干学习分享|轴向磁通电机

2025年上海车展，盘毂动力展示了最新的轴向磁通电机——ICD306K电机，以超高功率密度和极限转速给行业带来了惊喜。作为一款突破性产品，ICD306K电机的峰值功率高达306kW，最高转速可达18000rpm，功率密度超过21kW/kg，转矩密度达到32.5N·m/kg，远超传统电机的表现。

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因更高的功率密度和高扭矩密度使其在轻量化设计中具有显著优势，成为 eVTOL 电机的首选。

永磁同步电机采用高磁能密度的永磁材料，强大的磁场能够使电机在较小的体积和重量下输出更大的功率，转子磁场与定子磁场的同步运行机制也使得电机能够在不同工况下保持高效运行。使用高性能的永磁材料（如钕铁硼）可以进一步提高电机的扭矩密度，这对于 eVTOL 等对重量敏感的应用尤为重要。

PMSM 分支之一的轴向磁通电机被认为是未来理想的 eVTOL 动力系统单元。

第一，其磁场方向与电机轴平行，磁通路径较短，磁场利用率高，显著提升了功率密度和扭矩密度，满足 eVTOL 在垂直起降和悬停阶段所需的高扭矩输出，同时确保了飞行器在频繁起降、低空低速盘旋、变速飞行等各种工况下的高效稳定运行。

第二，轴向磁通电机的结构紧凑，径向长度更短，安装自由度高。其体积和重量相比传统径向磁通电机大幅减少，也极大地匹配了 eVTOL 的轻量化设计要求，有效增加载荷能力和续航里程。

永磁同步电机凭借其高功率密度、高效率及良好的控制特性，已成为航空推进系统动力部分的优选方案，并在小型全电动及混合动力飞机中实现了批量应用。

YASA 的轴向磁通电机体积为 5L、重量为 24kg，而同功率的径向磁通电机体积为10L、重量为 50kg。其扭矩密度和功率密度分别达到 160 Nm/L 和 14.9 kW/kg，是传统径向磁通电机的 4 倍。美国的 Joby 和 Archer 的 eVTOL 项目都采用了轴向磁通电机。

PMSM 用于航空推进动力系统的典型代表有美国 H3X 的液冷径向磁通永磁电机系统 HPDM-250、英国 YASA 750R 油冷轴向磁通永磁电机、斯洛文尼亚 EMRAX228 系列外转子水冷轴向磁通电机、比利时 Magnax 的 AXF225 油冷轴向磁通电机。

目前美国、俄罗斯、欧洲和澳大利亚等国家的高校和科研机构在开展将超导电机技术应用于大功率航空纯/混合电力推进系统中的相关研究工作，大部分研究都是概念设计或者地面模拟测试，只有俄罗斯的 Yak-40 混合动力飞机实现了首飞。

二.技术路线（纯电vs混动）

从性能看，混合动力系统在续航能力方面具有明显优势。纯电推动航空器因锂电池能量密度局限，难以支撑长航程、大运载需求。以常见的锂电池为例，其能量密度通常约为 250W∙h/kg，而航空燃油的能量密度高达 12000W∙h/kg，差距数十倍。

而混合动力技术路线结合燃油与电力优势，飞行中燃油发动机可随时补充动力，减少“里程焦虑”，既在起飞、爬升等耗能阶段协同电机发力，保障动力强劲，又能在巡航时优化能源分配，延长续航，未来在中远途低空交通运输的应用前景广阔，能够实现更大范围的服务。

从环保性看，全电推进系统具有低噪音、低排放的环保优势。

从安全稳定性看，混合动力系统凭借冗余备份、全电推进系统凭借简单的系统设计和逐渐优化的电池技术，提高了可靠性。混合动力系统能够在某一动力源发生故障时，通过另一动力源提供备份，提高整体的安全性和稳定性。