在電機技術邁向高功率密度、高能效與高集成度的時代，軸向磁通電機逐漸走向產業(yè)化。但，并非所有“軸向磁通電機”都具備相同的性能表現，真正的差異而在于拓撲結構的選擇之中。

什么是拓撲結構？

在電機領域，“拓撲結構”指的是電機內部主要部件（如定子、轉子、永磁體、繞組等）在空間上的相對布置方式和連接關系。

簡言之：拓撲結構=電機“怎么搭”的基本方案。它不關乎細節(jié)參數，而關乎整體架構邏輯，是理解電機性能差異的起點。

在軸向磁通電機的拓撲結構中，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型，實則決定了電機在轉矩密度、動態(tài)響應、散熱能力乃至可制造性上的根本分野。

本文將系統(tǒng)解析軸向磁通電機的四種典型拓撲路徑，揭示各自帶來的性能優(yōu)勢與工程挑戰(zhàn)。

一、 典型的拓撲結構分類

·單定子-單轉子

常見的基礎構型，一側為定子繞組，另一側為永磁轉子。結構簡單，成本較低，但存在明顯的單邊磁拉力問題。

·雙定子-單轉子

永磁體位于中間轉子盤上，兩側對稱布置定子鐵芯與繞組。磁路閉合路徑短且對稱，是目前中高端應用的主流拓撲之一。

·單定子-雙轉子

定子無鐵軛，僅保留分段齒部，繞組以獨立線圈形式嵌入；兩側均為永磁轉子。該結構代表了當前軸向磁通電機的性能巔峰。

·多盤式結構

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

這些拓撲在磁路閉合方式、繞組布置形式、散熱路徑設計以及轉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雜度。

二、 不同拓撲帶來的性能差異

（1） 更高的轉矩密度與功率密度

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

尤其是YASA結構，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，實現高的轉矩/ 質量比。

（2） 更低的轉動慣量與更快動態(tài)響應

軸向磁通電機的轉子通常設計為輕薄盤狀，質量高度集中于旋轉軸附近，因此轉動慣量小。這一特性使其適用于對加速/減速性能要求嚴苛的應用場景，如電動汽車驅動系統(tǒng)、飛輪儲能裝置、無人機推進電機等。

（3） 天然扁平化結構，利于系統(tǒng)集成

該電機呈“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型或雙定子結構中，定子被夾在兩個轉子間，熱量可從兩側同時導出，顯著提升散熱效率。

而在YASA結構中，繞組裸露在外，無鐵芯包裹，可直接進行風冷甚至液冷，熱管理效率高。

（5）端部繞組損耗顯著降低

在軸向磁通電機（尤其是無鐵軛結構）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)帶來的性能權衡

※單定子-單轉子結構存在顯著的單邊磁拉力，需額外加強軸承支撐，長期運行易引發(fā)振動、噪聲及壽命衰減。

※雙定子或雙轉子結構雖可實現磁拉力自平衡，但對制造裝配精度要求高，尤其是氣隙均勻性，否則將導致轉矩波動與效率下降。

（7） 多盤堆疊實現模塊化與冗余

多個軸向磁通盤可沿軸向靈活堆疊，形成模塊化電機系統(tǒng)，既能按需擴展功率，又具備容錯運行能力等。

綜上，不同拓撲在性能上各有千秋，但它們共同面臨一個瓶頸：制造復雜度遠高于傳統(tǒng)徑向電機。由于該電機的氣隙均勻性、永磁體定位、無骨架繞組固定、多盤對中等工藝環(huán)節(jié)，均對設備精度、自動化水平和過程控制提出高要求。

而軸向磁通電機并非一個單一技術，而是一個由多種拓撲構成的“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，每一種結構都代表了一種工程取舍與應用場景的匹配。

也正因如此，軸向磁通電機尚未被大規(guī)模普及的核心原因——不是設計不行，而是量產能力不足。隨著智能制造技術的進步，合利士作為電機智能裝備研發(fā)與生產的解決方案供應商，可基于客戶具體的產品構型與性能目標，對其制造可行性進行系統(tǒng)評估，并在此基礎上探討匹配的工藝路徑與裝備方案。

這種從結構出發(fā)，以量產落地為導向的協(xié)作方式，正成為推動軸向磁通電機技術走向實用的關鍵支撐。