在上海有色网（SMM）主办的2021中国国际电机产业链年会上，铜陵硬核电机科技有限公司总经理陈拯民介绍了轴向磁通电机在节能领域的应用和特点。他指出，轴向磁通电机铜的用料是传统电机的80%，对应铜耗是传统电机的80%硅钢片用量是传统电机的20%，铁耗就是传统电机的20%。因此电机效率可以大幅度提升，甚至超过国家一级能效水平。
电机分类与行业背景
感应电机：目前国内市场上80%电机为感应电机，又名异步电机。感应电机行业成熟，处于成本竞争阶段品质良莠不齐。感应电机结构可靠，但效率普遍低，多数为国家3级能效，很费电。国外由于缺乏稀土永磁，因此感应电机也是国外主流电机。
永磁电机：产品成熟，所有电机类型中效率最高。2010年稀土永磁降价后开始普及。国外高端电机大多为永磁电机。国内永磁电机成为主流趋势，用于节能替代，高端装备行业。江浙鲁粤四省永磁电机比较普及，其他省份待推广。
轴向磁通永磁：轴向磁通电机属于永磁电机，其结构经过改善，具备体积小、重量轻、效率更高的优势。
轴向磁通电机结构进化经过3个阶段:
早期(20~30年前):单转子单定子结构，由于单边磁拉力，轴承寿命是缺陷；
主流(20年前):两边双定子中间单转子国内外有十几家公司生产优势是重量轻缺点是工艺问题导致效率比传统永磁电机低；
领先(10年前):两边双转子中间单定子，采用无轭定子结构，重量行业最低，效率最高。目前全球仅3家公司供货:英国YASA(2021年中被奔驰收购)，斯洛文尼亚的EMRAX，中国的硬核电机。
轴向磁通电机技术优势
基本对比:
体积小：电机外径与传统电机相同，轴向长度是传统电机的1/3到1/4，非常扁，节约安装空间，便于设计布局；
重量轻：轴向磁通电机，重量是市场普通感应电机、永磁电机的1/3到1/4，便于安装和运输;
效率高：效率普遍高于或等于进口电机(ABB、西门子、 松下、安川等品牌)，满足国家一级能效、欧洲IE5标准。 在常规水泵和风机的节能测试中，在各种功率级别下都比 感应电机节能15%-25%左右。
轴向磁通电机技术优势
效率解析:
电机损耗主要来自铜耗、铁耗。
相同电流密度下，铜的用量越少，铜耗越小;铁的用量越少，铁耗越小。
轴向磁通电机铜的用料是传统电机的80%，对应铜耗是传统电机的80%硅钢片用量是传统电机的20%，铁耗就是传统电机的20%。因此电机效率可以大幅度提升，甚至超过国家一级能效水平。
应用优势说明:
轻量化与小体积，适用于设备和车辆设计布局、轻量化 高效率电机有助于提升续航，节约电池成本。
对于部分产品，电机重量占主项，电机轻量化会使得产品重量和体积减半，降低运输和安装成本:
电机效率从传统三级能耗提升至一级能耗，节能15%-255%，对于年度电费200万-2亿的规模化企业，从泵，风机，空压机，生产设备上每年节约电费比得上设备投资。
轴向磁通电机适合做大转矩，用于直接驱动场合。直接区动省掉传动系统，有2个优势:高精度，可用于精密设备的直驱控制(DDR电机)。高效率，小体积，可以用于大型散热风扇，用于大型工业吊扇，大型水冷散热塔;也可以用于工厂、矿场的传送带直驱电机。
紧凑型大功率电机:几百千瓦电机仅为百公斤量级，是专统电机的1/5-1/6，对比重量更轻:兆瓦级电机，用于轮船拖动、大型发电机组，和风电机组中，对比传统电机 m-15m的尺度，轴向磁通电机安装空间小，运输方便。
轴向磁通电机也具备其他优势:
伺服控制精度高，有特殊设计保证转矩平稳，用于精密设备。
可靠性：耐热耐寒，绝缘性，防水防尘防腐等，根据应用需习配置对应结构和材料。寿命设计:根据载荷要求，选配电机轴承和防腐涂层，保证电包机寿命。
控制方式与传统永磁电机相同，可直接采用传统控制器。
密封等级：从IP21到IP68根据应用需求设计对应密封结构。
散热方案：根据应用场景和功率等级，可以配置为水冷，油冷 潜水冷却，同轴风冷，强制风冷，和被动散热。
抗震设计：防止使用和运输过程中震动对电机可靠性的影响。
安全防护设计等。
行业知识产权分布
源专利:
当代双转子无轭轴向磁通电机的专利，最早于1998-2001年纷纷由英国和美国的研究者申请。这些专利定义了轴向磁通的基本结构;之后所有的专利都是他们的从属专利。专利有效保护期限为20年，这些源专利已经失效。也就是说，1)这个行业不再有统治一切的根源专利，2)所有专利只能围绕着结构细节创新和应用结构创新制作，3)要封堵竞争对手必须密集制作各种可能的电机结构和应用创新。
竞争对手专利：
YASA有十几条专利，围绕其产品结构写作的比较细致，但是保护范围仅限其使用的结构，并未针对其他各种可行的结构和原理进行封堵。只能保证经营自己的技术路线不受影响，没有组织专利墙做竞争防御。
YASA采用软磁粉末治金材料SMC取代电机常用材料硅钢片，优热是工艺简单，将极难实现的盘式电机结构转化成可量产方案。但缺点是SMC尚未规模化量产成本和性能不及传统硅钢片成熟，导致电机成本高，效率比理论值略低一点点。
硬核电机专利：
硬核电机采用传统硅钢片制作盘式电机。硅钢材料在行业内普及应用，所以成本低、电磁性能高。但是硬核创业时，用硅钢片制作盘式电机的工艺并不存在，于是硬核电机最大的成就和挑战，是创造了全新的定子和转子工艺体系(结构，材料模具，成型设备、组装制程工艺、组装设备)，开创了低成本、高效率轴向磁通电机技术分支。
硬核电机有80余件已发证和在审的专利，围绕着各种可行的核心结构、工艺和应用进行全方位构建专利墙，并持续加高专利壁垒。
定义:电机类型，产品线与行业解决方案
电机按照结构和功能特征，归类为几种电机类型：国标通用电机，伺服控制电机，专用电机。
电机按照应用场景，归类为产品线：水泵电机，潜水泵电机，高速泵电机，压缩机电机，制冷压缩机电机，防爆电机，风机电机，高速风机大型风机电机，减速传动电机，直驱传动电机，直驱伺报电机，曳引电机，低压车辆驱动电机，高压车辆驱动电机，直驱轮毂电机，减速轮毂电机，减速多用途电机， 航空驱动电机，航空发电机，发电机 。
各个行业的需求在这些产品线中选取需要的型号，形成行业解决方案。 解决方案包括纺织行业，食品加工行业，建材行业，新能原汽车行业，传统汽车行业等。
专题：轴向磁通电机在新能源汽车中的应用
优势：
效率高，增续航，节约电池成本:大功率新能源电机(80kw)实测效率可达97.9%。
体积小，便干布局，可提升行李舱和电池仓空间:体积仅为普通永磁电机的1/3。
重量轻，减重:体积仅为普通永磁电机的1/3，额定80kw的电机重量仅24kg。
大转矩方案：电机采用多倍体设计，最高扭矩设计到1200Nm-2000Nm。
传动系统优势：直接降低减速箱的传动比减小传动损耗:降低齿轮转速，可以降低传动系统成本:可以提升齿轮寿命;降低电机和齿轮噪音。
轻量化优势：采用轴向磁通电机提升转矩，但重量比同功率的高速电机轻1/2:同时能降低减速箱重量。
行业应用英国牛津的轴向磁通电机公司YASA于2021年中被奔驰收购，并在柏林筹建工厂量产，计划用于量产新能源汽车。
表贴式短板论述:
永磁电机按照磁钢安装方式分类，分为表贴式和内嵌式电机。
新能源汽车的永磁电机基本上全是内嵌式电机，其他行的永磁电机表贴式占绝大多数。相同用料、相同尺寸、相同成本下，内嵌式电机的功率和转矩是表贴式的80%左右。
内嵌式弱磁能力强，超速能力强，额定3500rpm时可达至到12000~18000rpm的最高转速；表贴式唯一弱点弱磁能力差，额定4500rpm时，峰值5000rpm比较合适，传速再提高，需要巨大弱磁电流，显著降低效率。
轴向磁通电机全部为表贴式电机。所以针对新能源的高速工况需求，轴向磁通电机并不匹配。
解决路线：
采用多档变速箱。
传统车辆的燃油发动机的最高转速也不高，所以行业采用多档变速箱解决高速需求。
在新能源领域通用汽车、采埃孚和奔驰都有将多档箱应用到新能源汽车的技术储备。此方案是燃油汽车变速箱的简化版，能提升续航(电机始终工作在高效区间)，提升最高车速(挂高速挡)。
采用大电流控制器，直接将额定转速设计到7200rpm至9000rpm，代价是电控成本提高。目前小牛的高速电摩采用这种方案。
采用断路器控制绕组串并联，通过调节电机反电势提升转速。需要开发对应电控。
电机是现代工业的动力心脏，轴向磁通电机可以让心庄更轻、更小，更节能。硬核电机的使命是向各行业充分赋能，使中国制造业从基础动力方面打开一个突破口，为中国成为世界强国做出贡献。
