【实拍】YASA高密度电机技术分析

切磋：shbinzer。

“ 重要的问题值得我们持续研究，高密度的技术路线是八仙过海各有神通，本期我们继续介绍另外一种高密度电机技术路线-YASA 轴向磁场电机。”

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何谓YASA

YASA也是一家英国电机公司，是高密度电机的重要Player，相比Equitmake更加大名鼎鼎。值得一说的是他这名的来历。"YASA"其实是一种特殊轴向磁场电机技术的简称。全称是'Yokeless And Segmented Armature' 意思是一种分瓣-无轭部的定子绕组铁芯技术。YASA官方直言不讳地宣称“没错，我们就是以这个技术名称来注册公司”。就好比肯德基不叫肯德基，专以“新奥尔良烤鸡腿堡”为名。  以技术为名，这也算工匠精神的一种反映吧。

让YASA进入我们视线的是它一系列让人叹为观止的电机产品。P400S能够做到15.4Nm/kg的峰值扭矩密度和6.7kw/kg的峰值功率密度，而P750因为尺寸更大，扭矩密度达到21.4Nm/kg，功率密度达到d5.4kw/kg。

没有对比就没有说服力，下面这张图描绘了YASA的几款电机和BMW、Tesla 、Prius等主力机型的对比，会发现YASA在扭矩密度上是遥遥领先，在功率密度方面也有相当优势。

什么样的电机能达到这么高的密度？我上了两张图，左侧的那张是YASA电机的，怕不是特别清晰，又补充了一张Magnex的同类型产品。图中可以清晰地看到这是一种复合盘式结构，由两块带磁钢的转子盘和一个带绕组的铁芯构成。这个就是我们的第一映像--是一种结构特殊且工艺精湛的电机。

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YASA的关键技术

这么高的扭矩密度是如何做到的？值得我们仔细分析，我大致能够梳理出他们集成了五种关键技术-分别是"轴向磁场"、"YASA架构"、"齿集成结构"、"扁铜线绕组"、"直接冷却技术"。

一、R-S-R构型的轴向磁场

什么是“轴向磁场电机”？下面图示意非常明确，即磁场是沿与电机轴平行方向展开的电机。因为总体形态呈现扁平状，也叫“盘式电机”。

“轴向(盘式)电机”有什么好处使得YASA等公司青睐？从理论上说，径向电机（我们常用的传统电机）的扭矩和电机的“外径平方*叠高”成正比，也就是和电机的体积成正比。轴向磁场的扭矩是和电机外径的三次方正比。这略微的差异意味着什么呢？意味着轴向磁场电机在D>>L的外形条件下（外径远大于叠高），扭矩会远高于径向电机。这个特性导致了一系列扁平化的盘式电机产品以高扭矩密度形态面世。

 YASA不仅仅选择了轴向磁场拓扑，更进一步选择了其中一种叫扭密增强“R-S-R”的子类型。要理解什么是“R-S-R” 结构，得从最简单的R-S构型理解起，R是转子的缩写，S是定子的缩写，一个R-S构成了一个最小出力单元，但这种结构存在轴向磁力不平衡的缺点，一般不怎么用。

因为轴向电机串联一个定子/转子较容易实现，很容易就能衍生出 S-R-S、R-S-R结构，如下图所示R-S-R结构就是一个定子在中间，两个转子在两边的结构。

为什么说R-S-R是扭矩增强的结构？可以从三个方面来理解。
第一、R-S-R的磁场走向是可以优化成不走定子中间轭部的路线，如下图所示，左图是两个通过轭部磁路的小磁路闭环，右图是优化后的省却轭部磁路的大磁路闭环。这样做意味着不存在定子轭部磁饱和的问题，可以没有轭部或仅保留很薄的轭部结构。这都意味着定子尺寸减小，电机重量减轻，电机更紧凑了。第二、没有了定子轭部也就意味着没有了相应铁耗，这就从理论上减少了很大一部分损耗，使得电机更高效了；最后，转子设置在两侧，也就意味着给装配更多的磁钢腾出了空间，R-S-R结构可以设计成高磁通倾向结构，使得扭矩密度大幅度提升。

  

 二、YASA架构

前文说过 YASA公司以“YASA”技术为名，这种技术的内涵是什么？YASA的中文翻译是一种“无”轭部的分瓣定子结构。 要理解什么是“无”，得先从“有”开始。下图