轴向磁通电机技术发展及应用前景分析
1. 轴向磁通电机结构类型与功率密度分析
1.1 主要结构类型分类
轴向磁通电机按定子与转子的组合方式可分为四大基本结构类型，每种类型在磁路设计、制造工艺和性能特征方面存在显著差异。
单定子单转子结构是最基础的轴向磁通电机形式，由一个转子与一个定子组成，结构简单、体积紧凑(5)。这种设计的磁通路径从转子永磁体出发，穿过气隙进入定子，再通过定子轭部回到转子，形成闭合磁路。然而，该结构存在单边磁拉力大、轴承负荷高、振动噪音明显及定转子摩擦风险等问题，影响电机寿命(5)。
单定子双转子结构（也称为环形结构）采用一个内定子与两个外转子的配置，具有更高的功率密度，能在有限空间内输出更大转矩，特别适用于牵引系统、航空航天等对性能密度要求高的领域(5)。该结构的优势在于双转子对称布置可以有效平衡单边磁拉力，转矩脉动控制在 5% 以内。典型的功率密度可达 10-15kW/kg，如 Magnax 的 MX075 电机达到 13kW/kg(100)。
双定子单转子结构（也称为卡曼型结构）由两个外定子和一个内转子组成，具有良好的对称性，单边磁拉力相对较小，较适合于风力发电系统等需要长期稳定运行的应用场景(8)。该结构通过增加定子的有效面积来提高电机的输出功率和扭矩，功率密度约为 6-8kW/kg(100)。
多定子多转子结构包含多个定子和转子的组合，适合大转矩场景，如船舶推进系统、大型风力发电及水利发电机组等(8)。这种结构通过增加磁场相互作用的次数来提升总输出转矩，但同时也增加了系统复杂度和成本。
除了上述四种基本结构，近年来还出现了一些创新的混合结构。** 无轭轴向磁通电机（YASA）** 是一种特殊的双转子单定子结构，其独特之处在于去除了定子轭部，采用分段式电枢设计。这种设计减少了定子中钢材使用量高达 80%，使电机重量更轻，功率密度比非轴向电机高 2-3 倍(14)。
轴向 - 径向混合磁通电机代表了另一种创新方向，该结构将轴向磁通和径向磁通电机拓扑集成在一个紧凑空间内，有效提高了铜利用率。例如，某研究提出的混合磁通电机包含径向转子和轴向双转子三个转子部分，定子设计为三边槽结构，形成三边气隙结构。
1.2 功率密度对比分析
不同结构类型的轴向磁通电机在功率密度方面存在显著差异，其中双转子单定子结构表现最为突出。根据最新的技术数据，双转子单定子轴向磁通电机的功率密度普遍在 10-15kW/kg 范围内，部分先进产品已突破 20kW/kg 的技术门槛(100)。
YASA 公司的 750 系列双转子单定子轴向磁通电机代表了当前技术的最高水平，其最大功率 380kW，峰值扭矩 590N・m，而重量仅为 26kg，功率密度达到 14.6kW/kg。该公司被梅赛德斯 - 奔驰收购后，专注于高端汽车市场，在电动超跑电机领域市占率达 40%。
中国企业在功率密度方面也取得了重要突破。盘毂动力的 ICD306K 电机最高转速达到 18000rpm，峰值功率 306kW，峰值转矩 470N・m，电机有效功率密度大于 21kW/kg，有效转矩密度大于 32.5N・m/kg(103)。这一指标不仅超越了美国能源部 2025 年电机发展标准，也代表了中国在该领域的技术实力。
单转子双定子结构的功率密度相对较低，约为 6-8kW/kg，但在特定应用场景下仍具有优势(100)。该结构的主要优势在于输出功率和扭矩较大，适用于电动巴士、电动卡车等商用车领域。浙江盘毂动力的轴向磁通电机应用于电动巴士，最大功率可达 200kW，最大扭矩 1800N・m，能使巴士在满载情况下爬坡能力提升 20%，续航里程增加 15%。
单定子单转子结构的功率密度最低，通常在 3-5kW/kg 范围内，但由于其结构简单、成本低廉，在一些对性能要求不高的应用场合仍有市场空间(88)。
值得注意的是，轴向磁通电机的功率密度优势不仅体现在数值上，更重要的是其独特的转矩 - 直径关系。根据电磁原理分析，径向磁通电机的转矩与电机直径的平方成正比（T∝r²），而轴向磁通电机的转矩与直径的三次方成正比（T∝r³）。这意味着在相同的材料使用量下，轴向磁通电机可以产生更大的转矩输出。
此外，轴向磁通电机的无轭设计进一步提升了功率密度。通过去除定子轭部，不仅减少了铁损，还降低了电机重量。YASA 电机的定子铁质量减少高达 80%，使电机功率密度比非轴向电机高 2-3 倍(14)。这种设计还使得电机的轴向长度通常只有传统径向磁通电机的 1/3，在空间受限的应用场景中具有明显优势。
1.3 各结构类型技术特点与适用场景
不同结构类型的轴向磁通电机在技术特点和适用场景方面各有侧重，用户需要根据具体应用需求进行选择。
双转子单定子结构的技术特点与应用：该结构具有极高的功率密度（10-15kW/kg），转矩脉动可控制在 5% 以内，电机效率可达 95%-97%。其主要技术优势包括：磁路对称设计有效平衡了单边磁拉力；双转子结构使电机输出扭矩更平稳；无轭设计减少了铁损和重量。该结构特别适用于对功率密度要求极高的应用场景，如电动超跑、航空航天、高速列车等。阿斯顿・马丁 Valhalla 搭载 YASA 轴向磁通电机，与内燃机组成混动系统，综合功率超过 1000 马力，0-100km/h 加速仅需 2.5 秒，最高时速达 350km/h。
单转子双定子结构的技术特点与应用：该结构功率密度约 6-8kW/kg，虽然低于双转子结构，但在大功率输出方面具有优势(100)。其技术特点包括：结构相对简单，便于维护和检修；通过增加定子有效面积提高输出功率；单边磁拉力较小，运行稳定性好。该结构主要适用于商用车领域，如电动巴士、电动卡车、工程车辆等。浙江盘毂动力在该领域占据主导地位，国内市占率超 35%，产品远销东南亚、欧洲等地区。
单定子单转子结构的技术特点与应用：该结构功率密度最低（3-5kW/kg），但具有结构简单、成本低廉、易于制造等优势(88)。其主要特点包括：单边磁拉力大，需要加强轴承设计；结构紧凑，轴向尺寸短；制造成本低，适合批量生产。该结构适用于对成本敏感、性能要求不高的应用场合，如小型电动车、家用电器、工业设备等。
多定子多转子结构的技术特点与应用：该结构通过增加磁场相互作用次数来提升总输出转矩，适用于需要极大转矩输出的特殊应用(8)。其技术特点包括：转矩输出大，可满足船舶推进、大型风力发电等需求；结构复杂，制造和维护成本高；需要精密的控制系统来协调多个转子的运行。该结构主要应用于船舶推进系统、大型风力发电机组、水利发电机组等大型设备。
无轭轴向磁通电机（YASA）的技术特点与应用：YASA 结构是轴向磁通电机技术的重要创新，其核心特点是去除了定子轭部，采用分段式电枢设计。该结构的技术优势包括：定子铁质量减少高达 80%，功率密度比非轴向电机高 2-3 倍；分数槽集中绕组设计，节省 50% 铜材；直线型磁通路径提高了磁路效率；支持自动化批量生产。YASA 结构特别适用于对重量和体积要求极为苛刻的应用，如电动超跑、航空航天、高端工业机器人等。
轴向 - 径向混合磁通电机的技术特点与应用：该结构结合了轴向磁通和径向磁通的优势，在特定应用场景下展现出独特价值。其技术特点包括：集成两种磁通拓扑，提高了设计灵活性；铜利用率高，绕组端部短；可根据应用需求调整轴向和径向磁通的比例。该结构适用于需要特殊性能组合的应用，如高功率密度与高效率的平衡、特殊转矩特性要求等。
在选择合适的结构类型时，用户需要综合考虑多个因素：功率密度要求、成本预算、应用环境、维护需求、批量生产能力等。对于航空航天、高端汽车等对性能要求极高的应用，双转子单定子结构是首选；对于商用车、工业设备等注重性价比的应用，单转子双定子结构更为合适；对于成本敏感的大规模应用，单定子单转子结构具有明显优势；对于特殊大功率需求，多定子多转子结构提供了解决方案。
2. 高功率密度设计方案与优化策略
2.1 电磁设计优化技术
轴向磁通电机的电磁设计优化是提升功率密度的核心技术之一，涉及绕组拓扑、磁体排列、气隙设计等多个关键要素。
绕组拓扑优化技术：轴向磁通电机普遍采用分数槽集中绕组设计，这是其实现高功率密度的重要技术基础。与传统径向磁通电机的分布式绕组相比，集中绕组具有一个定子齿一个离散线圈的特点，其优势体现在多个方面。首先，制造过程易于自动化，可以完全离线生产，线圈装配过程与绕制过程分离，提高了生产效率和质量一致性。其次，绕组的有效铜与无效铜比例高，线圈悬垂部分可占分布式绕组的 50% 而不产生转矩，而集中绕组几乎没有悬垂部分，节省铜材高达 50%。
YASA 公司在绕组技术方面取得了重要突破，其采用的发卡式绕组技术进一步提升了功率密度和散热性能。发卡式绕组通过将扁平导线预先成型，然后插入定子槽中，实现了更高的槽满率和更好的散热性能。实验数据显示，采用发卡式绕组的轴向磁通电机，其铜槽满率可超过 60%，显著提高了电流密度和转矩密度。
PCB 绕组技术代表了另一种创新方向。研究表明，PCB 绕组在轴向磁通永磁同步电机中表现出良好的性能，其中平行绕组具有最小的电阻和损耗，径向绕组和同心绕组具有最高的感应电压和转矩，且径向绕组的相电阻比同心绕组低 20%(38)。这种技术通过将绕组直接制作在印刷电路板上，不仅简化了制造工艺，还提高了绕组的精度和一致性。
磁体排列与优化技术：永磁体的排列方式对轴向磁通电机的性能具有决定性影响。Halbach 阵列是一种先进的磁体排列技术，通过特殊的磁化方向设计，可以在气隙中产生更均匀、更强的磁场。研究显示，采用 Halbach 阵列的轴向磁通电机相比传统表面贴装永磁体电机，转矩密度可提升 30%，线圈温度降低 40°C，损耗减少 25%(17)。
磁体分割技术是另一个重要的优化方向。通过将大块磁体分割成多个小块，并在块间使用特殊的隔离胶粘结，可以显著减少涡流损耗而不改变电机的结构和性能(60)。这种技术特别适用于高速运行的轴向磁通电机，可以有效降低磁体的发热和退磁风险。
对于无稀土永磁体的应用，研究人员提出了磁通反转永磁电机（FRPM）的设计方案，通过整数槽分布绕组和特殊的磁体排列，可以显著提高永磁材料的利用率，减少稀土材料用量达 60%(61)。
气隙设计与优化：气隙的设计直接影响电机的磁性能和功率密度。轴向磁通电机的气隙设计需要考虑多个因素，包括磁通量密度、转矩密度、效率、制造成本等。优化的气隙设计应该在保证足够的磁通量传递的同时，尽可能减小气隙长度以降低磁阻。
研究表明，轴向磁通电机的转矩与气隙表面积和距离旋转轴的距离成正比。由于轴向磁通电机的转子在定子旁边旋转而不是在内部，其有效气隙距离旋转中心轴更远，具有更长的力臂，因此在相同磁体材料下可以产生更高的转矩。
气隙均匀性控制是另一个关键技术挑战。由于轴向磁通电机的特殊结构，气隙的微小变化都可能对电机性能产生显著影响。因此，需要采用精密的制造工艺和装配技术来确保气隙的均匀性，通常要求气隙控制在微米级精度。
电磁仿真与优化算法：现代轴向磁通电机的设计离不开先进的电磁仿真和优化算法。通过 2D 和 3D 有限元分析（FEA），设计人员可以精确计算电机的磁场分布、转矩特性、损耗分布等关键参数。
遗传算法（GA）是常用的优化算法之一，通过 2D 有限元分析优化几何参数，并考虑电气角度以获得最优控制性能。R² 线性回归用于确定独立和相关几何参数之间的方差，从而实现多参数的协同优化。
多目标粒子群优化（PSO）算法结合反向传播人工神经网络（BP-ANN）也是一种有效的优化策略。该方法将基于遗传算法的 BP-ANN 与多目标 PSO 搜索算法相结合，用于轴向磁通永磁同步电机的优化设计，特别是在使用软磁复合材料（S MC）的情况下。
2.2 热管理与冷却技术
轴向磁通电机的高功率密度特性带来了严峻的热管理挑战，需要采用先进的冷却技术来确保电机在高负荷下的稳定运行。
直接液体冷却技术：直接液体冷却是轴向磁通电机最有效的散热策略之一，特别适用于电流密度超过 10A/mm² 的高功率应用。该技术通过在电机内部设置冷却通道，使冷却液（如水或水和乙二醇的混合物）直接循环通过这些通道来散发运行过程中产生的热量(39)。
YASA 公司在直接液体冷却技术方面处于领先地位，其开发的直接油冷技术通过在无轭分段电枢拓扑中实现定子芯的完全密封，油液循环进行高效散热。油道设计包括内外循环，采用逆时针和顺时针流动，确保每根扁平导线都被油液完全包围，实现有效冷却。这种冷却方法不仅冷却绕组，还冷却定子齿，每个齿和绕组都有多个表面与冷却剂接触，大大增加了热交换面积。
擎声 APC 乾势电机采用的直接液体冷却技术通过在电机内部设置冷却通道，使冷却液直接循环通过这些通道散发运行过程中产生的热量(39)。实验数据显示，该技术能够有效地从较小体积中提取热量，从而提高散热效率。
集成散热器技术：最新的研究提出了一种创新的集成散热器设计，将散热器集成到轴向磁通电机的集中绕组线圈中。该设计通过在绕组层间插入薄铜片作为散热器，创建了一个跨越相邻绕组层较差导热性的热旁路。实验结果表明，在 300Nm 和 1500rpm 的典型工作点，集成散热器的新结构可使最高温度降低 87K，在达到极限最高线圈温度之前，电流密度可提高 140%。
这种集成散热器技术的优势在于：首先，它解决了传统集中绕组中内绕组层面临的最长热路径问题；其次，通过在绕组层间引入热旁路，有效降低了绕组的温度梯度；最后，提高了电流密度，从而提升了电机的功率密度和转矩密度。
混合冷却技术：对于一些特殊应用，研究人员提出了混合冷却方案。例如，一种 100kW 轴向磁通永磁电机的混合冷却系统包括：框架冷却回路（内部有水流动）、插入齿部的铜条组、端部绕组周围的灌封材料段。这种混合冷却方法结合了多种冷却机制的优势，能够在不同部位采用最适合的冷却方式。
冷却结构优化设计：针对电动飞机应用，研究人员提出了三种水冷结构：环形螺旋结构、径向螺旋结构和平行结构，旨在进一步降低电机的温升、体积和质量。实验对比表明，不同的冷却结构在散热效果、压力损失、制造复杂度等方面各有特点，需要根据具体应用需求进行选择。
对于轴向磁通双转子永磁电机，研究人员提出了定子喷油冷却结构。该结构根据电机的发热特性，在定子上设置喷油孔，冷却油直接喷射到绕组和齿部，实现高效散热。
低温冷却技术：为了进一步提升轴向磁通电机的性能，研究人员正在探索低温冷却技术。例如，K-Ax Flux 项目开发了一种轴向磁通电机，通过氢气在定子空心铜线圈中流动进行冷却(57)。这种低温冷却技术不仅能够提高散热效率，还能够降低绕组电阻，从而提升电机的效率和功率密度。
热管理系统的设计需要综合考虑多个因素：冷却效果、系统复杂度、成本、可靠性、维护需求等。对于航空航天等高端应用，通常采用直接液体冷却或低温冷却技术，以确保在极端条件下的可靠运行；对于汽车等大规模应用，混合冷却或间接冷却技术更为合适，在保证性能的同时控制成本。
2.3 结构设计与轻量化技术
轴向磁通电机的结构设计优化和轻量化技术是实现高功率密度的重要手段，涉及材料选择、结构创新、制造工艺等多个方面。
轻量化材料应用：碳纤维增强聚合物（CFRP）是轴向磁通电机轻量化设计的关键材料之一。CFRP 具有高强度、高刚度和低密度的特点，在航空航天工业中得到广泛应用(41)。研究表明，通过利用 CFRP 的各向异性并适当分布 CFRP 质量，结构质量可相对于实心盘减少 59%。最优 CFRP 结构的质量约为最优铝或钛设计的一半。
在一个 250kW 双转子轴向磁通电机的研究中，设计人员采用了三种不同复杂度的 CFRP 转子结构配置，通过有限元分析和实验验证，证明了 CFRP 在电机轻量化方面的巨大潜力(41)。实验测得的转子最大挠度导致的结构柔度为 0.143mm/kN，与仿真结果吻合良好。
金属基复合材料（AMC）是另一种重要的轻量化材料。由 Alvant 公司领导，与 GE 航空、YASA 电机和国家复合材料中心合作的项目，在轴向磁通电机转子上实现了 40% 的重量节省，同时提高了转子的功率惯性比潜力(43)。该项目采用了先进的液体压力成型（ALPF）工艺，将铝作为基体，与高强度增强纤维结合，创造出高性能的 AMC 材料(45)。
无轭结构设计创新：无轭轴向磁通电机（YASA）的设计理念代表了结构创新的重要方向。通过去除定子轭部，不仅减少了铁损，还大幅降低了电机重量。YASA 电机的定子铁质量减少高达 80%，使电机功率密度比非轴向电机高 2-3 倍(14)。
无轭设计的技术优势体现在多个方面：首先，减少了定子中的钢材使用量，降低了铁损，提高了效率；其次，质量更低，提高了功率 / 转矩密度；第三，降低了制造成本和二氧化碳排放；最后，直线型的定子磁通路径可以使用取向型钢，这种钢材的损耗比径向磁通电机唯一可选的非取向类型更低。
YASA 采用的分数槽集中绕组设计进一步优化了结构。这种绕组方式没有线圈 "悬垂" 部分，使线圈更加紧凑，没有空间浪费。使用这种绕组方式，可以节省高达 50% 的铜材，同时降低铜损，提高电流密度和转矩密度。
模块化设计技术：模块化设计是提高轴向磁通电机设计灵活性和生产效率的重要技术。BEYOND 轴向磁通电机提供了堆叠配置选项，即可以将多个电机串联起来以提供更高的转矩和功率。例如，两个电机串联可以提供双倍的转矩和功率，三个电机串联则可以提供三倍的转矩和功率(48)。
Orbis Electric 公司推出的模块化轴向磁通电机采用四部分设计，包括注塑塑料定子和可调齿轮组，与传统永磁同步电机相比，有助于减轻重量、提高热稳定性并最小化制造成本(49)。这种模块化设计不仅简化了制造过程，还提高了产品的可维护性和可升级性。
Aircore Mobility 公司的模块化盘式设计允许工程师构建多定子、多转子电机，提供高功率和增强性能(51)。这种设计理念特别适用于需要灵活配置的应用场景，如电动汽车、航空航天等。
增材制造技术应用：3D 打印技术为轴向磁通电机的结构设计带来了新的可能性。研究人员开发了一种完全 3D 打印的多层轴向磁通定子，该定子由 14 层 6 个线圈组成，线圈由银纳米颗粒墨水通过直写打印技术沉积在导电绝缘和导热的铜填充聚乳酸丝材上，而丝材采用熔融沉积建模技术沉积。
韩国机械材料研究院（KIMM）利用磁性 3D 打印技术推动电机制造技术的发展。该技术使用激光或其他能量源将磁性粉末逐层熔融固化，按照预先设定的 CAD 模型逐步构建出所需的电机组件。通过精确控制激光的能量密度、扫描速度等参数，可以调整材料的微观结构，进而影响最终产品的磁性能和其他物理特性(72)。
ExOne 公司与 Maxwell Motors 合作开发了用于轴向磁通电机的 3D 打印铜绕组技术。这种独特的铜电子绕组设计通过 3D 打印技术实现了传统制造工艺难以达到的复杂几何形状，为轴向磁通电机的设计创新提供了新的可能性(76)。
软磁复合材料（S MC）应用：软磁复合材料是轴向磁通电机结构设计的重要材料创新。S MC 是一种由铁基粉末与电绝缘粘合剂压制成型的磁性材料，通过粉末冶金工艺制备，使磁性颗粒间形成绝缘层，从而有效降低涡流损耗(66)。
S MC 材料的优势包括：各向同性磁性能，能够支持复杂的三维磁通路径设计；低涡流损耗，特别适合轴向磁通电机中可能产生显著涡流损耗的场合；适用于 3D 打印技术，使电机设计更加灵活；易于成型和简单的热处理工艺，适合批量生产(79)。
在轴向磁通电机中，S MC 材料特别适用于定子芯的制造。由于轴向磁通电机的特殊结构，磁边缘磁通可能在叠片中产生显著的涡流损耗，而 S MC 材料的高电阻率特性使其成为理想的选择(68)。
结构设计和轻量化技术的发展趋势表明，未来的轴向磁通电机将更加注重材料创新、结构优化和制造工艺的协同发展。通过采用先进的轻量化材料、创新的结构设计和智能制造技术，轴向磁通电机的功率密度有望在现有基础上进一步提升 30%-50%，同时降低成本、提高可靠性。
3. 新材料与新工艺对功率密度的提升
3.1 新型永磁材料
新型永磁材料的开发和应用是提升轴向磁通电机功率密度的关键技术之一，涉及稀土永磁、无稀土永磁和先进磁体加工技术等多个方向。
钐钴永磁材料技术：钐钴（S mCo）永磁材料具有优异的高温性能和化学稳定性，在轴向磁通电机的高温应用场合具有独特优势。日立金属通过晶界扩散技术开发了钐含量减少 18% 的 S mCo 磁体，在保持磁性能的同时降低了原材料成本。美国研究人员利用湿法冶金工艺从废磁体中实现了 95% 的钴回收效率，这些创新部分抵消但不能完全消除对初级稀土供应的依赖。
钐钴永磁体的层压技术是另一个重要发展方向。通过将多个薄磁体片通过特殊隔离胶粘结在一起（也称为磁体分割技术），可以显著减少磁体的涡流损耗而不改变电机的结构和性能(60)。这种技术特别适用于高速旋转的轴向磁通电机，可以有效降低磁体发热和退磁风险。
无稀土永磁材料创新：为了减少对稀土材料的依赖并降低成本，研究人员正在积极开发无稀土永磁电机技术。CorePower Magnetics 公司获得美国能源部近 100 万美元的资助，用于开发基于纳米复合材料的无稀土轴向磁通电机(64)。该项目旨在创建一种高性能电机，结合高转矩、效率和功率密度，而不依赖稀土元素，创新设计将利用纳米晶软磁体。
磁通反转永磁电机（FRPM）技术代表了另一种无稀土解决方案。通过采用整数槽分布绕组和特殊的磁体排列，可以显著提高永磁材料的利用率，减少稀土材料用量达 60%(61)。这种设计通过磁通反转机制，在减少永磁体用量的同时保持了较高的转矩密度。
铁氧体永磁体的应用也在不断改进。研究表明，通过优化磁体形状、排列方式和电机结构设计，铁氧体永磁体在轴向磁通电机中可以实现接近稀土永磁体的性能。特别是在低速大转矩应用场合，铁氧体永磁体的成本优势更加明显。
高性能稀土永磁材料：尽管存在供应链风险，高性能稀土永磁材料仍然是当前轴向磁通电机的主流选择。钕铁硼永磁材料的磁能积已达到 35-45MGOe，高磁能积永磁体可增强电机磁场强度，提高电机性能，但成本较高，占电机总成本的 30-40%。
为了提高稀土永磁体的性能和利用率，研究人员开发了多种技术：磁场取向技术可以使永磁体的磁化方向更加一致；表面处理技术可以提高永磁体的耐腐蚀性能；多层磁化技术可以在同一磁体中实现不同的磁化模式。
磁体阵列优化技术：Halbach 阵列是一种先进的磁体排列技术，通过特殊的磁化方向设计，可以在气隙中产生更均匀、更强的磁场。研究显示，采用 Halbach 阵列的轴向磁通电机相比传统表面贴装永磁体电机，转矩密度可提升 30%，线圈温度降低 40°C，损耗减少 25%(17)。
Halbach 阵列的优势在于其自屏蔽特性，即阵列内部的磁场相互抵消，而在外部产生增强的磁场。这种特性不仅提高了磁场利用率，还减少了磁体间的相互作用，降低了退磁风险。在轴向磁通电机中，Halbach 阵列特别适用于双转子结构，可以在有限的空间内产生最大的气隙磁场。
3.2 高性能导磁材料
高性能导磁材料的应用对提升轴向磁通电机的功率密度和效率具有决定性影响，主要包括取向硅钢、纳米晶材料和软磁复合材料等。
取向硅钢技术：取向硅钢是轴向磁通电机中一种重要的导磁材料，其独特的晶体结构使其在特定方向上具有优异的磁性能。由于轴向磁通电机具有直线型的定子磁通路径，这使得取向型钢可以在磁芯中使用，与径向磁通电机唯一可选的非取向类型相比，这种钢材的损耗较低。
取向硅钢的技术优势体现在多个方面：首先，其磁导率在轧制方向上比非取向硅钢高 30-50%，可以显著降低磁路损耗；其次，铁损可以降低到非取向硅钢的 50-70%，提高了电机效率；最后，饱和磁通密度略高于非取向硅钢，可以提高电机的功率密度。
在轴向磁通电机的应用中，研究人员提出了混合结构设计，即定子轭部使用非取向硅钢，而齿部使用取向硅钢。这种设计考虑了取向硅钢的强各向异性特征，通过优化齿部几何形状来充分发挥取向硅钢的优势。实验结果表明，这种混合结构可以使总饱和电流更高，定子损耗降低。
纳米晶软磁材料：纳米晶软磁材料是通过对由 Fe、Si、B 和少量 Cu、Nb 组成的金属进行快速淬火并经过特殊热处理而获得的，形成了极其均匀且小的纳米级晶粒(78)。这种材料具有高磁导率、低矫顽力和低损耗等优异性能。
纳米晶软磁材料在轴向磁通电机中的应用优势包括：磁导率比传统硅钢高 10-100 倍，可以显著降低磁路磁阻；铁损比硅钢低 30-60%，特别是在高频应用中优势更加明显；饱和磁通密度达到 1.2-1.8T，满足大多数电机应用需求；温度稳定性好，在较宽的温度范围内保持优异性能。
CorePower Magnetics 公司的研究项目将纳米晶软磁体与独特的电机拓扑相结合，为下一代电机开辟了令人兴奋的可能性。该项目旨在将先前的研究转化为实用的无稀土电机，可以显著改善电动汽车和工业应用，同时减少对关键材料的依赖。
软磁复合材料（S MC）技术：软磁复合材料是轴向磁通电机领域的重要材料创新，其独特的结构和性能为电机设计带来了新的可能性。S MC 是一种由铁基粉末与电绝缘粘合剂压制成型的磁性材料，通过粉末冶金工艺制备，使磁性颗粒间形成绝缘层，从而有效降低涡流损耗(66)。
S MC 材料的技术特点包括：各向同性磁性能，能够支持复杂的三维磁通路径设计，这对于轴向磁通电机的特殊磁路结构具有重要意义；电阻率比传统硅钢高 100-1000 倍，能够有效降低涡流损耗，特别适合高频应用；密度比硅钢低 10-20%，有助于电机轻量化；可通过 3D 打印技术制造，实现复杂几何形状的精确成型。
在轴向磁通电机中，S MC 材料特别适用于定子芯的制造。由于轴向磁通电机的特殊结构，磁边缘磁通可能在叠片中产生显著的涡流损耗，而 S MC 材料的高电阻率特性使其成为理想的选择(68)。研究表明，使用 S MC 材料的轴向磁通电机定子长度比传统径向磁通电机短三分之一，使其更加紧凑轻便。此外，定子被模制成单一组件，简化了制造过程(47)。
非晶合金材料：非晶合金材料具有高磁导率、低矫顽力和低损耗等优异性能，相比传统硅钢片，能显著降低铁损，提高电机效率(77)。非晶合金的制造工艺是将熔融的合金液体以 10^6°C/s 的冷却速度快速冷却，形成非晶态结构，这种结构具有短程有序、长程无序的特点。
非晶合金材料在轴向磁通电机中的应用优势包括：铁损比硅钢低 60-80%，在高频应用中优势更加明显；磁导率高，可以降低磁路磁阻；厚度薄（通常为 0.02-0.03mm），可以进一步降低涡流损耗；温度稳定性好，在高温环境下仍能保持优异性能。
然而，非晶合金材料也存在一些局限性：饱和磁通密度较低（通常为 1.5-1.6T），限制了电机的功率密度；加工难度大，需要特殊的切割和热处理工艺；成本较高，目前主要应用于高端电机产品。
3.3 先进制造工艺
先进制造工艺的发展为轴向磁通电机的性能提升和成本降低提供了重要支撑，涵盖 3D 打印、精密加工、表面处理等多个技术领域。
3D 打印制造技术：3D 打印技术正在革新轴向磁通电机的制造方式，为复杂结构的实现提供了前所未有的可能性。研究人员开发了一种完全 3D 打印的多层轴向磁通定子，该定子由 14 层 6 个线圈组成，线圈由银纳米颗粒墨水通过直写打印技术沉积在导电绝缘和导热的铜填充聚乳酸丝材上。这种制造方法不仅实现了复杂绕组结构的精确制造，还通过材料的优化组合提高了电机的性能。
磁性 3D 打印技术是另一个重要发展方向。韩国机械材料研究院（KIMM）利用磁性 3D 打印技术推动电机制造技术的发展，该技术使用激光或其他能量源将磁性粉末逐层熔融固化，按照预先设定的 CAD 模型逐步构建出所需的电机组件(72)。通过精确控制激光的能量密度、扫描速度等参数，可以调整材料的微观结构，进而影响最终产品的磁性能和其他物理特性。
在 YASA 轴向磁通电机的 3D 打印研究中，研究人员特别关注磁性材料的 3D 打印，讨论了用于 YASA 轴向磁通电机的增材制造定子芯的开发。为了降低高频下的铁损，提出了一种用于 YASA 电机的 AM 形状轮廓芯段设计。
ExOne 公司与 Maxwell Motors 的合作展示了 3D 打印在铜绕组制造方面的潜力。他们开发了用于轴向磁通电机的独特 3D 打印铜绕组技术，这种技术能够实现传统制造工艺难以达到的复杂几何形状，为电机设计创新提供了新的可能性(76)。
精密加工与装配技术：轴向磁通电机的高性能要求精密的加工和装配技术。由于轴向磁通电机在制造过程中调整气隙困难，需要对关键部件的制造公差进行精确控制(28)。通常要求气隙控制在微米级精度，这对加工设备和工艺提出了极高要求。
YASA 公司的制造工艺代表了当前的最高水平。其采用的无轭分段电枢设计允许每个绕组在装配前独立绕制，便于大规模自动化生产。分段结构设计使每个绕组能够独立绕制后再进行装配，这种设计不仅提高了生产效率，还保证了绕组质量的一致性。
插齿式绕组技术是另一种重要的精密加工技术。通过将预先成型的扁平导线插入定子槽中，实现了更高的槽满率和更好的散热性能。YASA 使用的扁平线绕组技术中，绕组通过自动化设备分组安装在分段定子齿上，铜槽满率超过 60%，支持更高的转矩密度。
表面处理与涂层技术：表面处理技术对提高轴向磁通电机的性能和可靠性具有重要作用。对于高温退磁问题，轴向磁通电机的定子绕组采用环氧树脂封装；对于定子和转子芯，采用高磁导率和低损耗的片状模塑料（S MC）复合材料、非晶合金材料、取向硅钢等，这些材料具有易于成型和简单的热处理工艺，适合批量生产(79)。
绝缘涂层技术是绕组制造中的关键技术。通过在导线表面涂覆高性能绝缘材料，可以提高绕组的电气强度和耐热性能。新型绝缘材料的发展使得绕组能够承受更高的温度和电压，从而提高了电机的功率密度和可靠性。
自动化制造技术：自动化制造技术是实现轴向磁通电机大规模生产和成本控制的关键。轴向磁通电机的制造过程需要进行严格的精度和成本控制，以确保其性能和经济性。由于轴向磁通电机的部件需要精确控制制造公差，这增加了生产成本，特别是在定子设计复杂的情况下，适应气隙需要精确控制关键部件的制造公差，使得生产过程难以快速规模化(27)。
YASA 的制造工艺展示了自动化生产的优势。其采用的发卡式绕组技术不仅提高了绕组的性能，还便于自动化生产。发卡式绕组通过将扁平导线预先成型，然后通过自动化设备插入定子槽中，大大提高了生产效率和质量一致性。
模块化制造是另一种重要的自动化技术。通过将电机分解为多个标准化模块，每个模块可以独立制造和测试，然后进行组装。这种方法不仅提高了生产效率，还便于质量控制和维护。
新材料成型技术：随着新型材料的不断涌现，相应的成型技术也在不断发展。S MC 材料的成型技术包括粉末冶金、注射成型、3D 打印等多种方法。每种方法都有其特定的优势和适用范围，需要根据具体材料特性和产品要求进行选择。
纳米晶材料的制造需要特殊的快速冷却工艺，通常采用单辊急冷法或双辊急冷法，将熔融的合金液体以 10^6°C/s 的冷却速度快速冷却，形成非晶态结构。然后通过晶化处理，控制晶粒尺寸在纳米级范围内。
增材制造技术的发展为新型材料的应用提供了更多可能性。通过 3D 打印技术，可以实现传统制造工艺难以完成的复杂结构，同时可以在制造过程中精确控制材料的分布和性能。
先进制造工艺的发展趋势表明，未来的轴向磁通电机制造将更加注重智能化、精密化和绿色化。通过集成人工智能、机器人技术、数字化制造等先进技术，可以实现更高的生产效率、更好的质量控制和更低的成本。同时，环保材料和清洁生产技术的应用将有助于减少对环境的影响，实现可持续发展。
4. 轴向磁通电机在低空领域的应用分析
4.1 eVTOL 和载人飞行器应用需求
电动垂直起降飞行器（eVTOL）和城市空中交通（UAM）的快速发展对推进系统提出了前所未有的技术要求，轴向磁通电机凭借其独特优势成为该领域的理想选择。
eVTOL 技术需求特征：eVTOL 作为未来城市空中交通的重要载体，其推进系统必须满足多重严格要求。首先是高功率密度需求，由于飞行器的载重能力直接影响其商业价值，推进系统需要在有限的重量和体积内提供足够的推力。其次是高可靠性要求，作为载人飞行器，任何推进系统故障都可能导致严重后果，因此需要具备多重冗余设计。第三是高效率需求，以确保足够的续航里程和经济性。最后是低噪音要求，以满足城市环境的噪声控制标准(105)。
根据行业研究，eVTOL 飞行器需要具有高比功率的电机，轴向磁通型电机具有高比功率和高空间利用率的特点。典型的 eVTOL 推进系统需要功率密度超过 6kW/kg 的电机，而轴向磁通电机的功率密度可达 10-15kW/kg，能够满足这一严格要求(98)。
载人飞行器的特殊要求：载人飞行器对推进系统的要求更加苛刻，除了基本的性能指标外，还需要考虑安全性、舒适性和维护性等多个方面。安全性方面，需要具备故障检测和容错能力，确保在部分电机失效的情况下仍能安全着陆。舒适性方面，需要控制振动和噪音，提供平稳的飞行体验。维护性方面，需要易于检查和维护，降低运营成本。
Evolito 公司为航空应用开发的轴向磁通电机系列展示了满足这些要求的技术路径。其 D250 型号具有约 16Nm/kg 的峰值比转矩，重量仅约 13kg，尺寸为∅370mm x 125mm；D1700 型号具有约 56Nm/kg 的峰值比转矩，专为高转矩、低速直接驱动应用设计。这些电机采用双三相拓扑结构，有效提高了可靠性，并具有高达 35Nm/kg 的额定转矩密度。
功率需求与配置方案：不同类型的 eVTOL 和载人飞行器对推进功率的需求差异很大。Joby Aviation 的 S4 是一款 4 座级 eVTOL，采用 6 旋翼倾转设计，最大航程 240 公里，巡航速度 190km/h，机身采用碳纤维复合材料，重量较传统机型轻 30%，适配 "城市短途通勤" 场景(94)。该机型需要 36 个电动机，由 1MW 锂离子电池供电，可搭载 1 名飞行员和 4 名乘客(92)。
Lilium 公司的 7 座级 eVTOL 采用了完全不同的推进系统，称为电动喷气发动机。该飞机使用多组小型涡轮风扇通过管道引导空气，产生很高的盘面载荷。这种设计需要更高的推进功率和更复杂的控制系统。
对于不同的应用场景，轴向磁通电机的配置方案也有所不同。在分布式推进系统中，通常采用多个小功率电机（如 20-50kW）分布在机翼或机身上，提供垂直起降和水平飞行所需的推力。在集中式推进系统中，通常采用 1-2 个大功率电机（如 100-500kW）配合螺旋桨或涵道风扇提供主要推力。
4.2 技术优势与性能特点
轴向磁通电机在 eVTOL 和载人飞行器应用中展现出多方面的技术优势，这些优势直接转化为飞行器性能的提升。
功率密度优势：轴向磁通电机最突出的优势是其极高的功率密度。根据最新技术数据，轴向磁通电机的功率密度可达 10-15kW/kg，部分先进产品已突破 20kW/kg，是传统径向磁通电机的 2-3 倍(100)。这种高功率密度特性意味着在相同的重量和体积下，轴向磁通电机能够提供更大的功率输出，直接提升了飞行器的载重能力和续航里程。
Evolito 公司的轴向磁通电机在航空应用中展现了卓越的功率密度性能。其 D500 型号具有 12kW/kg 的领先功率密度，紧凑设计的尺寸仅为 375mm（直径）x 128mm（长度），重量约 30kg(105)。该电机可以堆叠使用，以增加转矩和功率，最高可达 1 兆瓦，满足大型 eVTOL 的功率需求。
转矩密度优势：轴向磁通电机的转矩密度同样表现优异。Evolito 的 D1700 型号具有约 56Nm/kg 的最佳峰值比转矩，专为高转矩、低速直接驱动应用设计，尺寸为∅450mm x 170mm。这种高转矩密度特性使得电机可以直接驱动螺旋桨，无需减速机构，简化了系统结构，提高了可靠性，同时降低了重量和维护成本。
相比之下，传统的径向磁通电机通常需要配备减速箱来匹配螺旋桨的转速要求，这不仅增加了系统的复杂性和重量，还降低了传动效率。轴向磁通电机的直接驱动能力消除了这些问题，特别适合 eVTOL 的垂直起降需求。
效率优势：轴向磁通电机在效率方面也具有显著优势。无轭轴向磁通电机相比最先进的径向磁通同类电机，效率提高 2 倍，转矩密度提高 3 倍，轴向长度通常只有 1/3，二氧化碳排放降低约 45%。高效率意味着更少的能量消耗，直接转化为更长的续航里程或更大的载重能力。
在实际应用中，轴向磁通电机的高效率特性得到了验证。Turntide 公司的 AF430S 电机效率高达 96%，功率密度超过 7.2kW/kg，转矩密度超过 20.5Nm/kg(106)。这种高效率不仅降低了运行成本，还减少了散热需求，进一步减轻了系统重量。
结构紧凑性优势：轴向磁通电机的扁平盘状结构使其具有极短的轴向尺寸，这对于空间受限的飞行器应用具有重要意义。轴向磁通电机的轴向长度通常只有传统径向磁通电机的 1/3，这种紧凑性设计为飞行器的布局设计提供了更大的灵活性。
此外，轴向磁通电机的模块化设计特性使其可以根据应用需求灵活配置。BEYOND 轴向磁通电机具有堆叠配置选项，可以将多个电机串联起来以提供更高的转矩和功率，这种灵活性特别适合不同型号 eVTOL 的定制化需求(48)。
可靠性优势：轴向磁通电机在 eVTOL 应用中的可靠性优势主要体现在多个方面。首先是结构简单，运动部件少，减少了故障点。其次是采用了成熟的永磁同步电机技术，具有良好的技术基础。第三是可以采用双三相或多相设计，提供冗余保护。
Evolito 的轴向磁通电机采用 1×3 和真 2×3 相变体设计，显著提高了安全性(105)。双三相设计意味着即使一相发生故障，电机仍能以降额模式运行，确保飞行器的安全着陆。这种冗余设计对于载人飞行器至关重要。
噪音控制优势：轴向磁通电机在运行时产生的噪音较低，这对于城市环境中的飞行器应用具有重要意义。由于轴向磁通电机的转矩脉动可以控制在 5% 以内，运行更加平稳，减少了振动和噪音。此外，轴向磁通电机的直接驱动特性消除了减速箱的齿轮噪音，进一步降低了整体噪音水平。
4.3 应用挑战与技术限制
尽管轴向磁通电机在 eVTOL 应用中展现出诸多优势，但仍面临一些技术挑战和限制，需要通过技术创新和工程优化来解决。
热管理挑战：轴向磁通电机的高功率密度特性带来了严峻的热管理挑战。三明治结构和高功率重量比导致热容量低，使转子磁体容易过热，增加了退磁风险。在 eVTOL 应用中，电机需要在高功率输出状态下连续运行，同时面临高空低温和发动机废热等复杂环境，热管理问题更加突出。
研究表明，当电流密度超过 10A/mm² 时，轴向磁通电机需要采用液体冷却。然而，在航空应用中，冷却系统的重量和复杂性必须严格控制。这要求开发轻量化、高效率的冷却技术，如直接液体冷却、相变冷却等。
一种解决方案是采用集成散热器技术，将散热器直接集成到绕组中。研究显示，在 300Nm 和 1500rpm 的典型工作点，集成散热器的新结构可使最高温度降低 87K，电流密度可提高 140%。这种技术为解决 eVTOL 电机的热管理问题提供了新思路。
成本控制挑战：轴向磁通电机的制造成本较高，这是其在 eVTOL 大规模应用中面临的主要障碍之一。特殊材料和复杂制造工艺导致批量生产成本高。轴向磁通电机需要特殊材料和制造工艺，这通常导致生产成本高于传统径向磁通电机(88)。
成本问题主要体现在几个方面：首先，高性能永磁材料（如钕铁硼）价格昂贵，占电机总成本的 30-40%；其次，精密制造工艺要求高，需要昂贵的加工设备和严格的质量控制；第三，生产规模相对较小，难以实现规模经济效应。
为了降低成本，研究人员正在探索多种技术路径：开发无稀土永磁材料，减少对昂贵稀土材料的依赖；采用低成本的铁氧体永磁体，通过优化设计补偿性能差距；开发自动化制造工艺，提高生产效率，降低人工成本；采用模块化设计，提高零部件的通用性和互换性。
制造复杂性挑战：轴向磁通电机的制造过程比传统电机复杂，需要极高的制造精度和严格的质量控制。由于轴向磁通电机在制造过程中调整气隙困难，需要对关键部件的制造公差进行精确控制(28)。通常要求气隙控制在微米级精度，这对制造设备和工艺提出了极高要求。
制造复杂性还体现在多个方面：绕组制造难度大，特别是集中绕组的绕制和整形；磁体装配要求高，需要精确控制磁体的位置和方向；动平衡要求严格，高速旋转时的振动控制困难；质量检测复杂，需要先进的检测设备和方法。
解决制造复杂性挑战需要从多个方面入手：开发专用的制造设备和工艺，提高制造精度和效率；建立完善的质量管理体系，确保产品质量的一致性；采用数字化制造技术，实现制造过程的精确控制和追溯；加强人员培训，提高制造团队的技术水平。
高空环境适应性挑战：eVTOL 需要在高空环境中运行，面临低温、低气压、强紫外线等极端条件，这对轴向磁通电机的环境适应性提出了特殊要求。在高空低气压环境下，传统的空气冷却效果会显著降低，需要采用其他冷却方式。
此外，高空环境中的电磁干扰和雷击风险也需要特别考虑。电机需要具备良好的电磁兼容性和防雷击能力，确保在恶劣天气条件下的安全运行。
标准化和认证挑战：作为载人飞行器的关键部件，轴向磁通电机需要满足严格的航空标准和认证要求。然而，目前针对 eVTOL 用轴向磁通电机的行业标准还不完善，需要建立相应的技术规范和测试方法。
认证过程的复杂性和成本也是一个挑战。航空产品的认证通常需要进行大量的测试和验证，包括性能测试、环境测试、可靠性测试等，周期长、成本高。这对于新兴的 eVTOL 产业来说是一个不小的负担。
为了应对这些挑战，行业需要加强合作，共同制定行业标准和规范；建立专门的测试和认证机构，提高认证效率；加强技术研发，提高产品的可靠性和环境适应性；政府部门应提供政策支持，推动产业的健康发展。
5. 全球技术领先企业分析
5.1 技术领先企业识别与评估
基于功率密度、技术创新、市场地位和发展潜力等多维度评估，全球轴向磁通电机技术领先企业呈现出明显的梯队分布。
第一梯队：技术引领者
YASA（英国）无疑是轴向磁通电机领域的技术领导者。自 2009 年成立以来，YASA 致力于优化轴向磁通电机的生产并扩大其在交通领域的应用。经过十多年的努力，YASA 已在轴向磁通电机技术领域建立了全面的知识产权组合，仅在中国就申请了超过 100 项轴向磁通电机专利，在专利申请量中名列前茅。
YASA 的技术优势体现在多个方面：其 750 系列和 P400 系列产品采用无磁轭、分段电枢和直接油冷等先进技术，在牵引、发电、液压交换等应用中表现出色。特别是 YASA 750 电机，最大功率 380kW，峰值扭矩 590N・m，重量仅 26kg，功率密度达到 14.6kW/kg，代表了当前技术的最高水平。2021 年，YASA 被梅赛德斯 - 奔驰收购，进一步巩固了其在高端汽车市场的地位，在电动超跑电机领域市占率达 40%。
盘毂动力（中国）是中国轴向磁通电机技术的领军企业。该公司的 ICD306K 电机创造了新的技术标杆：最高转速 18000rpm，峰值功率 306kW，峰值转矩 470N・m，电机有效功率密度大于 21kW/kg，有效转矩密度大于 32.5N・m/kg(103)。这一指标不仅超越了美国能源部 2025 年电机发展标准，也使盘毂动力成为全球功率密度最高的轴向磁通电机制造商之一。
盘毂动力的技术实力还体现在其全面的产品布局上。公司产品覆盖 PCB 系列（适用于轻型电动车）、ICS 系列（用于中型电动车）、ICD 系列（用于电动巴士和卡车）和 9TFA 系列（用于工程机械）等多个系列。到 2023 年初，盘毂动力已申请 1,178 项专利，确立了其在轴向磁通电机领域的全球领先地位。
第二梯队：技术创新者
Magnax（比利时）专注于无轭轴向磁通电机技术的优化设计。自 2015 年以来，Magnax 一直致力于电动驱动技术的创新，公司将业务分为两个主要部门：Traxy 和 Axyal，分别服务于不同的应用领域。
Magnax 的技术创新体现在多个突破性进展上：采用矩形截面导线，使铜填充率提高高达 90%，显著提升电机效率；在定子芯中使用取向钢，将铁损降低至原来的 15%；提供多种冷却解决方案，包括空气、水 - 乙二醇和油混合冷却，以及层压散热器，实现更好的散热效果。其 AXF225 轴向磁通电机重量仅 13kg，却能提供 220kW 的峰值功率，展现了无轭设计在高功率密度和轻量化方面的显著优势。
Evolito（英国）专注于为航空航天行业提供先进的轴向磁通电机。作为 YASA 的分拆公司，Evolito 继承了 YASA 的核心技术，并将其专门应用于航空领域。公司的轴向磁通电机以体积小、重量轻著称，在推进速度下提供更高的转矩和功率密度。
Evolito 的产品系列包括 D250（低转矩、高转速）、D500（中等转矩、中等转速）和 D1700（高转矩、低转速）三个型号。其中 D1700 具有约 56Nm/kg 的最佳峰值比转矩，专为高转矩、低速直接驱动应用设计，该产品基于超过 1000 小时的飞行测试验证，具有极高的可靠性。
第三梯队：市场领导者
Turntide Technologies（美国）在轴向磁通电机的产业化应用方面处于领先地位。公司的 AF430S 电机展现了变革性的能力：效率高达 96%，功率密度超过 7.2kW/kg，转矩密度超过 20.5Nm/kg(106)。这些性能指标不仅达到了行业领先水平，更重要的是实现了产业化量产，为轴向磁通电机的大规模应用奠定了基础。
Turntide 的技术路线强调实用性和经济性，通过优化设计和制造工艺，在保证性能的同时控制成本。公司的产品广泛应用于电动汽车、工业设备等领域，展现了良好的市场前景。
Beyond Motors（美国）专注于高性能轴向磁通电机的设计和制造，提供卓越的功率密度、效率和可靠性。公司的产品线包括 AXM2、AXM3 和 AXM4 三个系列，功率范围从 130kW 到 430kW，覆盖了从电动摩托车到电动卡车的广泛应用(107)。Beyond Motors 的电机广泛应用于海事、航空航天、卡车运输、汽车和工业领域，展现了良好的市场适应性。
5.2 核心技术能力与产品性能
全球领先企业在核心技术能力和产品性能方面各有特色，形成了差异化的竞争格局。
YASA：无轭技术的引领者
YASA 的核心技术优势在于其革命性的无轭轴向磁通电机设计。通过去除定子轭部，YASA 电机的定子铁质量减少高达 80%，使电机功率密度比非轴向电机高 2-3 倍(14)。这种设计不仅大幅降低了重量，还通过减少铁损提高了效率。
YASA 采用的分数槽集中绕组技术是另一个重要创新。这种绕组方式没有线圈 "悬垂" 部分，使线圈更加紧凑，节省高达 50% 的铜材。同时，这种设计易于自动化生产，可以完全离线制造，提高了生产效率和质量一致性。
YASA 的直接油冷技术代表了热管理的最高水平。通过在无轭分段电枢拓扑中实现定子芯的完全密封，油液循环进行高效散热。油道设计包括内外循环，采用逆时针和顺时针流动，确保每根扁平导线都被油液完全包围，实现有效冷却。
在产品性能方面，YASA 750 电机创造了多项技术记录：最大功率 380kW，峰值扭矩 590N・m，重量仅 26kg，功率密度 14.6kW/kg，效率超过 96%。这些指标不仅代表了当前技术的最高水平，也为整个行业树立了标杆。
盘毂动力：中国创新的代表
盘毂动力在技术创新方面展现了中国企业的实力。公司的 ICD306K 电机创造了 21kW/kg 的功率密度记录，这一指标不仅超越了美国能源部 2025 年的标准，也使中国在该领域达到了世界领先水平(103)。
盘毂动力的技术路线强调全面性和实用性。公司产品覆盖从轻到重的全系列应用，每个系列都有其独特的技术特点。例如，PCB 系列采用 PCB 绕组技术，简化了制造工艺；ICD 系列采用模块化设计，可以根据客户需求灵活配置；9TFA 系列针对工程机械的特殊需求进行了优化设计。
在制造能力方面，盘毂动力展现了强大的产业化能力。公司不仅实现了小批量生产，还在积极布局大规模产业化生产。通过与国际知名企业的合作，盘毂动力正在将其技术优势转化为市场优势。
Magnax：欧洲技术创新的典范
Magnax 在技术创新方面展现了欧洲企业的严谨和创新精神。公司的矩形截面导线技术使铜填充率提高高达 90%，这一技术突破直接转化为电机性能的提升。通过优化导线形状和排列方式，Magnax 不仅提高了铜的利用率，还改善了绕组的散热性能。
Magnax 的取向钢应用技术是另一个重要创新。通过在定子芯中使用取向钢，铁损降低至原来的 15%，这对于提高电机效率具有重要意义。取向钢的应用需要精确的磁路设计和制造工艺，Magnax 在这方面的技术积累体现了其深厚的技术实力。
在产品性能方面，Magnax 的 AXF225 电机展现了卓越的性能：重量仅 13kg，峰值功率 220kW，功率密度达到 16.9kW/kg。这一指标不仅达到了行业领先水平，更重要的是实现了技术与成本的良好平衡。
Evolito：航空航天技术的专家
Evolito 专注于航空航天应用，其技术特点体现了对可靠性和安全性的极致追求。公司的电机采用 1×3 和真 2×3 相变体设计，显著提高了安全性(105)。双三相设计意味着即使一相发生故障，电机仍能以降额模式运行，这种冗余设计对于载人飞行器至关重要。
Evolito 的产品系列展现了清晰的应用导向：D250 适用于高转速应用，具有约 16Nm/kg 的峰值比转矩；D500 具有 12kW/kg 的领先功率密度，适用于中等功率需求；D1700 具有约 56Nm/kg 的峰值比转矩，专为高转矩、低速直接驱动应用设计。
在技术创新方面，Evolito 特别注重材料和工艺的优化。公司的电机采用无轭设计结合分段磁体架构，在减少重量的同时提高了可靠性和性能(105)。此外，Evolito 还开发了专门的冷却系统和控制系统，确保在极端环境下的可靠运行。
Turntide：产业化应用的先锋
Turntide 的核心竞争力在于其产业化能力和市场洞察力。公司的 AF430S 电机不仅在性能上达到了行业领先水平（效率 96%，功率密度 7.2kW/kg），更重要的是实现了大规模量产，为轴向磁通电机的普及应用奠定了基础(106)。
Turntide 的技术路线强调实用性和经济性。通过优化设计和制造工艺，公司在保证性能的同时有效控制了成本。这种平衡能力使 Turntide 的产品能够在大众市场中获得竞争力。
5.3 市场地位与发展趋势
全球轴向磁通电机市场呈现出明显的集中化趋势，技术领先企业通过技术创新、市场布局和战略合作不断巩固其竞争优势。
市场集中度分析
根据最新市场数据，2023 年全球轴向磁通电机市场的五大主要参与者合计占据约 96% 的市场份额，显示出极高的市场集中度(101)。这种高度集中的市场格局反映了轴向磁通电机技术的高门槛特征，只有具备核心技术和产业化能力的企业才能在市场中立足。
在电动汽车轴向磁通电机细分市场，YASA、Phi-Power、Magnax、Emrax 和 Avid Technology 等公司占据重要地位(111)。其中，YASA 凭借其技术领先优势和被梅赛德斯 - 奔驰收购后的资源支持，在高端市场占据主导地位，在电动超跑电机领域市占率达 40%。
中国企业在市场格局中扮演着越来越重要的角色。盘毂动力作为中国轴向磁通电机龙头企业，在电动巴士和卡车市场占据主导地位，国内市占率超过 35%，产品远销东南亚、欧洲等地区。这种市场地位的取得不仅源于技术实力，也得益于中国新能源汽车市场的快速发展。
战略合作与产业整合
技术领先企业通过战略合作和产业整合不断强化竞争优势。最具代表性的案例是 YASA 被梅赛德斯 - 奔驰收购，这一收购不仅为 YASA 提供了充足的资金支持，还使其技术能够在高端汽车市场得到充分应用。
Valeo 与盘毂动力的合作展示了跨国企业间的技术协同。两家公司宣布联合开发下一代轴向磁通发电机，这是紧凑型、轻量化和高效电动动力系统技术的重大进步。通过结合盘毂动力的结构设计专长与 Valeo 的先进逆变器技术，双方旨在加速增程式电动汽车电气化解决方案的应用(114)。
Renault Group 与法国初创公司 Whylot 的合作展现了传统车企对轴向磁通电机技术的重视。经过十年研究和 45 项专利申请，Whylot 已确认其市场领导地位，提供市场上最佳的轴向磁通电机(116)。
Saietta 与印度一级汽车供应商 Padmini VNA 的合作则展现了轴向磁通电机技术的全球化趋势。通过与当地供应商合作，Saietta 旨在开拓印度这一新兴市场，为当地的电动化进程提供支持(117)。
技术发展趋势
未来 3-5 年，轴向磁通电机技术将呈现以下发展趋势：
功率密度持续提升：预计到 2026 年，部分产品的功率密度可达 20kW/kg，通过纳米晶磁芯材料应用和拓扑优化实现。一些研究机构正在开发功率密度超过 30kW/kg 的下一代产品。
成本显著下降：随着制造工艺的成熟和规模效应的显现，轴向磁通电机的成本有望在未来 3-5 年内下降 50% 以上。关键技术突破包括：S MC 粉末冶金技术实现复杂磁路一体化制造；永磁材料去稀土化降低成本 50% 以上；无轭设计减少 80% 定子铁重量并简化绕线工艺；PCB 定子技术消除传统绕线瓶颈，减少 66% 铜材用量(109)。
应用领域不断拓展：除了传统的电动汽车市场，轴向磁通电机在 eVTOL、人形机器人、工业自动化等新兴领域的应用将快速增长。特别是在人形机器人领域，若产量达到 1000 万台，市场空间可达 700 亿元(11)。
技术路线多元化：未来将出现更多创新的技术路线，包括轴向 - 径向混合磁通电机、超导轴向磁通电机、高温超导轴向磁通电机等。这些新技术将进一步拓展轴向磁通电机的应用边界。
区域市场发展特征
亚太地区市场预计将从 2024 年持续增长到 2030 年，中国市场的增长尤为迅速，主要驱动因素包括："双碳" 目标的推进；新能源汽车产业政策的支持；工信部将轴向磁通电机列入关键技术攻关清单；需求年增 80% 的强劲增长势头。
欧洲市场受到欧盟 "Fit for 55" 法案的推动，2024-2031 年年复合增长率约为 55%，宝马、大众等车企正在加速布局相关车型。欧洲市场的特点是对技术先进性和环保性能要求较高，愿意为高性能产品支付溢价。
北美市场则更加注重产业化和规模化应用，Turntide 等企业在推动轴向磁通电机的大规模应用方面发挥着重要作用。美国能源部的支持政策也为技术创新提供了良好环境。
竞争格局演变预测
未来 3-5 年，全球轴向磁通电机市场的竞争格局将发生以下变化：
技术壁垒进一步提高：随着技术的不断进步，轴向磁通电机的技术门槛将越来越高，只有具备强大研发能力的企业才能保持竞争力。预计将出现更多的技术并购和整合。
市场集中度可能进一步提高：随着市场的成熟，技术领先企业的优势将更加明显，市场份额可能进一步向头部企业集中。预计前五大企业的市场份额可能从目前的 96% 提高到 98% 以上。
新兴应用领域成为竞争焦点：eVTOL、人形机器人等新兴应用领域将成为企业竞争的新战场。这些领域对技术创新性和定制化能力要求较高，为技术领先企业提供了新的增长机会。
区域化特征将更加明显：不同地区的市场需求和技术偏好存在差异，企业需要根据当地市场特点制定差异化的产品策略和市场策略。
综合分析表明，全球轴向磁通电机市场正处于快速发展期，技术创新和市场需求的双重驱动将推动行业持续增长。技术领先企业通过不断创新和战略布局，将在这一历史机遇中获得更大的发展空间。对于投资者和行业参与者而言，关注技术发展趋势、把握市场机遇、加强技术创新将是取得成功的关键。
全文完~
参考资料
[1] 全球汽车轴向磁通电机市场深度调研报告-恒州诚思一、技术分类与市场数据 1.1 产品类型与技术路线 汽车轴向磁通电机按结 - 掘金 https://juejin.cn/post/7519410502519963699
[2] Axial Flux Motor vs Radial Flux Motor: Which One is Better? https://lammotor.com/axial-flux-motor-vs-radial-flux-moto/
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[116] Renault Group strengthens its strategic partnership with start-up Whylot https://media.renaultgroup.com/renault-group-strengthens-its-strategic-partnership-with-start-up-whylot/?lang=eng
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（注：文档部分内容可能由 AI 生成）
