第一章行业概况

一、轴向磁通电机的特点

轴向磁通电机是一种具有高效、紧凑结构特性的特种电机,其磁场沿轴向分布,相较于传统径向磁通电机,具有功率密度高、体积小、转矩惯量比大等优点,尤其适用于航空航天、电动汽车、精密机械等领域。目前,轴向磁通电机在这些领域已取得一定应用突破,特别是在新能源汽车的驱动系统中,因其能有效减小电池组重量、提升续航里程而受到关注。技术层面,永磁体材料的性能提升、冷却技术的进步以及控制策略的优化,使得轴向磁通电机的运行效率、稳定性及使用寿命不断提高。然而,由于其制造工艺复杂、成本相对较高,大规模商业化应用仍面临一定挑战,主要集中在高端市场和特定工业应用场合。

二、PCB在新能源汽车中的应用

PCB(印刷电路板)作为电子元器件的重要支撑体,在新能源汽车中扮演着至关重要的角色。新能源汽车的多个部件和系统都需要PCB来实现电气连接和支撑,包括但不限于:

控制系统:新能源汽车的控制系统是车辆的核心,PCB作为控制系统的关键组成部分,负责各个模块之间的信号传输和控制指令的执行。

轴向磁通电机的小体积和低理论成本的特性,有望解决轮边电机的成本和体积难题,推动轮边电机的大规模应用。轴向磁通电机的功率密度优势,能够在保持轻量化,减少簧下质量的同时能够输出足够的扭矩,推动轮毂电机的批量应用。

电池管理系统:电池管理系统负责监控电池的状态、预测电池寿命、优化电池性能等,PCB在其中起到了关键的电气连接和信号处理作用。

驱动电机系统:包括轴向磁通电机在内的驱动电机系统,其控制器和逆变器等部件都需要PCB来实现电气连接和控制。

三、新能源汽车轴向磁通电机PCB行业发展趋势

技术不断进步:随着新能源汽车技术的不断发展,对PCB的要求也越来越高。高性能、高可靠性、高集成度的PCB将成为行业发展的主流。

市场需求持续增长:随着新能源汽车市场的不断扩大,对轴向磁通电机及其配套PCB的需求也将持续增长。特别是在高端新能源汽车领域,轴向磁通电机凭借其优越的性能和紧凑的结构,将得到更广泛的应用。

产业链协同发展:新能源汽车轴向磁通电机PCB行业的发展需要产业链上下游的协同合作。包括电机制造商、PCB制造商、材料供应商等在内的各方需要共同努力,推动技术进步和产业升级。

政策支持不断加强:各国政府对新能源汽车产业的支持力度不断加大,出台了一系列政策措施来推动新能源汽车的发展。这将为新能源汽车轴向磁通电机PCB行业提供更加广阔的发展空间和市场机遇。

第二章 轴向电机技术

一、轴向磁通电机基础知识

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”

结构端,轴向电机同样包含转子、定子部分。其中,电机的永磁体被固定于转子部分,并平行于旋转轴对齐;定子部分则容纳线圈,在通电时与转子磁铁磁场发生反应,产生扭矩。从外表上看,轴向磁通电机的定子铁心和转子铁心的外径与内径保持一致,轴向长度不同,定子部分与转子部分轴向方向相对装配。进一步来说,根据定转子数量以及定转子的相对位置,轴向磁通电机可分类为: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四种。但考虑到盘式结构中定转子相互吸引的轴向力对电机整体的破坏性,轴向磁通电机一般采用双定子单转子的结构,单定子双转子、多盘式方案也多有应用。

材料端,轴向电机主要由磁钢、铁心构成。其中,磁钢(一般为铝镍钻合金)作为转子中永磁体的原料之一,可按照化学成分分为铁氧体磁钢和钕铁硼磁钢。前者最高工作温度可达 250℃,通过合金钢加工模组一次成型,并被大量应用于永磁电机领域;后者拥有更高的磁性能,且体积小、重量轻,是近几年新型的磁钢品种。定子铁心构成方面,可采用薄硅钢片、软磁复合材料、非晶合金等新型材料,并由此衍生出无磁轭等多种结构方案。其中,软磁复合材料(SMC)是由铁和铁基粉末颗粒用介电粘合剂压制而成。通过高纯度的粗粉搭配热固性树脂粉以替代叠片式硅钢片铁心,SMC 材质铁心进一步减小了涡流损耗和轴承电流,降低了高频齿纹波损失。同时,模块化的结构也使该类定子能够快速修理或更换易于回收利用。非晶合金是指通过超急冷凝固得到的没有晶态合金的一种特殊固态合金。低损耗、高磁导率的结构特性使得非晶铁心损耗相较硅钢铁心减少85%-95%,以此成为轴向电机铁心构成的一种新选择。

二、轴向磁通电机与径向磁通电机的差异

轴向与径向磁通电机的最主要区别在于磁通路径的方向,而这又导致了两者在构造的其他方面存有差异。轴向电机磁通路径与其旋转轴平行,而径向电机磁通路径垂直于旋转轴。这就意味着在完整磁通路径同为 N 极-气隙(定转子之间的空隙)-定子-气隙-S 极-转子铁心-N 极的前提下,轴向电机磁场可以直接通过气隙从一个极点到另一个极点,而径向电机磁场还需要再通过两个定子齿,磁通路径更长。又由于磁通路径平行于旋转轴,轴向电机的定子与转子部件在垂直于旋转轴的方向上相对配对,并且两者内外径一致。此外,轴向结构的宽阔空间允许转子数量大于一个的同时采用定子绕组竖嵌方案,而轴向结构转定子间产生的吸引力问题又需要通过2:1 的转定子比例+均匀气隙构造的方案来解决。径向电机平行于旋转轴的构造,故转定子的相对位置与数量和轴向电机不同。

第三章 行业发展分析

一、全球PCB及轴向电机规模

据行业知名研究机构Prismark统计,2022年全球PCB产业总产值达817.41亿美元,同比增长1.0%。随着新科技应用如AI、5G网络通信、新能源车等持续带动,预估未来5年PCB行业仍将稳步成长。根据Prismark预测,2022至2027年之间全球PCB行业产值将以3.8%的年复合增长率成长,到2027年将达到983.88亿美元。

全球轴向磁通电机(Axial Flux Electric Motor)核心厂商有YASA、盘毂动力和Naxatra Labs等,前三大厂商占有全球大约84%的份额。欧洲是最大的市场,占有大约48%份额,之后是亚太和北美,分别占有32%和15%的市场份额。产品类型而言,双转子单定子型是最大的细分,占有大约66%的份额,同时就下游来说,电动超跑是最大的下游领域,占有53%份额。

2023年全球新能源汽车电机轴(包括轴向磁通电机在内的关键部件)市场销售额达到了数十亿美元。预计到2030年,全球新能源汽车电机轴市场将实现显著增长,有望突破百亿美元大关。这一增长主要得益于新能源汽车市场的快速扩张、消费者对高性能和环保型车辆的需求增加,以及政府对新能源汽车产业的政策支持。

据Industry Arc预计,轴向磁通电机市场规模将在2022-2027年间以10.8%的CAGR增长,并在2027年达到8.71亿美元。其中,汽车将占据主导地位,预计到2027年,汽车轴向磁通电机市值将从2021年的2.02亿美元上涨到3.60亿美元,并通过10.82%的CAGR成为轴向磁通电机增长最快的细分市场。

二、新能源汽车轴向磁通电机PCB企业情况分析

在新能源汽车轴向磁通电机PCB领域,存在多家具有实力的企业。这些企业通常具备先进的PCB设计、制造和测试能力,能够满足新能源汽车行业对高质量、高性能PCB的需求。目前,全球PCB 应用在新能源汽车轴向磁通电机领域的企业有如下:

明阳电路:一家专注于印制电路板(PCB)研发、生产和销售的高新技术企业。公司具备PCB全制程的生产能力,产品广泛应用于工业控制、汽车电子、通讯设备、智能电网等多个领域。在新能源汽车领域,明阳电路从2016年就开始布局轴向磁通电机PCB技术研发,如:轴向磁通电机PCB定子、平面变压器和电力配电等PCB产品,并且随着厚铜PCB的应用也越来越广,如利用厚铜工艺的平面变压器可替代传统变压器,提高电源的工作效率,使用多层厚铜工艺的PCB定子的轴向磁通电机能够大大提高数据中心HVAC的工作效率,为新能源汽车的电机控制系统提供高质量的PCB解决方案。

TTM:公司成立于1998年,总部位于美国,TTM的业务范围广泛,包括工程系统、射频组件和射频微波/微电子组件以及印刷电路板的设计、制造和销售。公司服务于多样化的客户基础,包括航空航天和国防、数据中心计算、汽车、医疗、工业和仪器仪表以及网络和电信等不同市场的大约1500个客户。TTM致力于提供先进的技术产品上市时间和批量生产服务,帮助客户缩短开发新产品并将其推向市场所需的时间。TTM在全球拥有约20,000名员工和26家工厂,是全球五大印刷电路板供应商之一。

依顿电子:成立于2000年,依顿电子的经营范围广泛,包括生产线路板、HDI(高密度互连积层板)印刷线路板、液晶显示器及其附件、覆铜板,电路板表面元件贴片、封装等。公司产品主要应用于汽车电子、新能源与电源、工控医疗、计算机与通信、多媒体与显示等领域。

2021-2023年在新能源汽车轴向磁通电机PCB领域,深圳明阳电路、TTM、依顿电子在全球市场占有率分列前三名,其中明阳电路市场份额稳居第一。

随着新能源汽车、航空航天、船舶推进、机器人以及风力发电等领域的快速发展,对高转矩密度和空间紧凑的电机需求不断增加。

PCB在轴向磁通电机的应用中展现出了巨大的潜力和优势。它不仅提高了电机的性能和可靠性,还降低了成本、减少了噪音和震动,并有助于实现节能环保的目标。随着相关技术的不断发展和完善,PCB在轴向磁通电机中的应用前景将更加广阔。随着自动驾驶技术的发展,不同程度的ADAS应用正在渗透,这也将为车用PCB开辟广阔成长空间。因此,在汽车电子趋势、新能源汽车快速发展和自动驾驶技术逐步完善的趋势下,汽车电子领域PCB需求将迎来释放期。