福建舰入列,中国正式进入三航母行列,全球唯一的常规动力电磁弹射航母,也是这是人类历史上唯一具备第五代战机电磁弹射的航母。电磁弹射可以让舰载机满油满弹起飞,中国海军的远海作战能力大幅度提升,彻底突破岛链封锁,作战半径覆盖西太平洋第二岛链。
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1、都是电磁弹射,有什么区别?
此前,歼-15T、歼-35和空警-600三型舰载机,成功完成在福建舰上的首次弹射起飞和着舰训练。这是我国航母发展历程中取得的又一次突破,标志着福建舰具备了电磁弹射和回收能力。
中国完成了从滑跃式起飞到电磁弹射的跨越式发展,中间跳过了美国的蒸汽弹射。虽然美国福特级航母早已服役,但是其电磁弹射一直不稳定,目前为止没有成功弹射F-35。蒸汽弹射是锅炉烧水高压蒸汽推动活塞,能量转化效率大概只有5%,电磁弹射就是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动,其实就是电磁炮的一种形式,理论伤的能量转化效率可以超过60% 。
美国的福特级航母采用的是中压交流和飞轮技术,航母多余的电力放到飞轮中,将电能转化成高速旋转的飞轮动能储存,弹射时飞轮反转,将动能再转化成电能。飞轮属于机械结构,高速运转导致故障率比较高,飞轮能量损耗也比较高,四条弹射器串联设计,一处故障易导致全系统瘫痪。
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中国福建舰电磁弹射系统采用的是中压直流、飞轮和超级电容技术,能量转化率能达到90%,中压直流发电机向超级电容充电储能,弹射时电容瞬间放电,高功率直流电驱动电磁线圈。在总功率相对有限的情况下,可以更高效地管理和分配能量,满足电磁弹射瞬间的巨大功率需求,一次弹射需要约60-100兆瓦。
美国吃亏在了立项更早成为先进技术的先烈,当时没有办法解决大功率逆变器和超级电容的储能密度,所以选择了更为保守的机械飞轮储能,可以说美国点错了科技树,想要再转变就难了。中国的特高压领域技术等方面的积累让中国彻底把电玩明白了。
2、电动车的W16引擎:轴向磁通电机
2021年,奔驰收购YASA,成为奔驰旗下的高性能电机子公司,这家公司专注于研发用于AMG纯电车型的 AFPM(轴向磁通永磁电机)。
2025 年10月,YASA发布研发的轴向磁通电机的原型机,核心单元仅重12.7公斤,能爆发出的峰值功率是750千瓦(超1006hp)的最大功率,功率密度达到59kw/公斤。单台电机的持续输出功率350–400kW,注意这是单个功率,这个重量和体积可以很轻松做成4电机布局。长度可以缩小到1/3,重量可以减轻到到1/3。
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目前国内量产纯电车电机功率密度最高的是16.4kW/公斤,是比亚迪的超级e平台的3万转电驱总成。其次还有昊铂夸克电驱功率密度可以做到13kW/公斤,小米的超级电机V6S可以做到10.15kW/公斤的功率密度。
径向磁通电机磁通路径垂直于电机转轴,能量损耗较高。轴向磁通电机的磁通路径和电机转轴方向一致,这种设计缩短了磁路,减少能量损耗。
电机,你可以把它想象成一个“磁铁版”的捉迷藏游戏——定子和转子就像两块磁铁,一个追,一个跑,这个“你追我赶”的过程就产生了旋转的动力。
异步电机,定子通交流电后产生“旋转磁场”(并非固定磁铁,而是磁场在持续转动),相当于“主动跑”的一方。转子在旋转磁场的作用下感应出电流,进而产生自己的磁场,被定子的旋转磁场“拖着跑”(因转子转速始终略慢于定子磁场,才会持续感应电流),形成“你追我赶”的旋转动力。
永磁同步电机的定子通交流电产生旋转磁场(主动“追”)。转子本身就是永磁体(自带固定磁场),被定子的旋转磁场“吸引着跑”,且两者转速完全同步,实现更高效的旋转。
目前市面上绝大多数电动车用的是径向磁通电机,你可以把它脑补成一台滚筒洗衣机:磁场是沿着半径方向转圈的,就像滚筒一样绕着中心轴“滚”着转。这种结构像个圆筒,占空间,尤其是长度比较突出,所以也叫“卧式”结构。
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而轴向磁通电机则更像两片对扣的CD盘,磁场是沿着轴心方向“面对面”旋转的,就像两张光盘贴在一起转。它的结构是“立式”的,所以可以做得非常薄,像个薄饼,也因此被称为“盘式电机”。
既然轴向电机又薄又轻,为什么现在路上跑的电车大多还是用径向电机呢?关键在于两大难题:散热和制造精度。
散热难:想象一下,把一个高性能电机塞进一个像披萨一样薄的盘子里,它产生的热量怎么快速散出去?径向电机像个桶,散热面积大,而轴向电机是扁的,热量容易“闷”在里面,需要非常精巧的冷却设计才行。
制造精度要求极高:两个盘子之间的气隙极小,对平整度要求达到微米级——差不多是一根头发丝的几十分之一。一旦装配有偏差,高速转动时就可能蹭到一起,导致电机报废。这也使得它的生产成本高、良率低,主要用在F1赛车、航空航天或者法拉利SF90(参数丨图片)、柯尼赛格Regera超级跑车这些不计成本的领域。
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技术领域的突破就是更高的效率、电磁弹射如此,电机亦如此,轴向磁通电机目前国内的几家公司也在研发,比如岚图是中国乘用车领域首个发布轴向磁通电机的,单电机的峰值扭矩可以做到680Nm,比径向电机体积小50%,重量轻50%。
可以类比为燃油车的W16引擎,是电动车领域的技术高点,燃油车时代大马力多缸引擎解决动力问题,电动车轴向磁通电机再解决动力之外,还能腾出更多的车内空间,让电动车的使用场景更丰富。
3、异曲同工的独门绝技:直线电机
说到电磁的应用,必须谈一下仰望U7云辇-Z悬架,这是打破了汽车一百年来机械结构悬架的传统,用直线电机彻底取代了传统的弹簧和液压减震器,是汽车底盘技术的一次根本性改变,电磁炮其实也是直线电机。
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每个减震器内都装有一个直线电机,其峰值功率达50kW,相当于70匹马力,能在5毫秒内完成伸缩动作,响应速度极快,比传统液压悬架快20倍。精准的车身姿态控制,系统每秒可进行1000次自适应调节,将车身波动控制在±2毫米以内。
直线电机由定子和动子组成,定子连接塔顶,动子连接下摆臂。定子内有电磁模块,由金属和线圈组成,动子则是永磁体。通过给电磁模块通入带有方向性的电流,使其与永磁体产生吸力或斥力,从而控制悬挂的运动和支撑力大小。
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传统电机定子和转子是旋转运动,直线电机的定子和动子是上下平行布置,定子和转子产生垂直于运动方向的磁场,实现直线推力,类似于磁悬浮列车,和减震器的压缩复原类似,做直线往返运动。
直线电机将电能转化为动能,控制车身运动,也能吸收振动,在减震过程中,直线电机的动子运动会产生感应电流,系统可将其回收并为电池充电。在城市工况下,这能为车辆每百公里回收约0.8kWh的电能,相当于增加约5%的续航里程,越颠簸,越节能。
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除了福建舰的电磁弹射、仰望U7的直线电机,还有电磁线圈炮、电子对抗、6G太赫兹波段通信、无线电力能源传输、交通等等都和电磁紧密相关,电磁技术将贯穿各个维度,制电磁权就是制信息权。谁能把电玩明白,谁就掌握了主导权。
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