这台扁平如盘的电机,正在同时改变机器人、超跑和飞行器
2025 年春晚,宇树的人形机器人翻跟斗、做大回旋,动作利落得不像是机器。内行一眼就能看出来,关节电机没有两把刷子,根本撑不住这种瞬间爆发力。
撑住这个场面的,不是什么传统圆柱电机,而是一种扁平的盘式电机——轴向磁通电机。
这两年,轴向磁通这个词在行业里越来越热。人形机器人在用,法拉利超跑在用,天上的 eVTOL 飞行器也在用。三个领域看上去八竿子打不着,怎么就盯上了同一种电机?
圆柱变盘子,带来了什么?
见过传统电机的人都知道,里面是一个圆柱套一个圆柱:定子铁芯包着转子,磁力线沿着半径方向穿过气隙。这种叫径向磁通电机,从电风扇到新能源车的驱动电机,绝大多数都长这样。
轴向磁通电机把结构翻了个面。定子和转子都做成盘状,面对面放置,气隙是一个平面,磁力线平行于转轴穿过。因为整个电机是扁的,业内也叫它盘式电机。
传统径向磁通电机与新型轴向磁通电机对比
结构一变,几个数字就跟着变了。盘毂动力的实测数据:同等功率下,轴向磁通电机比径向版本轻 50%,轴向厚度砍掉一半,而且效率超过 90% 的运行区间能覆盖绝大部分工况。说白了,同样力气的电机,轴向方案更轻、更薄、高效范围更宽。
这三个特点分开看不稀奇,凑在一起就很有意思了——刚好击中了几个正在爆发的新场景。
人形机器人:"短粗"比"细长"好用
机器人关节空间有多紧张?髋关节、膝关节里面要塞电机、减速器、编码器、线缆,同时还要输出接近 400N·m 的峰值扭矩来支撑行走和跳跃。这不是"既要又要",是物理空间的硬约束。
现在的通用方案是内转子无框力矩电机(径向磁通)配谐波减速器。问题出在扭矩密度上。想加扭矩就得拉长电机,但关节里没那么多轴向空间。
轴向磁通电机刚好反着来。转子盘在定子侧面而不是包在铁芯里,同样的轴向尺寸可以把直径做大,直径每大一点,扭矩往上跳好几个台阶。所以在这种"短粗"比"细长"更占便宜的场景里,轴向方案有天然优势。
国内青龙人形机器人已经把方案落地了。腿部前摆和膝关节用轴向磁通电机,峰值扭矩 396N·m,扭矩密度做到 200N·m/kg。说个对比:一般工业伺服电机的扭矩密度通常只有这个数值的几分之一。
轴向磁通电机爆炸图——盘式结构让转子直径可以做得更大
重载关节(腿、髋)大概率是轴向磁通电机先跑通的场景。而在机器人灵巧手这种空间更极限的末端,用印刷电路板代替传统绕组的 PCB 轴向磁通电机,也是一个值得关注的方向。
青龙机器人关节采用轴向磁通电机方案,峰值扭矩密度达200N·m/kg
国内这条链上已经有不少企业在动了。盘毂动力给青龙供关节电机,小象电动专攻重载关节,方正电机、伟创电气、步科股份也在做适配。国外的 YASA(已经被奔驰全资收了)、比利时的 Magnax 也在从高端超跑往机器人这边切。
超跑和轮毂:汽车端的两种打法
汽车圈用轴向磁通电机,走得最远的是法拉利。SF90 Stradale 和 296 GTB 的混动系统里,YASA 的轴向磁通电机就在发动机舱里塞着。超跑对重量和体积极度敏感:多一公斤、多一寸都不行,轴向方案刚好对症。
但超跑离普通人太远。更值得行业关注的,是轮毂电机这个方向。
轮毂电机的思路很直白:把电机塞进车轮里,砍掉传动轴、减速器、差速器整套机械链。轴向磁通电机天生扁平,塞进轮毂比圆柱电机自然得多。
轴向磁通电机扭矩/质量比明显优于传统电机
当然要说清楚,轮毂电机现在还没到大规模装车的时候。散热怎么搞、簧下质量怎么控、可靠性怎么保证,每个问题都不小。但方向是对的,尤其商用车的电驱桥和高端电驱平台,对"又轻又小又出力"的需求是真实的。
eVTOL:每一克都要算账
汽车还能忍受电机重个几公斤,eVTOL 不行。电池包已经占了大半起飞重量,电机再重,飞行的经济账就算不过来了。
所以飞行器的电机选型,功重比是第一位指标。轴向磁通电机同等功率更轻更小,在这个场景下优势几乎是碾压式的。
Joby Aviation 的 S4 机型目前在用的还是径向磁通方案(单台 60kW 级别),但行业风向已经在转。国内卧龙电驱的航空电机产品线覆盖了 2kW 到 175kW,和商飞、吉利沃飞都签了合作。天津松正、深圳北极鸥等也在做 eVTOL 电推进系统的配套。
市场端的数字也可以看一下:据行业预测,2030 年全球 eVTOL 需求约 2 万架,按每架 8-12 个电机算,光这个细分赛道就是 16-24 万台的电机增量。轴向磁通电机在这个盘子里能切多大的蛋糕,取决于成本和产能爬坡速度。
两个绕不过去的坎
上面说了很多好话,但轴向磁通电机目前还不便宜,也不好造。
先说成本。据行业统计,轴向方案量产成本比径向高 20%-30%。高矫顽力钕铁硼磁钢要加镝和铽,本身就贵;碳纤维复合材料也不便宜;更关键的是,气隙精度要到微米级,产线自动化程度远不如传统电机,良品率也偏低。
散热是结构带来的老问题。双转子机型的热量闷在中间定子里散不掉,加上功率密度高意味着热流密度也高。目前业内试过的方案有几种:超高导热新材料、优化风道和水道、主动冷却——方向不少,但都没有到"一劳永逸"的程度。
乐观的一面也有。据 QYResearch 数据,2024 年全球轴向磁通永磁电机产量约 32 万台,年产能接近 41 万台。人形机器人和 eVTOL 如果进入量产爬坡期,规模效应会把成本往下拉。这个品类的产业化,现在是实实在在在往前走的。
轴向磁通电机不是什么实验室里的概念产品。它在超跑上跑了好几年,在人形机器人关节里开始批量供货,在 eVTOL 供应链里被反复测试验证。
对做电机的人来说,这个品类最值得关注的,不是它能不能替掉径向磁通电机——大概率是长期共存——而是它打开了哪些传统电机进不去的场景。人形机器人全身几十个关节,eVTOL 整机几十台电机,这些增量市场才是真正的想象空间。
盘式轴向磁通电机独特的扁平磁路、多层平行磁极结构,对转子充磁均匀度、磁场一致性、磁通检测精度提出远高于传统圆柱电机的严苛标准,复杂分块磁钢、海尔贝克阵列设计极易出现充磁不足、磁场波形畸变、磁极偏移等问题,直接拉低电机扭矩密度与运行稳定性,也是制约行业量产良品率提升的核心工艺卡点。想要充分释放轴向磁通电机轻量化、高扭矩密度的性能优势,一套适配复杂磁路的高精度整体充磁与检测方案必不可少。
宁波兴隆磁性技术有限公司深耕电机整体充磁测试解决方案多年,精准匹配人形机器人关节电机、高端电驱、航空飞行器电机全产业链生产需求,产品线全面覆盖各类中小型转子充磁测试、伺服电机转子充磁测试、EV 电驱转子充磁测试,针对轴向磁通电机这类等级复杂磁路,可提供定制化高精度充磁成套方案,一站式解决盘式转子磁密不均、充磁精度不足、批量一致性差等量产痛点,搭配完备的磁通、磁场波形检测系统,保障每一台轴向磁通电机转子磁性能达标稳定,为电机厂商打通样机研发到自动化批量生产的磁工艺关键环节,助力轴向磁通电机在机器人、高端超跑、eVTOL 飞行器赛道快速落地量产。