轴向磁通电机相关专利为什么成为行业热点？---壹倍达电机小课堂

2026-02-25 10:24

进入21世纪第三个十年，这一局面发生了根本性逆转。2024年以来，全球轴向磁通电机相关专利申请量呈现井喷态势，涵盖电磁设计、材料应用、制造工艺、系统集成等多个技术维度。据QYResearch最新研究报告显示，全球轴向磁通电机市场规模预计将从2023年的约8亿美元增长至2030年的144.8亿美元，年复合增长率高达73.5%。这一惊人的增长速度，标志着该技术已从边缘创新走向主流赛道，成为电驱动领域最具战略价值的技术方向之一。

一、技术原理的范式突破：重构电机设计的底层逻辑

轴向磁通电机的核心创新在于其对传统电机磁路结构的根本性颠覆。传统径向磁通电机中，磁感线沿半径方向分布，定子绕组嵌放在铁心槽内，转子位于定子内部或外部。这种结构虽然工艺成熟，但存在磁路长、材料利用率低、散热路径复杂等固有缺陷。

轴向磁通电机采用完全不同的磁路拓扑：定子与转子呈平行圆盘状面对面布置，磁通线沿旋转轴方向流动。这种几何结构的转变带来了多维度的技术红利：

功率密度的指数级提升。轴向磁通电机的有效气隙面积与直径平方成正比，而径向磁通电机的气隙面积与直径和铁心长度的乘积相关。在相同外径条件下，轴向磁通电机可获得更大的电磁转矩输出。目前，先进轴向磁通电机的功率密度已达10-15kW/kg，部分实验室产品突破20kW/kg，而传统径向磁通电机功率密度通常在3-5kW/kg区间。这种性能差距在对重量极度敏感的应用场景中具有决定性意义。

结构紧凑性的本质改善。轴向磁通电机的扁平形态使其轴向长度大幅缩短，通常仅为同功率径向磁通电机的三分之一至二分之一。这种"薄型化"特征为系统集成提供了全新可能，特别是在空间受限的应用环境中展现出独特优势。

材料利用率的显著优化。特别是无轭轴向磁通电机（Yokeless And Segmented Armature, YASA）结构，通过去除定子轭部，可减少定子钢材使用量高达80%，同时降低铁损、提高效率。这种材料节约不仅具有直接的经济价值，更契合全球制造业绿色低碳转型的大趋势，在碳关税和碳足迹追溯日益严格的背景下具有战略意义。

热管理性能的根本性改善。轴向磁通电机的扁平结构使得绕组端部更易于接近冷却介质，可采用直接油冷、喷雾冷却等高效散热方案。研究表明，直接液体冷却技术可将电机最高温度降低87K，电流密度提高140%，这是传统径向结构难以实现的性能指标。

正是这些结构性优势，使得轴向磁通电机专利具备了高壁垒、高价值、高延展性的特点，成为企业和研究机构竞相布局的战略要地。

二、应用场景的多元化爆发：从单一领域到生态重构

轴向磁通电机专利热度的攀升，离不开下游应用市场的快速扩容和多元化发展。当前，该技术正在多个核心领域形成突破性应用：

新能源汽车：从性能旗舰到主流渗透。轴向磁通电机凭借"小、轻、薄、高效"的特点，正在成为新能源汽车动力系统的技术革新方向。梅赛德斯-AMG已在部分高性能混动车型中应用轴向磁通电机技术，以提升动力输出并降低整车重量。在国内市场，小米SU7、小鹏MONA M03等车型已开始采用相关技术，比亚迪、蔚来、广汽等车企也在积极布局。行业预测，2026年新能源车用轴向磁通电机装机量将突破800万台。轮边驱动和轮毂驱动是轴向磁通电机的优势场景，其能够在减少簧下质量的同时输出充足扭矩，有望解决轮边电机在成本、体积与集成度方面的传统瓶颈。

低空经济：eVTOL催生极致性能需求。电动垂直起降飞行器（eVTOL）对电机功率重量比的要求极为严苛，通常需高于5kW/kg，而轴向磁通电机功率密度可超8kW/kg，完美契合电动航空器的轻量化需求。目前，多家航空电机企业已推出功率密度达7.5kW/kg以上的产品，振动降低40%，噪音减少30%，直接对标国际航空巨头同类产品。随着低空经济政策放开和基础设施完善，这一领域将成为轴向磁通电机专利布局的重要战场。据预测，到2030年，全球eVTOL市场规模将达到数百亿美元，对应电机需求将呈现爆发式增长。

人形机器人：高扭矩密度契合关节需求。人形机器人的关节空间极为有限，且下肢关节需要瞬时高扭矩、耐冲击的驱动方案。轴向磁通电机的高扭矩密度和平顺运行特性，使其成为机器人关节的理想选择。据高工机器人产业研究所预测，2030年人形机器人全球销量将达34万台，对应电机市场规模达4000亿元。这一新兴市场的崛起，为轴向磁通电机专利提供了全新的价值实现路径。特别是无框力矩电机与轴向磁通技术的结合，正在推动机器人关节模组向更高集成度、更高功率密度方向演进。

工业自动化与特种装备：精度与效率的双重提升。在数控机床、半导体设备、医疗装备等高端制造领域，轴向磁通电机的高动态响应、低转矩脉动特性具有显著优势。同时，在电动两轮车、特种车辆、轨道交通辅助系统等传统领域，轴向磁通电机的应用价值也在逐步释放。应用场景的多元化，直接推动了专利布局的广度和深度，形成了跨行业、跨领域的技术生态。

三、技术迭代的加速演进：构筑专利壁垒的核心维度

当前，轴向磁通电机技术正处于快速迭代期，新材料、新工艺、新结构的持续涌现，使得专利布局的技术门槛不断提高，技术壁垒日益复杂：

电磁设计创新：从宏观结构到微观优化。发卡式绕组技术（Hairpin Winding）的应用使得槽满率可超过60%，转矩密度提升30%，损耗减少25%。PCB绕组技术（Printed Circuit Board Winding）通过精密蚀刻工艺实现超薄绕组层，特别适用于超薄型电机设计。Halbach磁体阵列的应用优化了气隙磁场分布，提高了磁材利用率。这些细分技术领域的专利争夺日趋激烈，形成了电磁设计层面的深度壁垒。

热管理技术突破：从被动散热到主动控制。直接液体冷却技术、集成散热器技术、相变材料冷却技术等方案的发展，有效解决了高功率密度电机的散热难题。特别是直接油冷技术，通过使冷却液直接包围绕组和定子齿，可实现热量的快速导出。热管理技术的突破，是轴向磁通电机从实验室走向产业化的关键支撑，也是专利布局的重点方向。

材料应用创新：从传统材料到复合材料。软磁复合材料（Soft Magnetic Composite, SMC）的各向同性特征使其特别适合轴向磁通电机复杂三维磁路的设计需求。纳米晶软磁材料具有更低的铁损和更高的磁导率，可进一步提升电机效率。碳纤维增强聚合物（CFRP）、金属基复合材料（AMC）等轻质高强材料的应用，为电机结构轻量化和转子动力学优化开辟了新路径。材料创新往往伴随着工艺革新，形成了专利布局的复合壁垒。

制造工艺革新：从手工装配到智能制造。 3D打印技术（增材制造）使得复杂冷却流道、异形磁路结构的精确成型成为可能。磁性粉末冶金技术（Powder Metallurgy）可实现软磁复合材料的高密度成型。自动化绕线技术、精密装配技术、在线检测技术等先进制造手段的引入，为规模化生产提供了工艺保障。制造工艺的专利保护，已成为企业竞争的重要维度，特别是在量产一致性和成本控制方面具有关键作用。

系统集成创新：从单一部件到智能驱动。轴向磁通电机与碳化硅（SiC）功率器件、先进控制算法、智能传感器的一体化集成，正在推动电驱动系统向更高效率、更高智能化方向发展。扁线电机与轴向磁通结构的结合、多物理场协同优化设计、数字孪生技术应用等，都是当前专利布局的热点方向。

四、产业链协同与政策引导：构建创新生态的双轮驱动

轴向磁通电机专利热度的提升，还得益于产业链协同能力的增强和政策环境的持续优化：

产业链纵向协同：从材料到终端的价值重构。上游稀土永磁材料（钕铁硼、钐钴等）的性能提升和成本优化，为电机设计提供了更大的参数空间。硅钢片、软磁复合材料、高性能绝缘材料等关键材料的技术进步，为电机性能提升奠定了物质基础。中游电机制造商与下游整车厂、飞行器制造商、机器人企业的紧密协作，加速了技术验证和迭代优化。产业链上下游的专利联动布局，正在成为行业常态，形成了从材料创新到系统应用的完整技术链条。

产业链横向整合：跨界融合与生态构建。传统电机企业、汽车零部件巨头、航空航天供应商、科技创业公司等不同背景的市场参与者，正在轴向磁通电机领域形成跨界竞争与合作的格局。这种多元化的参与主体，带来了不同的技术视角和商业模式，推动了专利布局的多样化和创新生态的繁荣。

政策环境优化：战略引导与资源集聚。中国将轴向磁通电机列入关键技术攻关清单，工信部等相关部门通过专项支持、标准制定、示范应用等方式推动行业发展。欧盟"Fit for 55"法案、美国能源部的先进制造资助计划、日本经济产业省的技术创新支持政策等，也为全球范围内的技术创新提供了政策激励。在标准制定方面，轴向磁通电机的性能测试方法、安全规范、接口标准等正在逐步完善，为专利技术的产业化应用扫清了制度障碍。

资本市场助力：从技术研发到商业落地。近年来，轴向磁通电机领域的初创企业获得了大量风险投资支持，多家公司完成数亿元级别的融资。资本市场的关注，加速了技术研发向商业应用的转化，也推动了专利价值的显性化和市场化。

五、未来展望：专利竞争背后的产业逻辑与战略思考

轴向磁通电机相关专利成为行业热点，本质上是电驱动技术范式变革的集中体现，是全球能源转型和智能制造大背景下的必然趋势。在"双碳"目标牵引下，全球交通运输和工业领域正经历深刻的电动化转型，对电机系统的功率密度、效率、重量、成本提出了前所未有的高要求。轴向磁通电机以其独特的结构优势，为突破传统技术瓶颈提供了可行路径。

然而，专利布局的热度也预示着未来竞争的激烈程度。技术路线的不确定性（如单转子/双转子/多转子结构的选择）、制造工艺的高门槛（特别是批量生产的一致性控制）、供应链的复杂性（关键材料的稳定供应）、标准体系的待完善等挑战，都将考验专利持有者的产业化能力。

对于行业参与者而言，专利不仅是技术保护的工具，更是战略博弈的筹码、生态构建的纽带、价值实现的载体。高质量的专利布局需要具备前瞻性（覆盖未来3-5年的技术演进）、系统性（涵盖设计、材料、工艺、应用全链条）、国际性（适应主要市场的法律环境）等特征。

展望未来，随着功率密度向30kW/kg迈进、成本在未来3-5年内下降50%以上，轴向磁通电机有望从高端应用向大众市场普及。这一过程中，专利布局的质量和深度，将在很大程度上决定企业的市场地位和盈利能力。轴向磁通电机专利竞争的加剧，既是技术创新的催化剂，也是产业成熟的必经阶段，最终将推动整个电驱动行业向更高效、更紧凑、更可持续的方向演进，为全球能源转型和智能制造提供核心动力支撑。