金属新材料：乘“新能源汽车+机器人”东风， 掀轴向磁通电机革命（二）
发布日期：2025-01-07 来源： 浏览次数：64
三、轴向磁通电机下游应用市场
径向电机因其相对较高的功率密度和成本效益，广泛应用于众多行业。当今道路上的大多数电动汽车均以径向磁通电机为能源转换装置。小到洗衣机、风扇等家用电器，大到风力发电、航空交通、工业机械电机，径向电机仍然占据市场主流。
但是，轴向电机技术的不断成熟正在逐步蚕食径向电机原有的应用板块，尤其是电动汽车领域。
当前轴向电机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要求高转矩密度和空间紧凑的场合中。在国内，由于轴向电机相对于传统电机而言是为新的产品，加之传统客户在电机替换时存在稳定性顾虑，目前行业汽车板块终端客户大多为车企当中的新势力+部分电车车企。日前，YASA 轮毂轴向磁通电机搭载在奔驰的 vision-one-eleven 样车，以及2025年将在AMG 纯电动汽车平台投入量产的宣言，引发了乘用车企内部的震动，轴向电机于乘用车的应用也将逐渐渗透。机器人与工业板块，轴向电机在部分领域已形成布局，部分已有试样或小批量供货，距离批量化应用指日可待。
1、新能源汽车行业：商用车先行推广，乘用车仍在试验
（1）盘式电机已在商用车领域逐步推广
当前，轴向电机已在商用车的性能与设计优化中发挥重要作用。凭借轴向电机功率密度大的优势，浙江中豪60KW 混动电机在高效节能与尺寸重量方面做出了突破，其效率最高超过 95%并在结构设计中有效解决混动系统纵置空间紧凑的问题。
盘毂动力在 2020 年面向公交市场推出的分布式电驱动技术，同样也利用了轴向电机轴向尺寸更短、重量更轻、功率更大的特性。盘式电机的运用不仅释放了底盘与车厢内部空间，使得 8 米的巴士拥有传统 10 米公交车的载客能力；更进一步实现了无障碍全平地板、850mm 超宽后过道、0 附着力 12%坡道平稳起步等颠覆性的功能改善。在不到三年的时间里，盘毂轴向磁通电机技术已运用到超过3000 台公交车中，在全国 40 余个城市实现批量交付应用，被认为是“公交适老化服务”的最佳选项。
商用车电气化所需的新能源驱动电机缺口是轴向磁通电机的新蓝海。从全球范围来看，中国在新能源商用车推广上起步最早，且相较其他国家已有一定渗透。截至 2020 年，商用车新能源驱动电机装机量仅占 4%，两年后，渗透率总体达到6%左右。《2023 年全球商用车关键趋势白皮书》认为，中国商用车市场在 2030年前会受到政策、补能体系以及 TCO 打平等因素的影响，总体电气化进程加速。
至 2030 年，中国新能源商用车渗透率预计可达约 34%，实现约 140 万台销量水平，2022-2030 年 CAGR 约 25%。轴向电机功率密度高、轻量化的优势能够弥补商用车对新能源驱动电机的性能要求，分享到商用车快速电气化流程中的蛋糕。
（2）乘用车搭载轮毂轮边电机技术
轮毂、轮边电机技术是应对分布式驱动浪潮的两个方向。轮毂电机技术又称车轮内装电机技术，最大特点是将动力、传动和制动装置全部整合到轮毂内以达成电动车辆机械部分的大规模简化。轮边电机技术则是将电机与减速器配套安装在副车架的车轮边上，通过传动电机输出轴连接到车轮。当前，相较于轮边电机技术，轮毂电机技术省略了减速器装置，但电制动性能更弱，散热性能更差，且大多以四台电机配套出现。这也导致在轮边电机已经开始进入产业化的同时，轮毂电机尚在批量应用的前夜。两种技术均能实现电机单独驱动轮胎，以使车辆具备高机动性与高可靠性，能够主动控制自身运行，实现自动驾驶。
小体积+低理论成本，轴向电机技术有望攻克客车轮边电机推广难题。在“第三代中央分布式电驱系统”的开发中，盘毂将轮边径向电机替换为轴向电机，为轮边电机在乘用车市场推广打通了新的思路。相较于传统集中式单台电机驱动，分布式驱动需要将电机辅以减速器装在车轮边上，这意味着一台分布式驱动乘用车需要两台以上的轮边电机，成本居高不下。因此，推广轮边电机客车化，首先要解决整车电机成本高的问题。利用轴向电机结构紧凑、扁平轻薄的特点，单个盘毂动力 ICD150K 在维持 150KW 峰值功率的同时，减少了 50%体积空间并降低了 45%的重量，单位功率密度超过 6kw/kg。在轴向与径向电机材料含量差不多的前提下，更高的功率密度意味着批量生产后更少的铜与钢用量以及更小的磁铁，材耗与系统成本的双重下跌让轮边电机整体成本相近于集中式单台径向电机成为可能。
轴向电机在功率密度上的优势也推开了轮毂电机乘用车批量应用的窗口。高度整合使得轮毂电机技术对电机的体积与输出扭矩均提出了高要求：1）为了提升制动性能，轮毂电机需要提供足够大的扭矩；2）轻量化，以减少簧下质量并提升电动汽车的操作性能。综合以上标准，盘式电机成为了轮毂电机的更优选。相较径向电机，轴向电机的转子不再被局限在定子当中，拥有更大的扭矩潜力。此外，轴向电机结构趋向车轮，不会过分挤占轮毂的轴向空间，对悬架、刹车、散热等车辆电气化的优势项目布局起到了正向作用。盘毂 PDS100K 轴向磁通轮毂电驱动解决方案被誉为“迄今为止最有可能实现量产应用的轮毂电机解决方案”，也证明了轴向电机在推动轮毂电机技术客车应用化的重要地位。
（3）电动汽车或将成为轴向电机技术的下一个增长点
业界认为，分布式驱动系统具有车身布置灵活，结构紧凑，易于实现底盘模块化设计等优点，同时各轮驱动/制动转矩独立可控，是未来实现自动智驾汽车的终极解决方案，这也是 2023 年发布的新能源汽车近乎全部搭载分布式驱动电机的原因。在电动汽车电机市场快速扩张的途中，轴向电机与分布式驱动系统的高度适配性将会大幅度加快轴向电机在整体汽车行业的渗透速率。据 global information 预估，截至 2027 年，全球汽车轴向电机市场将从 2022 年 1.35 亿美元上涨到 4.97 亿美元，CAGR 高达 29.8%。轮毂电机市场，exactitude consultancy就预估其市值将以20%的CAGR增长，并在2029年增至惊人的27.4亿美元。
2、电动飞机行业：功率密度适配，推动航空碳净零排放
轻巧紧凑+高功率密度，轴向磁通电机助力航空电气化。由于混动与纯电动飞机特有的高电压环境，相较于传统飞机电气系统采用的 115VAC/400Hz 和270VDC 方案，垂直起飞与悬停期间的电动飞机需要无刷 800VDC 的电机提供高达 20,000 rpm 的速率，对适配电机的体积、重量、功率密度都提出了更严格的要求，这与轴向磁通电机的特点完美契合。尺寸与重量缩小为同类径向电机的1/3，功率密度与扭矩密度相较径向分别高出 30%与 20%，轴向磁通电机方案提供了电动飞机紧缺的“最佳功率和扭矩密度”，推动了更小更轻的推进系统的设计，以实现电动飞机零碳排放的目标。
多家轴向电机大厂加速布局，争先产品净零排放。利用轴向磁通电机独有的功率/体积优势，在公司成立的初期，Emrax 与 YASA 旗下的Evolito 就已经开始布局电动飞机行业。在 2015 年的巴黎航展上，efesto与Ashot 等合作推出了第一个适配轻型飞机的并联混合动力装置。Emrax268 轴向电机搭配 Rotax914 燃油机足以在纯电动飞行中提供 100KW 以上功率的同时减重至 57kg；而超轻型飞机所使用的径向ROTAX912A2电机重量为55.4kg，仅能提供59.6KW峰值功率。2021年，ACCEL 项目中的“创新精神”横空出世，创下了 345.4 英里/小时的纯电动飞机空速记录。这款固定翼飞机所搭载的轴向电机，拥有 400KW 的推进功率以及相较其他径向电机竞品 25%的铁、铜、永磁体消耗量，推动航空产品净零排放趋势。
“双碳”政策落地，飞机电动势在必行。为了实现 2050 年航空业务净零排放的气候目标，我国政府于 2022 年出台了《“十四五”民航绿色发展专项规划》，提倡“积极选用先进可靠航空脱碳技术装备”、“有序推动纯电动、油电混动飞机在通航领域应用。”据 IPCC 针对全球碳排放量发表的第六次评估报告，全球航空领域温室气体排放占总排放的 1.8%，而中国国内航空客运市场在全球占比已达到 18.9%，目前客运量仍在快速增长。绿色和平发布的《中国快递行业的碳排放》也着重提及了航空运输碳排放，并认定占据快递行业总碳排放 40%左右的航空运输是快递行业减排的重中之重。减排压力与政策利好双管齐下，均证明电动飞机是“双碳”时代航空行业不可忽视的重要发展方向。
三、轴向磁通电机下游应用市场
径向电机因其相对较高的功率密度和成本效益，广泛应用于众多行业。当今道路上的大多数电动汽车均以径向磁通电机为能源转换装置。小到洗衣机、风扇等家用电器，大到风力发电、航空交通、工业机械电机，径向电机仍然占据市场主流。
但是，轴向电机技术的不断成熟正在逐步蚕食径向电机原有的应用板块，尤其是电动汽车领域。
当前轴向电机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要求高转矩密度和空间紧凑的场合中。在国内，由于轴向电机相对于传统电机而言是为新的产品，加之传统客户在电机替换时存在稳定性顾虑，目前行业汽车板块终端客户大多为车企当中的新势力+部分电车车企。日前，YASA 轮毂轴向磁通电机搭载在奔驰的 vision-one-eleven 样车，以及2025年将在AMG 纯电动汽车平台投入量产的宣言，引发了乘用车企内部的震动，轴向电机于乘用车的应用也将逐渐渗透。机器人与工业板块，轴向电机在部分领域已形成布局，部分已有试样或小批量供货，距离批量化应用指日可待。
1、新能源汽车行业：商用车先行推广，乘用车仍在试验
（1）盘式电机已在商用车领域逐步推广
当前，轴向电机已在商用车的性能与设计优化中发挥重要作用。凭借轴向电机功率密度大的优势，浙江中豪60KW 混动电机在高效节能与尺寸重量方面做出了突破，其效率最高超过 95%并在结构设计中有效解决混动系统纵置空间紧凑的问题。
盘毂动力在 2020 年面向公交市场推出的分布式电驱动技术，同样也利用了轴向电机轴向尺寸更短、重量更轻、功率更大的特性。盘式电机的运用不仅释放了底盘与车厢内部空间，使得 8 米的巴士拥有传统 10 米公交车的载客能力；更进一步实现了无障碍全平地板、850mm 超宽后过道、0 附着力 12%坡道平稳起步等颠覆性的功能改善。在不到三年的时间里，盘毂轴向磁通电机技术已运用到超过3000 台公交车中，在全国 40 余个城市实现批量交付应用，被认为是“公交适老化服务”的最佳选项。
商用车电气化所需的新能源驱动电机缺口是轴向磁通电机的新蓝海。从全球范围来看，中国在新能源商用车推广上起步最早，且相较其他国家已有一定渗透。截至 2020 年，商用车新能源驱动电机装机量仅占 4%，两年后，渗透率总体达到6%左右。《2023 年全球商用车关键趋势白皮书》认为，中国商用车市场在 2030年前会受到政策、补能体系以及 TCO 打平等因素的影响，总体电气化进程加速。
至 2030 年，中国新能源商用车渗透率预计可达约 34%，实现约 140 万台销量水平，2022-2030 年 CAGR 约 25%。轴向电机功率密度高、轻量化的优势能够弥补商用车对新能源驱动电机的性能要求，分享到商用车快速电气化流程中的蛋糕。
（2）乘用车搭载轮毂轮边电机技术
轮毂、轮边电机技术是应对分布式驱动浪潮的两个方向。轮毂电机技术又称车轮内装电机技术，最大特点是将动力、传动和制动装置全部整合到轮毂内以达成电动车辆机械部分的大规模简化。轮边电机技术则是将电机与减速器配套安装在副车架的车轮边上，通过传动电机输出轴连接到车轮。当前，相较于轮边电机技术，轮毂电机技术省略了减速器装置，但电制动性能更弱，散热性能更差，且大多以四台电机配套出现。这也导致在轮边电机已经开始进入产业化的同时，轮毂电机尚在批量应用的前夜。两种技术均能实现电机单独驱动轮胎，以使车辆具备高机动性与高可靠性，能够主动控制自身运行，实现自动驾驶。
小体积+低理论成本，轴向电机技术有望攻克客车轮边电机推广难题。在“第三代中央分布式电驱系统”的开发中，盘毂将轮边径向电机替换为轴向电机，为轮边电机在乘用车市场推广打通了新的思路。相较于传统集中式单台电机驱动，分布式驱动需要将电机辅以减速器装在车轮边上，这意味着一台分布式驱动乘用车需要两台以上的轮边电机，成本居高不下。因此，推广轮边电机客车化，首先要解决整车电机成本高的问题。利用轴向电机结构紧凑、扁平轻薄的特点，单个盘毂动力 ICD150K 在维持 150KW 峰值功率的同时，减少了 50%体积空间并降低了 45%的重量，单位功率密度超过 6kw/kg。在轴向与径向电机材料含量差不多的前提下，更高的功率密度意味着批量生产后更少的铜与钢用量以及更小的磁铁，材耗与系统成本的双重下跌让轮边电机整体成本相近于集中式单台径向电机成为可能。
轴向电机在功率密度上的优势也推开了轮毂电机乘用车批量应用的窗口。高度整合使得轮毂电机技术对电机的体积与输出扭矩均提出了高要求：1）为了提升制动性能，轮毂电机需要提供足够大的扭矩；2）轻量化，以减少簧下质量并提升电动汽车的操作性能。综合以上标准，盘式电机成为了轮毂电机的更优选。相较径向电机，轴向电机的转子不再被局限在定子当中，拥有更大的扭矩潜力。此外，轴向电机结构趋向车轮，不会过分挤占轮毂的轴向空间，对悬架、刹车、散热等车辆电气化的优势项目布局起到了正向作用。盘毂 PDS100K 轴向磁通轮毂电驱动解决方案被誉为“迄今为止最有可能实现量产应用的轮毂电机解决方案”，也证明了轴向电机在推动轮毂电机技术客车应用化的重要地位。
（3）电动汽车或将成为轴向电机技术的下一个增长点
业界认为，分布式驱动系统具有车身布置灵活，结构紧凑，易于实现底盘模块化设计等优点，同时各轮驱动/制动转矩独立可控，是未来实现自动智驾汽车的终极解决方案，这也是 2023 年发布的新能源汽车近乎全部搭载分布式驱动电机的原因。在电动汽车电机市场快速扩张的途中，轴向电机与分布式驱动系统的高度适配性将会大幅度加快轴向电机在整体汽车行业的渗透速率。据 global information 预估，截至 2027 年，全球汽车轴向电机市场将从 2022 年 1.35 亿美元上涨到 4.97 亿美元，CAGR 高达 29.8%。轮毂电机市场，exactitude consultancy就预估其市值将以20%的CAGR增长，并在2029年增至惊人的27.4亿美元。
2、电动飞机行业：功率密度适配，推动航空碳净零排放
轻巧紧凑+高功率密度，轴向磁通电机助力航空电气化。由于混动与纯电动飞机特有的高电压环境，相较于传统飞机电气系统采用的 115VAC/400Hz 和270VDC 方案，垂直起飞与悬停期间的电动飞机需要无刷 800VDC 的电机提供高达 20,000 rpm 的速率，对适配电机的体积、重量、功率密度都提出了更严格的要求，这与轴向磁通电机的特点完美契合。尺寸与重量缩小为同类径向电机的1/3，功率密度与扭矩密度相较径向分别高出 30%与 20%，轴向磁通电机方案提供了电动飞机紧缺的“最佳功率和扭矩密度”，推动了更小更轻的推进系统的设计，以实现电动飞机零碳排放的目标。
多家轴向电机大厂加速布局，争先产品净零排放。利用轴向磁通电机独有的功率/体积优势，在公司成立的初期，Emrax 与 YASA 旗下的Evolito 就已经开始布局电动飞机行业。在 2015 年的巴黎航展上，efesto与Ashot 等合作推出了第一个适配轻型飞机的并联混合动力装置。Emrax268 轴向电机搭配 Rotax914 燃油机足以在纯电动飞行中提供 100KW 以上功率的同时减重至 57kg；而超轻型飞机所使用的径向ROTAX912A2电机重量为55.4kg，仅能提供59.6KW峰值功率。2021年，ACCEL 项目中的“创新精神”横空出世，创下了 345.4 英里/小时的纯电动飞机空速记录。这款固定翼飞机所搭载的轴向电机，拥有 400KW 的推进功率以及相较其他径向电机竞品 25%的铁、铜、永磁体消耗量，推动航空产品净零排放趋势。
“双碳”政策落地，飞机电动势在必行。为了实现 2050 年航空业务净零排放的气候目标，我国政府于 2022 年出台了《“十四五”民航绿色发展专项规划》，提倡“积极选用先进可靠航空脱碳技术装备”、“有序推动纯电动、油电混动飞机在通航领域应用。”据 IPCC 针对全球碳排放量发表的第六次评估报告，全球航空领域温室气体排放占总排放的 1.8%，而中国国内航空客运市场在全球占比已达到 18.9%，目前客运量仍在快速增长。绿色和平发布的《中国快递行业的碳排放》也着重提及了航空运输碳排放，并认定占据快递行业总碳排放 40%左右的航空运输是快递行业减排的重中之重。减排压力与政策利好双管齐下，均证明电动飞机是“双碳”时代航空行业不可忽视的重要发展方向。