轴向电机真的是未来方向吗

寂静回声

轴向磁通电机相对于径向电机的固有优势，这些优势也是由它的平面结构决定的：
更高的功率密度和扭矩密度：通常比同功率的径向电机轻 30%-50%，体积小 20%-40%；
更短的轴向长度：特别适合轴向空间受限的应用；
更高的效率：尤其是在高速运行时，铁损更低；
更好的扭矩输出特性：可以在低速下输出更大的扭矩；
模块化设计：可以通过堆叠多个定子和转子盘来方便地扩展功率；


径向电机的气隙是圆柱面结构，径向电磁力在圆周方向相互抵消，轴承主要承受转子重量，几乎没有额外的电磁载荷。
轴向磁通电机的气隙是平面平行结构，永磁体与定子齿之间的电磁吸引力全部沿轴向作用。在同等功率下，轴向磁拉力的大小是径向电机的3-5 倍。



转子盘在巨大轴向力作用下会产生弹性变形，导致气隙不均匀。
轴承需要承受额外的轴向载荷，降低了轴承寿命和可靠性。
运行时的温度变化、离心力和负载波动会进一步加剧气隙偏差。



绕组被夹在两个高速旋转的转子盘之间，形成一个几乎封闭的 "三明治" 结构，热量只能通过定子齿或端面传导出去，没有直接的对流散热路径。

径向电机的绕组端部通常暴露在空气中，或者可以通过机壳直接散热，散热路径更短、更直接。


轴向电机的无磁轭双转子（YASA）虽然去掉了铁轭减轻了重量，但也失去了铁轭作为散热通道的作用，绕组产生的热量更难散发。


双定子单转子拓扑虽然解决了轴向磁拉力和转子吸引力的问题，但它也有自己的缺点：
两个定子的制造和对齐难度更大；
定子结构更复杂，难以实现自动化生产；
电机的轴向长度会增加；



轴向磁通电机的定子和转子都是盘状结构，加工精度要求极高（气隙通常只有 0.2-0.5mm）；
专用的生产设备和工装夹具直到最近几年才开始出现；
熟练的技术工人和工程师相对缺乏；



小批量生产导致单位成本高、永磁体用量比同功率的径向电机多、轴向磁通电机的电磁、热和结构耦合分析更加复杂。

轴向电机的成本优势只有在功率密度要求高时才会体现，在通用工业场景中性价比极低。

在高扭矩输出、低转速运行、高过载能力的工工况下，如矿山机械、冶金设备、水泥磨机、船舶主推进。

径向电机可以通过增加定子外径和铁芯长度方便地提高扭矩；
低速运行时散热条件好，不会出现过热问题；
结构坚固，能够承受频繁的冲击和过载。

轴向电机在低速大扭矩下散热问题会更加严重，而且巨大的轴向磁拉力会对轴承和结构造成极大挑战。

轴向电机的核心优势是极高的功率密度和扭矩密度、极短的轴向长度、高效率，适合电动汽车与混合动力汽车、多旋翼无人机的动力电机、水下机器人 (ROV/AUV) 的推进电机、工业机器人的关节电机、协作机器人的驱动电机。

为什么工业伺服领域绝对首选径向电机？

径向电机：其数学模型（dq 轴模型）极其简单、标准和线性，矢量控制、磁场定向控制 (FOC)、直接转矩控制 (DTC) 等算法都是基于径向电机开发的，经过了 40 多年的工业验证，控制精度可以做到极高水平。
轴向电机：其数学模型更加复杂，存在严重的非线性和耦合效应，特别是无磁轭拓扑的轴向电机，端部效应和漏磁非常严重，传统的控制算法不能直接套用，需要重新开发和优化。目前轴向电机的控制精度和转矩纹波控制水平普遍不如同档次的径向电机。


径向电机：通过斜槽、斜极、分数槽集中绕组等技术，转矩纹波可以轻松控制在 1% 以下，高端产品甚至可以做到 0.5% 以下，完全满足机床、印刷等对运行平稳性要求极高的场景。
轴向电机：由于其特殊的盘状结构和绕组分布，转矩纹波天生比径向电机大，特别是在低速运行时更加明显。虽然可以通过优化设计来改善，但很难达到径向电机的水平。



整个工业伺服行业的生态系统完全是围绕径向电机建立的：
标准接口：编码器（增量式、绝对式）、制动器、减速器、连接器、安装法兰等都有统一的国际标准（IEC 60034、IEC 60721 等）；
驱动器：所有主流伺服驱动器厂商（西门子、三菱、安川、松下、汇川等）的产品都是为径向电机设计的；
供应链：从硅钢片、永磁体、漆包线到轴承、编码器，所有零部件都有成熟、低成本、大批量的供应链；
人才：全世界有数百万工程师熟悉径向伺服电机的设计、调试和维护。

拉斯特

小批量的量产看今年的AMG-yasa axial flux motor；

leftwall

花擦，来郑州这么久，居然在论坛看到图了，我还以为是这里的网不行……