- AutorJohnny Liu (CEO bei Dowway Vehicle)
- Technischer GutachterDr. Aris Thorne, Leitender Architekt für Antriebssysteme
- Veröffentlicht24. Juli 2026
- Aktualisiert24. Juli 2026
- Geschätzte Lesezeit: 12 Minuten
Table of Contents
0. Zusammenfassung
- Definition: Ein Axialflussmotor (AFM) ist ein bürstenloser Permanentmagnet- oder Induktionsmotor, bei dem magnetische Flusslinien fließen parallel zur Drehachse quer über eine flache Scheibe, anstatt radial über einen Zylinder.
- LeistungskennzahlenLiefert bis zu 30–40 % höhere Drehmomentdichte Und 2- bis 3-fach höhere kontinuierliche Leistungsdichte ($\ge 40\text{ kW/kg}$) im Vergleich zu modernen Radialfluss-Elektromotoren.
- 3 zentrale Technologiesäulen:
- Statormaterialien und -architekturen: Weichmagnetische Verbundwerkstoffe (SMC), Jochlose & segmentierte Anker (YASA) und PCB-Statoren.
- Rotor Engineering: Doppelrotor-Konfigurationen, Halbach-Magnetanordnungen und segmentierte/schräge NdFeB-Magnete.
- Wärmemanagement & Fertigung: Direkte Stator-Tauchkühlung mit Öl, mikrometergenaue Luftspalttoleranzkontrolle und automatisierte lasergeschweißte Wicklungen.
1. Einleitung: Der Wandel im Elektromotorendesign
Über ein Jahrhundert lang stützten sich die Elektrofahrzeugindustrie und die industrielle Automatisierung fast ausschließlich auf Radialflussmotoren (RFM). Bei Radialfluss-Designs breitet sich der magnetische Fluss radial nach außen durch einen zylindrischen Luftspalt zwischen konzentrischen Rotor- und Statorelementen aus. Konventionelle Radialfluss-Architekturen sind zwar zuverlässig und ausgereift, stoßen aber hinsichtlich Leistungsdichte, Kupferfüllfaktor und volumetrischem Wirkungsgrad an ihre physikalischen Grenzen.
Da die Leistungsanforderungen bei elektrischen Hypercars, eVTOL-Flugzeugen (Urban Air Mobility), schweren Nutzfahrzeugflotten und humanoiden Robotern mit hohem Freiheitsgrad immer höher werden, benötigen Antriebsingenieure ein höheres Drehmoment-Gewichts-Verhältnis.
Geben Sie die Axialflussmotor (AFM). Obwohl die Herstellung von Axialflussmaschinen historisch bedingt durch Komplexität und die Steuerung der Axialkräfte eingeschränkt war, haben moderne Durchbrüche in der Materialwissenschaft, 3D-elektromagnetische Simulationen und die automatisierte Montage sie wirtschaftlich rentabel gemacht.
Das Verständnis der elektromagnetischen Physik von Axialflussmotoren – zusammen mit den drei zentralen technologischen Innovationen, die deren Kommerzialisierung vorantreiben – ist für jeden Ingenieur oder jede Führungskraft, die Elektromobilitätssysteme der nächsten Generation entwickelt, unerlässlich.
2. Teil 1: Grundlagen der Axialflussmotoren
2.1 Physik & Elektromagnetische Geometrie
Der Unterschied zwischen Radial- und Axialflussmaschinen liegt in der geometrische Ausrichtung des Luftspalts und des Magnetfeldvektors relativ zur Wellenachse:
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]
- Radialflussmotor (RFM)Die magnetischen Flussvektoren verlaufen senkrecht zur Wellenachse. Das aktive elektromagnetische Volumen skaliert linear mit der Länge ($L$) und quadratisch mit dem Radius ($R$), woraus sich ein Drehmoment ergibt, das proportional zum Quadrat des Durchmessers mal der Länge ist: $$T_{\text{radial}} \propto D^2 \cdot L$$
- Axialflussmotor (AFM)Magnetische Flussvektoren fließen parallel zur Rotationsachse über eine oder mehrere Scheibenoberflächen. Die Fläche zur Drehmomenterzeugung hängt direkt vom Außendurchmesser ($D_{\text{out}}$) und Innendurchmesser ($D_{\text{in}}$) der Statorscheiben ab. Das elektromagnetische Drehmoment skaliert mit dem Außendurchmesser ($D_{\text{out}}$). Kubus des Durchmessers: $$T_{\text{axial}} \propto D_{\text{out}}^3 – D_{\text{in}}^3$$
Da das Drehmoment bei einer Axialflussmaschine kubisch mit dem Durchmesser skaliert, führt eine Vergrößerung des Radius zu höheren Drehmomentsteigerungen als eine Verlängerung bei einem Radialflussmotor. Dies ermöglicht eine flache, scheibenförmige Bauform mit geringem axialem Platzbedarf.
2.2 Quantitative Vergleichsmatrix: Axialfluss vs. Radialfluss
| Metrik / Parameter | Axialflussmotor (AFM) | Radialflussmotor (RFM) | Designvorteil |
|---|---|---|---|
| Magnetischer Flusslinienvektor | Parallel zur Wellenachse ($\parallel$) | Senkrecht zur Wellenachse ($\perp$) | Verändert die physische Größe von Zylinder zu Scheibe. |
| Formfaktor / Geometrisches Profil | Kurze axiale Länge, großer radialer Durchmesser (“Pancake”) | Lange axiale Länge, kleiner radialer Durchmesser (“Trommel”) | Passt in enge Radnaben, Getriebegehäuse und Flugzeuggondeln. |
| Volumetrische Drehmomentdichte | Sehr hoch (30 % – 40 % höher) | Mäßig | Deutliche Gewichtseinsparung bei gleichem Drehmoment. |
| Gravimetrische Leistungsdichte | Extrem hoch ($30 – 45+\text{ kW/kg}$) | Standard ($8 – 18\text{ kW/kg}$) | Unverzichtbar für gewichtssensible Systeme (eVTOL, Supersportwagen). |
| Kupfer-Enddrehvolumen | Minimale / kürzere aktive Wicklungsendwindungen | Erheblicher (nicht aktiver Kupferüberhang am Windungsende) | Reduziert das Gewicht des passiven Kupfers und die Verluste durch den Innenwiderstand ($I^2R$). |
| Wärmeableitungsfähigkeit | Direkte Stator-Oberflächenexposition | Begrenzt durch die äußere Gehäusehülle | Ermöglicht die direkte Kontaktkühlung durch Eintauchen oder durch Kanalkühlung mit Öl. |
| Axiale magnetische Anziehungskraft | Hohe strukturelle Belastung über den Luftspalt | Radial über die Mittelwelle ausgewuchtet | Erfordert starre Gehäusekonstruktionen und präzise Lagersteuerung. |
| Fertigungsautomatisierung | Expansion von automatisierten Hochleistungslinien | Vollständig ausgereift, weltweit standardisiert | Die Produktionskosten sinken mit der globalen Skalierung der Werkzeugproduktion. |
2.3 Wichtigste operative Vorteile, die die Branchenakzeptanz vorantreiben
- Hohes Drehmoment-Gewichts-VerhältnisDurch die Platzierung der aktiven Kupfer- und Magnetmasse am maximalen Radius ($R_{\text{outer}}$) maximieren AFMs den Hebelarm der elektromagnetischen Kräfte und erzielen so ein hohes spezifisches Drehmoment ($\text{N}\cdot\text{m/kg}$).
- Niedrigere passive Kupfer-OverheadBei Radialflussmaschinen befindet sich ein großer Teil des Kupferdrahts außerhalb der aktiven Statornut (die sogenannten Endwindungen), was den elektrischen Widerstand erhöht, ohne jedoch ein Drehmoment zu erzeugen. Axialflussspulen zeichnen sich durch engere und kürzere Endwindungen aus, wodurch die Wärmeverluste des Kupfers (I²R) minimiert werden.
- VerpackungsflexibilitätDie dünne Scheibenform ermöglicht es, Axialflussmotoren direkt in Getriebe zu integrieren, in Radnaben zu montieren (Radnabenmotoren) oder sie Rücken an Rücken auf einer einzigen Welle zu stapeln, um hochdichte Mehrmotoren-Antriebsstränge zu bilden.
3. Teil 2: Die drei Kerntechnologien zur Weiterentwicklung von Axialflussmotoren
Das Konzept des axialen Flusses geht zwar auf Michael Faradays frühe Scheibenmotorexperimente im Jahr 1831 zurück, doch die frühe Produktion kam aufgrund von Materialbeschränkungen und strukturellen Kräften zum Erliegen. Heute drei zentrale technologische Durchbrüche haben diese historischen Engpässe gelöst.
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| AXIAL FLUX CORE TECHNOLOGIES |
+------------------------------------+----------------------------------------------+
| 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 |
+------------------------------------+----------------------------------------------+
| Core Tech #3: Thermal & Assembly | • Direct Immersion & Channel Oil Cooling |
| | • Micrometer Air-Gap Precision Control |
| | • Automated Laser-Welded Windings & Potting |
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Kerntechnologie Nr. 1: Statorinnovation und fortschrittliche Materialien
Die zentrale Herausforderung
Konventionelle Radialmotoren verwenden planare Elektrobleche, die entlang der Wellenachse gestapelt sind. In einem Axialflussmotor fließt der magnetische Fluss dreidimensional durch 3D-Pfade über die Statorzähne. Das Stanzen und Biegen von 2D-Blechen zur Herstellung eines 3D-Axialfluss-Statorkerns führt zu hohen Wirbelstromverlusten und komplexer Fertigung.
Technische Lösungen:
- Weichmagnetische Verbundwerkstoffe (SMC):
- MechanismusSMC-Werkstoffe bestehen aus hochreinen Eisenpulvern, die mit einer elektrisch isolierenden, mikrodünnen Keramikschicht überzogen sind.
- VorteilSMC-Exponate isotrope magnetische EigenschaftenDas bedeutet, dass sich der Fluss mit gleicher Durchlässigkeit in allen drei Raumdimensionen (x, y, z) ausbreitet.
- ProduktionseffektSMC-Bauteile werden mittels Hochdruck-Pulvermetallurgie-Formpressen hergestellt, wodurch 3D-Statorpolformen mit geringem Materialverlust, niedrigen Hochfrequenz-Wirbelstromverlusten und hoher Formgenauigkeit ermöglicht werden.
- Jochlose und segmentierte Ankertopologien (z. B. YASA-Architektur):
- MechanismusHerkömmliche Statoren verwenden ein schweres äußeres Eisenjoch, um den magnetischen Rückflusspfad zu schließen. Jochlose Architekturen verzichten vollständig auf das Stator-Eisen und verwenden stattdessen einzelne, isolierte Statorzahnsegmente.
- VorteilDurch das Entfernen des Stator-Eisenjochs wird die Statormasse um bis zu 80%Dabei erhöht sich die magnetische Flussdichte in den aktiven Kupferspulen. Die Flusslinien verlaufen direkt von einem Rotor durch das Zahnsegment zum gegenüberliegenden Rotor.
- Statoren für Leiterplatten (PCB):
- MechanismusFür Anwendungen mit geringem bis mittlerem Leistungsbedarf (wie z. B. Robotik, leichte Mobilität und Drohnenantriebe) werden dicke Kupferdrähte durch mehrlagige Kupferleiterbahnen ersetzt, die direkt auf FR4- oder Metallkern-Leiterplatten geätzt werden.
- Vorteil: Eliminiert das Rastmoment, sorgt für gleichbleibende geometrische Präzision, ermöglicht die automatisierte Oberflächenmontage und erzeugt ein dünnes Profil (Statordicke < 5 mm).
Kerntechnologie Nr. 2: Rotortopologie & elektromagnetisches Design
Die zentrale Herausforderung
Da Axialflussrotoren flache Scheiben sind, die nahe an den Statorflächen angeordnet sind, ziehen starke elektromagnetische Anziehungskräfte (oftmals mehrere tausend Newton) den Rotor zum Stator hin. Darüber hinaus erfahren Permanentmagnete, die hochfrequenten rotierenden Magnetfeldern ausgesetzt sind, lokale… Wirbelstromerwärmungwodurch die Gefahr einer Entmagnetisierung des Magneten besteht.
Technische Lösungen:
- Doppelrotor-Topologien (Einzelstator, Doppelrotor – SDR):
- MechanismusEine zentrale Statorscheibe ist in einer symmetrischen Sandwich-Anordnung zwischen zwei äußeren Magnetrotorscheiben eingebettet.
- VorteilDie von Rotor A auf den Stator ausgeübten magnetischen Anziehungskräfte sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet zu denen, die von Rotor B ausgeübt werden. gleicht die Axialkräfte ausDadurch wird die zentrale Lagerstruktur von massiven, kontinuierlichen axialen Belastungen entlastet und gleichzeitig die aktive Drehmomentfläche verdoppelt.
[ Rotor Disk 1 (Magnets N/S) ]
=== ------------------------------ === <-- Air Gap 1
[ Central Stator (SMC / Coils) ]
=== ------------------------------ === <-- Air Gap 2
[ Rotor Disk 2 (Magnets S/N) ]
- Halbach-Array-Magnetkonfigurationen:
- MechanismusPermanentmagnete (typischerweise NdFeB oder SmCo mit hoher Koerzitivfeldstärke) sind in einem räumlich rotierenden Magnetisierungsmuster auf der Rotoroberfläche angeordnet.
- VorteilHalbach-Anordnungen konzentrieren den magnetischen Fluss auf der aktiven Luftspaltseite und heben gleichzeitig das Magnetfeld auf der Rückseite auf. Dadurch entfällt die Notwendigkeit dicker, schwerer Eisenrotor-Rückplatten, was die Gesamtträgheit des Rotors verringert.
- Magnetsegmentierung & Schrägstellung:
- MechanismusGroße Permanentmagnetblöcke werden in winzige, elektrisch isolierte Untersegmente (laminierte Magnete) unterteilt und quer zum radialen Vektor schräg angeordnet.
- VorteilDie Segmentierung unterbricht Mikrowirbelstromschleifen und reduziert so die interne Magneterwärmung um bis zu 60%–70%. Durch die Schrägstellung des Magneten werden Feldübergänge geglättet, das Rastmoment unterdrückt und Geräusche, Vibrationen und Rauheit (NVH) reduziert.
Kerntechnologie Nr. 3: Wärmemanagement und Präzisionsfertigung
Die zentrale Herausforderung
Die Erzeugung hoher Dauerleistung aus einem kleinen Gehäuse führt zu konzentrierten Wärmeprofilen. Standardmäßige externe Flüssigkeitskühlmäntel (Wasser-Glykol-Ringe), die um Radialmotoren verwendet werden, können Axialflussstatoren nicht ausreichend kühlen, da die Wärme radial über mehrere thermische Schnittstellen abgeführt werden muss.
Technische Lösungen:
- Direkte Immersion & interne Kanalölkühlung:
- Mechanismus: Dielektrisches Öl wird direkt in den Statorkern gepumpt, wobei aktive Kupferwicklungen untergetaucht werden oder es durch in die SMC-Zahnstrukturen geätzte Mikrokanäle fließt.
- VorteilDie direkte Ölkühlung führt die Wärme direkt an ihrem Entstehungsort ab. Dadurch wird der Wärmewiderstand um mehr als … gesenkt. 3xwodurch der Motor kontinuierlich mit 80-90 % betrieben werden kann. seiner maximalen NennleistungIm Gegensatz dazu verschleißen Motoren mit Mantelkühlung unter Dauerlast schnell.
- Mikrometergenaue Luftspaltsteuerung:
- MechanismusDie maximale axiale Flussleistung hängt von der Aufrechterhaltung eines engen, gleichmäßigen Luftspalts (typischerweise 0,5 mm – 1,2 mm) zwischen den schnell rotierenden Rotorscheiben und der zentralen Statorfläche ab.
- VorteilDie automatisierte Montage nutzt Laser-Wegsensoren und aktive Unterlegscheiben während des Gehäusepressens, um ein Verkippen der Scheibe oder thermische Verformungen unter hohen Drehmomentbelastungen zu verhindern.
- Automatisierte kontinuierliche Wicklung und Harzverguss:
- MechanismusRobotergestützte Nadelwickelmaschinen umwickeln rechteckige Kupferdrähte mit hohem Füllfaktor (> 65 %). Hochwärmeleitfähige Epoxidharze werden unter Vakuum um die Statorbaugruppen vergossen, um Lufteinschlüsse zu füllen und die Wärme an die Gehäusestrukturen abzuführen.
4. Anwendungsbeispiele aus der Praxis & Branchenlandschaft
Die Verwendung von Axialflussmotoren weitet sich in stark nachgefragten Mobilitäts- und Industriesektoren aus:
1. Automobile & Supercars
- Mercedes-Benz / YASAMercedes hat YASA übernommen, um Axialflussmotoren in seine kommende elektrische AMG-Plattform zu integrieren. Die kompakten Einheiten werden an den Antriebsachsen montiert und ermöglichen so eine Beschleunigung wie bei einem Supersportwagen bei gleichzeitig geringerem Antriebsgewicht.
- Ferrari Plug-In-Hybride (SF90 / 296 GTB)Ferrari verwendet kompakte Axialflussmotoren, die zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe gekoppelt sind, um innerhalb engster räumlicher Grenzen eine sofortige Drehmomentsteigerung zu erzielen.
2. Luftfahrt & urbane Luftmobilität (eVTOL)
- Elektrische FlugzeugantriebeSenkrechtstartflugzeuge (eVTOL) unterliegen strengen Gewichtsbeschränkungen. Axialflussmotoren liefern das benötigte Direktantriebsdrehmoment, um große Propeller ohne schwere mechanische Getriebe reibungslos anzutreiben.
3. Humanoide Robotik & Aktuatoren mit hohem Drehmoment
- Direkt angetriebene RobotergelenkeFür humanoide Gliedmaßen werden kompakte, flache Aktuatoren benötigt, die in Hüft-, Knie- und Schultergelenke passen und ein hohes Haltemoment sowie eine sanfte Steuerung bei niedrigen Geschwindigkeiten ohne Getriebespiel ermöglichen.
5. Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Frage 1: Warum sind Axialflussmotoren effizienter als Radialflussmotoren?
AntwortAxialflussmotoren zeichnen sich durch kürzere Spulenwindungen aus, wodurch die Kupferwiderstandsverluste (I²R) direkt reduziert werden. Darüber hinaus bietet die flache Scheibengeometrie eine größere Oberfläche für die direkte Kühlung, was niedrigere Betriebstemperaturen und einen hohen elektrischen Wirkungsgrad unter Last gewährleistet.
Frage 2: Was ist die größte Herausforderung bei der Herstellung von Axialflussmotoren?
AntwortDer Hauptengpass besteht darin, die hohen axialen magnetischen Anziehungskräfte bei gleichzeitiger Einhaltung von Luftspalttoleranzen im Submillimeterbereich während der Serienfertigung zu beherrschen. Darüber hinaus erfordert die Herstellung von 3D-Statorkernen Spezialwerkzeuge wie SMC-Pressen (Soft Magnetic Composite) oder spezielle Wickelmaschinen.
Frage 3: Welche Rolle spielen weichmagnetische Verbundwerkstoffe (SMC) in Axialflussmotoren?
AntwortSMC-Werkstoffe ermöglichen einen freien (isotropen) Fluss des Magnetflusses in 3D, da sie aus isolierten Eisenpulverpartikeln bestehen. Dadurch können Ingenieure komplexe 3D-Statorzahnformen mit geringen Wirbelstromverlusten bei hohen Betriebsfrequenzen herstellen.
Frage 4: Können Axialflussmotoren in Elektrofahrzeugen ohne Getriebe betrieben werden?
AntwortJa, Axialflussmotoren bieten eine hohe Drehmomentdichte im unteren Drehzahlbereich und eignen sich daher hervorragend für Direktantriebe. Durch den Wegfall des Getriebes wird das Getriebegewicht reduziert, die mechanischen Reibungsverluste verringert und die gesamte Antriebskonstruktion vereinfacht.
6. Wichtigste Erkenntnisse & Ausblick für die Ingenieurstätigkeit
Die Elektrifizierung verlagert sich von der grundlegenden Leistungsfähigkeit hin zu optimierter Effizienz und volumetrischer Leistungsdichte. Radialflussmotoren werden zwar weiterhin kostensensible Anwendungen mit Standardleistung bedienen, Axialflussmotoren setzen den Standard für leistungsstarke, gewichtskritische und platzbeschränkte Anwendungen.Die
Durch die Kombination Statoren aus weichmagnetischem Verbundmaterial, Doppelrotor-Halbach-Topologien, Und direkte ÖlkühlungDie Axialflusstechnologie hat sich von einem Spezialkonzept zu einem zentralen Antriebselement für die Mobilität der nächsten Generation entwickelt. Antriebsentwicklungsteams, die heute auf Axialflussarchitekturen setzen, werden die Leistungsstandards von morgen definieren.
Über den Autor
Johnny Liu ist der Geschäftsführer bei Unterführungsfahrzeug. Mit seiner umfassenden Erfahrung in den Bereichen fortschrittliches Fahrzeugdesign, Antriebsintegration und saubere Energiemobilitätslösungen leitet Johnny technische Strategien, die auf die Kommerzialisierung von elektrischen Antrieben der nächsten Generation und nachhaltigen Transportplattformen abzielen.
Bei Fragen zu technischen Kooperationen oder Ingenieurberatungen bezüglich fortschrittlicher Motorintegration wenden Sie sich bitte an das Ingenieurteam von Dowway Vehicle.