Axial Flux Motor 轴向磁通电机

转矩 $T=F\times r$。AFM 力作用半径 = 盘外圈 — 接近整机外径 (典型 0.4 × D)。径向电机力作用半径 = 转子外半径 = ~0.3 × D。同直径下 AFM 力矩臂大 33%。

径向:磁通走 stator 齿 → 气隙 → rotor 磁极 → rotor 轭 → 回 stator → 长路径。 AFM:磁通走 stator 盘 → 气隙 → rotor 盘 → 另一气隙 → 另一 stator 盘 → 短直接路径。

短磁路 → 铁损少 / 漏磁少 / 励磁电流少。

AFM 转子盘两侧都有气隙,两面都贡献力矩 → 同体积产出接近 2×(实际 1.5-1.7× 因为端绕组占空间)。

定子盘暴露大面积 → 直接接油冷 / 风冷 / 液冷 cold plate → 散热路径短 → Tj 可压低 20℃。

结构:单 stator 中央(无 yoke) + 双 rotor 两侧。

• stator 是分段模块 (typical 24-48 segments),每段独立绕组
• rotor 是钢盘 + 表贴 永磁体 (SPM 或 IPM)
• 双气隙都做功

优势:无 yoke → 铁损 -40%,功率密度业内最高 (15 kW/kg+) 劣势:轴承负载大 (rotor 双面磁拉力 + 振动) 代表:YASA Motors (Mercedes 2021 收购),EQXX 主驱用此

结构:双 stator + 单 rotor (中间)。

• rotor 盘形,两侧贴永磁
• 双 stator 镜像对称

优势:rotor 简单,轴承负载小 劣势:两个 stator → 重量大 代表:Magnax (比利时),商用车应用

结构:无定子铁芯,纯空气芯绕组。

• 极轻
• 但电感低 → 控制难

代表:Saietta, eVTOL 早期 prototype

rotor 盘上要贴大量永磁体 (典型 8-16 极)。形状必须精确:

• 圆扇形 (传统)
• 梯形 (磁通密度均匀)
• Halbach 阵列 (单面磁通,减磁轭重)

胶粘 + 玻纤套 防离心力 (转速 12000+ rpm 时 永磁体受 ton 级离心力)。失效模式:胶老化 → 永磁体飞出 → 卡死。

AFM rotor 两侧都有 stator,两个气隙必须对称(典型 ±0.2 mm)。轴承轴向窜动一旦超限 → rotor 蹭 stator → 烧。

对策:

• 高精度推力轴承 (主驱级)
• 油膜支撑 (eVTOL 高端)
• 主动磁悬浮 (实验室)

定子盘上绕扁平绕组,典型方案:

• PCB 平面绕组 (薄 + 一致,但电流密度低)
• Hairpin 改 disk version (高功率密度但工艺难)
• 扁平铜带 (Equipmake)

关键:端部弯角处 (绕组从一极进入相邻极) 是漏磁 + 应力集中点。

eVTOL 要求功率密度 10+ kW/kg + 大转矩低速 (螺旋桨直接驱动 1500-3000 rpm):

• YASA P400 100kW/15kg @ 9000 rpm
• Magnax MMG 40-200 200kW/20kg
• Joby Aviation S4 6 个 AFM 电机推 4 螺旋桨
• Lilium / Volocopter 也用 AFM

高性能 EV 是 AFM 切入乘用车的第一道窗口,理由是车身预算允许为功率密度付溢价:

• Mercedes EQXX (2022 concept) 1000 km 续航,主驱 YASA 750
• Mercedes EQS 后续计划切 AFM (2025+)
• Ferrari SF90 Stradale 后桥用 AFM 紧凑布置

摩托空间紧、追求轻,AFM 扁平外形天然契合,在小批量高端车型已成主流:

• Saietta D250 紧凑型摩托主驱
• Lightning Motorcycles LS-218 部分车型

AFM 扁平天然适合塞进车轮内,但簧下质量是绕不开的牺牲——它直接拉低悬挂响应速度与操控,所以乘用车至今没有大规模普及:

• 4WD 独立控制每个轮
• 缺点:簧下质量大 → 操控差
• 现状:商用客车 / 卡车少量,乘用车未普及