轴向磁通电机为何在电动汽车中备受关注?

电动汽车技术
作者: Deniz Erkan
创建: 21 十月 2026

与同体积电机相比可输出两到四倍扭矩的轴向磁通电机,正在为电动汽车的功率密度划定新的界限.

分享此页面

在轴向磁通电机中,磁通沿着与电机旋转轴平行的方向流动;与传统的径向磁通电机中垂直于旋转轴的径向(锚式)方向磁通不同,磁通以一条直线穿过盘形转子从一极到达另一极.这种短的磁通路径和较大的有效直径,使得同样体积能够输出更多的扭矩和功率;因此轴向磁通架构在注重性能的电动汽车中被越来越多地讨论.那么,为什么它没有用在每辆车上,而是仍然只用于部分精选车型?

亮点

在合适的设计下,轴向磁通电机相比径向磁通的同类产品 扭矩密度可高出 2-4倍.
在实验室原型中, 550 kW 的功率、 13.1 kg 的质量和 42 kW/kg 的功率密度已被报道.
梅赛德斯-奔驰已于2026年6月在柏林-马里恩费尔德开始了轴向磁通电机的大规模量产.
热管理和制造复杂性仍是这一架构的主要瓶颈.

什么是轴向磁通?它与径向磁通有何不同?

在任何电动机中,磁通从磁体出发,穿过气隙到达绕组,并沿着一条闭合路径返回.区别在于这条路径的几何形状.在径向磁通电机中——这是当今电动汽车的主流拓扑结构——定子是一个圆柱形叠片,磁通沿圆柱的径向,即垂直于旋转轴的方向通过.磁通从转子的一极到定子齿,再经定子轭铁到另一个齿,然后到达转子的另一极,需要走过一段较长的路径.

而在轴向磁通电机中,转子和定子变成了沿轴排列的盘片;气隙也是平面型的.磁通穿过气隙直接从一极到另一极,沿着与轴平行的方向.这条短路径降低了磁路的磁阻,使磁场保持强大,并提升了效率和功率密度.此外,由于磁通路径是单向的,可以使用取向电工钢;这种材料具有更高的磁导率,可减少铁损,从而带来高达2%的效率提升.

常见的配置

轴向磁通电机有三种基本排列方式:

单定子-单转子: 结构最简单,但单侧磁吸力会加重转子负担,且需要轭铁.
双定子-单转子: 两个定子从两侧包裹转子;磁吸力得到平衡,在高功率应用中是最常见的选择.
单定子-双转子: 消除了对轭铁的需求;提供更轻、更高效的结构.

为什么同样的体积能输出更多扭矩?

扭矩等于力与半径的乘积.在径向磁通电机中,由于有效材料位于圆柱形叠片内部,产生扭矩的表面按直径的平方缩放.而在轴向磁通设计中,有效材料可以沿盘片的外半径扩展到很大的面积,扭矩随转子直径的立方增长.对于同样的安装体积,磁表面和冷却表面也更大.

用数字来看:根据电机的不同,轴向磁通电机的扭矩密度可比标准径向磁通电机高出2-4倍.最引人注目的原型例子是, 550 kW (738马力) 且仅重 13.1 kg 的电机: 42 kW/kg 的功率密度,被称为迄今公布的最高的数值.作为对比,其中一家以续航和效率为导向的竞争对手的500 kW电机重31.4 kg,功率密度为16 kW/kg.而一个接近量产的例子则更为保守:一台重37 kg、扭矩800 Nm、轴向长度98 mm的可堆叠电机,功率密度超过5 kW/kg.

电机	峰值功率	质量	功率密度
轴向磁通原型电机 (2025)	550 kW	13.1 kg	42 kW/kg
径向磁通参考电机 (高端)	500 kW	31.4 kg	16 kW/kg
面向量产的轴向磁通电机	-	37 kg	>5 kW/kg
航空级轴向磁通电机 (示例区间)	-	-	4.58–5.02 kW/kg

从表格中得出的结论很明确:轴向磁通在峰值功率密度上明显领先;但这一优势并非在所有转速和所有工况点下都成立.低转速时轴向磁通能提供更好的扭矩,而高转速时径向磁通能够输出更高的功率.此外,轴向磁通并非在所有工况点下都自动更高效;效率取决于设计、材料、转速和冷却策略.

为什么轴向磁通电机成为电动汽车领域的热门话题?

因为性能细分领域的具体产品已经上路了. Mercedes-AMG GT 4-Touring Coupe作为首批采用轴向磁通电机量产应用之一而备受瞩目;官方宣布其 variant 搭载三台轴向磁通电机 860 kW (1.169马力)的峰值功率.公司已于2026年6月在柏林-Marienfelde工厂启动这些电机的大规模量产,并表示生产需要极高的精度、工艺可靠性和自动化水平.在概念阶段,搭载三台轴向磁通电机的 AMG GT XX Concept被宣布其电机拥有三倍的功率密度和低三分之一的质量;AMG.EA平台将这些电机与直冷电池单元相结合.

第二个原因是这种拓扑结构带来的布置自由度.轴向磁通电机可以堆叠成薄盘状;轴向上仅98 mm这样的短长度,使得电机能够嵌入本已拥挤的动力总成之中.同样的几何结构对轮毂电机也颇具吸引力:由于其质量较低,不会过多增加悬挂系统的非簧载质量,轴向磁通被视为轮毂电机架构最有力的候选之一——尽管也有竞争对手在开发无重复绕组的双转子径向磁通轮毂电机,这场架构之争仍在继续.

第三个参考来自航空领域.一架打破电动速度纪录的飞机使用三台轴向磁通电机飞行;电机供应商正在以50 kW/kg为目标推进航空级产品.汽车与航空业同时转向同一拓扑结构,正不断放大工程界的关注和公众的好奇心.

YASA的足迹

YASA - 其名称源自Yokeless and Segmented Armature(无轭分段电枢)架构,如今是梅赛德斯-奔驰的子公司 - 是轴向磁通技术在汽车领域最知名的名字.其电机 Koenigsegg Regera、 Ferrari SF90 Stradale 和 296 GTB、 Lamborghini Revuelto 以及 McLaren Artura 等混动和电动性能车型中得到应用; Jaguar C-X75 概念车上也曾采用.这些车型全部属于性能细分市场并非巧合:这项技术仍然昂贵且制造难度大,因此率先进入高端细分市场.

量产的障碍

Aksiyel akı motorların henüz her garajda olmamasının sebebi mühendislik zekâsı değil, onlarca yıllık üretim zincirine sahip radyal akı rakiplerinin olgunluğudur.

电磁优势是一回事,将其规模化到数十万台则是另一回事.轴向磁通技术尚未普及有着具体的原因:

机械限制: 宽大的转子盘会产生高惯量和显著的离心力,可能限制最高转速.转子盘必须承受机械应力并满足严格的气隙公差要求.
制造精度: 平面度、同心度、动平衡和公差控制比径向磁通更为关键.楔形分段可能导致磁通分布不均,向中心收窄的分段会限制绕组空间.
成本: 昂贵的粘接和装配工艺阻碍了许多概念走向量产.汽车制造商在量产前要求长期可靠性验证.
成熟度差距: 径向磁通电机拥有数十年历史、供应商众多的成熟生产链条;而轴向磁通的生产设备则不够成熟.

热管理:约束性瓶颈

紧凑的轴向结构缩小了向外散热的表面积.对于持续性能而言,热管理在文献中被定义为明确的约束性瓶颈;由于热量密度高,业界正在研究液体冷却方案.在相同体积下拥有更大的冷却面积是优势,但热源的几何结构与径向磁通不同,冷却通道在盘面平面上的布置又带来一个独立的设计难题.实际结果是:轴向磁通电机可以轻松短时输出峰值功率,而持续功率则由热极限决定.

齿槽转矩与声学

永磁轴向电机中的齿槽转矩 - 即转子趋于与定子齿上的磁体对齐所产生的转矩波动 - 可能成为振动和低速时的声学噪声来源.诸如交替磁极分布等缓解技术已经存在,这是在制造公差之外增加的一层设计优化.

结论:优势真实,道路漫长

轴向磁通架构在物理层面有充分依据:短磁路、大有效直径,以及扭矩随直径的立方增长的特性. 达到42 kW/kg的原型机数值证明这一优势并非空谈. 但同样的物理特性也带来了大转子、严苛的热管理以及苛刻的生产公差.今天的局面是:径向磁通电机凭借效率、成本和生产成熟度支撑着主流市场;轴向磁通则在扭矩和功率密度起决定性作用的每个领域——高性能汽车、轮毂电机架构和电动航空——作为强有力的替代方案不断推进.梅赛德斯-奔驰于2026年启动的大规模量产,将成为这一拓扑结构走出小众市场的首个重大考验.