無橫磁永磁拓撲提供了更高的效率圍繞電機的中軸，並浪費很少的銅在繞組，因為電機有零懸垂。
今天，大多數電機工作在徑向磁通(RF)。馬格納克斯提供了一個新的概念，儘管-機器運行軸向流量(AF)。圖1提供RF和AF技術的比較。
圖片（1）
1.徑向和軸向磁通機的比較。
Magnax說，高功率密度的關鍵是其電機無橫方向的AF設計，機器兩側各有兩個轉子。無橫軸的AF電機有較短的磁通路徑，永磁體離軸心較遠，因此在中軸附近有更高的效率和槓桿作用。
此外，由於軸向磁通設計，很少有銅浪費在懸垂線圈上的繞組。電動機沒有懸垂，也就是說，100%的繞組是活動的。
這項技術可以從小型電動機(即電動汽車)擴展到大型發電機(即風力發電機)。
根據該公司的說法，用於中型風力發電機的100 kW軸向磁通永磁(Afpm)發電機具有以下優點：
提高效率(+96%的效率，高達97%的大型發電機)。
減少長度(比傳統的風力渦輪機驅動列車短5倍到8倍)。
減少質量(比齒輪傳動或傳統的齒輪直驅發電機輕2倍到5倍)。
減少所需資源(與傳統的射頻直接驅動遺傳學家相比，所需材料的⅓減少，這也導致成本降低)。
設計Magnax軸向磁通機的特點包括：
雙永磁轉子，以儘可能高的扭矩重量比。
無橫定子，為儘可能最短的磁通路徑。
矩形截面銅線，為90%可能的銅填充係數。
集中繞組，為儘可能最低的銅損耗(無線圈懸垂)。
高性能的晶粒取向電工鋼(蒂森克虜伯去)，降低了高達85%的核心損耗.
一種專利系統，用於冷卻繞組，使定子溫度降至最低。
整個製造鏈是基於低成本，容易規模的生產過程。
AFPM機器在非常廣泛的轉速範圍內表現良好，這使得它們適合於高速、低扭矩和低轉速-高扭矩的應用。
圖片（2）
2.以下是寶馬i3發動機和Magnax AXF 225的比較。
自動對焦機更緊湊，因為從電磁角度看，它們比射頻機要有效得多，而射頻機器通常對內置應用至關重要，例如在車輛中。這種輕薄的結構使機器具有更高的功率和轉矩密度。一個很好的例子是寶馬i3發動機的重量為41公斤，峰值功率為125 kW，而Magnax Axf 225的峰值功率為170 kW，重量為14公斤。(圖2)。另外，根據該公司的說法，AFPM電機可以提供所有電機中最高的能源效率，主要是因為沒有磁軛，而且磁通路徑(通過晶粒取向的電工鋼芯)非常短。圖3顯示了Magnax 275毫米AFPM馬達。
圖片（3）
3.Magnax的275毫米AF馬達目標電子移動應用。
通過感應電機和變速箱
電機解決方案目前以標準感應電動機和變速箱的組合為主。這些異步電動機在滿載時具有典型的最大效率低於90%，在部分負載時效率較低。他們還經常生產長而龐大的驅動列車。
更新的機器概念使用永磁體產生恆定的磁場，從而通過設計產生磁通。其結果是，永磁電機的功率密度和動態性能高於感應或電激勵電機，後者必須通過電流(直接或間接)產生磁場。
徑向磁通(RF)直接驅動(DD)機是解決主要與變速箱相關的傳統解決方案的效率和可靠性問題的另一種解決方案。DD機器消除變速箱，並將發電機或電機直接連接到負載上。為了使這種解決方案有效，電機/發電機必須能夠直接和低速地提供所需的驅動轉矩，這就需要一種全新的電機/發電機設計。
由於使用徑向磁通傳輸功率，RF DD機更重、更貴。這種方法的基本電磁和熱約束導致機器與最先進的模型相比，往往既寬又長。
大型機器還需要稀土永磁體和銅作為線圈.(根據.)Öko-institut e.V，射頻DD發電機每兆瓦需要600至700公斤磁鐵材料。)珍貴資源的使用對RF DD機的成本和生命週期分析有很大的影響。圖4比較300 kW射頻DD發生器和3x100 kW Magnax AF DD發生器(總=300 kW)。
圖片（4）
4.300 kW徑向磁通直接驅動發電機(左)和3x100 kW Magnax AF DD發生器(右)的比較。
軸向磁通直驅機
直接驅動的一個根本不同的方法是將兩組磁鐵彼此平行，垂直於旋轉軸。這種軸向磁通拓撲提供了比RF DD機更寬、更重的機器.除了更緊湊，AF DD機器可以達到更高的效率比他們的RF DD對應。軸向磁通機具有更高的功率密度，因為：
自動對焦機磁鐵位於離中軸更遠的地方，因此在中軸上有一個較大的“槓桿”。
自動對焦機具有固有的更有效的電磁拓撲結構。在RF機中，磁通通過第一齒，然後通過定子回到下一齒到磁鐵。相比之下，自動對焦機的磁通路徑更短-從第一個磁芯穿過一個磁芯，直通到另一個磁芯。(僅適用於雙轉子拓撲，如Magnax電機)。例如，在風力渦輪機的應用中，我們需要每兆瓦不到300公斤的磁鐵材料，而不是每兆瓦600到700公斤的射頻DD發電機。
此外，射頻機的磁通必須“彎曲”，並遵循二維路徑。因此，徑向磁通機不能使用定向電工鋼作為鐵心(定子)。對於AF機，磁通路徑是一維的，因此Magnax可以使用晶粒取向鋼作為軸向磁通機。當磁通通過磁芯時，這會減少鐵的損失。取向鋼使熔劑更容易通過，從而增加了效率。
對於射頻機，多達50%的繞組是不活動的(位於定子齒外部的部分只用於製造線圈，或所謂的“線圈懸垂”)。線圈懸掛增加電阻和散熱，沒有功能。這就是他們所說的“分佈式繞組”，與沒有線圈懸垂的軸向磁通機相比，總功率/重量比要差得多。對於Magnax AF機，100%的卷繞是活動的。
在射頻機中，熱量必須通過定子輸送到機器的外部。鋼不是很好的熱導體。線圈懸垂也很難冷卻，因為它不是直接接觸到電機外殼。AF機允許最佳冷卻，因為繞組直接與外部鋁外殼接觸。由於鋁的導熱性能很好，AF機的繞組保持涼爽，而銅的電阻仍然很低，從而提高了效率。
縮放機器概念
Magnax的概念是可擴展的，從150毫米直徑到5400毫米直徑或更多。這種多定子的“功能”，其中多個機器盤是並行組合，增加了靈活性，同時增加了扭矩和功率。(圖5).
圖片（5）
5.在保持高可製造性的同時，實現了最大的靈活性和可伸縮性。
歷史上，AF設計面臨設計和生產方面的挑戰：
機械：轉子和定子之間的強磁力在保持這兩個部件之間的高公差均勻氣隙方面產生了工程和材料方面的挑戰。Magnax通過改進設計解決了這一問題。
熱力：自動對焦機中的繞組位於定子內部深處和兩個轉子盤之間，這在冷卻方面提出了比RF DD設計更大的挑戰。Magnax解決並申請了一種新概念，即鋁片包圍核心，並將熱量直接提取到機器外部。因此，沒有必要通過岩心推動流體(這會產生局部的湍流和氣泡，並降低結構強度)。在外部，冷卻是通過冷卻鰭或安裝水套。
製造業：迄今為止，自動對焦機一直很難製造，因為定子鐵的設計仍然是基於射頻機的設計，使用定子軛來關閉磁通迴路。轉子和定子圓盤之間的磁力往往使它們之間的氣隙保持均勻是非常困難的。如果它們開始擺動或彎曲，光盤可以開始摩擦彼此，導致軸承損壞最好，並迅速，壯觀的計劃外拆卸在最壞的情況下。
Magnax的解決方案首先是從定子上取出鐵軛，但保留鐵齒。然後，有兩個轉子圓盤與定子之間的圓盤。轉子和定子之間存在一個很小的氣隙，其中包含繞組，而轉子包含磁鐵。兩個轉子盤對轉子施加相等的(但相反的)吸引力。
然而，圓盤通過軸環彼此直接連接，因此力相互抵消。內部軸承不承受這些力，它只需要使定子處於兩個轉子盤之間的中間。理論上，當定子處於中間時，定子處於平衡狀態，沒有力作用於軸承，儘管內部軸承上總是有一個小的力作用。
通量效率
Magnax軸向磁通機使用ThyssenKrupp的高性能晶粒取向電工鋼(GO)作為核心。晶粒取向鋼不能用於射頻機，因為這些機器的磁通路徑是非線性的二維路徑。在Magnax AF拓撲結構中，鋼的晶粒取向與磁通路徑相同。晶粒取向材料在軋製(軸向)方向的低損耗和優異的磁導率使電機定子鐵心損耗降低85%，電磁轉矩略有增加。
由於機器的長度非常短(例如，1600毫米外徑發生器的長度為140毫米)，多臺機器(圓盤)可以並行工作，這稱為多定子拓撲。這通常是當發電機或電機總成的外徑必須保持限制時。
將多臺機器組合在一個堆棧中，為最終用戶應用程序提供了很大的靈活性，並使工程方法更加“標準化”。這種配置允許容錯，因為即使任何一個階段被損壞或斷開，機器也可以繼續工作。
為了進一步減少軸向長度和重量，可以將背靠背轉子組合成一個，而內部軸承可以由一個或兩個外部軸承代替。
高速電機應用
Magnax的AF概念用於電動汽車的應用，其中重量和尺寸必須保持在一個絕對的最小，同時提供大量的功率和扭矩。由於扭矩與直徑直接相關，所以直徑是機器尺寸的主要指標。該公司的小型無橫式AF電機通常是水冷的，功率密度可達15 kW/kg，是目前最好的級電機的兩倍。
在運輸系統中，電機重量至關重要，必須最小化。AF馬達用於動力密度高達15 kW/kg的傳動系統.這些機器的峰值效率可達98%，並且在部分負荷下仍保持很高的效率。圖6顯示安裝在汽車上的Magnax馬達。
圖片（6）
6.AXF 275，提供300千瓦的重量只有26.5公斤，是集成到一個汽車底盤。
AF馬達可以與變速箱組合在不同的動力系統配置，底盤安裝或車輪內.一些電子移動應用程序需要直接驅動電機的概念.無齒輪設計大大降低了複雜性和維護需求。這些電機已經交付名義扭矩在0轉，並有一個非常緊湊的設計，所以他們非常適合直接驅動(內輪)的配置。對於這些應用程序，它們確保效率映射為較低的轉速範圍(通常為500-2，000轉/分)優化。OutRunner配置可以更多地減輕重量。
Magnax的大型機器(AF直接驅動發電機)適用於風力渦輪機：
帶有感應電動機和變速箱的風力渦輪機通常效率較低(低於90%，而AF發電機可達96%或更多)。此外，變速箱被認為是更多的維護密集型和較低的可靠性，因為更多的移動部件。
據該公司稱，傳統的直接驅動發電機(通常基於射頻拓撲)比AF發電機重2到5倍，效率比AF直接驅動發電機低幾個百分點。由於晶粒取向鋼芯與較短的磁通路徑相結合，提高了效率，而且繞組具有較高的銅填充係數。
應用功率
Magnax公司推薦使用逆變電源的電池提供750 V的電壓。該公司預計，電壓將在未來進一步增加，這將進一步減少電流。
由Magnax提供的400 V或更低的交流電動機(如摩托車100 V)可以作為低功率電機的替代方案，這在機器規格上不會有太大變化。當然，電壓越低，就越難找到能應付大電流的逆變器。
閱讀更多 電工電氣之家 的文章
