Двигун з аксіальним магнітним потоком (також аксіальний двигун, дисковий двигун, pancake motor, axial gap motor) — конструктивне виконання електродвигуна, у якому зазор між ротором і статором, а отже і напрямок магнітного потоку між ними, орієнтований паралельно осі обертання, а не радіально, як у більш поширеній циліндричній (концентричній) конструкції двигуна з радіальним магнітним потоком.

При аксіальній геометрії обертальний момент зростає пропорційно кубу діаметра ротора, тоді як при радіальній геометрії — лише квадратично. Для заданого об'єму двигуни з аксіальним потоком мають більшу магнітну поверхню й загальну площу поверхні (важливо для тепловідведення), ніж двигуни з радіальним потоком.

Переваги

Двигун можна виконати на будь-якій плоскій основі, наприклад на друкованій платі (ДП/PCB), додавши обмотки та підшипник. Процес намотування котушок і з'єднання котушки з осердям може бути простішим. Оскільки котушки пласкі, для них можна легше застосовувати прямокутні мідні смуги, що спрощує виготовлення обмоток на великий струм. Часто вдається зробити ротор помітно легшим. Потенційно коротша довжина магнітного шляху. Більшість конструктивних елементів пласкі й можуть виготовлятися без спеціального лиття чи оснащення. Оскільки магнітний шлях через обмотки прямий, можна легко застосувати анізотропну (текстуровану) електротехнічну сталь, яка забезпечує вищу магнітну проникність і менші втрати в осерді.

Недоліки

Ротор зазвичай значно ширший, що спричиняє більший момент інерції, а вищі відцентрові сили можуть знижувати максимальну швидкість обертання. Нерівномірний розподіл магнітного потоку через клиноподібну форму сегментів. Сегменти звужуються до центру, залишаючи менше місця для розміщення обмоток і з'єднань.

Конструкція

Двигуни з аксіальним потоком (ДАП) можуть мати один або два ротори, а також один або два статори. Конструкція «подвійний статор / одинарний ротор» частіше застосовується у потужних застосуваннях, хоча вона потребує ярма (осердя корпусу), яке додає втрати в сталі. Конструкція «одинарний статор / подвійний ротор» дає змогу обійтися без ярма, заощаджуючи його масу і підвищуючи ККД. У такій конструкції ротори з їхніми залізними пластинами, що замикають магнітний потік, рухаються в тому самому напрямку й з тією самою швидкістю, що й магнітне поле.

В одному з реалізованих прикладів анізотропну сталь марки 30Q120 використали для виготовлення зубців статора асинхронного двигуна. Конструкція мала 18 зубців між двома роторами; кожен зубець статора був намотаний котушками, з'єднаними послідовно, по 6 котушок на фазу. Магніторушійна сила при цьому складається з магніторушійних сил повітряного зазору, зубця статора та ярма й зубця ротора.

Деякі ДАП можна легко складати в пакет («штабелювати») для модульного нарощування вихідної потужності. Модульний двигун 750R виробництва компанії YASA масою 37 кг при осьовій довжині 98 мм розвиває момент 800 Н·м і питому потужність понад 5 кВт/кг.

Історія

Хоча ця геометрія застосовувалася ще з часів перших електромагнітних двигунів, її використання залишалося рідкісним аж до появи потужних постійних магнітів і розвитку безщіткових двигунів постійного струму, які змогли краще реалізувати переваги цієї геометрії.

Аксіальну геометрію можна застосувати практично до будь-якого принципу дії, який використовується в радіальних двигунах — колекторного постійного струму, асинхронного, крокового, реактивного. Навіть у межах одного електричного принципу дії різні прикладні та конструктивні вимоги можуть робити одну геометрію доцільнішою за іншу. Аксіальна геометрія допускає деякі магнітні топології, нездійсненні в радіальній геометрії. Аксіальні двигуни зазвичай коротші й ширші за еквівалентні радіальні двигуни.

Застосування

Аксіальні двигуни традиційно застосовували в малопотужних пристроях, особливо у щільно інтегрованій електроніці, оскільки двигун можна побудувати безпосередньо на друкованій платі, використавши доріжки ДП як обмотки статора. Потужні безщіткові аксіальні двигуни з'явилися відносно нещодавно, але вже починають застосовуватися в деяких електромобілях. Одним із найдовше серійно випущуваних аксіальних двигунів є колекторний двигун постійного струму Lynch, ротор якого майже повністю складається з пласких мідних смуг із вставленими невеликими залізними осердями, що забезпечує високу питому потужність.

Дочірня компанія Mercedes-Benz — YASA (Yokeless and Segmented Armature) — виготовляє ДАП, якими оснащені різні концептуальні (наприклад, Jaguar C-X75), прототипні та гоночні автомобілі. Двигуни YASA також застосовані в Koenigsegg Regera, Ferrari SF90 Stradale та 296GTB, Lamborghini Revuelto, McLaren Artura і Lola-Drayson. Компанія досліджує можливість розміщення двигунів безпосередньо в колесах, оскільки мала маса ДАП не призводить до надмірного зростання непідресореної маси автомобіля.

У червні 2026 року Mercedes-Benz розпочала великосерійне виробництво власного аксіального двигуна на заводі в Берлін-Маріенфельде, заснованому 1902 року, перетворивши його на центр компетенції з виробництва потужних електродвигунів. Виробничий процес охоплює 98 технологічних операцій — 65 із них застосовуються на Mercedes-Benz уперше, а 35 є новими для галузі загалом; розроблені для цього технології лягли в основу понад 30 патентних заявок. У статорі використовується прямокутний мідний дріт, що дає змогу розмістити більше міді в тому самому об'ємі порівняно з круглим дротом, проте вимагає високошвидкісного згинання дроту в щільні радіуси без утворення складок чи пошкодження ізоляції. Ключова операція фінального складання, яку інженери компанії неформально називають «вінчанням» (нім./англ. wedding), полягає у з'єднанні статора з двома роторними дисками з магнітами: на компоненти при цьому діють магнітні сили до 9 кН (близько 900 кг), а точність позиціювання статора в магнітній центральній площині має утримуватися в межах 0,1 мм, для чого застосовується спеціальний алгоритм керування з високочастотними імпульсами корекції в останні 0,5 с процесу. Перше застосування двигуна, розробленого на основі принципів, закладених YASA — модель Mercedes-AMG GT 4-Door Coupe.

У липні 2025 року YASA представила прототип потужністю 550 кВт (738 к.с.) масою 13,1 кг, що відповідає питомій потужності 42 кВт/кг — за заявою компанії, найвищій із коли-небудь досягнутих. Для порівняння, серійний двигун Lucid Motors, один із найкращих сучасних двигунів для електромобілів, забезпечує 500 кВт при масі 31,4 кг, тобто 16 кВт/кг. Прототипи BMW Vision Neue Klasse вже демонструвалися з мотор-колесами без гальмівних супортів, однак мюнхенський стартап DeepDrive працює над двороторними двигунами з радіальним магнітним потоком.

У червні 2026 року китайські дослідники повідомили про створення аксіального двигуна з питомою потужністю 25,73 кВт/кг при частоті обертання понад 18 000 об/хв, що, за їхніми словами, є рекордним показником для серійно придатної конструкції. Досягнення стало можливим завдяки оптимізації складу магнітних матеріалів, удосконаленню мікроструктури магнітів і підвищенню їхньої термостійкості, що дало змогу зменшити розмагнічування за високих швидкостей і навантажень — історично саме структурна деформація дисків і дисбаланс магнітних сил обмежували максимальну частоту обертання аксіальних двигунів. Двигун також продемонстрував густину крутного моменту 293 Н·м/кг, що на 22 % перевищує показники порівнянних серійних аналогів; серед перспективних напрямків застосування розробники назвали гуманоїдну робототехніку та авіацію малих висот. Окремо китайський виробник Dongfeng комерціалізував інший підхід: модель eπ 007 Flash Edition стала першим серійним автомобілем із чотирма заводськими мотор-колесами, що робить її єдиним масовим седаном із чотирма мотор-колесами.

Компанія Turntide Technologies розвиває аксіальні двигуни з акцентом на енергоефективність, гнучку конфігурованість та інтелектуальне керування, орієнтуючись на гібридизацію позашляхової, комерційної та залізничної техніки без переробки платформи, а також на високопродуктивне переобладнання автомобілів на електротягу (EV-конверсія). У квітні 2026 року компанія розширила лінійку двигунів моделями AF300S, AF400S та AF430D (у здвоєному компонуванні): AF300 забезпечує понад 192 Н·м безперервного моменту, а AF400 — до 290 Н·м.

Бельгійська компанія Magnax та її автомобільний підрозділ Traxial розвивають безярмову (yokeless) конструкцію з подвійним ротором і одинарним статором, яка обіцяє до 3 разів вищу густину моменту та до 2 разів вищу питому потужність порівняно з типовими серійними двигунами для електромобілів при осьовій довжині приблизно втричі меншій за аналогічний радіальний двигун. Відсутність ярма статора дає змогу максимально скоротити шлях магнітного потоку та зменшити масу; за оцінками компанії, це заощаджує близько 20 кг на двигун порівняно з сучасними радіальними рішеннями в автомобілях преміум-класу, а компактна осьова довжина полегшує компонування здвоєних приводів із функцією розподілу моменту (torque vectoring) між колесами. Менші водоохолоджувані версії двигунів Magnax досягають питомої потужності до 15 кВт/кг, а модель AXF275 забезпечує 300 кВт при масі 24 кг.

Rolls-Royce ACCEL — власник чинного світового рекорда швидкості для електролітаків — використовує три аксіальні двигуни. Компанія YASA виготовляє ДАП для триматор­ного літака Rolls-Royce Spirit of Innovation; мета компанії — двигуни для авіації з питомою потужністю 50 кВт/кг, необхідною для суттєвого зниження маси, що дає змогу реалізувати електричний політ.

У 2025 році компанія Flying Whales повідомила, що аксіальні двигуни для її дирижабля постачатиме компанія Evolito. Компанія Emrax випускає лінійку аксіальних двигунів: Emrax 228 (питома потужність 4,58 кВт/кг), Emrax 268 (5,02 кВт/кг) та Emrax 348 (4,87 кВт/кг).

Компанія Conifer розробила компактний аксіальний двигун на основі феритних (залізних) магнітів замість дорогих рідкісноземельних матеріалів, що, за заявою компанії, дає приблизно на 20 % вищий ККД порівняно зі звичайними двигунами на рідкісноземельних магнітах, знімає залежність від геополітично чутливих ланцюгів постачання неодиму (переважно з Китаю) та завдяки запатентованій конструкції статора дає змогу на 95 % скоротити витрати магнітної сталі й практично усунути відходи металу. Компанія планує випустити двигуни потужністю від 1 до 25 к.с. (0,75–18,65 кВт) для вентиляторів і насосів систем ОВК (HVAC), інструменту та обладнання, а також мотор-колеса для малих електротранспортних засобів — самокатів, квадроциклів і міських вантажівок доставки.

Виробники

Серед компаній, що серійно випускають або розробляють двигуни з аксіальним магнітним потоком:

YASA (Велика Британія, з 2021 року — у власності Mercedes-Benz) — піонер сегментованої безярмової (Yokeless and Segmented Armature) конструкції для автомобільної тяги; двигуни серії 750R і споріднені моделі забезпечують до 160 кВт безперервної потужності при масі менш як 24 кг. Magnax / Traxial (Бельгія) — розробник безярмової конструкції з подвійним ротором для наземної електромобільності; модель AXF275 забезпечує 300 кВт при масі 24 кг, а менші водоохолоджувані версії досягають до 15 кВт/кг. Emrax (Словенія) — лінійка комбінованих (двигун/генератор) аксіальних машин для авіації, автоспорту та промисловості: Emrax 228 (4,58 кВт/кг), Emrax 268 (5,02 кВт/кг), Emrax 348 (4,87 кВт/кг). Turntide Technologies (Велика Британія/США) — модульна лінійка двигунів AF300S, AF400S, AF430D для гібридизації позашляхової, комерційної, залізничної та морської техніки. Evolito (Велика Британія, заснована інженерами YASA) — аксіальні двигуни для електричної авіації, зокрема для дирижаблів Flying Whales. Infinitum Electric (США) — безсердечникові (air-core) двигуни на основі друкованої плати без залізного статора для систем ОВК і промислових насосів, що не мають реактивного (коткового) моменту та демонструють ККД до 95 % на часткових навантаженнях.