2025-10-30 轴向磁通电机：人形机器人潜在命脉？

作者：沙克   出品：人形机器人洞察研究

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轴向磁通电机是什么？

轴向磁通电机通过改变磁通方向与结构布局，使转子位于定子侧面，实现更高的功率密度与设计灵活性。轴向磁通电机（又称“盘式电机”）是一种磁通路径区别于传统径向电机的创新型电机，其气隙为平面结构， 气隙磁场方向与电机轴线平行。

与普通电机相比，轴向磁通电机在结构上最大的特点是转子位于定子的侧面， 而非包覆于定子内部。此设计使转子直径可显著增大，从而带来更高的转矩密度与结构设计灵活性，成为新 一代高性能驱动系统的重要发展方向

核心区别： 它与传统电机（径向磁通电机）的核心区别在于磁场方向。传统电机的磁场像车轮辐条一样从中心向外放射；而轴向磁通电机的磁场则沿着电机旋转轴方向平行穿过。

结构形态： 其拓扑结构很多，常见的是“夹心饼干”结构（如双转子单定子），这种结构对称性好，能平衡磁拉力。

关键设计： 现代设计倾向于“无轭”结构（无传统定子中连接齿部的“轭”）。这种设计采用集中式分数槽绕组，能减少钢材用量、降低电磁噪音，且磁通路径更短，效率更高。

工作原理： 电流流过定子线圈产生磁场，与转子上的磁钢相互作用（吸/斥）。其核心优势在于“力臂”更长——气隙位置离轴更远，因此在相同磁体材料下能产生更大的转动力矩。

轴向磁通电机爆炸图

轴向磁通电机可实现更高扭矩/质量比

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轴向磁通电机对人形机器人的意义

轴向磁通电机尤其适用于高负载需求的人形机器人腿部。人形机器人腿部系统承担着支撑整机重量、实现稳态行走的关键任务，对电机的扭矩输出和可靠性提出了极高要求，轴向磁通电机在这一应用场景中展现出显著优势。青龙机器人腿部系统采用轴向磁通电机，腿部前摆和膝关节最大扭矩达到 396N·m，峰值扭矩密度高达200N·m/kg，确保了机器人在复杂地形中的稳态行走能力。

高扭矩密度特性使得腿部关节能够在紧凑空间内提供强大动力输出， 同时其优异的动态响应能力保证了机器人在快速运动中的稳定性。

（2） 耐冲击能力强，能够承受机器人行走、跳跃过程中的冲击载荷，提升 了系统的可靠性和使用寿命。

（3） 低转速下可产生高扭矩。腿部负载行走时常需要重载下频繁启停、快 速响应，而轴向电机在低速下即可产生巨大的转矩，具备极佳的起动 和过载能力。这些优势使得轴向磁通电机成为人形机器人腿部关节的 理想选择。

青龙机器人下身使用轴向磁通电机方案关节峰值力矩较高

PCB轴向磁通电机或可应用于灵巧手。灵巧手作为人形机器人最精密的执行器，体 积小但自由度高，因此需要在较小的空间内布置大量的电机、传感器等。因此对电 机提出了空间极度紧凑、重量超轻、响应速度快、控制精度高的严苛要求，这与轴向 磁通电机的技术特性高度契合。

PCB轴向磁通电机图示

而PCB轴向磁通电机由于可以将绕组印制呈更复杂的形式，可显著提升无槽无刷直流电机的效率，轴向尺寸较短，且当前绕组布线的 形式已经迭代至螺旋形绕组，可以在定子有限空间布置更容易，因此PCB电机在微 型机器人、小型扁平存储器等微机电领域应用前景更广泛。以Carl Bugeja开发的PCB 电机为例，根据其于开源网站hackday发布的信息，其将定子绕组直接印刷在PCB板上，实现了厚度仅5毫米、外径16毫米、重量仅1.5克的超薄超轻设计，这种极致的 小型化设计使得在灵巧手的指关节等狭小空间内集成多个电机成为可能，极大程度 的为灵巧手提升主动自由度数量提供空间。

轴向磁通电机独特结构优势催生一体化关节模组革命。传统径向电机采用"套筒式" 磁路结构，定子和转子呈圆筒状同心排列，电机本身就占据了相当的径向和轴向空 间，与减速器只能采用串联式连接，形成"电机+减速器"的分体式布局，导致整体长 度冗长、重量偏重。而轴向磁通电机采用永磁体沿轴向环形阵列排布、磁通方向平 行于旋转轴的"电磁三明治"结构，这种扁平化设计天然具备与减速器同轴嵌套的几何 优势，为一体化集成创造了结构基础。

璇玑动力使用轴向磁通电机技术的关节模组结构

采用轴向磁通电机方案的关节模组已实现性能显著提升。科盟创新采用全球首创轴向磁通电机与谐波减速器的毫米级同轴集成方案。通 过"轴向堆叠-分腔封装"设计，轴向磁通电机的扁平化定子可以与减速器的波发生器、 柔轮等核心组件在同一轴向空间内实现高度集成，彻底打破了传统分体式技术路线 的空间限制。这种集成方式将关节模组轴向长度压缩至传统方案的55%，厚度不足 12mm的扁平化轴向磁通电机与PEEK-金属复合壳体形成一体化结构，模组总质量 降低40%。且通过优化磁路设计和热管理系统，在轴向尺寸缩减50%、重量仅2.5kg 的情况下，功率密度反而提升3倍达到80Nm/kg，峰值扭矩提升20%达到200Nm。

轴向磁通电机的使用可为关节模组带来创新设计。小象电动的扭矩优化型扁平轴向 磁通电机充分利用了轴向磁通电机的轴向排布结构特性，创新性地解决了人形机器 人关节扭矩需求动态变化的核心问题。传统轴向磁通电机虽然结构扁平，但扭矩输 出固定，无法适应机器人负载变化。小象的方案通过可变半径设计实现扭矩动态调 节：当机器人需要承受较大载荷时，电磁圈驱动下磁块推动滑块，使卡块相互靠近 解除安装座位置限定，随后电磁环通过磁力推动上磁块向外移动，带动安装座及磁 钢向远离转子盘轴线方向移动，实现转子半径增加。由于轴向磁通电机扭矩与转子半径立方成正比，这种设计可以显著提升扭矩输出，使直径 120mm、厚度仅40mm的扁平设计能够持续输出180Nm扭矩。

轴向磁通电机具有比传统电机更低成本的潜力。但轴向磁通电机的制造成本是制约其大规模产业化应 用的核心障碍，当前制造成本显著高于同等功率径向电机，根据电动新视界，量产 成本较传统电机高20%~30%。这种成本劣势主要源于材料特殊性、制造复杂性和产 业化程度不足等因素。

高昂的材料成本。成本压力的首要来源是必须使用大量特殊且昂贵的高性能材料。这包括：

1)高温永磁材料, 必须使用添加了镝、铽等昂贵重稀土元素的高温型钕铁硼磁材，以应对高温下的性能下降问题。

2)碳纤维复合材料，转子制造中广泛使用的高性能碳纤维复合材料价格不菲。3）辅助材料，专用的绝缘材料和高精度轴承等辅料成本也远高于传统电机。

复杂的制造工艺。高精度的制造要求和低自动化水平共同推高了生产成本：

1）设备投资大，气隙控制需达微米级，依赖高精度数控机床、激光加工设备等昂贵精密设备。此外，定子、绕组、转子等部件均需专用设备，投资巨大且通用性差。

2）人工成本高，自动化程度远低于传统电机，许多关键工序依赖高技能工人手工操作。3）良品率低， 工艺复杂、精度要求高，导致检测流程长，良品率相对较低，废品和返工成本高。

轴向磁通电机电子冲卷设备

产业化程度不足。电机目前仍处于产业发展初期，无法享受规模经济带来的成本优势：

1）生产规模小，小批量生产导致固定成本摊销困难，且原材料采购议价能力弱。

2）供应链不成熟。 结构特殊，需要大量定制化零部件（如异形永磁体、非标轴承等）。供应商数量有限，议价能力强，导致采购成本高、供应周期长。

3）缺乏协同， 缺乏标准化的制造工艺和检测规范，难以形成产业集群效应以降低整体成本。

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轴向磁通电机核心企业

在A股上市公司中，已有多家企业积极布局相关技术，包括东 睦股份（小象电机）、信质集团、卧龙电驱等等。这些企业正围 绕材料、结构设计、制造工艺等环节展开协同创新，为轴向磁通 电机的国产化与规模化应用奠定基础。

轴向磁通电机技术在研科创企业

卧龙电驱：拥有多项轴向磁通电机专利

公司以电机及控制技术为核心，积极拓展机器人与AI领域，并在轴向磁通电机结构与散热等技术进行探索。公司积极布局新兴技术方向，包括机器人组件与人工智能。旗下拥有多家机器人相关子公司，如浙江希尔机器人股份有限公司。 2025年3月，卧龙电驱成为智元机器人的战略股东，持股约0.74%；同月，智元通过增资扩股战略注资卧龙电驱旗下浙江 希尔机器人，双方合作推进具身智能技术及柔性制造解决方案的开发。在技术研发方面，公司已申请多项轴向磁通电机相 关专利，涵盖《一种混合冷却轴向磁通永磁电机》《一种轴向磁通定子铁心及电机》等，主要聚焦于电机结构优化与散热 改进。

信质集团：已具备较大尺寸轴向磁通电机研发制造能力

公司以汽车及微特电机核心零部件为基础，发展轴向磁通及无框力矩电机技术，并通过新设子公司布局人形机器人核心部 件市场。公司主要从事各类电机核心零部件的研发、制造与销售，产品涵盖汽车发电机定子及总成、汽车微特电机转子、 电动自行车定子及总成等。

公司持续探索电机应用的新领域，在人形机器人电机方面重点发展无框力矩电机及齿槽微电机。 在前沿技术领域，公司已掌握成熟的轴向磁通电机技术，并已应用于电梯、汽车等传统行业，同时与核心总成商保持合作， 为未来新一代人形机器人方案提供潜在技术支撑。2025年，公司新设立鸿辉智能机器人（浙江）有限公司，专注于智能机 器人、电机及其控制系统等的研发。

东睦股份：轴向磁通电机布局

公司通过MIM工艺推动机器人轻量化，并布局轴向磁通电机量产，为高端智能装备市场拓展奠定基础。机器人轻量化领域 主要沿PEEK材料和粉末冶金（MIM）工艺两大方向发展。公司为MIM工艺龙头，旗下子公司小象电动布局轴向磁通电机技 术。公司已通过MIM工艺成功生产机器人齿轮、减速器、连接件等产品，并广泛应用于机器人关节。2025年上半年，公司 实现营收29.3亿元，同比增长24.5%，其中粉末金属制品及消费电子产品分别占收入的43%和41%。在轴向磁通电机方面， 2024年公司完成1,000平方米生产车间基建，组建1条样版装配生产线，量产潜力可达5万套/年。同年，公司实现轴向磁通 电机销售收入154.23万元。

易德龙：牵头苏州大学组建PCB定子磁通电机创新联合体

依托柔性EMS能力，联合高校攻关轴向PCB电机关键技术，推动新一代工业与家用机器人电机产品研发与量产。公司为全 球布局的柔性EMS龙头企业，具备丰富的PCBA研发经验，业务主要集中在工业控制和高端电子消费领域。在工业控制板块， 公司产品主要应用于工业机器人模块；在高端消费电子板块，产品覆盖家用智能机器人。目前，公司牵头联合苏州大学等 机构组建了“苏州市轴向PCB定子磁通电机创新联合体”，重点攻关六大关键技术，包括多层PCB定子设计、气隙磁场提 升等核心环节。联合体旨在推动以四合一伺服电机和PCB轴向电机为核心的新一代产品研发，突破量产瓶颈，提升工业及 消费机器人电机的性能和可靠性。

参考资料：1）人形机器人系列二十一：轴向磁通电机：电机的未来形态-广发证券

2）汽车行业深度报告：轴向磁通电机：高功率密度等特点有望助力其成为下一代执行器用电机-华鑫证券

封面来源：网络公开资料