广发证券-轴向磁通电机产业深度研究报告

一、轴向磁通电机：特殊结构带来优异性能和更广应用

磁场方向不同核心在于结构不同，轴向电机的定子与转子轴向排布。轴向磁通电机与径向磁通电机核心结构都包括定子与转子两个核心部件，定子部分包括定子铁心和绕组，转子部分包括永磁体与转子铁心。 传统径向磁通电机转子装配于电机内部，而轴向磁通电机的定子与转子半径一致呈盘式结构，以轴向排布，定子与转子间的气隙是与电机转轴垂直的平面，磁场方向垂直于气隙面，与转轴方向平行。

（一） 轴向磁通电机特殊的轴向排布结构带来显著的性能与节能优势

轴向磁通电机特殊的电机结构和磁场方向带来较高的功率密度与效率。原因为：

1. 磁通路径更短提高效率。磁通路径是电机内部的磁力线流动路线。相比径向电机

磁通路垂直于旋转轴，轴向电机磁通路平行于旋转轴，电机磁通路径更短。磁通路

短意味更小的体积可实现更高的功率输出，此外磁阻和铁损等更低效率更高。

2. 轴向排布结构优势带来扩展性。轴向磁通电机由于采用轴向排布的方式，在复用壳体等基础结构的情况下，可以通过叠加更多的定子和转子来提升电机的能量密度。这种结构设计使得轴向磁通电机在功率密度提升方面具有独特优势，为其在各类应用场景中的推广应用奠定了基础。

3. 有效磁面积更大。轴向磁通电机是一种定子和转子沿轴向排布的电机结构。

由于其有效磁表面积是电机转子的表面，而不是外径，因此在相同体积条件下可以获得更大的有效磁表面积，进而提供更大的扭矩。由于电机的功率是扭矩与角速度的乘积，因此在相同的转速下可以实现更高的功率输出。因此功率密度更大。此外，由于轴向磁通拓扑允许电机转子定位于定子的侧面而非内部，带来了充足的轴向空间，可以通过增加直径进一步提高有效此面积，同时也可减少铜铁等材料使用。

4. 定子绕组密度更大材料利用率高。轴向磁通电机在定子绕组设计上具有显著优势。根据腾野公司官网，其采用"集中绕制"设计，绕组利用率可达100%，而传统径向电机的分布式绕组中有近50%处于非工作状态（即"线圈悬垂"），这些

悬垂部分不仅增加了重量和成本，还会产生额外的电阻损耗和热量。轴向磁通电机通过优化的绕组设计，大幅减少了线圈悬垂，提高了功率密度，使绕组始终保持在有效工作状态。

5. 灵活拓扑结构带来更深设计潜力。其盘式结构为设计提供了更大的自由度，例如可以采用无铁芯或分段铁芯定子设计，进一步降低铁损、抑制齿槽转矩和涡流损耗，实现更平稳的运行和更高的效率。或可使用PCB板作为定子，由于PCB板较薄，电机气隙可以很小，使得电机结构更紧凑，进一步缩短轴向长度。模块化设计也相对容易实现。

1. 性能：小质量体积实现高扭矩和功率输出。根据腾野公司官网，轴向电机与传统径向电机相比，扭矩密度优势可达30%，效率优势可达1%至2%，重量和体积均为同类径向电机的一半左右，但扭矩密度可达同类径向电机的四倍。根据岚图汽车，在体积尺寸相近的情况下，轴向磁通电机的功率提升33%，扭矩提升64%，重量降低26%，功率密度提升78%，扭矩密度提升122%。

低速大转矩特性。轴向磁通电机的双转子或单转子多盘结构设计，使其在低速下即可产生巨大的转矩，具备极佳的起动和过载能力，非常适合需要频繁启停、快速响应或重载启动场景的应用。

2. 轴向磁通电机的材料使用更少，运行损耗更低。 根据青岛恩能电机有限公司官网，在材料使用方面，由于其紧凑的结构设计和较高的扭矩密度特性，可以通过增大转子直径而非增加永磁体数量来维持扭矩输出，使得铜、铁等金属材料的使用量比传统径向磁通电机减少约50%，如考虑无铁心PCB定子技术，轴向电机的生产耗铜量能降至径向电机的34%。在能耗方面，轴向磁通电机效率通常可超过96%，较传统径向电机略高。此外，其直接的磁通路径和较低的铁心损耗特性，使其在各功级别下比普通径向电机节能15%-25%。这些优势共同构成了轴向磁通电机在节能方面的综合优势。

（二）应用场景：空间质量敏感但功率输出需求较大的领域

轴向磁通电机凭借高功率密度有望率先应用在空间与质量较为敏感但功率输出需求大的领域。轴向磁通电机凭借其高功率密度的特点，将优先在那些对空间和质量有严格限制，同时又需要较大功率输出的应用领域推广。这种特性使其成为空间受限但动力需求较高场景的理想选择，能够在有限的安装空间内提供更强的动力出。然而，由于当前轴向磁通电机在制造工艺等方面仍存在诸多技术难题，导

致成本较高，因此其初期应用将主要集中在对价格相对不敏感的领域。

1. 新能源汽车：满足高性能需求，多种形式应用

轴向磁通电机超高的性能适配高性能纯电汽车需求。 轴向磁通电机凭借高功率密度、高效率和小体积的特点，可显著提高车辆续航里程和动力性能，同时有助于整车轻量化设计。根据盘毂动力官网，轴向电机的簧下质量比同功率径向磁通电机可减少50%以上，且尺寸更短，轮毂空间的布置应用和不止有更大的优势。此外，更宽泛的高效工作区间和强大的扭矩输出能力对高速高性能纯电汽车业很重要。

轴向磁通电机在新能源车上可以有多种应用。在具体应用方式上，轴向磁通电机可作为主驱动电机，也可用于轮边、轮毂电机等分布式电驱动系统。其扁平超薄的结构特性使其能够紧凑地集成到车辆底盘或轮毂内，为电池组和乘客舱预留更多空间。特别是在轮毂电机应用中，其结构特点可以帮助降低车辆的簧下质量，提升操控性和乘坐舒适性，同时通过分布式驱动实现更精确的动力控制。此外，对于增城式新能源汽车，扁平状轴向磁通发电机可替代燃油机飞轮，可简化增程器结构降低系统质量。

轴向磁通电机已经在新能源汽车上初步应用。轴向磁通电机在新能源乘用车、高性能车型和商用车等多个领域都有成功应用。根据EDC驱动未来公众号，在高性能车领域，法拉利SF90Stradale、296GTB，迈凯伦Artura等混动超跑都采用了YASA的轴向磁通电机。梅赛德斯-奔驰收购YASA公司后也发布了应用技术的概念车VISIONEQXX。 在商用车和工程机械中，高扭矩密度意味着更强的爬坡和负载能力，也具备较高的应用潜力。根据中国道路运输网，盘毂动力的以轴向磁通电机为核心的轮边驱动系统已在全国50多个城市的5000多台公交车上成功应用，车厢内部实现了从前到后的全平贯通、没有任何台阶，同时有效载客空间面积大大提升，8米盘毂轮边驱动公交车可达到10米普通公交车的运力。