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无横磁永磁拓扑提供了更高的效率围绕电机的中轴，并浪费很少的铜在绕组，因为电机有零悬垂。 今天，大多数电机工作在径向磁通(RF)。马格纳克斯提供了一个新的概念，尽管-机器运行轴向流量(AF)。图1提供RF和AF技术的比较。 图片（1） 1.径向和轴向磁通机的比较。Magnax说，高功率密度的关键是其电机无横方向的AF设计，机器两侧各有两个转子。无横轴的AF电机有较短的磁通路径，永磁体离轴心较远，因此在中轴附近有更高的效率和杠杆作用。 此外，由于轴向磁通设计，很少有铜浪费在悬垂线圈上的绕组。电动机没有悬垂，也就是说，100%的绕组是活动的。 这项技术可以从小型电动机(即电动汽车)扩展到大型发电机(即风力发电机)。 根据该公司的说法，用于中型风力发电机的100 kW轴向磁通永磁(Afpm)发电机具有以下优点： 提高效率(+96%的效率，高达97%的大型发电机)。 减少长度(比传统的风力涡轮机驱动列车短5倍到8倍)。 减少质量(比齿轮传动或传统的齿轮直驱发电机轻2倍到5倍)。 减少所需资源(与传统的射频直接驱动遗传学家相比，所需材料的⅓减少，这也导致成本降低)。 设计Magnax轴向磁通机的特点包括： 双永磁转子，以尽可能高的扭矩重量比。 无横定子，为尽可能最短的磁通路径。 矩形截面铜线，为90%可能的铜填充系数。 集中绕组，为尽可能最低的铜损耗(无线圈悬垂)。 高性能的晶粒取向电工钢(蒂森克虏伯去)，降低了高达85%的核心损耗. 一种专利系统，用于冷却绕组，使定子温度降至最低。 整个制造链是基于低成本，容易规模的生产过程。 AFPM机器在非常广泛的转速范围内表现良好，这使得它们适合于高速、低扭矩和低转速-高扭矩的应用。 图片（2） 2.以下是宝马i3发动机和Magnax AXF 225的比较。自动对焦机更紧凑，因为从电磁角度看，它们比射频机要有效得多，而射频机器通常对内置应用至关重要，例如在车辆中。这种轻薄的结构使机器具有更高的功率和转矩密度。一个很好的例子是宝马i3发动机的重量为41公斤，峰值功率为125 kW，而Magnax Axf 225的峰值功率为170 kW，重量为14公斤。(图2)。另外，根据该公司的说法，AFPM电机可以提供所有电机中最高的能源效率，主要是因为没有磁轭，而且磁通路径(通过晶粒取向的电工钢芯)非常短。图3显示了Magnax 275毫米AFPM马达。 图片（3） 3.Magnax的275毫米AF马达目标电子移动应用。通过感应电机和变速箱 电机解决方案目前以标准感应电动机和变速箱的组合为主。这些异步电动机在满载时具有典型的最大效率低于90%，在部分负载时效率较低。他们还经常生产长而庞大的驱动列车。 更新的机器概念使用永磁体产生恒定的磁场，从而通过设计产生磁通。其结果是，永磁电机的功率密度和动态性能高于感应或电激励电机，后者必须通过电流(直接或间接)产生磁场。 径向磁通(RF)直接驱动(DD)机是解决主要与变速箱相关的传统解决方案的效率和可靠性问题的另一种解决方案。DD机器消除变速箱，并将发电机或电机直接连接到负载上。为了使这种解决方案有效，电机/发电机必须能够直接和低速地提供所需的驱动转矩，这就需要一种全新的电机/发电机设计。 由于使用径向磁通传输功率，RF DD机更重、更贵。这种方法的基本电磁和热约束导致机器与最先进的模型相比，往往既宽又长。 大型机器还需要稀土永磁体和铜作为线圈.(根据.)Öko-institut e.V，射频DD发电机每兆瓦需要600至700公斤磁铁材料。)珍贵资源的使用对RF DD机的成本和生命周期分析有很大的影响。图4比较300 kW射频DD发生器和3x100 kW Magnax AF DD发生器(总=300 kW)。 图片（4） 4.300 kW径向磁通直接驱动发电机(左)和3x100 kW Magnax AF DD发生器(右)的比较。轴向磁通直驱机 直接驱动的一个根本不同的方法是将两组磁铁彼此平行，垂直于旋转轴。这种轴向磁通拓扑提供了比RF DD机更宽、更重的机器.除了更紧凑，AF DD机器可以达到更高的效率比他们的RF DD对应。轴向磁通机具有更高的功率密度，因为： 自动对焦机磁铁位于离中轴更远的地方，因此在中轴上有一个较大的“杠杆”。 自动对焦机具有固有的更有效的电磁拓扑结构。在RF机中，磁通通过第一齿，然后通过定子回到下一齿到磁铁。相比之下，自动对焦机的磁通路径更短-从第一个磁芯穿过一个磁芯，直通到另一个磁芯。(仅适用于双转子拓扑，如Magnax电机)。例如，在风力涡轮机的应用中，我们需要每兆瓦不到300公斤的磁铁材料，而不是每兆瓦600到700公斤的射频DD发电机。 此外，射频机的磁通必须“弯曲”，并遵循二维路径。因此，径向磁通机不能使用定向电工钢作为铁心(定子)。对于AF机，磁通路径是一维的，因此Magnax可以使用晶粒取向钢作为轴向磁通机。当磁通通过磁芯时，这会减少铁的损失。取向钢使熔剂更容易通过，从而增加了效率。 对于射频机，多达50%的绕组是不活动的(位于定子齿外部的部分只用于制造线圈，或所谓的“线圈悬垂”)。线圈悬挂增加电阻和散热，没有功能。这就是他们所说的“分布式绕组”，与没有线圈悬垂的轴向磁通机相比，总功率/重量比要差得多。对于Magnax AF机，100%的卷绕是活动的。 在射频机中，热量必须通过定子输送到机器的外部。钢不是很好的热导体。线圈悬垂也很难冷却，因为它不是直接接触到电机外壳。AF机允许最佳冷却，因为绕组直接与外部铝外壳接触。由于铝的导热性能很好，AF机的绕组保持凉爽，而铜的电阻仍然很低，从而提高了效率。 缩放机器概念 Magnax的概念是可扩展的，从150毫米直径到5400毫米直径或更多。这种多定子的“功能”，其中多个机器盘是并行组合，增加了灵活性，同时增加了扭矩和功率。(图5). 图片（5） 5.在保持高可制造性的同时，实现了最大的灵活性和可伸缩性。历史上，AF设计面临设计和生产方面的挑战： 机械：转子和定子之间的强磁力在保持这两个部件之间的高公差均匀气隙方面产生了工程和材料方面的挑战。Magnax通过改进设计解决了这一问题。 热力：自动对焦机中的绕组位于定子内部深处和两个转子盘之间，这在冷却方面提出了比RF DD设计更大的挑战。Magnax解决并申请了一种新概念，即铝片包围核心，并将热量直接提取到机器外部。因此，没有必要通过岩心推动流体(这会产生局部的湍流和气泡，并降低结构强度)。在外部，冷却是通过冷却鳍或安装水套。 制造业：迄今为止，自动对焦机一直很难制造，因为定子铁的设计仍然是基于射频机的设计，使用定子轭来关闭磁通回路。转子和定子圆盘之间的磁力往往使它们之间的气隙保持均匀是非常困难的。如果它们开始摆动或弯曲，光盘可以开始摩擦彼此，导致轴承损坏最好，并迅速，壮观的计划外拆卸在最坏的情况下。 Magnax的解决方案首先是从定子上取出铁轭，但保留铁齿。然后，有两个转子圆盘与定子之间的圆盘。转子和定子之间存在一个很小的气隙，其中包含绕组，而转子包含磁铁。两个转子盘对转子施加相等的(但相反的)吸引力。 然而，圆盘通过轴环彼此直接连接，因此力相互抵消。内部轴承不承受这些力，它只需要使定子处于两个转子盘之间的中间。理论上，当定子处于中间时，定子处于平衡状态，没有力作用于轴承，尽管内部轴承上总是有一个小的力作用。 通量效率 Magnax轴向磁通机使用ThyssenKrupp的高性能晶粒取向电工钢(GO)作为核心。晶粒取向钢不能用于射频机，因为这些机器的磁通路径是非线性的二维路径。在Magnax AF拓扑结构中，钢的晶粒取向与磁通路径相同。晶粒取向材料在轧制(轴向)方向的低损耗和优异的磁导率使电机定子铁心损耗降低85%，电磁转矩略有增加。 由于机器的长度非常短(例如，1600毫米外径发生器的长度为140毫米)，多台机器(圆盘)可以并行工作，这称为多定子拓扑。这通常是当发电机或电机总成的外径必须保持限制时。 将多台机器组合在一个堆栈中，为最终用户应用程序提供了很大的灵活性，并使工程方法更加“标准化”。这种配置允许容错，因为即使任何一个阶段被损坏或断开，机器也可以继续工作。 为了进一步减少轴向长度和重量，可以将背靠背转子组合成一个，而内部轴承可以由一个或两个外部轴承代替。 高速电机应用 Magnax的AF概念用于电动汽车的应用，其中重量和尺寸必须保持在一个绝对的最小，同时提供大量的功率和扭矩。由于扭矩与直径直接相关，所以直径是机器尺寸的主要指标。该公司的小型无横式AF电机通常是水冷的，功率密度可达15 kW/kg，是目前最好的级电机的两倍。 在运输系统中，电机重量至关重要，必须最小化。AF马达用于动力密度高达15 kW/kg的传动系统.这些机器的峰值效率可达98%，并且在部分负荷下仍保持很高的效率。图6显示安装在汽车上的Magnax马达。 图片（6） 6.AXF 275，提供300千瓦的重量只有26.5公斤，是集成到一个汽车底盘。AF马达可以与变速箱组合在不同的动力系统配置，底盘安装或车轮内.一些电子移动应用程序需要直接驱动电机的概念.无齿轮设计大大降低了复杂性和维护需求。这些电机已经交付名义扭矩在0转，并有一个非常紧凑的设计，所以他们非常适合直接驱动(内轮)的配置。对于这些应用程序，它们确保效率映射为较低的转速范围(通常为500-2，000转/分)优化。OutRunner配置可以更多地减轻重量。 Magnax的大型机器(AF直接驱动发电机)适用于风力涡轮机： 带有感应电动机和变速箱的风力涡轮机通常效率较低(低于90%，而AF发电机可达96%或更多)。此外，变速箱被认为是更多的维护密集型和较低的可靠性，因为更多的移动部件。 据该公司称，传统的直接驱动发电机(通常基于射频拓扑)比AF发电机重2到5倍，效率比AF直接驱动发电机低几个百分点。由于晶粒取向钢芯与较短的磁通路径相结合，提高了效率，而且绕组具有较高的铜填充系数。 应用功率 Magnax公司推荐使用逆变电源的电池提供750 V的电压。该公司预计，电压将在未来进一步增加，这将进一步减少电流。 由Magnax提供的400 V或更低的交流电动机(如摩托车100 V)可以作为低功率电机的替代方案，这在机器规格上不会有太大变化。当然，电压越低，就越难找到能应付大电流的逆变器。 |
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