SMC一体压铸、定子结构优化等有望加速轴向磁通电机商业应用
思瀚产业研究院    2025-10-15

软磁复合材料（SMC）助力轴向磁通电机规模化制造

SMC材料因各向同性磁性、低涡流损耗及三维磁通设计支持，实现轴向磁通电机高性能、低能耗和批量稳定制造。软磁复合材料（SMC）是一种由铁基粉末与电绝缘粘合剂压制成型的磁性材料，通过粉末冶金工艺制备，使磁性颗粒间形成绝缘层，从而有效降低涡流损耗。同时，优化磁路分布与颗粒界面特性，可实现更优的热稳定性，形成高效、低能耗的材料体系。

相较于传统硅钢片，SMC具有各向同性磁性能，能够支持复杂的三维磁通路径设计，并适用于3D打印技术，使电机设计更加灵活，兼顾性能与成本。其优良的电磁特性与机械强度，使轴向磁通SMC定子能够实现大批量稳定生产。目前，小象电机通过工艺优化，定子一致性提升超过15%，综合良品率达到96%以上。

无铁芯设计有望形成轴向磁通电机轻量化与模块化制造优势

无铁芯设计通过模块化定子和单齿绕线工艺降低制造难度，同时减轻铁损与提升功率密度。当前，轴向磁通电机中出现了一种无铁芯结构设计：将定子线圈绕制完成后布线连线，通过模具使用环氧树脂等材料将线圈固化成盘式定子形状。该设计可有效减少定子铁重量，增大功率密度，同时由于缺少定子磁轭，可显著降低铁损。

通过将复杂的整体定子拆分为简单独立模块，制造技术门槛大幅下降。单齿绕线可在专用设备上完成，避免了传统整体绕线的复杂性。定子齿固定采用“翻盖”结构或注塑连接件，不仅实现机械固定，还兼顾冷却通道功能，支持流水线式批量装配，大幅提升制造效率和可重复性。

PCB定子电机可实现轻量化、高效与高可靠性

PCB定子通过无铁芯设计显著减轻体积与重量，同时降低损耗并提升效率与可靠性。与传统电机相比，PCB定子将铜线圈直接蚀刻在电路板上，使电机的重量和尺寸可减少约50%。在电动汽车电源系统中，牵引逆变器的驱动电流通过固定的PCB定子绕组产生轴向磁通量，驱动转子旋转，从而推动车辆前进。

除了体积和重量的优势，无铁芯设计还可显著减少定子磁滞损耗与涡流损耗，提升能效和单位电力输入的物理输出。同时，通过消除传统电机中铜绕组及绝缘相关的潜在故障点，PCB定子能够有效提高电机整体可靠性，为轻量化与高性能电驱动系统提供创新解决方案。

扁平线绕组带来高功率、高效率与可靠性等优势

槽填扁平线绕组通过高槽填充率、优化热管理和形状设计，实现更大功率、更高效率及更优耐热耐压性能。

高槽填充率：扁平线绕组能够在相同空间内容纳更多导体，槽填充率比传统圆线高出约20-30%，从而产生更强磁场并提升电机功率。

更优热管理：扁平线的形状优势增加了导线间接触面积，增强散热能力。在高槽填充率情况下，绕组间热导率可提升至低槽填充率的150%，有效降低运行温度并延长使用寿命。

高速高频工况适应性：在高速、高频操作下，扁线的宽高比可随转速优化，增大比表面积，减轻集肤效应，提高电机效率。

耐电压与耐热性：得益于特殊绕制方法，扁平线圈在耐压和耐热性能上优于传统圆线绕组，增强了电机的可靠性与长期稳定性。

电机热管理优化设计提升定子与转子散热能力

通过定子分段、转子通风孔优化及导热材料布局，电机散热效率显著提升，降低涡流和滞后损耗导致的热量积聚。

定子铁芯分段设计：将定子铁芯沿轴向或径向分割，并在段间保留间隙或使用低导热材料，可减少内部热传导路径，降低涡流和磁滞损耗产生的热量。同时，间隙处可设置冷却通道或填充导热材料，进一步提升散热效果。

优化转子通风孔设计：在转子上设计形状和分布独特的通风孔（如不对称或螺旋布置），形成复杂气流路径，增加空气与转子之间的热交换面积与停留时间，从而提高冷却效率。

优化定子设计：在定子齿轴向中心嵌入导热材料，形成单向冷却通道。这些通道可在不影响电气连接的前提下，为绕组提供直接散热路径，同时间接冷却转子组件，有效增强整体热管理能力。

液冷、碳纳米管与相变材料的应用有望带动先进电机散热技术提升

通过液冷通道、碳纳米管导热和相变材料吸热，电机散热效率显著提升，实现高功率密度稳定运行。

液冷通道：在定子支架外壁及支撑杆内部设计冷却液流路，使冷却液可直接带走定子铁芯及其周围线圈的热量。另一种方式是使用带有多个小孔的条形铝板水通道，将铁芯绕组线圈安置于通道内，既吸收热量，又有效传递绕组热量，同时实现结构密封。

碳纳米管：碳纳米管具有极高导热性，将其与定子绕组或转子组件结合使用，可快速传导热量。例如，在定子绕组绝缘层中添加碳纳米管，既保持绝缘性能，又显著增强散热效率。

相变材料：将相变材料封装于微胶囊中，添加至电机冷却介质或直接填充到冷却结构，可在温度升高时吸收热量，实现临时热缓冲。封装设计可防止泄漏和腐蚀，确保电机安全可靠运行。