軸向磁通電機技術發展及產業化落地

在電驅動系統向高功率密度、輕量化和集成化加速演進的今天，軸向磁通電機（Axial Flux Motor, AFM）正從實驗室的“性能神話"穩步走向工程量產的“商業兌現"。無論是新能源汽車對輪轂/輪邊驅動的扁平化需求、eVTOL在低空經濟賽道中對功率重量比的“克克計較"，還是人形機器人關節對高扭矩與低慣量的深度融合——軸向磁通電機的物理邊界正在被一條條新的技術路線和制造工藝系統性地拓寬。而在這場從“拓撲創新"到“產業化落地"的接力賽中，江蘇惠斯通憑借從電磁拓撲選型、非晶合金定子、油水復合冷卻到全流程智造的量產體系，正在為軸向磁通電機在多領域的工程化應用提供扎實的技術支撐和可復用的制造范本。

一、從“盤式神話"到產業鏈閉環：軸向磁通電機已邁入商業元年

軸向磁通電機的市場潛力已經從紙面數據轉為真實的資本與訂單流向。

從國際市場來看，比利時Traxial獲得富士康等聯合投資的3550萬歐元戰略融資，其AFM功率密度達到傳統徑向電機的3～倍，覆蓋電動汽車、工業驅動和機器人領域。YASA更是在2025年10月面世了一臺峰值功率750kW（約1000馬力）、自重僅約12.7kg（28磅）的軸向磁通電機樣機，功率密度達到59kW/kg，持續功率輸出350～00kW。這一指標意味著在同等體積和重量下，AXM的空間利用率已遠超徑向電機一個數量級，為電動汽車和飛行器的動力系統設計提供了以前無法想象的自由空間。

從中國市場來看，目前頭部梯隊為精進電動、盤轂動力、匯川等；其共同的技術底座正趨向一致：雙定子/雙轉子對稱拓撲、無軛分段電樞+YASA性能尖峰、油水復合冷卻及非晶合金在高速高頻場景的優勢兌現。功率密度、效率、可靠性、成本是行業共同追逐的“四駕馬車"。

二、拓撲結構深度解析：惠斯通如何根據工況匹配“最適配"電機架構

軸向磁通電機的核心特征在于磁通方向沿電機軸線平行傳播，定轉子均呈盤狀平行排列，扭矩與轉子直徑的三次方成正比，因此在軸向長度幾乎不增加的條件下可獲得遠超徑向電機的扭矩輸出能力。然而，不同拓撲在電磁效率、制造難度和工程風險上差異很大，選錯拓撲等于錯配整個動力平臺。

單定子-單轉子（SS-SR）：結構簡單，成本低，但有單向磁拉力，軸承負載大，長期運行存在振動與壽命折損風險-。惠斯通主要在微型驅動器和成本高度敏感的輔助設備中采用此構型，并通過軸承預緊與高精度對裝工藝補償軸向力。

雙定子-單轉子（DS-SR）：轉子居中，兩側定子對稱，有效抵消軸向磁拉力，是目前中車載主驅、風電直驅和高功率工業驅動的主流拓撲之一-。惠斯通在電動重卡輪邊驅動和工程機械直驅方案中大量應用該構型，在有限徑向空間內實現了多次單元堆疊（串級），單電機峰值扭矩已達到800Nm，軸向長度僅180mm。

單定子-雙轉子（SS-DR）/YASA結構：定子無軛，僅保留分段齒部和獨立線圈，兩側永磁轉子對稱布置；該構型代表了當前軸向磁通電機的性能，轉矩密度可達徑向電機的2～倍-。但由于定子無軛，繞組無法通過傳統鐵軛通道散熱，對液冷或油冷方案依賴更強。惠斯通在eVTOL推進和高功率密度工業主軸中重點采用YASA派生的雙轉子/雙定子混合拓撲，并在定子端部和齒槽區域嵌入高導熱灌封膠及油水復合冷卻結構，以抑制熱點，提升連續功率密度。

多盤串級結構：將多個軸向磁通單元沿軸向堆疊，功率靈活擴展，適合高功率、高冗余的船舶直流組網或大型工程裝備。惠斯通已形成2至6級可配置的串級模塊化方案，支持并聯冷卻流道與各單元獨立控制。

拓撲選型最終落腳點不是理論峰值，而是制造工藝與熱管理的系統協同3。惠斯通已建立面向制造與裝配的設計流程，在拓撲定案之初就同步評估自動化組裝可行性、工裝夾具開發周期和散熱方案匹配度，而非等樣機完成后再“補課"。

三、散熱革命：從“被動外殼"到“油水復合"的直達熱源方案

軸向磁通電機短軸向、大直徑的構型使單位體積的發熱密度遠高于徑向電機，雙定子/雙轉子“夾層"結構讓熱量高度集中在繞組和磁鋼區域。單純依賴傳統水套已經難以滿足持續高功率輸出要求。

油冷繞組的“直達熱源"價值：YASA類結構由于取消了定子鐵軛，繞組裸露，可直接采用霧化噴油或介電油浸沒式冷卻，使熱量從繞組外部被強行帶走。惠斯通在高功率密度法蘭航空推進電機中引入油冷油路，冷卻油不僅流經定子外壁，還通過高壓噴淋嘴直接沖擊繞組端部和槽口區域。在連續高過載工況下，繞組峰值溫度比純水冷方案降低15～20℃。

油水復合雙模冷卻：對于需要長時間滿負荷運行的電動重卡輪轂電機和大型工業傳動設備，惠斯通采用外水冷套+內油直浸的雙模式架構。外水冷套保證定子鐵芯的穩定散熱，內油路針對繞組和磁鋼的“絕熱區"進行精準冷卻。在焊接熱量不容易散逸的實機測試中，電機在連續滿載爬坡8小時后，繞組溫度穩定在105℃上下，表面溫度控制在85℃以內。

非晶合金定子與渦流損耗抑制：非晶合金在高速高頻、軸向磁通電機領域優勢明顯，其損耗密度僅為傳統硅鋼片的1/5～1/10。但非晶帶材薄、脆、硬，對機械應力敏感，疊片工藝中壓力過大即引發局部晶化導致鐵損上升。惠斯通在非晶定子制造上引入真空懸浮疊裝技術和激光微納切割預處理，控制疊壓應力在5MPa以下，同時通過多級磁熱協同仿真優化磁路走向，使非晶電機在30%額定負載至120%過載區間均維持較高效率平臺，且溫升曲線平滑，散熱系統負擔低于同功率的硅鋼定子方案。

四、材料革新與非晶合金：突破軸向磁通功率密度的下一個里程碑

軸向磁通電機的功率密度和效率提升，短期內依賴拓撲優化，長期將依賴材料的底層突破。

非晶合金憑借極低的渦流損耗和磁滯損耗，在高速高頻和軸向扁平的磁路構型中優勢突出。與eVTOL續航能力（每減重1kg可增加約10km航程）和新能源汽車節能（提升續航可達15%以上）高度契合。

但是，非晶合金在批量化制造中面臨的挑戰并不比它在電磁性能上的增益小。卷繞工藝的成品率僅約65%，扭矩波動可達±7%；在更高功率密度（超過100kW/kg）追求下，溫升速率可達8℃/秒，考驗著熱管理與結構強度的極限。惠斯通在非晶定子產線中建立了磁-熱-應力多場耦合離線校驗流程，在生產之前通過仿真鎖定定子的最佳疊片參數和應力閾值，同時配合油冷繞組的直達降溫措施，使非晶電機在批量應用中保持溫度場一致性，扭矩波動控制在±2%以內。

SMC軟磁復合材料與PCB定子：軟磁復合材料可等靜壓成型為復雜3D形狀，是橫向磁通電機商業化的關鍵技術支撐。在小型軸向磁通電機中，惠斯通也已探索基于SMC的集中式磁路線圈方案，有效提升定子剛度并降低高頻下鐵損。超薄PCB定子則為人形機器人靈巧手等微型關節驅動單元提供了全新路徑——取消傳統繞組，通過多層印刷電路板直接構建設計緊湊的軸向磁通電機，軸向厚度壓縮至5mm以內，并在無槽無鐵軛構型下消除齒槽轉矩和渦流損耗，實現極低速平穩運動。

五、自動化產線與關鍵制造工藝：從“能做出來"到“能造出來"

軸向磁通電機的量產制造，需要突破至少五個維度的工程瓶頸：

高精度軸向裝配與氣隙一致性：軸向磁通電機對氣隙均勻性要求高，亞毫米級的偏心或翹曲都會引發轉矩波動和單邊磁拉力，長期運行將導致軸承過載失效。惠斯通采用視覺引導定轉子對中系統，通過多路激光位移傳感器實時測量軸向跳動，配合高剛度柔性壓裝工裝，使批量產品的氣隙偏差控制在行業范圍內。

無鐵軛定子的自動化插針與繞線：YASA類構型的定子分段獨立，傳統U型繞線頭無法直接作業。惠斯通研發了分段式定子齒獨立繞線，再經自動焊接到匯流排的一體化工序，并開發針對弧形扇區的專用張力控制系統，確保批量生產中的繞組致密度和直流電阻一致性。

軸向量產測試規范：由于尚無統一的軸向磁通電機測試標準，惠斯通內部建立了涵蓋振動特征、徑向相對位移、軸向磁拉力、高溫下絕緣壽命等1項關鍵指標的出廠檢測體系，實現每臺電機的性能全檢和可追溯，支撐高可靠性裝備等級要求。

六、核心領域的實際應用與案例驗證：讓數據說話

案例一：電動汽車輪邊驅動

在電動重型卡車輪邊驅動項目中，惠斯通按雙定子單轉子及多級串級拓撲設計軸向磁通電機，外徑控制在≤20mm，軸向長度僅180mm，峰值扭矩達到800Nm，持續扭矩3200Nm。取消傳統傳動橋和分動箱后，整車底盤空間利用率提升約20%，有效助力電池擴容和續航增加。在滿載連續爬坡和礦山顛簸路面雙重測試中，電機繞組溫度在強制水冷和散熱筋導流輔助下被持續控制在105℃以內，至今已投入礦區重型搬運輸作業超出5000小時，無轉矩不均故障。

案例二：深海ROV推進器（高壓靜水與防腐密閉）

在深海3000米級ROV推進器、深海采礦車液壓泵站等場景中，軸向磁通的短軸向構型大幅縮短了推進器長度，使水下航行器釋放出更多艙內空間裝載載荷。惠斯通采用充油壓力補償技術、高硬度耐腐蝕涂層和全陶瓷軸承固體潤滑，解決軸向磁通電機在靜水高壓環境中的密封和防腐難題。深海推進電機外殼采用316L不銹鋼或鈦合金，防護等級達IP68以上，可實現水下3000米長期浸沒運行；在靜水壓測試中連續旋轉2000小時仍保持密封腔無滲漏。

案例三：eVTOL飛行器電動推進系統

隨著非晶合金在高速高頻并和軸向磁通拓撲融合，eVTOL功率單元的降落值得到有效壓縮。13.6kW/kg的電機自重下即可向多旋翼架構提供約00kg峰值拉力，電機整體效率達到9%以上，懸停階段繞組溫升平穩可控，在巡航和轉換推進環節效率持續保持在92%左右。該架構的飛行器已驗證超過300小時無人試飛，電機無過熱降額、無絕緣老化報警。

七、惠斯通的全流程技術與服務體系

江蘇惠斯通在軸向磁通電機的全鏈條上建立了完整的工程服務體系，覆蓋從電磁拓撲定制、散熱方案匹配、非晶合金和SMC材料選配、自動化產線的工裝設計到最終的應用聯調與售后，可提供基座從0mm至00mm、功率覆蓋50W至200kW、最高定制串級單元數達6級的全系列軸向磁通電機，并支持特種防爆、耐輻照、深海密封和抗強振型改裝。持有CCC、IECEx、ATEX及中國船級社型式認可，選型、定制與批量交付一站式到位。

八、結語

軸向磁通電機已經在乘用車、重卡輪轂、eVTOL動力單元和人形機器人關節中展開了實質性的規模化驗證。從拓撲結構的創新到高精度裝配量產，再從非晶合金和SMC材料的真實應用到熱管理方案的破局，江蘇惠斯通的軸向磁通電機工程體系正在突破動力總成的制約瓶頸。

當軸向磁通電機的功率密度、效率和可靠性與制造產線的成熟度接軌后，它或許不能再被稱為“下一代電機"。在惠斯通看來，它正式“現在"的工程事實，而已鋪開于輪轂電機、海上推進器、電動航空驅動和多關節高扭矩機器人中。