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轴向磁通电机在机器人行业的应用前景轴向磁通电机，磁通方向沿电机旋转轴平行，与传统径向磁通电机垂直于轴线的磁场走向截然不同。定子与转子呈盘片状平行排列，磁场在轴向闭合，形成扁平紧凑的结构。 定子绕组通电产生轴向磁通，转子上嵌置的永磁体在磁场作用下受到洛伦兹力矩，驱动转子旋转。由于磁通路径短且无方向拐折，磁能利用更充分。 按定子和转子盘的布置方式，轴向磁通电机主要有几种构型。 双转子单定子型：在一个定子盘两侧各布置一个转子盘，对称夹持定子，磁通在两个转子间闭合。此结构轴向尺寸最小，扭矩密度最高，是当前市场主流方案，占约66%份额。 单转子双定子型：转子盘置于中央，两侧各有一片定子。该设计定子面积更大，功率密度和效率更高，常用于对性能要求严苛的场合，商用车驱动、电动风机等。 印刷电机：采用印刷电路板蚀刻线圈代替传统铜线绕组和铁芯，形成超薄定子。PCB构型体积最小、重量极轻且制造简化，适用于低至中功率设备，无人机、小型冷却泵等场景。 图/盘毂动力 PCB电机产品 无轭定子设计：取消定子铁芯中的轭部，改为独立齿模块承载绕组。可减轻约80%的定子铁损重量并降低绕线难度，进一步提升功率密度2～3倍，适合对重量和性能极端敏感的高端应用。 核心性能优势 轴向磁通电机相较传统径向电机在功率/扭矩密度、尺寸重量和效率等方面具有显著优势。 高功率密度与高扭矩输出： 扁平盘结构使转子直径相对更大，在相同电磁力作用下可产生更高转矩。双转子结构等设计利用更大的有效磁通面积和更高的绕组填充系数，大幅提升了单位体积功率输出。 轴向磁通电机的功率密度可达到传统电机的4倍，扭矩密度提升超过120%。英国YASA公司产品的峰值功率密度已超过8kW/kg，用于航空推进时体积和重量优势突出。 体积紧凑、重量轻盈： 轴向磁通电机通常呈扁盘状，外径与同级径向电机相当但厚度仅约为后者的1/3，实现整体体积缩小一半以上。在材料相近条件下，电机自重也显著降低。国内厂商盘毂动力的“双转子”系列产品相较同功率传统驱动系统，重量和轴向长度均减少了50%左右。对于电动汽车来说，这种轻量化和小体积特性可节省宝贵的底盘空间用于布置更多电池或增加乘载空间，并降低整车质量以提升续航。 高效率直驱： 轴向磁通拓扑减少了无效材料和能量损耗。相同功率下所需电磁部件更少，轴承和定子端部等附加损耗降低，整机效率提升1～2个百分点。另一方面，轴向磁通电机易与负载直接相连，在车轮轮毂或机器人关节处无需通过差速器、传动轴等中间机构，减少机械传动损耗。许多设计可在宽工况范围内保持高效输出，盘毂动力介绍电机高效区磁通面积覆盖90%以上。 不过轴向磁通电机目前的功率因数偏低，某些设计下仅约0.35～0.55，调速范围也略受限，这对在部分应用的性能发挥有一定影响。随着控制算法和拓扑改进，这些弱项正逐步改善。 应用场景与趋势 轴向磁通电机正迅速在多个高端领域拓展应用，尤其在新能源汽车和新兴的人形机器人领域被视为颠覆传统技术的关键动力源。 新能源汽车与航空航天： 在电动汽车领域，轴向磁通电机已率先用于超跑和豪华品牌。法拉利SF90 Stradale等高性能车型采用了轴向磁通电机作为前轴驱动，以减轻重量并降低引擎舱高度。 法拉利SF90 Stradale 奔驰收购YASA公司将轴向磁通技术应用于AMG系列纯电车型，提高整车动力密度和续航效率。 轴向磁通的轮毂电机方案在公交客车等商用车上开始落地，盘毂动力的轮边驱动系统已在国内50多个城市的新能源公交上投入使用。 图/盘毂动力 商用车产品 人形机器人与高端装备： 人形机器人被认为是轴向磁通电机下一片“蓝海”应用。 人形机器人的关节驱动需要在极有限空间内输出高扭矩，承受频繁冲击和载荷变化，轴向磁通电机的技术特质与这些需求高度契合。高扭矩密度、耐冲击的优势使之成为机器人髋关节、膝关节等大负载关节的理想选择，而新型PCB轴向磁通电机的超小型化设计也非常适用于机器人的灵巧手和手腕等精密执行部位。 国内领先企业盘毂动力在人形机器人领域采用“轴向磁通电机+行星减速器”的方案，借助电机的高扭矩密度配合行星齿轮增速，既实现了关节驱动组件的小型轻量，又显著增强了负载承受和抗冲击能力。尤其适用于机器人的下肢关节，在提高运动效率的同时有效保障机器人行走时的安全可靠性。 盘毂动力最新发布的PDS5K机器人关节驱动总成重量仅2.8kg，直径130mm×厚度109mm，却能输出156N·m额定扭矩、峰值扭矩高达437N·m，在轻量化与高性能间取得了卓越平衡。目前，多款人形机器人原型机已经验证了轴向磁通驱动的优势。 图/盘毂动力 PDS5K机器人关节驱动 市场前景与主要厂商布局 在新能源车和机器人等新兴需求的拉动下，轴向磁通电机市场正进入高速增长通道。根据行业预测数据，全球轴向磁通电机市场规模将从2023年的不足2亿美元迅速攀升至2030年的约144.8亿美元，期间年复合增长率高达73.5%。爆发式增长主要得益于新能源汽车、电动飞机和高端机器人领域的应用扩张，以及轴向磁通电机自身技术成熟度和可靠性的提升。 中国市场同样被看好，预计到2030年轴向磁通电机在新能源汽车驱动、电网储能、工业装备等领域的渗透率均有望达到20～50%不等。 巨大的市场前景吸引了国内外众多厂商竞相布局这一领域。 国际方面，英国YASA、比利时Magnax、美国Infinitum Electric等创新企业走在技术前沿。YASA已率先实现轴向磁通电机的量产并被奔驰采用，Magnax推出了功率密度超10kW/kg的样机，Infinitum以PCB定子电机闻名。 图源：Infinitum 国内方面，既有像卧龙电驱、大洋电机这类老牌电机企业利用制造优势跟进轴向磁通产品开发，也有一批新兴高科技公司脱颖而出。其中，盘毂动力、仪坤动力、小象电动等创业公司已经掌握核心技术并率先实现产品量产，在商用车、电动船舶和人形机器人等细分领域赢得订单。 盘毂动力建立了4条自动化产线，年出货电机超过1万台，在全球范围率先实现了轴向磁通电机的大规模产业化应用。表明本土供应链正迅速成熟。可以预见，未来几年将有更多厂商加入这一赛道，进一步完善供应链并推动成本下降。 技术瓶颈与成本 尽管前景诱人，轴向磁通电机要大规模替代传统技术仍面临制造工艺和成本控制方面的难关。 制造工艺瓶颈： 盘式结构对加工装配精度提出了严苛要求。定转子之间的气隙必须极为均匀，哪怕微米级偏差都可能导致电磁性能退化甚至转子擦碰。传统电机采用硅钢片叠压定子铁心的方法不适用于轴向拓扑，改用环绕卷制的铁芯或软磁复合材料，工艺复杂且自动化程度低。绕组布置上，由于扁平空间有限，实现高密度绕组并保证良好散热也具有挑战。转子方面，当转速提高时，大直径盘状转子将承受巨大的离心力和磁拉力，为保证结构强度通常需采用碳纤维环绕箍紧永磁体，这增加了装配难度和成本。 成本与供应链难题： 轴向磁通电机目前的材料和制造成本显著高于成熟的径向电机。高性能稀土永磁体，尤其是需要耐高温的类型价格昂贵且依赖重稀土元素，碳纤维材料和专用绝缘件等也成本不菲。另一方面，由于尚处产业化初期，许多关键零部件需要定制开发，相关专用加工设备投资巨大但产量有限，难以形成规模经济。这导致当前轴向磁通电机单位功率造价比传统产品高出约20%～30%。 技术路线选择： 目前轴向磁通电机内部仍存在多种技术路线并行发展的局面，包括双转子单定子、单转子双定子、无轭定子、PCB定子等各有优劣。哪一种能成为未来的主流方案尚无定论。 业界正从材料和结构创新两方面积极探索。 材料上，采用软磁复合材料通过粉末冶金一次成型定子磁路成为一大趋势，它可将复杂磁极结构整体铸造成型，废料率低于5%，利于批量生产。尝试用铁氧体等低成本永磁材料部分替代钕铁硼也是降低成本的方向之一。有研究表明，优化设计后铁氧体磁体有望实现接近NdFeB的性能，而成本仅为十分之一左右。 结构上，无轭定子和PCB定子技术的发展备受瞩目。无轭设计大幅减轻电机铁心重量且便于自动化绕组嵌入，PCB定子利用蚀刻铜线替代传统绕线，不仅将铜用量削减约2/3，制造节拍也大幅提升。这些新思路有望从根本上简化轴向磁通电机的生产工艺、提高良率并摊薄成本，为大规模应用扫清道路。 轴向磁通电机凭借高功率密度、轻量扁平的独特优势，正逐步成为电动汽车、人形机器人等高端领域的新宠技术。 在发展进程中，国内企业的积极布局备受瞩目。特别是盘毂动力作为中国领先的轴向磁通电机企业，不仅率先实现了该技术的规模化量产，也在不断拓展轴向磁通电机在新能源汽车和机器人的创新应用。 盘毂动力将在即将举行的“人形机器人创新材料及高效驱动系统产业峰会”上带来主题演讲，分享在轴向磁通电机领域的最新成果和对行业发展的洞见。欢迎行业同仁拨冗出席！ 演讲嘉宾 上海盘毂动力科技股份有限公司 两轮车及商电产品经理助理 王博凯 演讲主题： 《轴向磁通电机在机器人关节领域的应用》 扫码参加会议 本次大会仅面向（人形机器人整机、灵巧手、机器狗等产品企业，提供免费参会名额） 其余类型企业请扫描下方二维码付费参与（早鸟票3200/一位） 会议赞助/咨询 Tel: 18756236585 (同微信） 关于我们——电机新材料平台 合作咨询 产业交流群
