什么是軸向磁通電機(jī)？

按照磁通路徑方向，電機(jī)可分為軸向磁通電機(jī)與徑向磁通電機(jī)，雖然磁通方向不同，但是工作原理都遵從電磁學(xué)的基本定律。

即電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)改變通過(guò)線圈(轉(zhuǎn)子)的電流的方向和大小，從而控制線圈（轉(zhuǎn)子）的的磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向，由于定子的磁極固定，當(dāng)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)方向和強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生洛倫茲力，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

軸向磁通電機(jī)定子的磁極沿著軸線排列，轉(zhuǎn)子通常是一個(gè)圓柱形的結(jié)構(gòu)，磁通通過(guò)轉(zhuǎn)子的中心軸線，當(dāng)電流通過(guò)定子的繞組時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)沿著軸線方向穿過(guò)轉(zhuǎn)子，根據(jù)洛倫茲力定律，這個(gè)磁場(chǎng)會(huì)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生力矩，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

軸向磁通電機(jī)的氣隙呈平面型，軸向長(zhǎng)度短，為薄盤型形狀，故又稱盤式電機(jī)。

軸向磁通電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組合靈活，可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行組合。根據(jù)定轉(zhuǎn)子組合結(jié)構(gòu)，軸向磁通電機(jī)可分為以下四種結(jié)構(gòu)：

單定子/單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：1個(gè)轉(zhuǎn)子+1個(gè)定子，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，但單邊磁拉力大，軸承負(fù)荷大，振動(dòng)噪音大，存在定轉(zhuǎn)子摩擦風(fēng)險(xiǎn)，降低電機(jī)壽命；

單定子/雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：2個(gè)外定子+1個(gè)內(nèi)轉(zhuǎn)子，功率密度高，比較適合牽引系統(tǒng)、航空航天等領(lǐng)域；

雙定子/單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：2個(gè)外轉(zhuǎn)子+1個(gè)內(nèi)定子，具有良好的對(duì)稱性，單邊磁拉力相對(duì)較小，較適合于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；

多定子/多轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：多個(gè)定子+多個(gè)轉(zhuǎn)子，適合大轉(zhuǎn)矩場(chǎng)景，如船舶推進(jìn)系統(tǒng)、大型風(fēng)力發(fā)電及水利發(fā)電機(jī)組等。

軸向磁通電機(jī)的優(yōu)勢(shì)

體積小、重量輕：YASA 公司為軸向磁通電機(jī)先驅(qū)，據(jù) YASA 官網(wǎng)數(shù)據(jù)，其軸向磁通電機(jī)體積、質(zhì)量分別為 5L和24kg，而普通車用徑向磁通電機(jī)體積、質(zhì)量分別為10L和50kg，軸向磁通電機(jī)符合汽車輕量化趨勢(shì)，同時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊、徑向長(zhǎng)度更短，安裝自由度高。

高扭矩密度&功率密度：軸向磁通永磁電機(jī)的有效磁表面積位于電機(jī)轉(zhuǎn)子的表面，而不是外徑，因此在一定體積內(nèi)通常能提供更大的扭矩，進(jìn)而提升扭矩密度和功率密度。據(jù)YASA官網(wǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算，其軸向磁通電機(jī)扭矩密度和功率密度分別達(dá)160Nm/L和14.9kW/kg，4 倍于傳統(tǒng)車用徑向磁通電機(jī)。

效率高：得益于較短的一維磁通路徑，軸向磁通電機(jī)的效率很高，通常超過(guò) 96%，可媲美或優(yōu)于市場(chǎng)上極好的二維徑向磁通電機(jī)。軸向磁通電機(jī)在各個(gè)功率級(jí)別下均比普通徑向電機(jī)節(jié)能15%-25%左右，并能維持更長(zhǎng)時(shí)間的峰值功率輸出。

低噪音和振動(dòng)：由于磁場(chǎng)分布均勻，軸向磁通電機(jī)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音和振動(dòng)較低，尤其適合對(duì)噪聲和震動(dòng)要求嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)景。

節(jié)能降碳：軸向磁通電機(jī)的體積、重量?jī)?yōu)勢(shì)能讓生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)銅、鐵、永磁等材料消耗與徑向永磁電機(jī)相比減少50%左右，如考慮無(wú)鐵心PCB定子技術(shù)，軸向電機(jī)的生產(chǎn)耗銅量能降至徑向電機(jī)的34%

同時(shí)其自重更小、效率更高，在應(yīng)用中電機(jī)消耗電能更低、驅(qū)動(dòng)能力更強(qiáng)，有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳。

軸向磁通電機(jī)的市場(chǎng)應(yīng)用

當(dāng)前軸向電機(jī)廣泛應(yīng)用于新能源汽車、航空航天、船舶推進(jìn)、機(jī)器人以及風(fēng)力發(fā)電等要求高轉(zhuǎn)矩密度和空間緊湊的場(chǎng)合中。

新能源汽車是軸向電機(jī)規(guī)?；瘧?yīng)用的重要市場(chǎng)

軸向磁通電機(jī)的小體積和低理論成本的特性，有望解決輪邊電機(jī)的成本和體積難題，推動(dòng)輪邊電機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用。軸向磁通電機(jī)的功率密度優(yōu)勢(shì)，能夠在保持輕量化，減少簧下質(zhì)量的同時(shí)能夠輸出足夠的扭矩，推動(dòng)輪轂電機(jī)的批量應(yīng)用。

軸向磁通電機(jī)已在商用車的性能與設(shè)計(jì)優(yōu)化中發(fā)揮重要作用，商用車電氣化是軸向磁通電機(jī)的新藍(lán)海。據(jù)global information預(yù)估，截至2027年，全球汽車軸向電機(jī)市場(chǎng)將從2022年1.35億美元上漲到4.97億美元，CAGR高達(dá)29.8%。