軸向磁通盤式電機的案例
詳解軸向磁通盤式電機
簡介：軸向磁場電機的氣隙是平面型的，氣隙磁場是軸向的，所以又稱為盤式電機，也叫圓盤電機。軸向磁場電機結構緊湊、體積小、重量輕、轉矩密度高。世界上第一臺電機就是法拉第的圓盤發電機。
盤式電機特點
1）外形扁平、軸向尺寸短，特別適用于安裝空間有嚴格限制的場合。
2）氣隙是平面型的，氣隙磁場是軸向的，所以又稱為軸向磁場電機(axial filed machines)。
3）盤式電機的工作原理與柱式電機相同。
★盤式電機結構 ★
盤式電機有單盤、雙盤、復合盤等多種構型。
在傳統電機結構中，定子在外圍，轉子在中間旋轉，見下右圖，定子與轉子之間的間隙為柱面，見下左圖，圖中半透明的柱面即為氣隙面，磁力線垂直于氣隙面，與所在點直徑方向平行，稱為徑向氣隙磁通。
在多數盤式結構電機中，定子與轉子都呈盤型結構，兩者間的氣隙是與電機轉軸垂直的平面，下左圖是該氣隙平面，用半透明表示該氣隙面。磁力線垂直于氣隙面，與轉軸方向平行，稱為軸向氣隙磁通。
1
單一盤式結構
單一盤式結構簡單，要解決軸向力不平衡問題，轉矩密度不是很大，應用場合多用于發電機。
2
中間轉子-雙定子結構(S-R-S)
中間轉子結構是帶磁鋼的轉子盤，安裝在正中間，兩端設置定子繞組鐵芯。轉矩密度上升了，左右兩側鐵芯的磁拉力可以相互抵消的，解決了不平衡軸向力的問題，中間轉子結構的另一個優點是繞組和鐵芯的散熱效率非常高。
展開 軸向磁通與徑向磁通永磁同步電機性能對比
圖1 RFPM與AFPM電機模型
1.2 磁通路徑方向
AFPM電機與RFPM電機的磁通路徑走向如圖2、圖3所示，圖中虛線為某一對N、S極產生的磁通路徑閉合回路。兩種拓撲結構電機的磁通路徑走向基本相同，均由N極永磁體發出，經氣隙、定子部分、氣隙、S極、轉子鐵心，最終回到N極構成回路。但兩種拓撲結構電機的磁通路徑方向卻不同，AFPM電機整個磁通路徑的方向為先軸向、后經定子軛部周向閉合，隨后軸向方向向S極閉合，最終經轉子盤周向進行閉合構成整個回路；RFPM電機的磁通路徑方向為先徑向、后經定子軛部周向閉合，隨后徑向方向向S極閉合，最終經轉子鐵心周向進行閉合構成整個回路。
圖2 AFPM電機磁通路徑示意圖
圖3 RFPM電機磁通路徑示意圖
AFPM電機的磁通路徑方向與轉軸方向平行且沿軸向與周向閉合，而RFPM電機的磁通路徑與轉軸方向垂直且沿徑向與周向閉合。AFPM電機內部空間較大，更有利于電機散熱。通常為了進一步降低定子繞組產生的損耗與端部用銅量，多采用分數槽集中繞組，可以在一定程度上提升電機效率、降低成本。
1.3 定子制造
對于RFPM電機而言，為了降低定子鐵心損耗，通常用開槽的硅鋼片軸向疊壓制成定子鐵心，將繞組纏繞于定子齒上，利用槽楔對槽口進行封閉，防止繞組脫落。
而AFPM電機定子制造方式多樣，比較常見的制造方式有兩種：利用全自動沖卷機對定子卷繞制成；定子齒、定子軛與繞組三部分拼接而成。
圖4為卷繞定子鐵心模型。
展開 軸向磁通盤式永磁同步電動機噪聲解析計算方法
用解析方法來計算軸向磁通盤式永磁同步電動機的噪聲，使用ＭａｔＬａｂ編制計算程 序，并將解析計算結果和實驗結果進行分析比較。實驗表明了利用解析法計算軸向磁通盤式永磁 同步電動機噪聲的可行性。最后，利用所編程序通過改變計算極弧因數來降低電動機噪聲。
軸向磁通盤式永磁同步電動機噪聲解析計算方法.pdf
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軸向磁通電機領銜！電動電機十年技術、材料與市場趨勢全解析
未來十年，電動汽車電機領域正醞釀巨變。從軸向磁通電機的“扁平革命”，到輪轂電機的突破嘗試，技術創新持續涌現。磁性材料戰場更是硝煙彌漫，稀土依賴與無磁體設計的博弈牽動全局。
這場融合技術突破與材料革新的浪潮，將重塑市場格局，也帶來無數未知機遇。本文帶你看透十年趨勢，解碼電機產業的現在與未來。
一、軸向磁通電機：引領電機技術的“扁平革命”
在電機技術領域，一場靜悄悄的“扁平化革命”正在興起，軸向磁通電機以其獨特的磁場路徑設計，正成為新能源汽車、高端機器人等領域的顛覆性技術。
1、軸向磁通電機的顛覆性優勢
軸向磁通電機將傳統圓柱形電機“壓扁”成圓盤狀，磁通方向平行于旋轉軸，沿軸向穿越定子和轉子構成的平面氣隙。這種設計帶來顯著優勢：
1）.空間魔術師：扁平化設計大幅縮減軸向尺寸與重量，功率密度顯著超越傳統電機，成為集成化系統的理想選擇。
2）.扭矩之王：更大的等效作用直徑使其在相同電磁負荷下能爆發更高扭矩，特別適合直驅應用。
3）.能效標桿：磁通路徑短且直，鐵損降低，部分先進設計效率突破96%。
4）.材料革新：碳纖維復合材料轉子、高導熱絕緣材料廣泛應用，抑制渦流損耗。
2、現實挑戰與應用場景
盡管軸向磁通電機優勢顯著，但也面臨熱管理難題和成本壁壘。緊湊結構導致散熱路徑復雜，需依賴先進冷卻方案。精密制造和特殊材料推高成本，量產普及仍需突破。其應用場景廣泛，包括新能源汽車的輪轂/輪邊電機、高端裝備的機器人關節、無人機推進系統，以及風力發電的直驅風機。
3、徑向磁通電機的堅守與優化
徑向磁通電機作為當前主流，磁場路徑垂直于旋轉軸，沿徑向穿過定轉子間的環形氣隙。其優勢在于工藝成熟、散熱良好、成本低廉和可靠性高，廣泛應用于工業設備、經濟型電動汽車和消費電器。
展開 詳解丨軸向磁通電機
簡介
軸向磁場電機的氣隙是平面型的，氣隙磁場是軸向的，所以又稱為盤式電機，也叫圓盤電機。世界上第一臺電機就是法拉第的圓盤發電機。
軸向磁場電機結構緊湊、體積小、重量輕、轉矩密度高。
一般電機的轉子和定子是里外套著裝的，軸向磁場電機為了薄，定子在平的基板上，轉子是蓋在定子上的，一般定子是線圈，轉子是永磁體或粘有永磁體的圓盤。
軸向磁場電機的結構方式
軸向磁場電機是主磁場與沿轉軸方向的電機。
軸向磁場電機與普通電機不同，其磁通方向為軸向，載流導體系徑向放置，定子和轉子鐵心為盤式結構。
軸向磁場電機的缺點是定子和轉子間的磁拉力很大，但采用“夾層”結構，即在兩個定子之間設一個轉子或兩個轉子之間設一個定，即可克服。
研究表明，軸向磁場電機具有較大的功率/重量比，結構扁平，在特定場合下，具有明顯的優點。
展開 詳解丨軸向磁通電機
簡介
軸向磁場電機的氣隙是平面型的，氣隙磁場是軸向的，所以又稱為盤式電機，也叫圓盤電機。世界上第一臺電機就是法拉第的圓盤發電機。
軸向磁場電機結構緊湊、體積小、重量輕、轉矩密度高。
一般電機的轉子和定子是里外套著裝的，軸向磁場電機為了薄，定子在平的基板上，轉子是蓋在定子上的，一般定子是線圈，轉子是永磁體或粘有永磁體的圓盤。
軸向磁場電機的結構方式
軸向磁場電機是主磁場與沿轉軸方向的電機。
軸向磁場電機與普通電機不同，其磁通方向為軸向，載流導體系徑向放置，定子和轉子鐵心為盤式結構。
軸向磁場電機的缺點是定子和轉子間的磁拉力很大，但采用“夾層”結構，即在兩個定子之間設一個轉子或兩個轉子之間設一個定，即可克服。
研究表明，軸向磁場電機具有較大的功率/重量比，結構扁平，在特定場合下，具有明顯的優點。
展開 軸向磁通電機-YASA技術
軸向磁通電機-YASA技術
軸向磁通永磁同步電機仿真分析
軸向磁通永磁同步電機仿真分析
01
案例背景
軸向磁通永磁同步電機也稱盤式永磁電機，因其圓盤式的結構，加大了磁場作用面積，使得效率更高，大多呈現直徑較大，軸向尺寸很薄的特點，應用在電梯領域、商用車公交車領域、工程機械領域、發電機組領域、增程器領域、軍工及航空航天領域等等。
02
案例功能特點
案例所屬物理場：電磁場INTESIM-Emag
案例驗證功能：轉矩計算，三維運動控制及動網格，永磁體充磁
分析類型：四面體單元
03
案例分析
幾何模型
INTESIM軟件自帶幾何建模功能，同時也支持外部模型導入，本案例采用導入外部電機模型的方法，仿真模型如下圖所示。
圖1 軸向磁通永磁同步電機幾何模型
材料參數
軸向磁通永磁同步電機材料包括銅、永磁體、硅鋼片等，各部件材料屬性如下表1所示：
表1 材料屬性表
Steel1008及50W470材料BH曲線如下：
圖2 Steel1008與50DW470 BH曲線
邊界及激勵
（1）磁通量平行邊界
電磁場分析需要建立空氣域，空氣域外表面施加磁通量平行邊界，如下圖藍色高亮所示。
圖3 磁通量平行邊界加載圖
（2）永磁體充磁方向定義
本案例永磁體為平行充磁，充磁方向定義如下圖箭頭所示，磁鋼交替充磁，當前只展示部分磁鋼模型。
展開 新能源汽車用軸向磁通電機設計與分析
圖1 盤式電機典型結構
軸向磁通永磁同步電機根據轉子數量、相對位置及主磁路分類，其結構可分為四類：單定子單轉子結構、雙定子單轉子結構、單定子雙轉子結構及多盤式結構。
為了滿足整車安裝要求，結合電機性能參數要求，本文采用中間單轉子雙定子結構，該結構可更好滿足電機性能，同時獲得最小轉動慣量和最優的散熱條件，且中間轉子由于雙定子對稱結構將受到兩個相互抵消的磁拉力，提高軸承使用壽命，減少電機的機械損耗，有利于電機的穩定性，非常適用于電動汽車這種頻繁啟動場所，雙定子都可以形成旋轉磁場，可提高電機的電負荷。雙定子單轉子的軸向磁通電機結構簡圖如圖2所示。
圖2 雙定子單轉子軸向磁通電機
2 軸向磁通電機電磁方案設計
2.1 電機技術要求
該軸向磁通的電機工作性能指標如表1所示。
展開 新能源汽車用軸向磁通電機設計與分析
本文研究的軸向磁通永磁同步電機用于純電動客車，針對該電機的工作特點及設計指標，從永磁電機定子、繞組、永磁體結構等方面進行分析，采用Ansys/Maxwell有限元分析軟件建立了該電機的三維有限元分析模型，對其電磁特性進行了分析。根據設計參數制作出樣機，并進行試驗，結果表明：該電機的設計方案合理，電機各項性能滿足設計要求。
1 軸向磁通電機結構介紹
軸向磁通永磁同步電機因其具有軸向的磁通方向，從而決定了其結構不同于普通的徑向電機，軸向磁通電機具有小體積、低噪音、高轉速、高功率密度、優良的散熱性能等諸多優點。軸向磁通電機結構簡圖如圖1所示。
圖1 盤式電機典型結構
軸向磁通永磁同步電機根據轉子數量、相對位置及主磁路分類，其結構可分為四類：單定子單轉子結構、雙定子單轉子結構、單定子雙轉子結構及多盤式結構。
為了滿足整車安裝要求，結合電機性能參數要求，本文采用中間單轉子雙定子結構，該結構可更好滿足電機性能，同時獲得最小轉動慣量和最優的散熱條件，且中間轉子由于雙定子對稱結構將受到兩個相互抵消的磁拉力，提高軸承使用壽命，減少電機的機械損耗，有利于電機的穩定性，非常適用于電動汽車這種頻繁啟動場所，雙定子都可以形成旋轉磁場，可提高電機的電負荷。雙定子單轉子的軸向磁通電機結構簡圖如圖2所示。
圖2 雙定子單轉子軸向磁通電機
2 軸向磁通電機電磁方案設計
2.1 電機技術要求
該軸向磁通的電機工作性能指標如表1所示。
表1 電機性能指標
2.2 電機主要尺寸確定
針對該軸向磁通永磁同步電動機，首先確定電機定子鐵心外徑D和軸向長度La，根據相關資料介紹，軸向磁通電機主要尺寸之間的關系：
(1)
式中,PR電機額定輸出功率。
展開 
新能源汽車講解丨軸向磁場盤式電機
新能源汽車講解丨軸向磁場盤式電機
新能源汽車講解丨軸向磁場盤式電機
新能源汽車講解丨軸向磁場盤式電機
軸向磁通技術為電動汽車更添“動力”
最近，YASA 公司 CEO Chris Harris 曾在采訪中分享了軸向磁通電機的一些技術細節：
目前，電動汽車研發的焦點似乎更多集中在電池，但電機的發展也是必不可少的。軸向磁通電機有哪些顯著優點呢？
YASA 軸向磁通電機的獨特之處在于它比傳統的徑向電機更小、更輕。 YASA 軸向磁通電機在與雙速變速箱搭配時可提供更高的效率，進而降低電動汽車對電池的尺寸要求，最終幫助汽車制造商及其客戶提高電動車單次充電的續航里程或降低單位續航里程的成本。
與其他電機技術相比，YASA 軸向磁通電機在重量、成本、扭矩輸出和功率輸出方面有哪些優勢呢？
YASA 電機采用了獨特的拓撲結構，所以同等功率/扭矩輸出要求下使用的銅和鐵比傳統的徑向電機更少，因此具有更高的成本效益。與傳統電機相比，YASA 軸向磁通電機的尺寸只有前者的二分之一，而重量僅為三分之一。此外，制造和集成工藝也比傳統徑向電機更為簡潔，比如線圈的制造和集成可降低加工成本。
您是否認為，軸向磁通電機不但可以用于純電動汽車和油電混合汽車，還可以作為一種車輛增程器？
是的，我們的軸向磁通電機非常適合純電動汽車、油電混合汽車和車輛增程器應用，而且在這些領域均已有客戶。由于尺寸緊湊（不到 100 毫米的軸向長度），我們的電機非常適合混合動力應用，因為這種應用的發動機和變速箱間的空間非常狹小。
YASA 電機的轉速與內燃機不相上下，但尺寸卻遠小于后者，因此非常適合用于增程器應用中。
軸向通量技術的理論基礎早在 60 年前就已經成型，您認為，要讓這種技術真正從理論研究邁入大批量生產，到底面臨著哪些主要挑戰？
YASA 電機的真正獨特之處在于采用了全新拓撲結構。 我們使用分段式極靴，而非傳統的磁軛設計來集中磁通量。 我們還將直接冷卻電機中的線圈，并將轉子安裝在共同構成定子的中央軸承上。
展開 去稀土、軸向磁通落地，中國裝機 + 出口雙爆發
2025-2035 年全球電動車電機賽道規模有望破千億美元，年均復合增速超 12%，永磁電機仍占主流，去稀土化、軸向磁通落地等成核心方向。2025 年中國電機裝機 627.1 萬套同比增 30.6%，均價降 34%，800V+SiC 方案溢價顯著，還首次批量出口歐洲。弗迪、特斯拉等 TOP5 企業各展技術優勢，行業已進入 “拼技術” 階段。
一、2025-2035 電動汽車電機全景
2015-2023 年全球 500 余款車型統計，永磁（PM）電機始終占 75%以上。 預計 2025-2035 年，PM仍為主流。到 2035 年， 電機系統年均復合增速預計 大于 12% ，市場規模有望突破千億美元。
1、三大方向
1）去稀土化
2023 年特斯拉宣布次代電機“零稀土 ”，引發對鐵氧體、電磁鋼等替代 材料的新一輪投資。雷諾、寶馬、奧迪已量產繞線轉子或感應電機，歐洲OEM 把供應鏈安全置于性能之上。
2）結構革新
軸向磁通：功率/扭矩密度提升 15-30% ，戴姆勒收購YASA 、雷諾攜手 WHYLOT ，2025 年起批量上車。
輪轂電機：集成度最高，但簧下質量與散熱仍是痛點；Protean獲東風認 證，開啟車隊路測。
3）熱管理與系統集成
油冷、雙面水冷、相變材料多路線并進；800V高壓平臺推動SiC+高速電 機成為旗艦車型標配。
2、材料博弈
? 稀土供給集中在中國，價格波動導致 2021-2022 年磁材成本飆升。
? IDTechEx預測：單臺電機稀土用量將由 2023 年的約 200g降至 2030 年 100g以下；無磁方案占比由<5%提升至約 25%。
? 磁性材料、硅鋼薄片、銅/鋁繞組、碳纖維殼體成為供應鏈“新四樣 ”。
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