在電機(jī)技術(shù)邁向高功率密度、高能效與高集成度的時(shí)代，軸向磁通電機(jī)逐漸走向產(chǎn)業(yè)化。但，并非所有“軸向磁通電機(jī)”都具備相同的性能表現(xiàn)，真正的差異而在于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇之中。

什么是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)？

在電機(jī)領(lǐng)域，“拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)”指的是電機(jī)內(nèi)部主要部件（如定子、轉(zhuǎn)子、永磁體、繞組等）在空間上的相對布置方式和連接關(guān)系。

簡言之：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)=電機(jī)“怎么搭”的基本方案。它不關(guān)乎細(xì)節(jié)參數(shù)，而關(guān)乎整體架構(gòu)邏輯，是理解電機(jī)性能差異的起點(diǎn)。

在軸向磁通電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，可分為單定子、雙定子、YASA、多盤堆疊... 這些看似只是布局變化的構(gòu)型，實(shí)則決定了電機(jī)在轉(zhuǎn)矩密度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、散熱能力乃至可制造性上的根本分野。

本文將系統(tǒng)解析軸向磁通電機(jī)的四種典型拓?fù)渎窂剑沂靖髯詭淼男阅軆?yōu)勢與工程挑戰(zhàn)。

一、 典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類

·單定子-單轉(zhuǎn)子

常見的基礎(chǔ)構(gòu)型，一側(cè)為定子繞組，另一側(cè)為永磁轉(zhuǎn)子。結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但存在明顯的單邊磁拉力問題。

·雙定子-單轉(zhuǎn)子

永磁體位于中間轉(zhuǎn)子盤上，兩側(cè)對稱布置定子鐵芯與繞組。磁路閉合路徑短且對稱，是目前中高端應(yīng)用的主流拓?fù)渲弧?/span>

·單定子-雙轉(zhuǎn)子

定子無鐵軛，僅保留分段齒部，繞組以獨(dú)立線圈形式嵌入；兩側(cè)均為永磁轉(zhuǎn)子。該結(jié)構(gòu)代表了當(dāng)前軸向磁通電機(jī)的性能巔峰。

·多盤式結(jié)構(gòu)

將多個(gè)軸向磁通單元沿軸向堆疊，形成模塊化電機(jī)系統(tǒng)，可靈活擴(kuò)展功率并具備容錯(cuò)能力。

這些拓?fù)湓诖怕烽]合方式、繞組布置形式、散熱路徑設(shè)計(jì)以及轉(zhuǎn)矩密度潛力等方面存在顯著差異，直接決定了其適用場景與制造復(fù)雜度。

二、 不同拓?fù)鋷淼男阅懿町?/span>

（1） 更高的轉(zhuǎn)矩密度與功率密度

軸向磁通電機(jī)的磁路呈平面放射狀分布，氣隙面積遠(yuǎn)大于同等外徑的徑向電機(jī)，從而能更高能效地利用永磁體的有效面積。

尤其是YASA結(jié)構(gòu)，通過去除傳統(tǒng)定子鐵軛，大幅減輕重量并消除鐵芯中的渦流與磁滯損耗，實(shí)現(xiàn)高的轉(zhuǎn)矩/ 質(zhì)量比。

（2） 更低的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與更快動(dòng)態(tài)響應(yīng)

軸向磁通電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常設(shè)計(jì)為輕薄盤狀，質(zhì)量高度集中于旋轉(zhuǎn)軸附近，因此轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。這一特性使其適用于對加速/減速性能要求嚴(yán)苛的應(yīng)用場景，如電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、飛輪儲能裝置、無人機(jī)推進(jìn)電機(jī)等。

（3） 天然扁平化結(jié)構(gòu)，利于系統(tǒng)集成

該電機(jī)呈“餅狀”外形，軸向尺寸短、徑向尺寸大，適合空間軸向受限但允許大直徑的場合。

（4）散熱路徑優(yōu)化

在TORUS型或雙定子結(jié)構(gòu)中，定子被夾在兩個(gè)轉(zhuǎn)子間，熱量可從兩側(cè)同時(shí)導(dǎo)出，顯著提升散熱效率。

而在YASA結(jié)構(gòu)中，繞組裸露在外，無鐵芯包裹，可直接進(jìn)行風(fēng)冷甚至液冷，熱管理效率高。

（5）端部繞組損耗顯著降低

在軸向磁通電機(jī)（尤其是無鐵軛結(jié)構(gòu)）的繞組端部較短，甚至完全取消端部（采用分段線圈直接連接），大幅減少銅損，提升整體效率。

（6） 磁路不對稱性與制造挑戰(zhàn)帶來的性能權(quán)衡

※單定子-單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)存在顯著的單邊磁拉力，需額外加強(qiáng)軸承支撐，長期運(yùn)行易引發(fā)振動(dòng)、噪聲及壽命衰減。

※雙定子或雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)雖可實(shí)現(xiàn)磁拉力自平衡，但對制造裝配精度要求高，尤其是氣隙均勻性，否則將導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩波動(dòng)與效率下降。

（7） 多盤堆疊實(shí)現(xiàn)模塊化與冗余

多個(gè)軸向磁通盤可沿軸向靈活堆疊，形成模塊化電機(jī)系統(tǒng)，既能按需擴(kuò)展功率，又具備容錯(cuò)運(yùn)行能力等。

綜上，不同拓?fù)湓谛阅苌细饔星?，但它們共同面臨一個(gè)瓶頸：制造復(fù)雜度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)徑向電機(jī)。由于該電機(jī)的氣隙均勻性、永磁體定位、無骨架繞組固定、多盤對中等工藝環(huán)節(jié)，均對設(shè)備精度、自動(dòng)化水平和過程控制提出高要求。

而軸向磁通電機(jī)并非一個(gè)單一技術(shù)，而是一個(gè)由多種拓?fù)錁?gòu)成的“性能光譜”。從單定子的入門嘗試，到YASA的性能極限，再到多盤堆疊的系統(tǒng)級創(chuàng)新，每一種結(jié)構(gòu)都代表了一種工程取舍與應(yīng)用場景的匹配。

也正因如此，軸向磁通電機(jī)尚未被大規(guī)模普及的核心原因——不是設(shè)計(jì)不行，而是量產(chǎn)能力不足。隨著智能制造技術(shù)的進(jìn)步，合利士作為電機(jī)智能裝備研發(fā)與生產(chǎn)的解決方案供應(yīng)商，可基于客戶具體的產(chǎn)品構(gòu)型與性能目標(biāo)，對其制造可行性進(jìn)行系統(tǒng)評估，并在此基礎(chǔ)上探討匹配的工藝路徑與裝備方案。

這種從結(jié)構(gòu)出發(fā)，以量產(chǎn)落地為導(dǎo)向的協(xié)作方式，正成為推動(dòng)軸向磁通電機(jī)技術(shù)走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵支撐。