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轴向磁场永磁电机定子绕组的有效部分沿径向排列，整个绕组呈辐状分布，所以电机的极距 τ （ r ）、极弧宽度 b p （ r ）、电负荷 A （ r ）均随电机半径 r 的变化而变化，且是半径的函数。磁极结构示意图如图2.7所示，有效导体在该平面上的位置用半径 r 和极角 θ 表示，轴向磁场电机绕组有效长度方向与 r 轴方向一致，气隙主磁通方向与 Z 轴方向一致。
图2.7 磁极结构示意图
极距可表示为
极弧宽度可表示为
式中，参数 p 为极对数； α i 为计算极弧系数，等于平均气隙磁通密度 B avg 和最大气隙磁密 B mg 的比值。 α i 与选择的永磁体形状有关，一般情况下 α i 与半径无关。
若用 A m （ r ）表示半径 r 处的电负荷（线电流密度），则
式中， m 1 为定子相数； N 1 为每相定子绕组匝数； I a 为电枢相电流。
作用在转子上的切向力可以根据安培环路方程来计算：
式中，
I
a
d
r
=A
（
r
）d
S
；
A
（
r
）
=A
m
（
r
）/
；d
r
为微半径；d
S
为表面微元；
B
g
为气隙磁通密度的矢量，垂直于转子盘表面，气隙磁密分布与选择的永磁体的形状有关，实际上也可认为它与转子半径无关。
假定气隙磁密 B mg 与半径 r 无关，d S =2 πr d r ， B avg = α i B mg ，根据式（2.5），则可得到电磁转矩的方程：
式中， k ω 1 为基波绕组因数。对于由永磁体励磁按正弦分布的气隙磁密，平均磁密 B avg 为
由永磁体产生的每极磁通 Φ f 为
D
out
、
D
in
分别为电机定子铁心的外径和内径，分别等于永磁体的外径和内径。设
k
d
为转子上永磁体的直径比，即
，则磁通
Φ
f
为
在半径 r 处， d 轴的气隙磁导 G g 为
式中， λ g = μ 0 / g′ 。
将式（2.4）代入式（2.6）中，可得到轴向磁场电机的平均电磁转矩 T em 微分表达式为
利用式（2.12）对半径进行积分，得到的平均电磁转矩为
用磁通表示的转矩方程为
为了获得正弦电流和正弦磁密下的电磁转矩的有效值，将式（2.14）乘以波形系数1.11得
式中， k T 为转矩常数。
在有些书籍中，作用在转子上的电磁力只是简单的电磁负荷
B
avg
A
和永磁体表面积
的乘积，即
A 是内径 R in 处的线电流密度有效值，对于双边轴向磁场永磁电机，转矩为
利用电磁转矩
T
em
对
k
d
进行一阶微分，并令其等于零，得到最大转矩时的
k
d
=
1/
，实际工程中很难得到。