可將8-12米傳統公交車型升級為具有本質安全屬性的新型低地板公交車——“地鐵巴士”。“地鐵巴士“可實現“一級踏步、全平地板、大通道”布局，目前已在上海、金華、嘉興、福州、寧德、福安、溧陽等全國十多個城市實現批量運營。

低地板是城市客車始終追求的目標，有人實現了0到1的轉變，也有人在努力讓1變成10、100。在低地板與電動化結合后，公交公司也開始追求運營效率更高、乘坐效果更佳的解決方案，而大通道、全平地板也成為打開這把鎖的金鑰匙，盤轂動力則是率先打開局面的零部件企業之一。盤轂動力將通過對技術、工藝等的不斷創新，實現對產品性能的本質提升，從而為城市公共交通、為市民的美好出行作出貢獻。

文章來源：提加商用車網