按照磁通路徑方向，電機可分為軸向磁通電機與徑向磁通電機，雖然磁通方向不同，但是工作原理都遵從電磁學的基本定律。
即電機驅動器通過改變通過線圈(轉子)的電流的方向和大小，從而控制線圈（轉子）的的磁場強度和方向，由于定子的磁極固定，當轉子的磁場方向和強度發生變化時，磁場相互作用產生洛倫茲力，從而驅動轉子旋轉。
磁通路徑方向示意圖
軸向磁通電機定子的磁極沿著軸線排列，轉子通常是一個圓柱形的結構，磁通通過轉子的中心軸線，當電流通過定子的繞組時，產生的磁場沿著軸線方向穿過轉子，根據洛倫茲力定律，這個磁場會在轉子中產生力矩，從而驅動轉子旋轉。
軸向磁通電機的氣隙呈平面型，軸向長度短，為薄盤型形狀，故又稱盤式電機。
軸向磁通與徑向磁通電機結構示意圖
軸向磁通電機的拓撲結構組合靈活，可以根據實際的應用場景進行組合。根據定轉子組合結構，軸向磁通電機可分為以下四種結構：
單定子/單轉子結構：1個轉子+1個定子，結構簡單緊湊，但單邊磁拉力大，軸承負荷大，振動噪音大，存在定轉子摩擦風險，降低電機壽命；
單定子/雙轉子結構：2個外定子+1個內轉子，功率密度高，比較適合牽引系統、航空航天等領域；
雙定子/單轉子結構：2個外轉子+1個內定子，具有良好的對稱性，單邊磁拉力相對較小，較適合于風力發電系統；
多定子/多轉子結構：多個定子+多個轉子，適合大轉矩場景，如船舶推進系統、大型風力發電及水利發電機組等。
軸向磁通電機組合結構
體積小、重量輕：YASA 公司為軸向磁通電機先驅，據 YASA 官網數據，其軸向磁通電機體積、質量分別為 5L和24kg，而普通車用徑向磁通電機體積、質量分別為10L和50kg，軸向磁通電機符合汽車輕量化趨勢，同時結構緊湊、徑向長度更短，安裝自由度高。
高扭矩密度&功率密度：軸向磁通永磁電機的有效磁表面積位于電機轉子的表面，而不是外徑，因此在一定體積內通常能提供更大的扭矩，進而提升扭矩密度和功率密度。據YASA官網數據計算，其軸向磁通電機扭矩密度和功率密度分別達160Nm/L和14.9kW/kg，4 倍于傳統車用徑向磁通電機。
高效率：得益于較短的一維磁通路徑，軸向磁通電機的效率很高，通常超過 96%，可媲美或優于市場上最好的二維徑向磁通電機。軸向磁通電機在各個功率級別下均比普通徑向電機節能15%-25%左右，并能維持更長時間的峰值功率輸出。
YASA的軸向磁通電機結構
低噪音和振動：由于磁場分布均勻，軸向磁通電機在運行時產生的噪音和振動較低，尤其適合對噪聲和震動要求嚴格的應用場景。
節能降碳：軸向磁通電機的體積、重量優勢能讓生產制造環節銅、鐵、永磁等材料消耗與徑向永磁電機相比減少50%左右，如考慮無鐵心PCB定子技術，軸向電機的生產耗銅量能降至徑向電機的34%
同時其自重更小、效率更高，在應用中電機消耗電能更低、驅動能力更強，有利于實現節能降碳。
成本問題：軸向磁通電機需要特殊的材料和制造工藝，因而制造成本通常高于傳統的徑向磁通電機。例如，使用無磁軛拓撲結構和特殊的定子轉子設計，會導致成本增加。
設計和生產的復雜性：軸向磁通電機的設計和生產通常會比較復雜，比如需要保持轉子和定子之間氣隙均勻，運行時的軸向力可能會對電機軸造成嚴重拉力，制造工藝和機械設備不如徑向電機成熟，這些都限制了規?；a的能力。
軸向磁通電機的剖面圖
設計和生產的復雜度高
散熱難題：由于軸向磁通電機的繞組位于定子深處和兩個轉子盤之間，散熱非常困難。電機在高負載下運行時會出現過熱問題，影響電機的性能和壽命。
當前軸向電機廣泛應用于新能源汽車、航空航天、船舶推進、機器人以及風力發電等要求高轉矩密度和空間緊湊的場合中。
軸向磁通電機的小體積和低理論成本的特性，有望解決輪邊電機的成本和體積難題，推動輪邊電機的大規模應用。軸向磁通電機的功率密度優勢，能夠在保持輕量化，減少簧下質量的同時能夠輸出足夠的扭矩，推動輪轂電機的批量應用。
盤轂動力的輪轂電機參數
軸向磁通電機已在商用車的性能與設計優化中發揮重要作用，商用車電氣化是軸向磁通電機的新藍海。據global information預估，截至2027年，全球汽車軸向電機市場將從2022年1.35億美元上漲到4.97億美元，CAGR高達29.8%。
2021年，ACCEL 項目中的“Spirit of Innovation”橫空出世，創下了345.4英里/小時的純電動飛機空速記錄。這款固定翼飛機所搭載的軸向電機，擁有400KW的推進功率。
Spirit of Innovation的軸向電機動力方案
據Industry energy預估，到2035 年，僅城市空中交通市場就將增長到1000億美元以上。據M&M預估，飛機用電機市場規模將從2022年的82億美元增長到 2027 年的129億美元，年復合增長率為9.4%。其中，5-10kW/kg功率密度的軸向電機將在預測期內占據最大的市場份額。
軸向電機在船舶提效、減排、結構優化方面優勢顯著。天然的高扭矩密度意味著比傳統電機更高的電能轉換效率以及更加緊湊的結構設計，這對于優化船舶推進體系，節能降耗至關重要。Saietta的首款舷外發動機Propel S1利用AFT 140軸向磁通電機，整體效率能夠達到62%。
Propel S1 AFT140軸向磁通電機
據Mordor Intelligence預估，電動船舶市場規模將在 2028 年達到 114.3億美元，在23-28年之間以12.65%的年復合增長率增長。
高精端機器人對關節驅動電機有如下要求：快速性。電動機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態的時間應短；起動轉矩慣量比大。在驅動負載的情況下，要求機器人關節電機的起動轉矩大，轉動慣量小；體積小、質量小、軸向尺寸短；能經受得起苛刻的運行條件，可進行十分頻繁的正反向和加減速運行，并能在短時間內承受過載。
在毫米級別厚度的前提下提供較高的峰值扭矩和高響應速度的大功率推力，徑向電機難以實現的性能要求精準命中了軸向電機的優勢區間。Genesis Robotics 運用LiveDrive軸向電機方案的厚度緊湊性（2cm 厚度）來減緩機器人腳與地面接觸時關節收到的地面沖擊力，取得良好效果。
LiveDrive軸向磁通機器人關節電機
據Interact Analysis統計，移動機器人零部件市值預計將在自2022年開始以44.8%的CAGR高速增長，在2027年達到74億美元。根據Stratistics Market Research Consulting的數據，全球人形機器人市場市值將從2021年的15.11億美元急劇擴張到2028年的 264.29億美元，CAGR達到50.5%。
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