新的轴向磁通量设计现在已经面世，可能成为为未来几代电动汽车提供动力的主要手段。
利兰Teschler |执行编辑
如果你造一个电机，它的转子和定子是平的，而不是普通电机的圆柱形，你设计的是轴向电机。轴向电机，顾名思义，在轴向气隙中产生通量，而不是径向气隙。由此产生的电机外壳可以是圆盘状的。这种短，粗短的外形使轴向电机很好地适用于狭窄的空间，如汽车轮毂的凹槽。
与传统的径向磁通电动机相比，轴向通量电动机的一个关键优点是它致力于能量转换的电动机区域。在径向磁通机中，能量转换发生在转子和定子之间的圆柱形气隙中。功率缩小了电机直径的平方。但由于较大的能量转换区域，在电机直径的第二和第三功率之间的速率下，电源在轴向通量电动机中缩放。
轴向磁通电机可以产生比相同尺寸的传统电机更高的转矩。其原因是，传统径向电机的磁通以直径的平方为尺度，而轴向电机的磁通以二、三次方为尺度。所以电机越大，轴向设计的优势就越大。
近年来，随着电动汽车的发展，对小型紧凑动力系统的需求越来越大，具有轴向形状系数的电机受到了广泛关注。新的轴向设计已被提议用于无人机、机器人和其他节省空间的电力是一个优势的应用领域。
研究特定的轴向设计有助于了解这些电机的运行方式。这项技术的一个更有趣的例子是一种静电马达，由C-Motive技术公司。C-Motion机器使用电场，而不是使用磁力来旋转转子。除了轴向设计的优点外，C-Motive电场装置比输出参数类似的磁性装置更轻、更小。
使用电场的电动机用于动力围绕纺纱电容器的想法而不是传统电磁设计的纺丝电感。传统磁电动机中的能量转换发生在转子和定子之间的气隙中。相反，电场动力电动机中的能量转换在介电材料中进行。近年来，电场动力电机仅在具有高电介电常数的介电材料的发展中成为实用。他们的小说建筑结合其他进步让这些电机储存了比以前更能的45,000倍。
决定电能机制能量转换效率的主要因素是存储在电磁场或电场中的电能或磁能的密度。电场机器可以比磁性机器更小、更轻，这一事实可以部分地用磁力线的结构来解释。它们是在马达的重型电钢中形成的。磁路用于功率转移，但能量转换发生在定子和转子之间的气隙本身。气隙体积在机器体积中所占的比例相对较小。电钢占据了大部分空间。
相比之下，电场机器具有在转子和定子板中启动和结束的电力线。能量转换发生在定子和转子之间的间隙中。但转子 - 定子间隙占据了整个机器体积的相当大的部分。假设特定能量与电场和电磁机相同，基于电场效应的机器将明显更小。由于介电材料比铁磁材料轻得多，所以基于电场效果的机器也会更轻，可能更便宜。
为了理解如何使用电容器设计电机，考虑一个圆形电容器，它的两个极板被分成两个或多个扇区。转子扇区具有交替极性的恒定电荷。定子扇区有时变的交流电荷。
当电压通过这个电容器时，定子和转子扇区之间有一个吸引力。如果转子和定子扇区相互偏移，引力就建立了一个力矩。力矩使转子旋转，直到两个扇区重合。
电容式电机的概念可以通过想象两个由电介质隔开、彼此靠近旋转的分割圆盘来理解。圆盘的每一部分构成电容器的一个极板。电机轴可以通过激励一组相互偏移的极板来旋转，然后在极板接近完全重叠时以一种类似于传统直流电动机换向的方式切换极化。
当扇区重合时，施加电压的极性在带正电和带负电的扇区之间切换。该动作类似于直流电机的换向动作。如果板数增加，电机扭矩增加。
用这种方法操作的电容式电机的转矩可以通过微分存储在电容电场中的能量来计算。电机设计人员可以通过增加转子-定子电容的数量来提高电机提供的转矩。当然，当转子旋转时，转子和定子之间的电容与它们的表面重合的程度成正比。但这个电容式电机的力矩是恒定的，与转子角度无关。电容式电机的速度与所提供的功率有关。
本·富兰克林的影子
这种方式产生的电容电机的想法是非常古老的 - 本富兰克林在1750年代设计了一个。但该概念最近才实现在实际使用的电机中实现。
一个这样的设计来自威斯康星州麦迪逊的C-Motive技术公司。C-Motive称其设计为静电电机。根据C-Motive首席执行官贾斯汀·里德（Justin Reed）的说法，这是最大的创新，它是一种液体形式的电介质，位于构成定子和转子的电容板之间。”人们认为液体介质的粘性阻力太大。但我们已经找到了一种控制粘性阻力的方法，”里德说由此产生的静电电机产生的高扭矩水平优于稀土永磁电机每千克产生的扭矩。”
在该定子上可见来自C型电动机的定子是构成定子电容器板的区段。转子电容器板看起来相同，但它将连接到旋转的轴上。C-Motive表示，定子和转子电容器板在传统的FR4印刷电路板材料上。大量的板段表示占公司电机的大量杆。
C-Motive的静电轴向电机原型。该公司表示，这些电机正在考虑多项应用。C-Motive还表示，这些电机的典型驱动电路将是相对普通的中压、低电流逆变器。
芦苇也表示，冷却C型动力电动机相对容易，因为其介电流体对外壳进行热量。该因子另外让电机如有必要，以处理恶劣的环境，没有降低其冷却能力。
Reed认为静电电机的最佳运行点是在2,000 rpm及以下的转速范围内。“无论如何，机器的唯一损失就是粘性阻力。这种阻力将使他们远离需要1.5万转/分钟电机的地区，”他说。“它旋转得越慢，效率就越高。这与任何电磁马达都相反。”
里德说，静电电机正处于开发阶段，第一个完整的原型预计明年初。该原型将是作为演示的NEMA 56帧伺服电机。他说，许多行业的公司都表示有兴趣看到这种原型机，用于越野车、三轮车和无人机的轮毂电机等应用。他认为，大型无人机的使用特别适合电机，因为它们的特点是旋转较慢，否则就需要传统电机，而传统电机可能会变得相当重。
轴向公理
另一个轴向电机设计的例子来自Magnax在比利时。它的轴向通量设计是基于2009年根特大学最初建造的概念验证。该电机使用一个带绕组的定子盘，定子盘夹在两个带磁铁的转子盘之间。在定子和两个转子之间有小的空气间隙。定子有一个特殊的设计，称为无轭，因为它包括铁齿承载绕组，但没有使用外部铁部分来固定齿。这使得电机的磁通路径更短。缠绕在牙齿周围的线圈是这样的，没有悬垂的环，这不会有助于产生通量。因此，在Magnax轴向电机中，100%的绕组是主动的。普通的径向磁通电机可能只有50%的绕组线有助于产生磁通量，增加额外的电阻，导致热积聚。Magnax通过使用矩形截面的铜线进一步提高电机效率。
比利时Magnax的轴向磁电机将定子绕组夹在两个装有稀土磁体的转子之间。电机设计被称为无磁轭，因为每个定子绕组（在底部特写中可见）位于转子磁铁的磁场中，而不使用形成磁轭的金属片。
无轭设计的要点是帮助保持定子和转子之间的恒定气隙。其他磁性轴向电机往往会在转子和定子盘之间产生足够的力，从而使转子相对于定子偏转，从而导致故障。
正如Magnax所描述的，无轭轴向磁通设计是这样的，两个转子盘不断地对定子盘施加相等和相反的力。转子通过一个轴环直接连接到另一个，因此磁力相互抵消，使内部轴承没有负载。
为了帮助冷却电机，Magnax使绕组与外部铝外壳直接接触，以实现更好的传热。
MAGNAX表示，其电机非常可扩展，直径为15厘米（〜6英寸）至5.4米（〜13英尺），也许超出。电动机也可以在彼此相邻的彼此中开槽以并行运行。典型的应用可能包括EVS，飞机转子和大直径，高扭矩，低转速风电，水力发电和波发电。DW.
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