轴向与径向磁通电机在纯电动汽车驱动系统中的应用对比

轴向与径向磁通电机在纯电动汽车驱动系统中的应用对比

详细总结

本报告由瑞典 Alvier Mechatronics 公司在2025 年 12 月 2-3 日柏林发布，核心围绕纯电动汽车（BEV）传动系统中轴向磁通电机（AFM） 与径向磁通电机（RFM） 展开全方位对比分析，研究范围限定为永磁同步电机（PMSM）拓扑结构，以下为详细内容：

1. 研究方与核心业务

   Alvier Mechatronics 是聚焦电机与驱动系统的工程服务公司，核心业务包含设计与仿真（概念草图、规格制定、拆解分析）、原型制作与验证、分析与关联验证三大板块。  
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3. 对比基础与核心维度

• 选型核心标准：成本、效率、性能、功率、扭矩、转速、重量、封装尺寸、可持续性；
• 扭矩生成公式：RFM 扭矩≈有效半径 ²× 长度（R²×L），AFM 扭矩≈有效半径 ³（R³），AFM 扭矩与半径的关联度更高；
• 测试车型：VW ID4 Pro，核心参数为带驾驶员质量 2250kg、迎风面积 2.56m²、风阻系数 0.28、有效轮胎半径 0.37m、后驱、WLTC class3 工况（总里程 23.3km，含城市 / 乡村 / 高速混合路段）；
• 仿真工具：自研 1D 车辆动力学软件，基于经典动力学方程，以电机性能图谱为输入数据进行能量转换仿真。
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4. 参测电机核心参数

   本次对比选取 2 款 AFM 和 2 款 RFM，具体参数如下表：  

   电机类型	型号	拓扑结构	峰值功率	峰值扭矩	最高转速	定子 / 外壳外径
   轴向磁通电机（AFM）	YASA P400R	PMSM R-S-R	160kW@700VDC	370Nm	8000rpm	305mm
   轴向磁通电机（AFM）	Alvier iDS AX	PMSM R-S-R	150kW@400VDC	440Nm	9000rpm	330mm
   径向磁通电机（RFM）	VW APP310	Hairpin IPM	150kW	310Nm	16000rpm	220mm
   径向磁通电机（RFM）	VW APP550	Hairpin IPM	210kW	550Nm	13000rpm	220mm

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6. 核心性能仿真与实测结果

• 能耗表现

  以 100km 净能耗为指标，AFM 整体优于 RFM，YASA P400R（15.1kWh/100km） 最优，其次为 iDS AX（15.6kWh/100km），RFM 中 APP550（15.9kWh/100km）优于 APP310（16.5kWh/100km）；  

• 密度表现

  AFM 的扭矩密度和功率密度显著高于 RFM，是 AFM 核心性能优势；  

• 转速表现

  RFM 的最高转速远高于 AFM，RFM 中 APP310 达 16000rpm，AFM 中 iDS AX 仅 9000rpm；  

• 效率表现

  RFM 的驱动循环效率更高，AFM 则在特定工况下有高效运行区间；  

• 成本表现

  以年产能 300000 台为假设，RFM（VW APP310）的组件成本远低于 AFM（YASA P400R），AFM 在磁体、SMC/LSS、铜导线等组件上成本更高。  
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7. 轴向磁通电机的发展现状与展望

   AFM 目前的技术成熟度低于 RFM，且在可制造性 / 可装配性设计（DFM/DFA）上存在短板，同时最高转速受粘胶性能限制，定子外壳目前采用玻璃纤维复合材料 + 粘胶方案；未来可通过新型结构方案提升转速、包复成型聚合物（如 Traxial）优化定子外壳等方式实现技术升级，拥有显著的创新改进潜力。  
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9. 核心结论

• 径向磁通电机（RFM）核心优势

  更高的驱动循环效率、更高的转速能力、更低的组件成本、更成熟的技术体系；  

• 轴向磁通电机（AFM）核心优势

  更高的扭矩密度、更短的轴向长度、更大的技术创新与改进潜力。  

10. AFM 的拓展应用场景

    AFM 在 REX 应用场景中具备独特优势，具体体现在转速范围、扭矩能力、高效运行区间、短长度大直径的封装尺寸四个方面，为 AFM 的应用拓展提供了方向。  
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关键问题

1. 在 BEV 传动系统中，轴向磁通电机（AFM）与径向磁通电机（RFM）的核心性能差异体现在哪些关键指标上？

   
    
2. 核心指标差异为：AFM 拥有更高的扭矩密度和功率密度、更短的轴向长度，100km 净能耗表现更优；RFM 则具备更高的驱动循环效率、更高的最高转速，且组件成本更低。其中 RFM 的最高转速优势显著（APP310 达 16000rpm，AFM 最高仅 9000rpm），AFM 的扭矩密度为核心性能亮点。
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4. 本次对 AFM 和 RFM 的对比研究，采用的测试基础和仿真方法是什么？

   
    
5. 测试车型为 VW ID4 Pro（带驾驶员质量 2250kg、风阻系数 0.28 等），驱动工况为 WLTC class3（总里程 23.3km，含城市 / 乡村 / 高速混合路段）；仿真采用 Alvier 自研的 1D 车辆动力学软件，通过求解标准车辆动力学方程，以电机性能图谱为输入数据进行能量转换仿真，其中 AFM 图谱基于实测，RFM 图谱基于拆解数据的仿真。
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7. 轴向磁通电机（AFM）目前的技术瓶颈是什么，未来的改进方向有哪些？

   
    
8. 目前的技术瓶颈：一是最高转速受粘胶性能限制，二是技术成熟度低于 RFM，在可制造性 / 可装配性设计（DFM/DFA）上存在短板，三是组件成本更高；未来改进方向：通过新型结构方案突破粘胶限制，提升最高转速，采用包复成型聚合物（如 Traxial）优化定子外壳材料与工艺，依托技术不成熟的现状进行针对性创新，挖掘设计和制造层面的改进潜力。