- 著者ジョニー・リウ（ダウウェイ・ビークルCEO）
- 技術レビュー担当者：アリス・ソーン博士、パワートレインシステム主任アーキテクト
- 公開済み2026年7月24日
- 更新済み2026年7月24日
- 推定読書時間: 12分
Table of Contents
0. エグゼクティブサマリー
- 意味: アン 軸方向磁束モーター（AFM） ブラシレス永久磁石または誘導電動機で、磁束線が流れる 回転軸に平行 円筒を放射状に横切るのではなく、平らな円盤を横切るように。
- パフォーマンス指標: 最大 トルク密度が30～40％向上 そして 連続電力密度が2～3倍向上 最先端のラジアル磁束電動機と比較して、（$\ge 40\text{ kW/kg}$）
- 3つのコアテクノロジーの柱:
- ステータ材料と構造: 軟磁性複合材 (SMC)、ヨークレスおよびセグメント型アーマチュア (YASA)、および PCB ステータ。
- ローターエンジニアリング: デュアルローター構成、ハルバッハ磁石アレイ、およびセグメント化/傾斜型NdFeB磁石。
- 熱管理と製造：ステータの直接浸漬油冷却、マイクロメートル単位のエアギャップ公差制御、および自動レーザー溶接巻線。
1. はじめに：電気モーター設計の転換
1世紀以上にわたり、電気自動車（EV）業界と産業オートメーションは、ほぼ完全に ラジアル磁束モータ（RFM）. ラジアル磁束設計では、磁束は同心円状の回転子と固定子の間の円筒状のエアギャップを横切って放射状に外向きに流れます。従来のラジアル磁束アーキテクチャは信頼性が高く成熟していますが、電力密度、銅充填率、体積効率において物理的な限界に達しつつあります。
電動ハイパーカー、都市型航空モビリティ（eVTOL機）、大型商用車両、高自由度ヒューマノイドロボットなど、あらゆる分野で性能要求が高まるにつれ、パワートレインエンジニアはより高いトルク対重量比を必要とするようになっている。
入力 軸方向磁束モーター（AFM）. 従来は製造の複雑さや軸方向の力管理によって制約を受けていたが、材料科学、3D電磁シミュレーション、自動組立における近年の画期的な進歩により、軸方向磁束加工機は商業的に実現可能となった。
軸方向磁束モーターの電磁気物理学、そしてその実用化を推進する3つの主要な技術革新を理解することは、次世代の電動モビリティシステムを設計するあらゆるエンジニアやリーダーにとって不可欠である。
2. パート1：軸方向磁束モータの基本原理
2.1 物理学と電磁気幾何学
ラジアル磁束機とアキシャル磁束機の違いは、 シャフト軸に対するエアギャップと磁場ベクトルの幾何学的向き:
RADIAL FLUX MOTOR (RFM) AXIAL FLUX MOTOR (AFM)
[Stator Outer Ring] [Rotor Disk 1]
| Magnetic Flux | ==> Axial Magnetic Flux (Parallel)
[Rotor Inner Cylinder] [Stator Disk]
(Radial Direction) | ==> Axial Magnetic Flux (Parallel)
[Rotor Disk 2]
- ラジアルフラックスモーター（RFM）磁束ベクトルは軸に垂直に伸びています。有効な電磁体積は長さ（$L$）に比例し、半径（$R$）に比例して変化するため、トルクは直径の2乗×長さに比例します。$$T_{\text{radial}} \propto D^2 \cdot L$$
- 軸方向磁束モーター（AFM）磁束ベクトルは回転軸に平行に1つ以上のディスク表面を流れます。トルク発生表面積はステータディスクの外径（$D_{\text{out}}$）と内径（$D_{\text{in}}$）に直接依存します。電磁トルクは 直径の3乗: $$T_{\text{axial}} \propto D_{\text{out}}^3 – D_{\text{in}}^3$$
軸方向磁束モータではトルクが直径の3乗に比例するため、半径を大きくする方が、半径方向磁束モータの長さを長くするよりもトルクの増加率が高くなる。これにより、軸方向の設置面積が短い薄型の「パンケーキ型」形状を実現できる。
2.2 定量的比較マトリックス：軸方向フラックス対半径方向フラックス
| メトリック／パラメータ | 軸方向磁束モーター（AFM） | ラジアルフラックスモーター（RFM） | 設計上の利点 |
|---|---|---|---|
| 磁束線ベクトル | 軸に平行（$\parallel$） | 軸に垂直（$\perp$） | 物理的な設置面積が円筒形から円盤形に変更されます。 |
| 形状係数／幾何学的プロファイル | 軸方向の長さが短く、半径方向の直径が大きい（「パンケーキ型」） | 軸方向の長さが長く、半径方向の直径が小さい（「ドラム」） | 狭いホイールハブ、トランスミッションハウジング、航空機のエンジンナセルにも適合します。 |
| 体積トルク密度 | 非常に高い （30％～40％高） | 適度 | 同等のトルク出力で大幅な軽量化を実現。 |
| 重量電力密度 | 極めて高い （$30 – 45+\text{kW/kg}$） | 標準（$8 – 18\text{kW/kg}$） | 重量に敏感なシステム（eVTOL、スーパーカーなど）には不可欠である。 |
| 銅製エンドターンボリューム | 最小限の／短いアクティブ巻線エンドターン | 相当な（非アクティブな端部回転銅オーバーハング） | 受動銅重量と内部抵抗損失（$I^2R$）を削減します。 |
| 放熱能力 | ステータ表面への直接露出 | 外側ハウジングジャケットによって制限される | 直接接触浸漬またはチャネルオイル冷却を可能にする。 |
| 軸方向の磁気引力 | エアギャップを横切る大きな構造荷重 | 中心軸に対して放射状にバランスが取れている | 堅牢な構造ハウジングと精密なベアリング制御が求められる。 |
| 製造自動化 | 大量生産の自動化ラインが拡大 | 完全に成熟し、世界的に標準化されている | 金型が世界規模で生産されるようになると、生産コストは低下する。 |
2.3 業界での採用を促進する主な運用上の利点
- 高いトルク対重量比: アクティブ銅と磁石の質量を最大半径 ($R_{\text{outer}}$) に配置することで、AFM は電磁力のモーメントアームを最大化し、高い比トルク ($\text{N}\cdot\text{m/kg}$) を実現します。
- 受動銅架空線を削減ラジアル磁束機では、銅線の大部分がアクティブなステータ鉄心スロットの外側（「エンドターン」）に配置され、トルクを発生させることなく電気抵抗を増加させます。アキシャル磁束コイルは、エンドターンがより密で短く、銅の熱損失 $I^2R$ を最小限に抑えます。
- パッケージングの柔軟性薄い円盤状の形状により、軸方向磁束モータをトランスミッションギアボックスに直接組み込んだり、ホイールハブ内に取り付けたり（インホイールモータ）、単一のシャフト上に背中合わせに積み重ねて高密度マルチモータパワートレインを形成したりすることが可能になります。
3. パート2：軸方向磁束モータの進化を支える3つのコア技術
軸方向磁束の概念は、1831年のマイケル・ファラデーによる初期のディスクモーター実験に遡りますが、初期の生産は材料の制約と構造上の力によって停滞しました。今日では、 3つの主要な技術革新 これらの歴史的なボトルネックを解決した。
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| AXIAL FLUX CORE TECHNOLOGIES |
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| Core Tech #1: Advanced Stators | • Soft Magnetic Composites (SMC) |
| | • Yokeless & Segmented Armatures (YASA) |
| | • Etched PCB Stators |
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| Core Tech #2: Rotor Optimization | • Dual-Rotor Configurations (SDR / DSR) |
| | • Halbach Array Flux Concentration |
| | • Magnet Segmentation & Skewing |
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| Core Tech #3: Thermal & Assembly | • Direct Immersion & Channel Oil Cooling |
| | • Micrometer Air-Gap Precision Control |
| | • Automated Laser-Welded Windings & Potting |
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コアテクノロジーその1：ステータの革新と先端材料
中核となる課題
従来のラジアルモータは、軸に沿って積層された平面状の電磁鋼板を使用しています。一方、アキシャルフラックスモータでは、磁束はステータ歯を横切る3次元経路を通って3次元的に流れます。2次元の積層板をプレス加工して曲げ加工することで3次元のアキシャルフラックスステータコアを形成すると、渦電流損失が大きくなり、製造工程も複雑になります。
エンジニアリングソリューション：
- 軟磁性複合材料（SMC）:
- 機構SMC材料は、高純度鉄粉を電気絶縁性の極薄セラミック層でコーティングしたものです。
- アドバンテージSMCの展示 等方性磁気特性つまり、フラックスは3つの空間次元（$x、y、z$）すべてにおいて等しい透過率で移動する。
- 生産効果SMC部品は、高圧粉末冶金ダイプレスによって成形され、材料ロスが少なく、高周波渦電流損失が少なく、高精度な形状を実現した3Dステータ極形状を可能にします。
- ヨークレスおよびセグメント化されたアーマチュアトポロジー（例：YASAアーキテクチャ）:
- 機構従来のステータは、磁束の帰還経路を完成させるために、重い外側のバックアイアン「ヨーク」を使用します。ヨークレス構造では、ステータのバックアイアンが完全に排除され、個々の独立したステータ歯セグメントが残ります。
- アドバンテージ: ステータ鉄ヨークを取り外すと、ステータの質量が最大で 80%同時に、アクティブ銅コイル全体の磁束密度を増加させます。磁束線は、一方のローターから歯状セグメントを通って反対側のローターまで直接伝わります。
- PCB（プリント回路基板）ステータ:
- 機構低～中程度の電力ニーズ（ロボット、軽量移動機器、ドローンの推進装置など）の場合、太い銅線はFR4またはメタルコアPCBディスクに直接エッチングされた多層銅配線に置き換えられます。
- アドバンテージ: コギングトルクを排除し、一貫した幾何学的精度を提供し、自動表面実装製造を可能にし、薄型プロファイル（ステータ厚さ5mm未満）を実現します。
コアテクノロジーその2：ロータートポロジーと電磁設計
中核となる課題
軸方向磁束ローターはステーター面に近い位置に配置された平らな円盤であるため、強力な電磁引力（しばしば数千ニュートンを超える）によってローターがステーターに向かって引っ張られます。さらに、高周波回転磁場にさらされた永久磁石は局所的な磁界を経験します。 渦電流加熱磁石の消磁のリスクがある。
エンジニアリングソリューション：
- デュアルローター型トポロジー（シングルステーター、デュアルローター – SDR）:
- 機構中央の固定子ディスクが、2枚の外側の磁石回転子ディスクに挟まれた対称的なサンドイッチ構造になっている。
- アドバンテージローターAがステーターに及ぼす磁気引力は、ローターBがステーターに及ぼす磁気引力と等しく逆向きである。 軸方向の力のバランスをとるこれにより、中央ベアリング構造にかかる大きな連続的な軸方向荷重を軽減すると同時に、有効トルク表面積を2倍に拡大する。
[ Rotor Disk 1 (Magnets N/S) ]
=== ------------------------------ === <-- Air Gap 1
[ Central Stator (SMC / Coils) ]
=== ------------------------------ === <-- Air Gap 2
[ Rotor Disk 2 (Magnets S/N) ]
- ハルバッハ配列磁石構成:
- 機構永久磁石（一般的には高保磁力のNdFeBまたはSmCo）が、ローター表面上に空間的に回転する磁化パターンで配置されている。
- アドバンテージハルバッハ配列は、磁束をアクティブエアギャップ側に集中させると同時に、背面側の磁場を打ち消します。これにより、厚くて重い鉄製のローターバックプレートが不要になり、ローター全体の慣性モーメントが低減されます。
- 磁石の分割と傾斜:
- 機構: 大型の永久磁石ブロックは、電気的に絶縁された小さなサブセグメント（積層磁石）に分割され、放射状ベクトルに対して角度（傾斜）が付けられています。
- アドバンテージ: 分割により微小渦電流ループが遮断され、内部磁石の発熱が最大で 60%～70%. 磁石の傾斜により磁場遷移が滑らかになり、コギングトルクが抑制され、騒音、振動、ハーシュネス（NVH）が低減されます。
コアテクノロジーその3：熱管理と精密製造
中核となる課題
小型パッケージから高出力を連続的に発生させると、熱分布が集中します。ラジアルモーターの周囲に使用される標準的な外部液体冷却ジャケット（水グリコールリング）では、軸方向磁束ステータを適切に冷却することはできません。これは、熱が複数の熱界面を介して半径方向に伝達される必要があるためです。
エンジニアリングソリューション：
- 直接浸漬式および内部チャネル式オイル冷却:
- 機構誘電性オイルはステータコアに直接注入され、活性銅巻線を浸漬するか、SMC歯構造内にエッチングされた微細なチャネルを通って流れます。
- アドバンテージ直接油冷却は、熱源から直接熱を除去します。これにより、熱抵抗が大幅に低下します。 3回これにより、モーターは80%～90%の速度で連続運転が可能になります。 最大定格出力の一方、ジャケット冷却式モーターは、持続的な負荷がかかると急速に劣化する。
- マイクロメートル単位のエアギャップ精密制御:
- 機構軸方向磁束のピーク性能は、高速回転するロータディスクと中央ステータ面との間に、狭く均一なエアギャップ（通常$0.5\text{ mm} – 1.2\text{ mm}$）を維持することに依存します。
- アドバンテージ自動組立では、ハウジングの圧入時にレーザー変位センサーとアクティブシム調整を使用し、高トルク負荷下でのディスクの傾きや熱変形を防ぎます。
- 自動連続巻線および樹脂封止:
- 機構ロボット式ニードル巻線機は、高充填率（65%以上）で長方形の銅線を巻き付けます。高熱伝導性のエポキシ樹脂は、ステータアセンブリの周囲に真空蒸着され、空気の隙間を埋め、熱をハウジング構造に伝達します。
4. 実世界での応用例と業界の概況
軸方向磁束モータの採用は、需要の高いモビリティ分野や産業分野において拡大している。
1. 自動車とスーパーカー
- メルセデス・ベンツ / YASAメルセデスは、今後開発中のAMG電動プラットフォームに軸方向磁束モーターを組み込むため、YASAを買収した。このコンパクトなユニットは駆動軸に搭載可能で、パワートレインの軽量化を実現しながらスーパーカー並みの加速性能を発揮する。
- フェラーリ プラグインハイブリッド（SF90 / 296 GTB）フェラーリは、内燃機関とギアボックスの間に連結された小型の軸方向磁束モーターを採用することで、限られた空間内で瞬時にトルクを増強している。
2. 航空および都市型航空モビリティ（eVTOL）
- 電動航空機推進装置垂直離着陸機（eVTOL）は、厳格な重量制限に依存しています。軸方向磁束モーターは、重い機械式ギアボックスを使わずに、大型プロペラをスムーズに回転させるために必要な直接駆動トルクを提供します。
3. 人型ロボットと高トルクアクチュエータ
- ダイレクトドライブ式ロボット関節人型ロボットの四肢には、股関節、膝関節、肩関節内に収まる小型のパンケーキ型アクチュエータが必要であり、ギアのバックラッシュがなく、高い保持トルクとスムーズな低速制御を実現できるものでなければならない。
5．よくある質問（FAQ）
Q1：軸方向磁束モーターは、なぜ半径方向磁束モーターよりも効率が良いのですか？
答え軸方向磁束モータは、コイルの端部の巻き数が短いため、銅抵抗損失（$I^2R$）を直接的に低減できます。さらに、平らなディスク形状により、直接冷却のための表面積が大きくなり、動作温度を低く抑え、負荷がかかった状態でも高い電気効率を維持します。
Q2：軸方向磁束モータの製造における主な課題は何ですか？
答え主なボトルネックは、大量生産時にサブミリメートル単位のエアギャップ公差を維持しながら、強力な軸方向磁気吸引力を制御することです。さらに、3Dステータコアの製造には、軟磁性複合材（SMC）プレスや特殊な巻線装置などの専用工具が必要です。
Q3：軸方向磁束モータにおける軟磁性複合材料（SMC）の役割は何ですか？
答えSMC材料は、絶縁された鉄粉粒子で構成されているため、磁束が3次元（等方性）に自由に流れることを可能にします。これにより、エンジニアは、高い動作周波数においても渦電流損失の少ない複雑な3次元ステータ歯形状を成形することができます。
Q4：アキシャルフラックスモーターは、EVにおいてギアボックスなしで動作できますか？
答えはい、軸方向磁束モーターは低速域で高いトルク密度を発揮するため、ダイレクトドライブ方式のパワートレインに最適です。ギアボックスをなくすことで、トランスミッションの重量が軽減され、機械的な摩擦損失が低減され、ドライブトレイン全体の設計が簡素化されます。
6．主なポイントとエンジニアリングの展望
電動化は、基本的な機能から最適化された効率と体積電力密度へと移行しています。ラジアル磁束モーターは、コスト重視の標準性能アプリケーションで引き続き使用されますが、 軸方向磁束モータは、高性能、軽量化、省スペースが求められる用途において標準となる。。
組み合わせることで 軟磁性複合ステータ、 デュアルローター・ハルバッハトポロジー、 そして 直接浸漬油冷却軸方向磁束技術は、特殊なコンセプトから次世代モビリティの主要な動力源へと進化を遂げました。今日、軸方向磁束アーキテクチャを採用するパワートレインエンジニアリングチームは、未来の性能基準を確立することになるでしょう。
著者について
ジョニー・リュー は、 ダウウェイ車両. ジョニーは、先進的な車両設計、パワートレイン統合、クリーンエネルギーモビリティソリューションに関する豊富な経験を活かし、次世代電動パワートレインと持続可能な輸送プラットフォームの商業化に焦点を当てた技術戦略を主導しています。
高度なモーター統合に関するお問い合わせ、技術提携、またはエンジニアリングコンサルティングについては、ダウウェイ・ビークルのエンジニアリングチームまでご連絡ください。