汽车行业深度报告：轴向磁通电机：高功率密度等特点有望助力其成为下一代执行器用电机

投资评级：（）报告日期：推荐维持2025年10月14日 ◼分析师：林子健◼SAC编号：S1050523090001 投 资 要 点 轴向磁通电机结构优势明显，具有高功率密度等特点： 轴向磁通电机是一种磁通路径与转轴平行的盘式电机。相比传统径向磁通电机，在同等功率下，其重量和轴向尺寸可减半，高效区间更广，高效面积可达90%以上，扭矩密度和功率密度显著提升。设计灵活，可根据应用需求组合转子与定子数量，为电动飞行器、电动汽车及机器人关节等提供理想动力。其扁平化结构和高性能特性，有望使其成为人形机器人驱动电机的首选方案。 精密盘式结构、散热等问题制约轴向磁通电机量产： 轴向磁通电机盘式结构带来制造复杂性：1、微小气隙偏差会影响磁通分布和轴向磁吸力，易引发振动与噪音，降低寿命。2、散热压力大：夹层结构和高比功率导致热容量低，转子磁钢易过热、退磁风险增加。3、成本较高：材料特殊、制造复杂，量产成本高。4、机械应力大：大半径转子在高速旋转下承受离心力，对结构稳定性构成挑战。 SMC一体压铸、定子结构优化等有望加速轴向磁通电机商业应用： 目前行业主要采用：1、SMC一体压铸：具各向同性磁性，可支持复杂三维磁通设计，适配3D打印，实现大规模稳定制造。2、PCB定子：无铁芯设计减轻重量、降低涡流损耗，提升效率与可靠性。3、结构优化：扁平线圈提高槽填充率，磁场更强，功率增加20–30%；线圈形状优化提升散热效率。4、强化散热：液冷通道、相变材料及碳纳米管等新型应用，显著增强热管理能力。 推荐关注在SMC、PCB定子及电机领域积累较深的企业： 相关标的：卧龙电驱、信质集团、东睦股份、易德龙。 风 险 提 示 轴向磁通电机规模化生成不及预期 厂商送样进展不及预期 人形机器人、乘用车方面商用进展不及预期 2.盘式结构、散热等问题制约轴向磁通电机量产3.SMC一体压铸、定子结构优化等措施有望加速轴向磁通电机商业应用1.轴向磁通电机结构优势明显，具有高功率密度等特点4.推荐关注在SMC、PCB定子及电机领域积累较深的企业 目录CONTENTS 01轴向磁通电机结构优势明显，具有高功率密度等特点 1.1旋转及线性执行器共同构成人形机器人核心动力单元 执行器是机器人实现运动的核心部件，按传动形式可分为旋转与线性两类。执行器（即一体化关节）是将电机的旋转运动转化为连杆机构运动的关键组件，是机器人实现动作的核心动力单元。电机作为执行器的核心零部件，负责将电能转化为机械能，为整体运动提供驱动力。人形机器人躯干中的执行器可分为两类：旋转执行器与线性执行器，主要区别在于其传动机构形式——前者通常采用减速器，后者则采用行星滚柱丝杠。以特斯拉Optimus为例，其全身配置14个线性执行器与14个旋转执行器，通过协同运作实现精确灵活的运动控制。 1.2电机是执行器核心部件，通过电磁感应原理实现能量转换 电机是通过电磁感应实现能量或信号转换的电气设备，可按功能或结构分为发电机、电动机等多种类型。电机是一种依靠电磁感应原理运行的电气设备，用于实现机械能与电能之间的转换，或不同形式电能及信号之间的传递与转换。电机种类繁多、结构多样、性能各异，通常可从以下两方面进行分类：①按能量转换或传递的功能及用途，可分为发电机、电动机、变压器和控制电机；②按结构特点及电源类型，可分为变压器与旋转电机两大类。其中，旋转电机具有相对旋转的运动部件，可进一步细分为控制电动机、功率电动机及信号电机。旋转电机分类 1.3轴向磁通电机：磁通量平行于轴线的电机，盘式结构带来性能优势 轴向磁通电机通过改变磁通方向与结构布局，使转子位于定子侧面，实现更高的功率密度与设计灵活性。轴向磁通电机（又称“盘式电机”）是一种磁通路径区别于传统径向电机的创新型电机，其气隙为平面结构，气隙磁场方向与电机轴线平行。与普通电机相比，轴向磁通电机在结构上最大的特点是转子位于定子的侧面，而非包覆于定子内部。此设计使转子直径可显著增大，从而带来更高的转矩密度与结构设计灵活性，成为新一代高性能驱动系统的重要发展方向。 诚信、专业、稳健、高效 1.4轴向磁通电机设计灵活，可根据定转子不同数量组合成多类型 轴向磁通电机可根据定转子组合分为多种结构形式，不同配置在功率密度、受力特性及应用领域上各具优势。根据定子与转子的组合方式，轴向磁通电机可分为以下四种典型结构： 1、单定子/单转子结构：由一个转子与一个定子组成，结构简单、体积紧凑，但存在单边磁拉力大、轴承负荷高、振动噪音明显及定转子摩擦风险，影响电机寿命。 2、单定子/双转子结构：由一个内定子与两个外转子构成，功率密度高，能在有限空间内输出更大转矩，适用于牵引系统、航空航天等对性能密度要求高的领域。 3、双定子/单转子结构：由一个内定子与两个外转子组成，结构对称性好，可有效降低单边磁拉力，常用于风力发电等需要稳定运行的系统。4、多定子/多转子结构：由多个定子与转子叠加形成，能输出极高转矩，适合 船舶推进、大型风力与水力发电机组等大功率场景。 1.5轴向磁通电机拥有高转矩与高功率密度优势 轴向磁通电机因转矩与转子直径立方成正比，在相同材料与转速条件下可实现4倍扭矩提升。电机的能量输出主要以转矩衡量，转矩定义为力×半径。对于轴向磁通电机，其转矩与转子直径的立方成正比，而传统径向磁通电机的转矩仅与转子直径的平方成正比，因此在相同的受力条件下，轴向磁通电机能获得更高的转矩输出。功率密度与扭矩密度通过转速相联系，公式为P=T×ω（功率=转矩×角速度），即在相同转速下，轴向磁通电机可实现更高功率输出。总体来看，在使用相同数量的永磁材料与铜线材料时，轴向磁通电机可较径向磁通电机实现4倍扭矩提升，展现出显著的能量转换效率优势。 1.6轴向磁通电机性能跃升，国内厂商已实现规模化量产与应用 轴向磁通电机在同等功率下实现更轻、更薄、更高效的性能表现，国内厂商盘毂动力已率先实现规模化量产与技术领先。在相同功率条件下，轴向磁通电机相较于传统径向磁通电机具备显著的性能优势：整机重量可减轻约50%，轴向尺寸缩短约50%，高效运行区间更广，高效区（效率＞90%）覆盖面积超过90%，同时扭矩密度与功率密度均大幅提升。国内领先厂商盘毂动力已率先实现轴向磁通电机的规模化量产与应用，在细分领域专利储备方面处于行业领先地位。其量产电机功率密度可达21kW/kg，产品功率覆盖63W至900kW，可满足从轻型装备到大型动力系统的多场景应用需求，标志着国产轴向磁通电机产业化的关键突破。 1.7轴向磁通电机：高比功率驱动的前沿技术与产业布局 新型轴向磁通电机作为实现高比功率与高转矩密度电驱动的前沿技术，正由国内科创企业与部分上市公司加速布局。新型轴向磁通电机技术是实现高比功率、高转矩密度电驱动系统的关键前沿方向，代表着电机技术由传统结构向高效轻量化的演进趋势。目前，产品与技术研发主要集中于少数高新科创企业及高校科研团队。在A股上市公司中，已有多家企业积极布局相关技术，包括东睦股份（小象电机）、信质集团、卧龙电驱等等。这些企业正围绕材料、结构设计、制造工艺等环节展开协同创新，为轴向磁通电机的国产化与规模化应用奠定基础。 1.8轴向磁通电机在航空电动化等多领域的应用与轮边驱动潜力 凭借高转矩密度与紧凑结构，轴向磁通电机正加速渗透至新能源汽车、机器人及风电等领域。目前，轴向磁通电机已广泛应用于新能源汽车、航空航天、船舶推进、机器人以及风力发电等对高转矩密度与结构紧凑性要求极高的领域。其小体积与低理论成本的特性，有望有效解决轮边电机在成本、体积与集成度方面的瓶颈问题，推动轮边驱动系统的大规模商业化应用。此外，凭借更高的功率密度与轻量化结构设计，轴向磁通电机能够在减少簧下质量的同时输出充足扭矩，为轮毂电机的批量化推广提供了关键技术支撑。 轴向磁通电机应用 功率密度适配航空电气化要求：2021年，ACCEL项 目 拥 有400KW的 推 进 功 率。据M&M预估，飞机用电机市场规模将从2022年的82亿美元增长到2027年的129亿美元，年复合增长率为9.4%。其中，5-10kW/kg功率密度的轴向电机将在预测期内占据最大的市场份额。 机器人执行器要求快速性，电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短；起动转矩惯量比大，在驱动负载的情况下，要求机器人关节电机的起动转矩大，转动惯量小；体积小、质量小、轴向尺寸短；能经受得起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减速运行，并能在短时间内承受过载。轴向磁通电机十分契合 体积小功率密度便于布置：其功率密度优势，能够在保持轻量化，减少簧下质量的同时能够输出足够的扭矩，推动轮毂电机的批量应用。 资料来源：明阳电路，华鑫证券研究所 诚信、专业、稳健、高效 1.9轴向磁通电机市场空间巨大 02盘式结构、散热等问题制约轴向磁通电机量产 2.1轴向磁通电机的优势与挑战并存 轴向磁通电机具备高功率密度与设计灵活等显著优势，但仍面临制造复杂、散热困难及成本偏高等工程挑战。轴向磁通与传统径向磁通电机相比，轴向磁通电机展现出多方面的性能优势：1、结构轻巧紧凑；2、转矩与功率密度更高；3、绕组利用率更高；4、制造与设计自由度更大，便于定制化开发与模块化设计。然而，轴向磁通电机也存在结构性挑战：1、盘式结构制造复杂度高；2、内部散热难度加大，热管理设计更具挑战；3、整体成本较高，规模化经济尚待形成；4、高负载下机械应力集中，需优化结构与材料方案。 2.2轴向磁通电机制造精度与工艺挑战限制量产 轴向磁通电机因微小气隙偏差即可影响性能，且复杂3D结构难以采用传统叠片工艺，批量生产面临装配精度和制造工艺双重挑战。由于其气隙呈平面结构，任何微小的轴向装配偏差都会直接改变气隙长度，从而影响磁通分布、效率及轴向磁吸力平衡。如果两侧气隙存在微小不一致，将导致轴向磁吸力失衡，引发剧烈振动与噪音，同时大幅增加轴承载荷和能量损耗。为了实现高效率，轴向磁通电机通常需要极小气隙设计，这意味着微米级的装配偏差即可导致性能显著下降。此外，传统径向电机依赖叠片堆叠工艺制造，而轴向磁通电机的三维磁场几何结构使其难以采用相同工艺，进一步限制了其批量化生产能力。因此，实现高精度装配与创新制造工艺是推动轴向磁通电机规模化应用的关键。 2.3轴向磁通电机的盘式结构使散热与热管理面临挑战 轴向磁通电机因夹层结构与高比功率设计易出现散热不足，转子磁钢过热存在退磁风险，影响整体性能。轴向磁通电机因夹层结构与高比功率设计易出现散热不足，转子磁钢过热存在退磁风险，影响整体性能。轴向磁通电机通常采用夹层结构设计，这使得双转子-单定子电机的中间定子以及双定子-单转子电机的中间转子散热变得困难。同时，高比功率特性意味着电机整体热容量较低，容易出现显著的温升问题。在运行过程中，转子自身发热叠加定子的热辐射，会导致转子永磁体温度升高，存在退磁风险，进而直接影响电机的输出性能与可靠性。因此，高效的热管理与散热设计是保证轴向磁通电机稳定运行的关键技术环节。 03SMC一体压铸、定子结构优化等有望加速轴向磁通电机商业应用 3.1软磁复合材料（SMC）助力轴向磁通电机规模化制造 SMC材料因各向同性磁性、低涡流损耗及三维磁通设计支持，实现轴向磁通电机高性能、低能耗和批量稳定制造。软磁复合材料（SMC）是一种由铁基粉末与电绝缘粘合剂压制成型的磁性材料，通过粉末冶金工艺制备，使磁性颗粒间形成绝缘层，从而有效降低涡流损耗。同时，优化磁路分布与颗粒界面特性，可实现更优的热稳定性，形成高效、低能耗的材料体系。相较于传统硅钢片，SMC具有各向同性磁性能，能够支持复杂的三维磁通路径设计，并适用于3D打印技术，使电机设计更加灵活，兼顾性能与成本。其优良的电磁特性与机械强度，使轴向磁通SMC定子能够实现大批量稳定生产。目前，小象电机通过工艺优化，定子一致性提升超过15%，综合良品率达到96%以上。 3.2无铁芯设计有望形成轴向磁通电机轻量化与模块化制造优势 无铁芯设计通过模