2025年汽车行业深度报告：轴向磁通电机，高功率密度等特点有望助力其成为下一代执行器用电机

轴向磁通电机结构优势 明显，具有高功率密度等特点

旋转及线性执行器共同构成人形机器人核心动力单元

执行器是机器人实现运动的核心部件，按传动形式可分为旋转与线性两类。执行器（即一体化关节）是将电机 的旋转运动转化为连杆机构运动的关键组件，是机器人实现动作的核心动力单元。电机作为执行器的核心零部 件，负责将电能转化为机械能，为整体运动提供驱动力。人形机器人躯干中的执行器可分为两类：旋转执行器 与线性执行器，主要区别在于其传动机构形式——前者通常采用减速器，后者则采用行星滚柱丝杠。以特斯拉 Optimus为例，其全身配置14个线性执行器与14个旋转执行器，通过协同运作实现精确灵活的运动控制。

电机是执行器核心部件，通过电磁感应原理实现能量转换

电机是通过电磁感应实现能量或信号转换的电气设备，可按功能或结构分为发电机、电动机等多种类型。电 机是一种依靠电磁感应原理运行的电气设备，用于实现机械能与电能之间的转换，或不同形式电能及信号之 间的传递与转换。电机种类繁多、结构多样、性能各异，通常可从以下两方面进行分类：① 按能量转换或传 递的功能及用途，可分为发电机、电动机、变压器和控制电机；② 按结构特点及电源类型，可分为变压器与 旋转电机两大类。其中，旋转电机具有相对旋转的运动部件，可进一步细分为控制电动机、功率电动机及信 号电机。

轴向磁通电机：磁通量平行于轴线的电机，盘式结构带来性能优势

轴向磁通电机通过改变磁通方向与结构布局，使转子位于定子侧面，实现更高的功率密度与设计灵活性。轴 向磁通电机（又称“盘式电机”）是一种磁通路径区别于传统径向电机的创新型电机，其气隙为平面结构， 气隙磁场方向与电机轴线平行。与普通电机相比，轴向磁通电机在结构上最大的特点是转子位于定子的侧面， 而非包覆于定子内部。此设计使转子直径可显著增大，从而带来更高的转矩密度与结构设计灵活性，成为新 一代高性能驱动系统的重要发展方向。

轴向磁通电机设计灵活，可根据定转子不同数量组合成多类型

轴向磁通电机可根据定转子组合分为多种结构形式，不同配置在功率密度、受 力特性及应用领域上各具优势。根据定子与转子的组合方式，轴向磁通电机可 分为以下四种典型结构： 1、单定子/单转子结构：由一个转子与一个定子组成，结构简单、体积紧凑， 但存在单边磁拉力大、轴承负荷高、振动噪音明显及定转子摩擦风险，影响电 机寿命。 2、单定子/双转子结构：由一个内定子与两个外转子构成，功率密度高，能在 有限空间内输出更大转矩，适用于牵引系统、航空航天等对性能密度要求高的 领域。 3、双定子/单转子结构：由一个内定子与两个外转子组成，结构对称性好，可 有效降低单边磁拉力，常用于风力发电等需要稳定运行的系统。 4、多定子/多转子结构：由多个定子与转子叠加形成，能输出极高转矩，适合 船舶推进、大型风力与水力发电机组等大功率场景。

轴向磁通电机拥有高转矩与高功率密度优势

轴向磁通电机因转矩与转子直径立方成正比，在相同材料与转速条件下可实现4倍扭矩提升。电机的能量输出 主要以转矩衡量，转矩定义为力 × 半径。对于轴向磁通电机，其转矩与转子直径的立方成正比，而传统径向 磁通电机的转矩仅与转子直径的平方成正比，因此在相同的受力条件下，轴向磁通电机能获得更高的转矩输 出。功率密度与扭矩密度通过转速相联系，公式为 P = T × ω（功率 = 转矩 × 角速度），即在相同转速下， 轴向磁通电机可实现更高功率输出。总体来看，在使用相同数量的永磁材料与铜线材料时，轴向磁通电机可 较径向磁通电机实现4倍扭矩提升，展现出显著的能量转换效率优势。

轴向磁通电机性能跃升，国内厂商已实现规模化量产与应用

轴向磁通电机在同等功率下实现更轻、更薄、更高效的性能表现，国内厂商盘毂动力已率先实现规模化量产 与技术领先。在相同功率条件下，轴向磁通电机相较于传统径向磁通电机具备显著的性能优势：整机重量可 减轻约50%，轴向尺寸缩短约50%，高效运行区间更广，高效区（效率＞90%）覆盖面积超过90%，同时扭 矩密度与功率密度均大幅提升。国内领先厂商盘毂动力已率先实现轴向磁通电机的规模化量产与应用，在细 分领域专利储备方面处于行业领先地位。其量产电机功率密度可达21kW/kg，产品功率覆盖63W至900kW， 可满足从轻型装备到大型动力系统的多场景应用需求，标志着国产轴向磁通电机产业化的关键突破。

轴向磁通电机：高比功率驱动的前沿技术与产业布局

新型轴向磁通电机作为实现高比功率与高转矩密度电驱动的前沿 技术，正由国内科创企业与部分上市公司加速布局。新型轴向磁 通电机技术是实现高比功率、高转矩密度电驱动系统的关键前沿 方向，代表着电机技术由传统结构向高效轻量化的演进趋势。目 前，产品与技术研发主要集中于少数高新科创企业及高校科研团 队。在A股上市公司中，已有多家企业积极布局相关技术，包括东 睦股份（小象电机）、信质集团、卧龙电驱等等。这些企业正围 绕材料、结构设计、制造工艺等环节展开协同创新，为轴向磁通 电机的国产化与规模化应用奠定基础。

轴向磁通电机在航空电动化等多领域的应用与轮边驱动潜力

凭借高转矩密度与紧凑结构，轴向磁通电机正加速渗透至新能源汽车、机器人及风电等领域。目前，轴向磁 通电机已广泛应用于新能源汽车、航空航天、船舶推进、机器人以及风力发电等对高转矩密度与结构紧凑性 要求极高的领域。其小体积与低理论成本的特性，有望有效解决轮边电机在成本、体积与集成度方面的瓶颈 问题，推动轮边驱动系统的大规模商业化应用。此外，凭借更高的功率密度与轻量化结构设计，轴向磁通电 机能够在减少簧下质量的同时输出充足扭矩，为轮毂电机的批量化推广提供了关键技术支撑。

盘式结构、散热等问题 制约轴向磁通电机量产

轴向磁通电机的优势与挑战并存

轴向磁通电机具备高功率密度与设计灵活等显著优势，但仍面临制造复杂、散热困难及成本偏高等工程挑战。 轴向磁通与传统径向磁通电机相比，轴向磁通电机展现出多方面的性能优势：1、结构轻巧紧凑；2、转矩与 功率密度更高；3、绕组利用率更高；4、制造与设计自由度更大，便于定制化开发与模块化设计。然而，轴 向磁通电机也存在结构性挑战：1、盘式结构制造复杂度高；2、内部散热难度加大，热管理设计更具挑战；3、 整体成本较高，规模化经济尚待形成；4、高负载下机械应力集中，需优化结构与材料方案。

轴向磁通电机制造精度与工艺挑战限制量产

轴向磁通电机因微小气隙偏差即可影响性能，且复杂3D结构难以采用传统叠片工艺，批量生产面临装配精度和制造工艺双 重挑战。由于其气隙呈平面结构，任何微小的轴向装配偏差都会直接改变气隙长度，从而影响磁通分布、效率及轴向磁吸 力平衡。如果两侧气隙存在微小不一致，将导致轴向磁吸力失衡，引发剧烈振动与噪音，同时大幅增加轴承载荷和能量损 耗。为了实现高效率，轴向磁通电机通常需要极小气隙设计，这意味着微米级的装配偏差即可导致性能显著下降。此外， 传统径向电机依赖叠片堆叠工艺制造，而轴向磁通电机的三维磁场几何结构使其难以采用相同工艺，进一步限制了其批量 化生产能力。因此，实现高精度装配与创新制造工艺是推动轴向磁通电机规模化应用的关键。

轴向磁通电机的盘式结构使散热与热管理面临挑战

轴向磁通电机因夹层结构与高比功率设计易出现散热不足，转子磁钢过热存在退磁风险，影响整体性能。轴向磁通电机因夹 层结构与高比功率设计易出现散热不足，转子磁钢过热存在退磁风险，影响整体性能。轴向磁通电机通常采用夹层结构设计， 这使得双转子-单定子电机的中间定子以及双定子-单转子电机的中间转子散热变得困难。同时，高比功率特性意味着电机整 体热容量较低，容易出现显著的温升问题。在运行过程中，转子自身发热叠加定子的热辐射，会导致转子永磁体温度升高， 存在退磁风险，进而直接影响电机的输出性能与可靠性。因此，高效的热管理与散热设计是保证轴向磁通电机稳定运行的关 键技术环节。

SMC一体压铸、定子结 构优化等有望加速轴向 磁通电机商业应用

软磁复合材料（SMC）助力轴向磁通电机规模化制造

SMC材料因各向同性磁性、低涡流损耗及三维磁通设计支持，实现轴向磁通电机高性能、低能耗和批量稳定制造。软磁复 合材料（SMC）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。同时，优化磁路分布与颗粒界面特性，可实现更优的热稳定性，形成高效、低能耗的材料体系。 相较于传统硅钢片，SMC具有各向同性磁性能，能够支持复杂的三维磁通路径设计，并适用于3D打印技术，使电机设计更 加灵活，兼顾性能与成本。其优良的电磁特性与机械强度，使轴向磁通SMC定子能够实现大批量稳定生产。目前，小象电 机通过工艺优化，定子一致性提升超过15%，综合良品率达到96%以上。

无铁芯设计有望形成轴向磁通电机轻量化与模块化制造优势

无铁芯设计通过模块化定子和单齿绕线工艺降低制造难度，同时减轻铁损与提升功率密度。当前，轴向磁通电机中出现了 一种无铁芯结构设计：将定子线圈绕制完成后布线连线，通过模具使用环氧树脂等材料将线圈固化成盘式定子形状。该设 计可有效减少定子铁重量，增大功率密度，同时由于缺少定子磁轭，可显著降低铁损。通过将复杂的整体定子拆分为简单 独立模块，制造技术门槛大幅下降。单齿绕线可在专用设备上完成，避免了传统整体绕线的复杂性。定子齿固定采用“翻 盖”结构或注塑连接件，不仅实现机械固定，还兼顾冷却通道功能，支持流水线式批量装配，大幅提升制造效率和可重复 性。

PCB定子电机可实现轻量化、高效与高可靠性

PCB定子通过无铁芯设计显著减轻体积与重量，同时降低损耗并提升效率与可靠性。与传统电机相比，PCB定子将铜线圈 直接蚀刻在电路板上，使电机的重量和尺寸可减少约50%。在电动汽车电源系统中，牵引逆变器的驱动电流通过固定的 PCB定子绕组产生轴向磁通量，驱动转子旋转，从而推动车辆前进。除了体积和重量的优势，无铁芯设计还可显著减少定 子磁滞损耗与涡流损耗，提升能效和单位电力输入的物理输出。同时，通过消除传统电机中铜绕组及绝缘相关的潜在故障 点，PCB定子能够有效提高电机整体可靠性，为轻量化与高性能电驱动系统提供创新解决方案。

扁平线绕组带来高功率、高效率与可靠性等优势

槽填扁平线绕组通过高槽填充率、优化热管理和形状 设计，实现更大功率、更高效率及更优耐热耐压性能。 高槽填充率：扁平线绕组能够在相同空间内容纳更多 导体，槽填充率比传统圆线高出约20-30%，从而产 生更强磁场并提升电机功率。 更优热管理：扁平线的形状优势增加了导线间接触面 积，增强散热能力。在高槽填充率情况下，绕组间热 导率可提升至低槽填充率的150%，有效降低运行温 度并延长使用寿命。 高速高频工况适应性：在高速、高频操作下，扁线的 宽高比可随转速优化，增大比表面积，减轻集肤效应， 提高电机效率。 耐电压与耐热性：得益于特殊绕制方法，扁平线圈在 耐压和耐热性能上优于传统圆线绕组，增强了电机的 可靠性与长期稳定性。

电机热管理优化设计提升定子与转子散热能力

通过定子分段、转子通风孔优化及导热材料 布局，电机散热效率显著提升，降低涡流和 滞后损耗导致的热量积聚。 定子铁芯分段设计：将定子铁芯沿轴向或径 向分割，并在段间保留间隙或使用低导热材 料，可减少内部热传导路径，降低涡流和磁 滞损耗产生的热量。同时，间隙处可设置冷 却通道或填充导热材料，进一步提升散热效 果。 优化转子通风孔设计：在转子上设计形状和 分布独特的通风孔（如不对称或螺旋布置）， 形成复杂气流路径，增加空气与转子之间的 热交换面积与停留时间，从而提高冷却效率。 优化定子设计：在定子齿轴向中心嵌入导热 材料，形成单向冷却通道。这些通道可在不 影响电气连接的前提下，为绕组提供直接散 热路径，同时间接冷却转子组件，有效增强 整体热管理能力。

液冷、碳纳米管与相变材料的应用有望带动先进电机散热技术提升

通过液冷通道、碳纳米管导热和相变材料吸热，电 机散热效率显著提升，实现高功率密度稳定运行。 液冷通道：在定子支架外壁及支撑杆内部设计冷却 液流路，使冷却液可直接带走定子铁芯及其周围线 圈的热量。另一种方式是使用带有多个小孔的条形 铝板水通道，将铁芯绕组线圈安置于通道内，既吸 收热量，又有效传递绕组热量，同时实现结构密封。 碳纳米管：碳纳米管具有极高导热性，将其与定子 绕组或转子组件结合使用，可快速传导热量。例如， 在定子绕组绝缘层中添加碳纳米管，既保持绝缘性 能，又显著增强散热效率。 相变材料：将相变材料封装于微胶囊中，添加至电 机冷却介质或直接填充到冷却结构，可在温度升高 时吸收热量，实现临时热缓冲。封装设计可防止泄 漏和腐蚀，确保电机安全可靠运行。

报告节选：

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