轴向磁通电机：从结构设计到制造工艺，一文看懂“扁平革命“的技术内核

导读当电动车行业还在卷续航、卷加速时奔驰、法拉利、科尼赛克等高性能品牌已将目光转向电机本身——用轴向磁通技术换取更轻的重量和更紧凑的布局。本文从结构和工艺两个维度切入帮助工程师读者理解轴向磁通电机的设计逻辑、与径向电机的本质差异以及当前制造环节的关键技术选型。一、从桶到盘轴向与径向的结构分野据行业统计当前绝大多数电动车搭载的是径向磁通电机。它的结构像一个桶——定子在外、转子在内磁力线沿径向垂直于转轴穿过气隙构成闭合回路。这种拓扑技术成熟、易于批量制造但它有一个先天局限扭矩与转子半径的平方成正比。轴向磁通电机则完全不同。它的定子和转子像两个平行的盘子面对面装配磁力线平行于转轴方向流动——先轴向穿过气隙再经定子轭部沿周向闭合最后从转子盘周向回到 N 极。这一结构变化带来了重要的性能优势在理想缩放假设下轴向电机的扭矩理论值与转子半径的立方成正比径向电机为平方关系这意味着在同等外径条件下轴向电机有潜力获得更高的扭矩密度。但实际工程中受磁路饱和、散热及工艺约束具体的优势程度取决于设计方案。传统径向磁通电机与新型轴向磁通电机结构对比▲ 传统径向磁通电机左与轴向磁通电机右结构对比桶形 vs 盘形两者磁通路径的根本差异也决定了设计思路的分叉。径向电机内部气隙磁密仅在径向方向上变化轴向维度基本保持恒定在忽略端部效应等条件下可简化用二维有限元求解工程中也常用三维模型处理复杂工况。而轴向电机由于内外径相同、永磁体呈扇形气隙磁密随半径增大沿轴向也在变化整个磁场呈三维分布设计优化通常需要三维瞬态场仿真——这直接拉高了轴向电机电磁设计的门槛。二、定子制造的两种路线卷绕 vs 拼接轴向磁通电机定子的制造方式与传统径向电机差异显著。径向电机定子铁心通常由开槽硅钢片轴向叠压而成工艺路线成熟而轴向电机定子的主流制造方案有两条路线各有优劣。路线一全自动冲卷成型。 利用冲卷机将硅钢带一次冲卷成定子铁心材料利用率极高——据行业资料相比传统冲压叠片原料成本可降低约 30%。冲卷定子铁心损耗小适合追求高效率的场景。但它的短板在于绕组安装电机内径处空间狭小绕线操作困难且内径区域电负荷偏大绕组温升是设计中的敏感点。路线二齿轭分离拼接。 先将绕组缠绕在独立的定子齿上再将多个绕好线的定子齿与叠压成型的定子轭部拼接组合。这种方式的优势显而易见——绕线方便、绕组端部短、感应电动势谐波含量低。但代价也需关注定子由多个部件组装而成装配工序复杂且齿部涡流损耗控制更依赖材料选型采用叠压硅钢片或 SMC 软磁复合材料可有效抑制。两者并非替代关系而是根据应用场景取舍对效率敏感的增程器发电应用更偏好冲卷方案而对空间紧凑、装配灵活性要求高的场景如分布式驱动拼接方案更具工程可行性。值得一提的是YASA 公司的无轭分段电枢Yokeless and Segmented Armature结构正是拼接方案在汽车领域的典型代表。铁芯冲卷成型工艺▲ 轴向磁通电机定子铁芯冲卷成型工艺硅钢带一次冲卷成型材料利用率较传统冲压叠片大幅提升三、工艺链的关键拼图灌封、缠绕与充磁定子成型之后轴向磁通电机还有三道工艺对最终性能和可靠性影响极大。第一道真空灌封。 相比传统电机的浸漆工艺真空灌封在真空环境下将环氧树脂注入定子绕组间隙固化后形成致密绝缘层。它带来的好处是多维度的大幅提升结构强度与绝缘可靠性、显著改善 NVH 性能减少绕组振动、且生产过程清洁环保。杭州中豪电动的增程器产品已经采用这一工艺实测显示 NVH 和可靠性均有明显提升。轴向磁通电机定子环氧树脂真空灌封▲ 轴向磁通电机定子环氧树脂真空灌封工艺第二道转子盘碳纤维缠绕。 轴向电机的转子盘直接承受高速旋转下的离心力传统金属护套重量大且涡流损耗高。碳纤维缠绕工艺利用碳纤维的高强度-重量比对外径进行预应力缠绕在几乎不增加重量的前提下有效降低转子因高速离心力导致的失效风险。目前这一工艺已在部分双定子轴向磁通电机产品中实现批产验证如华川电装的双定子单转子轴向磁通电机已于 2026 年初批产下线即采用碳纤维包覆转子方案。第三道整体后充磁即在线整体充磁技术。 这是轴向磁通电机区别于径向电机的一道特色工序。传统工艺在电机装配前对单个永磁体分别充磁装配过程中磁钢互相干扰磁场均匀性难以保证。整体后充磁则是在定转子装配完成后通过专用充磁设备对产品进行一次性整体磁化确保磁场分布均匀降低因磁场不均造成的额外能耗同时提升产品一致性和故障率表现。据行业数据日本、欧美主流厂商的整体充磁工艺普及率较高厂商引用数据可达 90% 以上国内企业也在加速导入。总结轴向磁通电机的扁平化不是简单的结构瘦身而是一套从磁路拓扑、定子制造到后端工艺的系统性技术重构• 磁通路径从径向转为轴向换来了扭矩与半径立方的理论正比关系在同等外径下有潜力实现更高的扭矩密度和更紧凑的布局• 定子制造在卷绕和拼接两条路线之间权衡——卷绕方案材料利用率高但绕线困难拼接方案绕线便利但涡流损耗大没有银弹只有场景适配• 灌封、碳纤维缠绕、整体后充磁构成工艺链的三道关卡直接影响电机从设计图纸走向量产可靠性的最后一公里。总结轴向磁通电机的竞争壁垒不仅在于设计上的性能优势更在于谁能把制造工艺做到可量产、可重复、可盈利。轴向磁通电机独特的盘式多层磁路、扇形磁钢阵列、3D 立体磁通结构对转子整体充磁均匀度、磁极精度、磁性能一致性提出远超传统径向电机的严苛要求充磁精度不足极易加剧转矩脉动、气隙磁力失衡与 NVH 恶化制约批量良率提升。宁波兴隆磁性技术有限公司深耕电机整体充磁测试领域可提供全品类转子定制化充磁测试一站式解决方案覆盖各类中小型电机转子、伺服电机转子、新能源 EVS 驱动电机转子针对轴向磁通电机多层夹层、层级复杂立体磁路开发专用高精度整体充磁方案配套一体化充磁、磁通检测、磁偏角分选设备精准匹配单 / 双定子、多盘式轴向磁通电机特殊磁化需求解决盘式转子充磁不均、局部弱磁、磁极偏移等量产痛点保障高转矩密度轴向磁通电机磁性能稳定可控助力电驱企业打通从样机开发到批量量产的磁化工序。本文素材来源于公开技术文献及行业分析报告关于工艺细节的部分数据来源于厂商公开资料。