Was ist ein Permanentmagnetmotor?
Ein Permanentmagnetmotor ist ein Motor, der einen Permanentmagneten mit einem Elektromagneten im Rotor enthält.
PM steht für Permanent Magnet, was im Deutschen mit Dauermagnet übersetzt wird. Er wird daher auch als Permanentmagnet-Synchronmotor bezeichnet. Motoren werden in AC-Motoren mit AC-Stromversorgung und DC-Motoren mit DC-Stromversorgung eingeteilt, und Permanentmagnetmotoren sind eine Art von AC-Motoren. Wechselstrommotoren werden weiter unterteilt in Induktionsmotoren, die durch induzierte elektromotorische Kraft angetrieben werden, und Synchronmotoren (Synchronmotoren), die durch magnetische Anziehung angetrieben werden. Permanentmagnetmotoren sind eine Art von Synchronmotoren.
Induktionsmotoren sind kostengünstige und weit verbreitete Motoren; Permanentmagnetmotoren zeichnen sich durch ihren höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu Induktionsmotoren aus. Allerdings sind sie aufgrund der Anzahl der Komponenten, z. B. der Permanentmagnete, komplexer und teurer.
Durch den Anstieg der Kohlendioxidemissionen aufgrund der verstärkten Nutzung fossiler Brennstoffe ist die Notwendigkeit, die globale Erwärmung zu bekämpfen, gestiegen, und die Energieeinsparung ist in den Mittelpunkt gerückt. Infolgedessen müssen auch die Motoren, die Strom verbrauchen, noch effizienter werden. Vor diesem Hintergrund wird der Einsatz von Permanentmagnetmotoren in einer Vielzahl von Bereichen erwogen.
Anwendungen für Permanentmagnetmotoren
Permanentmagnetmotoren werden in industriellen Anwendungen und kleinen Bauteilen eingesetzt. Nachfolgend einige Beispiele für den Einsatz von Permanentmagnetmotoren:
- Für die vertikale Bewegung von Aufzügen
- Für den Antrieb von Roboterarmen, etc.
- Für den Antrieb von Elektrofahrzeugen
- Für Wickelvorrichtungen in Maschinen zur Herstellung von Kunstfasern
Permanentmagnetmotoren sind hocheffizient und werden in vielen Anwendungen eingesetzt, bei denen eine präzise Positionierung erforderlich ist. Daher werden sie häufig mit einem Umrichter oder Servoregler als Stromquelle zur Steuerung der Geschwindigkeit und des Drehwinkels verwendet.
Permanentmagnetmotoren eignen sich für Aufzüge und Roboterarme, die eine hohe Positioniergenauigkeit erfordern. In den letzten Jahren sind Elektrofahrzeuge immer beliebter geworden, und hocheffiziente Permanentmagnetmotoren finden ebenfalls Beachtung.
Funktionsweise von Permanentmagnetmotoren
Ein Permanentmagnetmotor besteht aus einem Stator, einem Rotor und einem Gehäuse.
1. Stator
Der Hauptbestandteil des Stators ist eine mit Lack oder ähnlichem beschichtete Spule. Spulen mit unterschiedlichen Phasen umgeben den Rotor, und bei Anlegen von Strom wird ein Magnetfeld erzeugt. Das erzeugte Magnetfeld ändert sich drehend, wenn sich die Stromphase ändert.
2. Rotor
Am Rotor sind Dauermagnete befestigt, die vom Magnetfeld des Stators angezogen werden. Wenn sich das Magnetfeld des Stators dreht, wird eine Kraft auf den Rotor ausgeübt, so dass er sich dreht. Dies ist das Rotationsprinzip des Permanentmagnetmotors.
3. Gehäuse
Der Stator ist durch ein Gehäuse isoliert, um Erdschlüsse zu verhindern, wenn eine stromführende Spannung an den Stator angelegt wird. Der Stator erzeugt durch den Strom auch Wärme, die durch die Rippen des Gehäuses gekühlt wird.
Arten von Permanentmagnetmotoren (PM-Motoren)
Permanentmagnetmotoren lassen sich grob in SPM- und IPM-Motoren unterteilen.
1. SPM-Motoren
Bei SPM-Motoren handelt es sich um Produkte mit Permanentmagneten, die auf der Oberfläche des Rotors angebracht sind – SPM steht für Surface Permanent Magnet (Oberflächen-Permanentmagnet), auch bekannt als Oberflächenmagnet-Synchronmotor.
SPM-Motoren zeichnen sich durch einen großen effektiven Magnetfluss und eine geringe Drehmomentwelligkeit aus. Daher können sie in Hochleistungs-Servoanwendungen eingesetzt werden, sind aber für Hochgeschwindigkeitsrotationen aufgrund von Bedenken wegen des Magnetabfalls nicht geeignet. Um dieses Problem zu lösen, wird das Rastmoment durch Verbesserung der supermagnetischen Kraftverteilung reduziert.
2. IPM-Motoren
IPM-Motoren sind Produkte mit im Rotor eingebetteten Dauermagneten; IPM steht für Interior Permanent Magnet und wird auch als Synchronmotor mit eingebetteten Magneten bezeichnet.
IPM-Motoren zeichnen sich durch ihre Anpassungsfähigkeit an hohe Drehzahlen aus. Der hohe Freiheitsgrad bei der Form und Anordnung der Magnete ermöglicht eine flexible Steuerung der Höchstdrehzahl bereits in der Konstruktionsphase. In jüngster Zeit werden sie in Motoren für Hochspannungs- und Elektrofahrzeuge eingesetzt, aber auch in Kühlschränken und Klimaanlagen.
Weitere Informationen über Permanentmagnetmotoren
Geschichte der Permanentmagnetmotoren
Als die Permanentmagnetmotoren entwickelt wurden, hatten sie eine Statorwicklungsstruktur mit einem vollflächigen Wicklungssystem, ähnlich wie bei Induktionsmotoren. Später wurde ein bürstenloses System für Gleichstrommotoren entwickelt. Das Wicklungssystem war das konzentrierte Wicklungssystem, das auch in Permanentmagnetmotor verwendet wurde.
Dadurch konnten Energieverluste aufgrund des Wicklungswiderstands unterdrückt und weitere Verbesserungen des Wirkungsgrads und der Energieeinsparung erzielt werden. Der IPM-Motor wurde entwickelt, weil die Höchstgeschwindigkeit von SPM-Motoren mit konzentrierten Wicklungen durch die Gegenspannung begrenzt war.
So haben Permanentmagnetmotoren durch technologische Innovationen zu einem höheren Wirkungsgrad beigetragen, und es wurden nach und nach neue Produkte entwickelt.