報告製作人：投資**
以下是原始報告的摘錄。
一、電機概述。
1. 什麼是電機？
電動機又稱電機，是以磁場為介質轉換機械能和電能的電磁器件，如電動機、發電機、變壓器等。 根據電機在執行時的結構是否旋轉，人們將電機的內部結構分為定子（靜止部分）和轉子（旋轉部分）兩部分。 電流通過的線圈（也稱為繞組）通常固定在定子內部，與轉子元件中的磁鐵相呼應。 當定子內部繞組間歇性斷開時，電機中的勵磁電流會向方向變化，形成相對穩定的耦合磁場，實現電能的傳輸和轉換。
電動機的發展歷史可分為三個階段：1）理論發展階段（1820-1834）;2）工業實踐階段（1834-2008）;3）軸向突破階段（2009年至今）。各階段具體結果如下：1）理論發展階段（1820-1834）：1820年，丹麥物理學家奧斯特發現了“電流的磁效應”，為電磁感應理論的建立奠定了基石。隨著法拉第在1821年成功製造出世界上第一台軸向磁通電機，科學家們繼續擴大電動機的實際應用領域。
自1834年以來，徑向磁通電機以更簡單的技術和材料要求以及更低的成本逐漸成為電機的主流。
2）工業實踐階段（1834-2008）：隨著第二次工業革命，電機進入了乙個新的應用階段，以直流發電機為首。Huerter，1854 年。 Werner 兄弟為自激式發電機申請了專利，開創了“滾動”直流發電機效能的新時代。 到 19 世紀七十年代末，最大的直流發動機可以** 576 kV，輸出功率為 4650 kW。 但這個限制遠遠達不到人們的實際需求。 1888年，特斯拉根據電磁感應原理發明了交流電動機，無需整改，立即廣泛應用於家用電器和工業電器，並在隨後的技術開發和應用中不斷迭代公升級。
3）軸向突破階段（2009年至今）：隨著徑向電機效能接近理論上限，自2009年以來，YASA、MAGNAX、EMRAX等國外電機廠商逐漸開始關注效能更高的軸向電機及其應用。巴黎峰會後，各國的碳排放限制政策逐漸落下，節能減排已成定局。 再加上機械人和自動化裝置精細化操作對智慧城市和工業自動化的需求，電機行業必然向小型化、高效化、輕量化方向發展。 電機行業軸流產品的生產過程不斷響應各行各業對重量更輕、體積更小、效率更高的軸向磁通電機不斷擴大的需求。
2.電機的工作原理。
永磁體和電磁鐵之間的排斥力和吸引力用於驅動轉子旋轉。 電機的電能和機械能之間的相互轉換取決於定子和轉子的磁場相互作用產生的電磁轉矩。 例如，在盤式電機的情況下，當定子中的繞組通電時，會形成具有 n 極和 S 極的電磁鐵。 此時，根據同性排斥和異性吸引的基本原理，由於轉子和定子之間的磁極角度不同，n極和S極相對固定的轉子永磁體將受到靠近反極的吸引力和遠離各向同性極的排斥力， 最後根據合力旋轉。如果定子電磁鐵的磁極保持不變，當轉子的相反磁極轉移到繞組的相應位置時，作用在轉子磁鐵上的徑向合力將為零，轉子將停止位移。 因此，為了保證轉子在電機中的連續旋轉，需要間歇性地給不同位置的線圈通電，以不斷改變磁場的方向，使轉子在電機執行時始終受到切向吸引力的影響。
電機的穩定執行取決於相對固定的扭矩。 電機的輸出功率由轉子的扭矩決定，轉子的扭矩又由力、從軸到施加力點的徑向向量以及兩者之間的角度決定。 在同一臺電機中，轉子所承受的徑向向量是固定的，因此定子和轉子之間的轉矩與定子和轉子的磁場被拉開的角度有關，角度越大，吸引力越大。 一般來說，如果定子磁場的轉速領先於轉子磁場，則電機處於電機狀態; 相反，它處於發電機機的狀態。 如果定子和轉子磁場之間存在速度差，轉子的n極必然會出現有時與定子的s極對齊以吸引，有時與定子的n極對齊以排斥，這將導致切向力的大小和方向難以確定， 並且電機運轉時轉矩值會從正到負波動，使電機無法平穩輸出功率。
2.軸向磁通電機介紹。
1、軸向磁通電機基礎知識。
根據磁通路徑的方向，電機可分為軸向磁通電機和徑向磁通電機，前者的磁通方向平行於電機的旋轉軸。 由於其扁平的外形和較短的軸向尺寸，軸向磁通電機也被稱為“盤式電機”。
在結構端，軸向電機還包含轉子和定子。 其中，電機的永磁體固定在轉子部分，平行於旋轉軸對齊; 定子部分裝有線圈，線圈在通電時與轉子磁鐵的磁場發生反應以產生扭矩。 從外觀上看，軸向磁通電機的定子鐵芯和轉子鐵芯的外徑與內徑一致，軸向長度不同，定子部分與轉子部分軸向相反。另外，根據定子轉子的數量和定轉子的相對位置，軸向磁通電機可分為四種型別：單定子單轉子結構、雙定子單轉子結構、單定子雙轉子結構和多盤結構。但是，考慮到盤式結構中定子和轉子相互吸引到電機整體上的軸向力的破壞作用，軸向磁通電機一般採用雙定子和單轉子的結構，單定子和雙轉子和多盤方案也被廣泛使用。
在材料方面，軸向電機主要由磁鐵和鐵芯組成。 其中磁鐵（一般為鋁鎳鈷合金）是轉子中永磁體的原材料之一，按其化學成分可分為鐵氧體磁體和釹鐵硼磁體。 前者最高工作溫度為250°C，由合金鋼加工模組一次性成型，廣泛應用於永磁電機領域; 後者具有較高的磁性能，並且體積小，重量輕，是近年來的一種新型磁鐵。 在定子鐵芯組成方面，可以使用薄矽鋼片、軟磁複合材料、非晶合金等新材料，並由此推導出非磁軛等多種結構方案。 其中，軟磁複合材料（SMCs）是通過用介電粘結劑壓制鐵和鐵基粉末顆粒製成的。 通過用高純度粗粉和熱固性樹脂粉代替疊層矽鋼芯，SMC芯進一步降低了渦流損耗和軸承電流，降低了高頻齒紋波損耗。 同時，模組化結構也使得這類定子能夠快速維修或更換，使用方便。 非晶合金是指通過超快速凝聚得到的一種特殊的固體合金，不含結晶合金。 低損耗、高磁導率的結構特點，使非晶鐵芯的損耗比矽鐵芯降低85%-95%，是軸向電機鐵芯組合的新選擇。
軸向電機具有高度的工藝自由度。 考慮到軸向電機的不同應用用途，定子組成、極排列和繞組嵌入方式都可以調整。 以極排列為例，考慮到繞組的利用效率和布置的自由度，軸向電機可以將兩個圓盤面相對的磁極排列成雙n極。 通過克服同一轉子盤上磁極相互排斥引起的組裝挑戰，軸向電機的n-n排列被換成了垂直嵌入式繞組的工藝便利性。 通過繞過繞組直接繞繞鐵芯的上下槽，可以進一步縮短圓周定子線圈的端部長度，這不僅有利於提高槽填充率，減小定子內圓的直徑，而且有助於解決繞組小端與繞組大端與外殼之間的誤接觸問題。 通過更複雜、更創新的工藝技術，軸向電機突破了原有電機結構對效能引數的限制。
2.軸向磁通電機和徑向磁通電機的區別和缺點。
定向磁通電機和徑向磁通電機之間的主要區別在於磁通路徑的方向，這反過來又導致了結構其他方面的差異。 軸向電機磁通路徑平行於其旋轉軸，而徑向電機磁通路徑垂直於旋轉軸。 這意味著，在完整的磁通路徑也是n極-氣隙（定子和轉子之間的間隙）-定子-氣隙-s-s-轉子-鐵芯-n極的前提下，軸向電機磁場可以直接通過氣隙從一極到另一極，而徑向電機磁場需要通過另外兩個定子齒， 並且磁通路徑更長。由於磁通路徑平行於旋轉軸，軸向電機的定子和轉子部件在垂直於旋轉軸的方向上相對成對，兩者的內徑和外徑相同。 此外，軸向結構的寬空間允許轉子數量大於乙個，並採用定子繞組垂直嵌入方案，軸向結構轉子之間的吸引力問題需要通過2：1轉子定子比+均勻氣隙結構的方案來解決。 徑向電機是平行於旋轉軸構造的，因此轉子定子的相對位置與數軸電機不同。
軸向電機相對於徑向電機的優勢在於自然軸向磁通拓撲結構帶來的電機結構優勢。 軸向磁通拓撲結構允許電機轉子位於定子的側面而不是內部，從而產生充足的軸向空間，這增加了轉子直徑尺寸增加的可能性。 考慮到軸向電機的轉子餅設計，較大的直徑尺寸和較短的軸向長度將導致軸向電機能夠在相同的力下輸出更高的扭矩，即軸向磁通電機的扭矩密度更大。 此外，由於軸向磁通拓撲結構，較短的磁通路徑長度使軸向電機在相同的電流輸入下具有更高的輸出功率和效率。 軸向磁通拓撲結構的軸向電機結構設計最終將導致電機整體體積和重量的減小，這也意味著軸向電機可以在更緊湊的封裝中提供更多的功率和更高的功率密度。 綜上所述，軸向電機的優勢主要體現在兩個方面：
1）效能優勢。在功率輸出相同的前提下，軸向電機與徑向磁通電機相比，具有體積小、重量輕、扭矩密度高、功率密度大等多重優點。
重量輕：在體積方面，軸向磁通電機的外徑與徑向電機基本相同，但軸向長度僅為徑向磁通電機的1 2左右，這意味著軸向電機的體積比徑向電機小50%以上。 在電機原材料變化不大的前提下，軸向電機的重量通常只有徑向電機的1 2左右。 以盤式輪轂軸向電機為例，在5輸出引數為5kW，軸流電機僅需87軸向長度為5mm，質量為11kg，尺寸和重量減輕約56%。 輕量化有利於節省電機的安裝空間，為裝置的整體設計和布局開闢新的思路。
高轉矩密度和功率密度：由於“煎餅”定轉子結構和一維軸向磁通路徑，軸向電機可以提供比傳統徑向電機30%的轉矩密度優勢和1%-2%的效率優勢。 以YASA為例，當重量和體積都在同型別徑向電機的1 2左右時，重量為24kg、容積為5L的YASA軸向電機可以提供800Nm的扭矩和高達同型別徑向電機4倍的扭矩密度。 此外，軸向電機更自由的元件設計提高了輸出功率和效率密度的上限。 在定子結構方面，無定子軛方案使軸向電機的功率密度是徑向電機的2-3倍，同時將定子鐵的質量減少了80%。 在定子繞組方面，軸向電機的“集中繞組”方案通過100%的繞組執行效率提高了功率密度，而徑向電機線圈的利用率僅為50%。 更多的銅線用於繞組+更少的懸垂（線圈用於單獨散熱）+金屬端的接觸面積更大，“集中繞組”方案也有助於簡化裝置的冷卻系統。
2）節能優勢。軸向磁通拓撲結構帶來的緊湊設計思路有助於減少軸流電機的生產耗材和能耗。
生產耗材少：軸向電機重量輕、扭矩密度高的優點帶來了耗材少的優勢。 高轉矩密度意味著軸流電機可以通過增加轉子直徑而不是增加更多的永磁體來保持轉矩，這有利於減少用於製造電機的材料。 輕量化+更自由的電機設計，從體積角度進一步減少了生產耗材。 一般來說，銅、鐵等金屬材料在軸流電機的生產製造中的使用量比徑向永磁電機少50%左右。 如果考慮空心杯PCB定子技術，與徑向電機相比，軸向電機的銅消耗量可以降低到34%，從而進一步節省定子消耗。
低能耗：自重小、效率高的天然優勢，使軸向磁通電機在實際應用中具有更強的驅動能力和更低的能耗，有利於節能減排。 通過增加轉子半徑而不是增加轉子轉速來增加電機輸出轉矩，軸向電機的鐵芯損耗遠低於徑向電機。
由於效率高，軸向磁通電機在所有功率水平下都比普通徑向電機節省約15%-25%的能量，並且可以長時間保持峰值功率輸出。 此外，軸向電機更直接的磁通路徑使其能夠使用取向電工鋼作為定子鐵芯，取向鋼使磁通量更容易通過鐵芯，間接降低了軸向電機的鐵損。
目前，軸向電機在設計和生產工藝上還不如徑向電機成熟。 軸向電動機的定子和轉子的結構彼此相反，這決定了軸向電動機的定子和轉子之間具有較大的軸向吸引力。 因此，與徑向電機相比，軸向電機的工藝流程在轉速較高時需要考慮更多，特別是當傳動軸後端負載的軸向竄流較大時，如何保持轉子定子之間的磁力水平。 此外，軸向磁通電機中較大的氣隙面積也對定子和轉子的表面平整度提出了嚴格的要求，迫使加工端和裝配端的成本公升級。 軸向電機製造難度高+軸向安全問題，使其仍有很大的改進空間。
3.軸向磁通電機的市場規模。
軸流電機市場增長的主要突破口是交通電氣化浪潮帶來的電機革命。 與傳統電機相比，更高的扭矩和功率密度將延長配備軸向電機的電動汽車電池的使用壽命，這使得軸向電機的應用在經濟上可行。 此外，軸向電機的輕量化優勢將為減輕車輛重量提供更具創新性的設計路線。 目前，在交通端，不少企業加大了投資布局，如OLA投資了3家2億美元用於購買電動滑板車，Uber Technologies最近也獲得了美國運輸公司Lime的投資支援，購買了大量的電動自行車和滑板車。
據Industry Arc稱，軸向磁通電機市場規模預計為10到 2027 年，復合年增長率為 8%，覆蓋率為 8%71億美元。 其中，汽車將佔主導地位，汽車軸向磁通電機的市值有望從22億美元**至360 億美元，並通過了 1082% 的復合年增長率是軸向磁通電機增長最快的部分。
3、軸向磁通電機下游應用市場。
徑向電機因其相對較高的功率密度和成本效益而廣泛應用於許多行業。 如今，道路上的大多數電動汽車都使用徑向磁通電機作為能量轉換裝置。 從洗衣機、風機等家用電器到風力發電、空中交通、工業機械電機，徑向電機依然佔據市場主流。
然而，軸向電機技術的不斷成熟正在逐漸蠶食徑向電機原有的應用領域，尤其是在電動汽車領域。
目前，軸向電機廣泛應用於新能源汽車、航空航天、船舶推進、機械人和風力發電等需要高扭矩密度和緊湊空間的場合。 在國內，由於軸向電機是相對於傳統電機的新產品，而傳統客戶在更換電機時存在穩定性問題，因此該行業汽車領域的終端客戶大多是車企+部分有軌電車企的新生力量。 日前，YASA輪轂軸向磁通電機搭載在梅赫西迪賓士Vision-One-Eleven樣車上，並宣布將於2025年在AMG純電動汽車平台上量產，這在乘用車企業內部引發了震動，軸向電機在乘用車上的應用將逐步滲透。 在機械人和工業領域，軸向電機在一些領域已經形成了布局，一些已經提供了樣品或小批量，大規模應用指日可待。
1、新能源汽車產業：商用車先推廣，乘用車仍在測試中。
1）盤式電機在商用車領域逐步推廣。
目前，軸向電機在商用車的效能和設計優化中發揮了重要作用。 浙江中昊60KW混合動力電機憑藉軸流電機功率密度高的優勢，在高效、節能、尺寸、重量等方面取得了突破，效率高達95%以上，有效解決了混合動力系統在結構設計中縱向空間緊湊的問題。
Panhub Power在2020年針對客車市場推出的分布式電驅動技術，也利用了軸向電機軸向尺寸更短、重量更輕、功率更高的優勢。 盤式電機的使用不僅釋放了底盤和內部空間，而且使8公尺的客車具有傳統10公尺客車的承載能力。 它進一步實現了顛覆性的功能改進，例如無障礙全平地板、850mm 超寬後過道、0 附著力和 12% 坡道，以實現平穩啟動。 在不到三年的時間裡，盤式輪轂軸向磁通電機技術已應用於3000多輛公交車，並在全國40多個城市批量交付，被認為是“公交車老化服務”的最佳選擇。
商用車電動化所需的新能源驅動電機缺口，是軸向磁通電機的新藍海。 從全球範圍來看，中國在推廣新能源商用車方面起步較早，與其他國家相比有一定的滲透率。 截至2020年，商用車新能源驅動電機裝機裝機量僅佔4%，兩年後，整體滲透率達到6%左右。 根據《2023年全球商用車主要趨勢***》，到2030年，中國商用車市場將受到政策、能源補充體系、TCO平等因素的影響，整體電動化程序將加速。
預計到2030年，中國新能源商用車滲透率將達到34%左右，實現約140萬輛的銷量水平，2022-2030年的復合年增長率約為25%。 軸流電機功率密度高、重量輕等優勢，可以彌補商用車對新能源驅動電機的效能要求，在商用車快速電動化程序中分得蛋糕。
2）乘用車配備輪轂電機技術。
輪轂和輪電機技術是應對分布式驅動浪潮的兩個方向。 輪轂電機技術又稱輪轂電機技術，其特點是將動力、傳動和制動裝置整合到輪轂中，實現電動汽車機械部分的大規模簡化。 在輪轂電機技術中，電機和減速器安裝在副車架的輪側，驅動電機的輸出軸與輪轂連線。 目前，與輪轂電機技術相比，輪轂電機技術省略了減速器裝置，但電制動效能較弱，散熱效能較差，多以四電機的形式出現。 這也導致了這樣乙個事實，即在輪轂電機已經開始進入工業化的同時，輪轂電機仍處於大規模應用的前夜。 這兩種技術都使電機能夠單獨驅動輪胎，使車輛具有很高的機動性和可靠性，並能主動控制自身執行，實現自動駕駛。
體積小+理論成本低，軸向電機技術有望克服母線輪電機推廣問題。 在“第三代分布式電驅動系統”的開發中，輪轂徑向電機被軸向電機取代，為輪轂電機在乘用車市場的推廣開闢了新的思路。 與傳統的集中式單電機驅動相比，分布式驅動需要輪側減速器的補充，這意味著分布式驅動乘用車需要兩個以上的輪側電機，成本仍然很高。 因此，要推廣以母線為主的輪轂電機，首先要解決車載電機成本高的問題。 利用緊湊、扁平、薄的軸流電機，單盤功率ICD150K在保持峰值功率150kW的同時，體積空間小50%，重量減輕45%，功率密度超過6kW kg。 在軸向電機和徑向電機材料含量大致相同的前提下，更高的功率密度意味著批量生產後銅鋼更少，磁鐵更小，材料消耗和系統成本的雙重成本使輪轂電機的整體成本可能與集中式單徑向電機相似。
軸向電機在功率密度方面的優勢，也為輪轂電機在乘用車上的大規模應用開啟了視窗。 高度整合使得輪轂電機技術對電機的體積和輸出扭矩提出了很高的要求：1）為了提高制動效能，輪轂電機需要提供足夠的扭矩;2）輕量化，減少簧下質量，提高電動汽車的執行效能。結合上述標準，盤式電機已成為輪轂電機的首選。 與徑向電機相比，軸向電機的轉子不再侷限於定子，具有更大的扭矩潛力。 此外，軸向電機結構趨向於車輪，不會使輪轂的軸向空間過於擁擠，這對懸架、制動器、散熱等汽車電動化優勢專案的布局起到了積極作用。 輪轂PDS100K軸向磁通輪轂電驅動解決方案被譽為“迄今為止最具量產應用潛力的輪轂電機解決方案”，這也證明了軸流電機在推動輪轂電機技術在客車應用中的重要地位。
3）電動汽車可能成為軸向電機技術的下乙個增長點。
業內人士認為，分布式驅動系統具有車身布局靈活、結構緊湊、易於實現底盤模組化設計等優點，同時各輪驅動制動力矩自主可控，是未來實現自動智慧型駕駛汽車的終極解決方案，這也是2023年發布的新能源汽車幾乎全部配備分布式驅動電機的原因。 在電動汽車電機市場的快速擴張中，軸向電機和分布式驅動系統的高適應性將大大加快軸向電機在整個汽車行業的滲透率。 據Global Information報道，全球汽車軸向電機市場預計將從2022年1月增長到2027年35 億美元**至 4 美元97 億美元，復合年增長率為 298%。在輪轂電機市場，Exactitude Consultancy 估計其市值將以 20% 的復合年增長率增長，到 2029 年將增長到驚人的 27%4億美元。
2、電動飛機產業：功率密度適配，推動航空淨零碳排放。
輕巧緊湊+高功率密度，軸向磁通電機助力航空電氣化。 由於混合動力和純電動飛機獨特的高壓環境，與傳統飛機電氣系統中使用的115VAC 400Hz和270VDC解決方案相比，電動飛機在垂直起飛和懸停時需要無刷800VDC電機提供高達20,000 rpm的轉速，這對適配電機的尺寸、重量和功率密度提出了更嚴格的要求， 這與軸向磁通電機的特性完美匹配。軸向磁通電機解決方案的尺寸和重量比同類徑向電機減小到1 3，功率比徑向電機高30%，扭矩密度高20%，提供電動飛機稀缺的“最佳功率和扭矩密度”，推動更小、更輕的推進系統的設計，以實現電動飛機零碳排放的目標。
多家主要軸流電機製造商加快布局，競相實現產品淨零排放。 EMRAX和Yasa的子公司Evolito利用軸向磁通電機獨特的功率和體積優勢，在公司成立初期就已經開始布局電動飛機產業。 在 2015 年巴黎航展上，EFESTO 與 Ashot 和其他公司合作，推出了第乙個用於輕型飛機的併聯混合動力裝置。 EMRAX268軸向電機和ROTAX914燃油發動機，足以在純電動飛行中提供超過100kW的功率，同時將重量減輕至57kg; 用於超輕型飛機的徑向Rotax912A2電機重554kg，僅59峰值功率6kw。 2021年，安勝專案“創新精神”誕生，創下345項紀錄4 英里/小時全電動飛機空速記錄。 該固定翼飛機配備了推進功率為400kW的軸向電機，是其他徑向電機競爭對手的25%的鐵、銅和永磁體消耗量，推動了航空產品淨零排放的趨勢。
“雙碳”政策已經實施，飛機電動勢在必行。 為實現2050年前航空業務淨零排放的氣候目標，中國**於2022年發布《民航綠色發展“十四五”規劃》，倡導“積極選擇先進可靠的航空脫碳技術裝備”和“有序推進純電動、柴電混合動力飛機在通用航空領域的應用”。 “根據IPCC的第六次全球碳排放評估報告，全球航空業佔18%，而中國國內航空客運市場已達到189%，客運量仍在快速增長。 綠色和平組織的《中國快遞業碳排放報告》也強調了航空運輸的碳排放，並將佔行業碳排放總量約40%的航空運輸確定為該行業的重中之重。 減排壓力與利好政策雙管齊下，證明電動飛機是“雙碳”時代航空業的重要發展方向。
報告摘錄結束 欲瞭解更多資訊，請閱讀報告原文
報告集中的主題列表 x 由 [報告學校] 定期編制和更新。
（特別說明：本文**為公開資訊，摘錄僅供參考，不構成任何投資建議，如需使用請以原報告為準。 ）
新能源、汽車、儲能
新能源汽車 |儲能 |鋰電池 |燃料電池 |動力電池 |動力電池** 氫能 |充電樁 |網際網絡汽車 |智慧型駕駛 |自動駕駛 |汽車售後市場 |石油與石化 |煤化工 |化工行業 |磷化工 |基礎化學品 |加油站 |新材料 |石墨烯 |聚合物 |耐火材料 | pvc |聚氯乙烯 |綠色能源 |清潔能源 |光伏 |風力發電 |海上發電。