一文熟悉人形机器人下一代驱动电机：轴向磁通电机

电机是一类以磁场为媒介实现机械能和电能相互转化的电磁装置，主要包括电动机、发电机、变压器等。其内部结构按运动状态可分为两部分：定子（静止不动的外壳及内部固定部件）和转子（高速旋转的部件）。通常，通有电流的线圈（即“绕组”）通常被固定在定子内侧，与转子上的永磁体或电磁铁相对。工作时，定子绕组通过周期性变化的电流产生旋转磁场，该磁场作为“桥梁”，实现电能与机械能的高效转换。

按照磁通路径方向，电机可分为轴向磁通电机与径向磁通电机，前者的磁通方向与电机旋转轴平行。由于外形扁平，轴向尺寸短，轴向磁通电机也称为“盘式电机”。本文将系统介绍下轴向磁通电机。

目录：

一、轴向磁通电机 VS 径向磁通电机；

二、轴向磁通电机下游应用（重点机器人应用）；

三、轴向磁通电机产业化挑战及解决思路；

四、全球轴向磁通电机典型企业（7家，国内4家国外3家）；

五、使能未来：重塑高端装备驱动架构。

径向磁通电机（左）与轴向磁通电机（右）

一、轴向磁通电机VS径向磁通电机

轴向磁通电机与径向磁通电机的最主要区别在于磁通路径的方向。径向磁通电机的磁通路径垂直于旋转轴，其定子与转子通常呈内外嵌套的圆柱结构；轴向磁通电机的磁通路径则平行于旋转轴，定子与转子在轴向呈盘式对置排列，两者半径一致，气隙面与转轴垂直。这种结构差异导致轴向电机的磁通路径更短，磁场可直接通过气隙从一个极点到另一个极点，而径向电机的磁场还需经过定子齿，路径较长。

轴向磁通电机和径向磁通电机结构拆分

在构造上，轴向磁通电机的“薄饼式”布局带来了显著的空间优势。其定子与转子在轴向上相对配对，内外径相同，宽阔的轴向空间允许采用多个转子与定子绕组竖嵌方案。从结构分类来看，轴向磁通电机主要根据定转子数量及相对位置分为四种类型：单定子单转子结构、双定子单转子结构、单定子双转子结构及多盘式结构（多层盘式结构）。不过，由于盘式结构中定转子间的相互吸引力会产生较大的轴向力，可能影响电机整体结构，因此实际应用中多采用双定子单转子结构（常称为AFIR型或卡曼型）和单定子双转子结构（常称为TORUS型），其中后者特别适用于对功率密度、动态响应和轻量化有极致要求的领域，如机器人关节、电动航空（eVTOL）等。相比之下，径向电机的结构更为传统，转子位于电机内部，其设计与制造工艺已相对成熟。

轴向磁通电机独特的“薄饼式”拓扑结构，使其在多项关键性能指标上显著优于传统的径向磁通电机。其主要优势体现在卓越的性能表现和显著的节能特性上。

1）在性能方面，轴向磁通电机的结构设计使其实现了高度的轻量化与紧凑化。在输出功率相同的情况下，其轴向长度通常仅为径向电机的一半左右，这意味着整体体积可减少50%以上，自重也相应减轻约一半。这种紧凑的设计不仅极大节约了安装空间，也为设备整体布局提供了更大的设计自由度。与此同时，其功率与扭矩密度优势更为突出。基于一维的轴向磁通路径和优化的定转子结构，该类型电机可提供比同功率径向电机高出约30%的扭矩密度，并伴随1%-2%的效率提升。例如，YASA的轴向电机在重量和体积均约为传统径向电机一半的情况下，能实现高达传统机型四倍的扭矩密度。这得益于其创新的设计理念，如采用无定子磁轭的方案，可在定子铁质量大幅降低80%的同时，将功率密度提升至径向电机的2-3倍。

此外，其“集中式绕组”使绕组铜线的利用率接近100%（远高于径向电机约50%的水平），不仅进一步拔高了功率密度上限，也因更大的金属端接触面积和更易于单独散热的线圈结构，简化了冷却系统的设计。

2）在节能与生产经济性方面，轴向磁通电机的优势同样明显。其高扭矩密度特性允许通过增大转子直径而非堆叠更多永磁材料的方式来维持扭矩输出，结合其固有的轻量化特点，使得电机制造所需的铜、铁等关键原材料相比径向永磁电机可减少约50%。若采用更先进的无铁心PCB定子技术，铜材用量甚至可进一步降至径向电机的34%，铁材节省则更多。在运行能耗上，轴向电机凭借其更高的效率和更轻的自重，在实际应用中表现出更强的驱动能力和更低的能量消耗。通过优先增大转子半径而非提高转速来增加扭矩的方式，有效降低了铁心损耗。综合来看，在各功率级别下，轴向磁通电机通常可比普通径向电机节能15%-25%，并能维持更长时间的峰值功率输出。其直接的磁通路径还便于采用取向电工钢作为定子磁芯，该材料能促进磁通通过，从而间接降低铁损，进一步提升了能效。

PCB 定子电机结构示意图

二、轴向磁通电机下游应用

目前，道路上大多数电动汽车以及从家用电器到工业机械的众多设备，仍以径向磁通电机为主流。然而，轴向磁通电机凭借其高功率密度和扁平紧凑的结构优势，正在多个高端驱动领域加速渗透。其在各主要下游市场的应用概况如下：

1、新能源汽车行业：商用车规模化落地，乘用车加速渗透

1）商用车领域：商用车对动力系统的空间效率和扭矩输出要求极高，轴向磁通电机的特性完美契合这一需求。例如，盘毂动力的轴向磁通电机应用于纯电巴士，通过小体积设计实现“地铁巴士”的全平低地板、大通道布局（通道宽度达850毫米），大幅提升车内空间利用率；同时，其高扭矩特性使巴士满载爬坡能力提升20%，续航里程增加15%，已在深圳、杭州等50多个城市批量运营。

盘毂四气囊独立悬架轮边驱动系统

2）乘用车领域：乘用车市场对动力性能和空间灵活性要求苛刻，轴向磁通电机的高功率密度（可达传统电机的4倍）与紧凑结构（轴向尺寸缩短50%）提供了核心优势。奔驰通过收购YASA，将轴向磁通电机应用于AMG.EA纯电平台车型，其750系列电机（最大功率380kW，峰值扭矩590N·m，重量仅26kg）助力超跑实现0-100km/h加速仅需2.5秒，电机效率提升至96%以上。

2、电动航空领域：高功率密度适配航空电气化需求

电动飞机的轻量化、高功率密度要求与轴向磁通电机的特性高度契合，使其成为电动飞机（尤其是eVTOL）的核心动力方案。典型的 eVTOL 推进系统需要功率密度超过 6kW/kg 的电机，而轴向磁通电机的功率密度可达 10-15kW/kg（是传统径向电机的2-3倍），且结构紧凑，能有效缩小动力系统体积，减轻飞机重量。

来源：Magnax

3、电动船舶行业：紧凑结构优化驱动系统

动船舶行业中，凭借高扭矩密度提升了全额定航速下的整体能量效率，解决了传统电力推进效率低的问题，适合长时间高功率输出的货船和渡轮。其扁平圆盘状的紧凑设计便于集成到船舶推进系统，释放空间，如吊舱推进系统中可替代臃肿的径向电机系统，为螺旋桨/喷水器提供高水平效率与扭矩。例如，Saietta首款舷外发动机Propel S1利用AFT 140轴向电机，达成62%的整体效率，且将电机及配套电子设备改装在吃水线以上。

吊舱推进系统，来源：IUMI

4、机器人行业：高功率密度与紧凑结构的核心执行器

在机器人驱动技术快速迭代的背景下，传统无框力矩电机与空心杯电机虽在特定场景占据主导地位，但其固有局限性正推动轴向磁通电机成为下一代关节驱动的核心方案。无框力矩电机虽通过去壳化设计实现高扭矩密度，但其径向结构导致体积冗余和散热瓶颈；空心杯电机虽以无铁芯设计实现毫秒级响应，但功率密度限制使其难以满足腿部等大负载场景需求，且微型化成本高昂。相较之下，轴向磁通电机凭借其独特的扁平化结构与高功率密度特性（可达传统径向电机的3-4倍），成为解决这一矛盾的理想方案。其核心优势体现在：

1）紧凑空间适配性：轴向磁通电机的扁平盘式设计（轴向厚度可压缩至6-12mm）显著降低径向空间占用，尤其适合机器人关节等空间受限场景。例如，青龙机器人腿部采用轴向磁通电机后，关节模块厚度减少50%，同时扭矩密度提升至200N·m/kg，支撑复杂地形行走。

2）动态响应与负载能力：低转动惯量（较传统电机降低60%以上）与高扭矩输出能力（如小象电动轴向电机峰值扭矩达180N·m）的结合，使其在腿部关节重载启停、灵巧手高频动作等场景中表现优异。

3）散热与耐久性优化：轴向磁路结构减少磁通路径长度，配合粉末冶金一体化压铸工艺，有效降低局部温升，保障长期高负载运行的可靠性。

轴向磁通电机具体在机器人中的应用细分：

1、腿部关节：高负载场景下的动力核心

人形机器人腿部需承担整机重量（通常超过80kg）并实现动态平衡，对电机扭矩密度与抗冲击能力要求极高。轴向磁通电机在此场景中展现出不可替代性：

1）高扭矩密度设计：以青龙机器人腿部为例，其轴向磁通电机在直径120mm的紧凑结构下实现396N·m峰值扭矩，扭矩密度达200N·m/kg，较传统永磁同步电机提升120%。该设计通过优化磁钢排布（如Halbach阵列）与磁路对称性，降低转矩脉动至±3%以内，确保行走稳定性。

来源：青龙机器人官方开源技术文档、openloong

2）耐冲击与动态响应：采用无轭分段电枢结构（Yokeless and Segmented Armature, YASA），消除传统定子轭带来的磁拉力不平衡问题，使电机在跳跃、急停等场景中承受瞬时冲击载荷时仍保持性能稳定。实测数据显示，该类电机在1000次循环负载测试后效率衰减率低于2%。

3）低速大扭矩输出：通过多极对数设计（如12极9槽拓扑），在100-300rpm低速区间仍能输出额定扭矩的90%以上，避免减速器带来的能量损耗与体积增加。

2、灵巧手：微型化与精密控制的突破

灵巧手需在毫米级空间内集成多自由度驱动单元，对电机体积、重量与控制精度提出极致要求。轴向磁通电机通过以下技术路径实现突破：

1）PCB轴向磁通电机：采用印刷电路板定子技术，将绕组直接集成于50μm厚铜箔线路，省去铁芯与绝缘层，使电机外径压缩至16mm、厚度5mm、重量仅1.5g。例如Carl Bugeja开发的微型电机，在12V供电下实现1.2N·m扭矩，转速达12000rpm，功率密度达14.4kW/kg，较空心杯电机提升3倍。

PCB 定子电机结构示意图，来源：腾野公司官网

2）螺旋绕组与电磁优化：定子绕组采用阿基米德螺旋线布局，降低端部效应导致的铜损，同时通过轴向磁通路径缩短（较径向缩短70%），减少磁阻与涡流损耗。该设计使电机效率提升至96%，发热量降低至传统方案的1/4。

轴向磁通电机和径向磁通电机绕组方式对比

来源：《轴向磁通永磁电机系统及关键技术前沿发展综述》

3）多电机协同控制：在五指灵巧手中部署8-12个轴向磁通电机，通过分布式控制算法实现各关节力矩分配。例如优必选Walker X的食指关节采用双电机串联驱动，单指抓握力可达15N，重复定位精度±0.02mm，接近人类手指功能。

3、一体化关节模组：结构革命与性能跃升

传统关节的“电机+减速器”分体式结构存在体积冗余、传动效率低等问题。轴向磁通电机通过结构创新推动关节模组革新：

1）同轴集成设计：科盟创新的轴向堆叠方案将轴向磁通电机（厚度12mm）与谐波减速器（减速比80:1）沿轴向嵌套，关节模组总长度从传统方案的250mm缩短至137mm，功率密度提升至80Nm/kg。该设计通过有限元仿真优化磁钢与减速器波发生器的间隙（<0.05mm），避免电磁干扰与机械干涉。

2）动态扭矩调节技术：小象电动开发的变半径转子结构，通过电磁驱动滑块改变磁钢分布半径，使扭矩输出范围从80N·m扩展至180N·m。该技术应用于髋关节时，在单腿支撑工况下扭矩波动降低至±5%，能耗减少22%。

3）热管理与可靠性提升：采用相变材料（如石蜡基复合材料）填充关节内部空隙，配合液冷通道设计，使模组在连续运行工况下温升控制在40℃以内。某型号关节模组通过10⁶次循环测试后，扭矩保持率仍达99.3%。

四、轴向磁通电机产业化挑战及解决思路

轴向磁通电机作为新一代高功率密度驱动方案，尽管在机器人领域优势显著，但是在产业化进程中面临制造工艺与成本控制双重挑战。其核心难题集中于制造精度与产业链协同不足，具体表现为：首先，定子铁芯采用卷绕硅钢带工艺时，难以实现无轭化设计与自动化绕线，导致生产效率低下且成本居高不下；其次，平面气隙结构对加工精度要求严苛，需配备高精度数控机床及环境控制系统，显著增加制造成本；再者，转子碳纤维缠绕工艺复杂，动平衡调试难度大，且表贴式结构限制弱磁能力；最后，散热系统需采用浸没式液冷方案，油道设计与密封工艺复杂，推高制造成本。成本方面，高温稀土永磁材料占比达35%-40%，叠加定制化零部件采购成本高昂，导致量产成本较传统电机高20%-30%。

轴向磁通电机整体工艺流程

数据来源：EV 电车纵横、中豪动力

技术突破路径聚焦材料革新与结构创新。材料领域，软磁复合材料（SMC）通过粉末冶金技术实现三维磁路一体化成型，突破传统硅钢片工艺限制，可将定子铁损降低40%，同时支持复杂散热结构集成。永磁材料去稀土化技术通过铁氧体与Halbach阵列优化，使磁钢成本下降50%以上，DeepDrive双转子方案已验证该路径可行性。结构创新方面，无轭分段定子设计将绕线效率提升50%，铜填充因子达95%，功率密度提升至传统电机3倍；PCB定子技术采用模块化蚀刻工艺，铜材用量减少66%，制造周期缩短至传统工艺的1/3。产业化配套需推进标准化检测体系与专用设备研发，如碳化硅轴承、高精度动平衡设备等，同时建立行业设计规范以促进供应链协同。随着SMC量产工艺成熟及铁氧体永磁体规模化应用，轴向磁通电机成本有望在2027年降至传统电机1.2倍区间，推动其在新能源汽车、人形机器人等领域的规模化渗透。

五、全球轴向磁通电机典型企业

轴向磁通电机凭借其极高的功率与扭矩密度、扁平紧凑的物理结构，正成为突破人形机器人关节驱动性能瓶颈的关键技术。尽管在制造工艺、成本控制及长期可靠性方面仍面临挑战，但其性能优势已吸引国内外企业加速布局，下面将介绍下七家典型的轴向磁通电机企业。

1、YASA（英国）

YASA是轴向磁通电机技术的全球领导者。公司自2009年成立以来，持续深耕轴向磁通电机技术的研发与产业化，致力于为高端交通领域提供颠覆性的电驱动解决方案。在知识产权方面，YASA已构建了全面的技术壁垒，仅在中国就申请了145项轴向电机发明专利，数量位居行业首位。

YASA的核心技术优势在于其标志性的“无磁轭、分块电枢、直接油冷”设计。该技术彻底取消了传统电机的定子轭部，采用双转子夹单定子的紧凑构型，配合极短的集中绕组，实现了极高的功率与扭矩密度。其主力产品YASA 750（低俗高扭矩）和YASA P400（高功率高密度）已在牵引、发电及液压交换等高端应用中展现出卓越性能。目前，YASA正深度融入梅赛德斯-奔驰的电动化战略，新研制的轮毂轴向电机已搭载于展示未来设计语言的Vision One-Eleven概念车，并有望全面应用于专为高性能电动车打造的AMG.EA纯电平台。此外，YASA还将技术视野投向了航空与航海领域。

2、Magnax（比利时）

Magnax是一家2015年成立于比利时的创新型公司，其技术源于根特大学在轴向磁通电机领域的长期研究，专注于开发无铁轭（Yokeless）轴向磁通永磁电机。Magnax采用独特的“技术授权+分拆孵化”商业模式，通过创办Traxial（专注地面电动交通）和Axyal（专注航空航天推进）两家子公司，将技术推向不同市场。技术层面，Magnax采用双转子单定子、无整体铁轭的设计，使用矩形截面导线使铜填充率高达90%，并在定子芯中使用取向钢将铁损降低至原来的15%。其代表产品AXF225轴向磁通电机重量仅13kg，却能提供220kW的峰值功率，展现了极高的功率密度。目前，其技术主要瞄准电动汽车、航空航天及人形机器人关节等高端市场。

3、EMRAX（斯洛文尼亚）

EMRAX是一家源自斯洛文尼亚的电机公司，其前身是成立于1991年的电机品牌ENSTROJ。公司专注于设计制造先进的轴向磁通同步永磁电动机和发电机，以其高功率密度（高达10 kW/kg）、高效率（高达98%）以及出色的快速定制能力而闻名。EMRAX产品线根据外壳直径划分为188、208、228、268、348五个系列，并根据冷却方式（风冷、液冷、混合冷却）和电压等级形成多达45个具体型号，覆盖功率从52kW到400kW的广阔范围。其最大的型号EMRAX 348重量仅为42kg，可在4500 RPM时产生高达1000 Nm的峰值扭矩。EMRAX电机因其紧凑、耐用、轻量化的设计，被广泛应用于电动汽车、方程式赛车、船舶、工业设备以及航空航天领域，特别是在VTOL原型机中已有成功应用案例。

EMRAX 348，来源EMRAX官网

4、上海盘毂动力（中国）

上海盘毂动力科技股份有限公司成立于2016年，是一家拥有自主核心技术、以轴向磁通电机为核心的高科技企业。公司国际运营总部位于上海临港松江科技城，制造基地位于浙江金华，并在美国设有办事处。通过建立科学的研发体系，盘毂动力成功解决了轴向磁通电机产业化的一系列技术难题，累计申报国内外各类专利接近1600项，在全球轴向磁通电机及电驱动领域专利数量位居前列。公司形成了PCB电机、ICS电机、ICD电机三大产品平台，功率覆盖从63W到900kW的广泛需求。其车用驱动电机功率密度达8.17kW/kg，超过了美国能源部2025年标准，扭矩密度也超过中国《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中2035年的商用车驱动电机标准。目前，其电驱动解决方案已广泛应用于新能源商用车、乘用车、工程机械、工业、航空及特种用途等多个领域。

5、深圳小象电动（中国）

深圳小象电动科技有限公司成立于2016年，专注于自主研发的“聚能磁”轴向磁通电机及控制算法。2024年3月，国内粉末冶金龙头东睦股份通过增持，使其持股比例达到22%，成为公司重要战略股东，双方在材料与电机技术上深度协同。小象电动的核心技术在于其独特的聚能磁拓扑结构和无铁心定子设计，结合先进的晶粒取向电工钢，将铜绕组利用率提升至85%以上，铁损降低20%。公司产品可实现10kW/kg的功率密度和20Nm/kg的扭矩密度，电机效率高达97%，体积和重量仅为常规电机的1/3到1/2。小象电动深度聚焦于人形机器人关节驱动这一高增长赛道，其轴向磁通关节电机凭借紧凑扁平的结构（例如直径120mm、厚度40mm的模组可持续输出180Nm扭矩）、高动态响应特性，已成功应用于多款机器人项目。截至2025年，公司已申请相关专利85项，形成了坚实的技术壁垒。

6、科盟创新（中国）

科盟创新是上市公司科达利的子公司，由台湾盟立、盟英科技与科达利共同投资成立，整合了电机、减速器、传感器的一体化开发能力。公司在轴向磁通电机领域的突出贡献在于其全球首创的轴向磁通电机与谐波减速器毫米级同轴集成方案。通过“轴向堆叠-分腔封装”设计，科盟创新将扁平化的轴向磁通电机定子与谐波减速器的波发生器、柔轮等核心组件在同一轴向空间内实现高度集成，彻底打破了传统电机与减速器串联布局的空间限制。这一革命性设计带来了显著的性能提升：关节模组轴向长度被压缩至传统方案的55%，总质量降低40%。在轴向尺寸缩减50%、重量仅2.5kg的情况下，其模组功率密度反而提升3倍达到80Nm/kg，峰值扭矩提升20%达到200Nm。这种高度集成化、轻量化、高功率密度的关节模组，完美契合了人形机器人对关节驱动单元极致紧凑和高效能的需求，代表了下一代机器人执行器的重要发展方向。

7、星汉动力（中国）

浙江星汉动力科技有限公司是一家成立不足一年的硬科技初创企业，于2025年12月宣布完成千万元级融资。公司聚焦轴向磁通电机的研发与产业化，并精准定位人形机器人、新能源汽车电驱系统及低空飞行器三大高增长赛道。星汉动力的技术产品性能指标令人瞩目：其轴向盘式电机在人形机器人关节应用中的扭矩密度高达40Nm/kg，是传统伺服电机的两倍；在新能源汽车领域，其电机功率密度突破50kW/kg，可达传统径向电机的4倍，峰值扭矩密度提升122%，同时重量降低26%。公司采用“逆向转化”模式，从明确的市场需求出发定义技术任务，快速推动技术产业化。目前，星汉动力已在浙江湖州建成约4000平米的综合性生产基地，年产能规划达20万台套，并在浙江湖州、重庆、上海、吉林长春布局了四大研发中心，构建了从电磁设计到工艺设计的完整研发体系。多款产品已以联合研发样机和量产产品的形式推向市场，与多家行业领先企业展开合作。

五、使能未来：重塑高端装备驱动架构

轴向磁通电机，作为驱动技术的一次结构性革新，其意义远不止于功率与扭矩密度的线性提升。它标志着电机设计范式从传统的径向堆叠思维，转向了基于轴向磁路的空间重构。这种“扁平化”的拓扑突破，本质上是对“功率密度”与“空间效率”这一核心矛盾的重新解答，为人形机器人、电动载具等高端装备实现性能跃升开辟了全新的物理空间和设计自由度。

当前，该技术正处于从原理验证、高端应用向规模化产业落地的关键爬坡期。以YASA、Magnax为代表的前沿探索，与以小象电动、科盟创新等国内企业的集成创新与快速迭代，共同构成了技术突破的双引擎。尽管在精密制造工艺、成本控制及长期可靠性验证方面仍面临陡峭的挑战，但软磁复合材料、PCB定子、去稀土化永磁等底层材料的进步，正持续降低其产业化门槛。其发展轨迹清晰地揭示了一个趋势：驱动技术的竞争，已从单一的电磁优化，演变为材料科学、精密制造、热管理与系统集成能力的多维比拼。

展望未来，轴向磁通电机的价值将超越其作为独立部件的性能参数。它更将成为一种“使能技术”，深刻影响下游产品的架构设计：在人形机器人领域，它将催生更紧凑、高扭矩的一体化关节，直接提升机器人的动态性能与灵巧性；在电动汽车领域，其扁平形态将助力轮毂电机、同轴驱动系统的真正落地，重新定义整车布局与空间体验；在电动航空领域，则是实现高功率密度推进、迈向更广泛电驱飞行的基石。最终，轴向磁通电机的成熟与普及，将不仅代表一款高效电机的胜利，更预示着整个机电系统向着更集成、更智能、与终端产品形态深度耦合的新阶段演进。这是一场静默而深刻的驱动革命，它的终点，是让机器更强大、更灵巧，也更贴近我们对其形态与功能的终极想象。

参考资料：

1.轴向磁通电机与径向磁通电机，盘毂动力；

2.轴向磁通电机行业研究报告：电机的未来形态，广发证券；

3.乘“新能源汽车+机器人”东风，掀轴向磁通电机革命，招商证券；

4.轴向磁通电机：未来电动汽车驱动技术的革命性突破，ofweek。