Oberflächen-Permanentmagnet vs Innen-Permanentmagnet

Wenn Sie einen Permanentmagnetmotor, das Verständnis der Unterschiede zwischen Oberflächen-Permanentmagnet (SPM) und Innen-Permanentmagnet (IPM) Motoren ist entscheidend. Diese beiden Designs treiben die meisten modernen EV-Antriebsmotoren, industrielle Antriebe und Windturbinen an—aber sie liefern sehr unterschiedliche Ergebnisse. Von Drehmomentleistung und Effizienz to Fertigungsaufwand und Kosten, zu wissen, wann man sich für SPM vs. IPM entscheidet, kann die Leistung und das Budget Ihres Projekts maßgeblich beeinflussen. In diesem Leitfaden werden wir die wichtigsten strukturellen und elektromagnetischen Unterschiede erläutern, unterstützt durch Einblicke von NBAEM—dem vertrauenswürdigen NdFeB-Magnetlieferanten für globale Marktführer wie FAW und Siemens. Bereit, herauszufinden, welche Magnetplatzierung am besten zu Ihren Bedürfnissen passt? Lassen Sie uns eintauchen.

Kernstrukturelle Unterschiede: Oberflächen- vs. Innen-Permanentmagnete

Beim Vergleich Oberflächen-Permanentmagnete (SPM) und Innen-Permanentmagnete (IPM), der entscheidende Unterschied liegt darin, wie Magnete am Rotor platziert sind.

SPM- Rotoren sehen aus wie ein glatter Zylinder mit deutlich sichtbaren Magneten, während IPM- Rotoren Magnete in internen Schlitzen sicher verstaut zeigen, wenn sie im Querschnitt betrachtet werden.

Herstellungsimpact

• SPM: Schneller und kostengünstiger in der Produktion. Ideal für Anwendungen mit weniger strengen mechanischen Anforderungen.
• IPM: Komplexere Herstellung aufgrund präzise gefräster Magnetfächer, bietet jedoch bessere Magnethaltefähigkeit und strukturelle Stärke.

Das Verständnis dieser strukturellen Unterschiede hilft Ihnen, die richtige Magnetplatzierung für die Leistung und Produktionsanforderungen Ihres Motors auszuwählen.

Leistungsvergleich: Oberflächen- Permanentmagnet vs. Innen- Permanentmagnet

Die Hinzufügung des Reluktanzmoments in IPM-Designs erhöht nicht nur das Gesamtdrehmoment, sondern verbessert auch die Motorwirkungsgrad unter schweren Lasten. Andererseits haben SPM-Motoren eine einfachere Magnetplatzierung, stoßen jedoch bei Hochgeschwindigkeits- und Hochdrehmomentanwendungen aufgrund von Magnetexposition und -haltungsproblemen an Grenzen.

Für tiefere Einblicke in Magnetqualitäten, die für diese Designs geeignet sind, schauen Sie sich das Sortiment an Hochleistungs-Neodym-Magnetmaterialien von NBAEM an Neodym-Magnetmaterialien.

Elektromagnetische Vorteile von SPM vs. IPM

Einer der größten elektromagnetischen Vorteile des internen Permanentmagnet-Designs (IPM) ist sein Reluktanzmoment, das die gesamte Drehzahl um 15–25% im Vergleich zu Oberflächen-Permanentmagnet-Motoren (SPM) steigern kann. Dies ergibt sich aus der cleveren Art, wie Magnete im Rotor eingebettet sind, was zusätzliches Drehmoment durch die magnetische Salienz des Rotors erzeugt.

Auf der anderen Seite haben SPM-Motoren einen einfacheren Flussweg, was zu niedriger Induktivität und einer schnelleren dynamischen Reaktion führt. Das bedeutet schnellere Änderungen bei Drehmoment und Geschwindigkeit, was für Anwendungen mit schneller Steuerung nützlich ist.

Ein weiteres herausragendes Merkmal ist Feldschwächung: IPM-Motoren können ihren konstanten Leistungsdrehzahlbereich sicher erweitern durch 2 bis 3 Mal dank ihrer internen Magnetanordnung, die einen effizienten Betrieb bei höheren Geschwindigkeiten ermöglicht. SPM-Motoren fehlt diese Fähigkeit typischerweise, da ihre Magnete an der Oberfläche sichtbar sind, was ihre Hochgeschwindigkeitsleistung einschränkt.

Gemeinsam machen diese elektromagnetischen Eigenschaften IPM-Motoren zu einer Top-Wahl für Hochleistungsanwendungen wie EV-Antrieb, bei denen Drehmoment, Effizienz und Geschwindigkeitsbereich am wichtigsten sind. Für einen tieferen Einblick in die Rolle der Magnetstärke bei der Motorleistung, schauen Sie sich den Leitfaden von NBAEM zu wie man Magnetstärke misst.

Thermischer & Mechanischer Zuverlässigkeit

Oberflächenpermanente Magnete (SPM) sitzen offen auf der Rotoroberfläche, was sie anfällig für thermische Hotspots bei Hochlastbetrieb macht. Diese Exposition kann im Laufe der Zeit zu Klebeversagen führen, da das Klebematerial bei Hitzeeinwirkung schwächer wird. Im Gegensatz dazu sind Innenpermanente Magnete (IPM) im Inneren des Rotor-Kerns eingebettet, was eine bessere Wärmeableitung und verbesserte mechanische Festigkeit bietet. Diese Einbettung schützt die Magnete vor mechanischer Beschädigung und verringert das Risiko der Entmagnetisierung durch Überhitzung.

Für SPM-Designs bietet NBAEM korrosionsbeständige Beschichtungen—wie Epoxid in Kombination mit NiCuNi-Beschichtung—die Haltbarkeit verbessern und Magnetverschlechterung durch Umwelteinflüsse verhindern. Diese Schutzschichten sind besonders wichtig, wenn Magnete auf der Oberfläche montiert sind und somit anfälliger für mechanische und thermische Abnutzung.

Dieser Fokus auf thermische und mechanische Robustheit ist entscheidend bei der Auswahl zwischen SPM- und IPM-Motoren für anspruchsvolle Anwendungen wie EV-Antrieb oder industrielle Antriebe. Für mehr Informationen zu Magnetmaterialien und Beschichtungen bietet das Sortiment von NBAEM Neodym-Ringmagnete, die Lösungen für thermische Widerstandsfähigkeit und Langlebigkeit bieten.

Kosten- & Herstellungsaufstellung

Oberflächenpermanente Magnet (SPM)-Motoren profitieren von niedrigeren Werkzeugkosten und schnelleren Montageprozessen, was sie ideal für Anwendungen unter 100 kW macht, bei denen Budget und Produktionsgeschwindigkeit eine Rolle spielen. Ihre einfachere Rotorstruktur bedeutet weniger Bearbeitungsschritte und eine leichtere Magnetplatzierung.

Auf der anderen Seite erfordern Innenpermanente Magnet (IPM)-Motoren komplexere Rotor-Designs, da Magnete im Inneren des Kerns eingebettet sind. Diese Komplexität erhöht die Herstellungskosten und erfordert präzise Bearbeitung. Viele IPM-Designs sparen jedoch Kupfer, indem sie die Rotorwicklungen optimieren, was einige Kosten ausgleichen kann.

Materialtechnisch verwenden IPM-Motoren etwa 10–20 % weniger NdFeB-Magnetmaterial, um das gleiche Drehmoment wie SPMs zu liefern, dank verbesserter magnetischer Schaltkreiseffizienz. Diese Magnetersparnis ist ein entscheidender Faktor bei der Reduzierung des Gesamtgewichts und der Kosten des Motors, insbesondere bei Hochvolumen-EV-Produktion.

Für Hersteller, die sich für Magnetmaterialien interessieren, hilft die Erforschung der fortschrittlichen magnetischen Technologien von NBAEM bei der Optimierung der Magnetklassenauswahl und der Kosteneffizienz.

Anwendungsschwerpunkte

Foto von Regelungstechnik  

Oberflächenpermanenzmagnetmotoren (SPM) sind ideal für Haushaltsgeräte, Niedriggeschwindigkeitspumpen und kostenempfindliche Drohnen. Ihr einfacheres Design und geringere Kosten machen sie perfekt, wenn Budget und einfache Herstellung im Vordergrund stehen. Andererseits glänzen Innenpermanenzmagnetmotoren (IPM) in anspruchsvollen Anwendungen wie EV-Antriebsmotoren—denken Sie an Tesla Model 3 und NIO ET7—wo hohe Leistungsdichte, bessere Effizienz und Feld-Entkopplungsfähigkeiten am wichtigsten sind. IPMs sind auch in Windpitch-Antrieben und Hochgeschwindigkeits-Spindeln aufgrund ihrer mechanischen Robustheit und thermischen Vorteile üblich.

Es gibt auch hybride Fälle, die erwähnenswert sind: Der BMW i4 verwendet einen IPM-Rotor für optimale Leistung, während der Renault Zoe ein SPM-Design wählt, um die Kosten niedrig zu halten, ohne zu viel aufzugeben. Dieses Gleichgewicht zeigt, wie die Wahl zwischen SPM und IPM stark von den spezifischen Anwendungsanforderungen und Prioritäten abhängt.

NBAEM Produktzuordnung für SPM- und IPM-Magnete

NBAEM bietet spezialisierte Magnetqualitäten, die sowohl für Oberflächenpermanenzmagnetmotoren (SPM) als auch für Innenpermanenzmagnetmotoren (IPM) maßgeschneidert sind, um Leistung und Zuverlässigkeit in verschiedenen Anwendungen zu optimieren.

• SPM-Qualitäten: Die N52SH-Bogenmagnete, die zwischen R30 und R55 mm groß sind, sind mit einer Temperaturbewertung von 120°C ausgelegt. Diese Magnete sind ideal für klassische oberflächenmontierte Setups, bei denen stabile magnetische Leistung und einfachere Montage Priorität haben.
• IPM-Qualitäten: Für Innenpermanenzmagnetrotoren bietet NBAEM M45UH-Blockmagnete an. Diese sind für das Einbetten im Rotor-Kern optimiert und verfügen über eine höhere Temperaturbewertung von 180°C, was die Haltbarkeit unter anspruchsvollen thermischen und mechanischen Belastungen gewährleistet.

Ein praktisches Beispiel zeigt die Wirkung von NBAEM: Ein Tier-1-Elektrofahrzeugzulieferer erzielte eine 30%-Kostensenkung durch den Wechsel von herkömmlichen Magneten zu NBAEMs IPM-Blanks. Dies zeigt nicht nur Material- und Fertigungseffizienz, sondern auch den Wert fortschrittlicher Magnetdesigns in der Entwicklung von EV-Antriebsmotoren.

Auswahl-Checkliste: Wählen Sie in 2 Minuten zwischen SPM oder IPM

Um schnell zwischen einem Oberflächenpermanenzmagnet (SPM) und einem Innenpermanenzmagnet (IPM) Motor zu entscheiden, stellen Sie sich diese 7 Schlüsselfragen:

Geschwindigkeit vs. Drehmoment Prioritätsmatrix

Verwenden Sie diese schnelle Checkliste, um Ihre Motorauswahl basierend auf Ihren Leistungs- und Kostenzielen einzugrenzen. Für mehr Informationen zu Magnetmaterialien und deren Verwendung in Motoren, schauen Sie sich an Magnetische Materialien in der Motorentechnologie .