Imán permanente de superficie vs imán permanente interior

Si estás diseñando o seleccionando un motor de imán permanente, entender la diferencia entre Imán Permanente de Superficie (SPM) y Imán Permanente Interior (IPM) los motores es crucial. Estos dos diseños alimentan la mayoría de los motores de tracción para vehículos eléctricos, accionamientos industriales y aerogeneradores—pero ofrecen resultados muy diferentes. Desde la salida de par y la eficiencia to la complejidad de fabricación y el costo, saber cuándo elegir SPM vs IPM puede determinar el rendimiento y el presupuesto de tu proyecto. En esta guía, desglosaremos las diferencias estructurales y electromagnéticas clave, respaldadas por conocimientos de NBAEM, el proveedor de imanes NdFeB de confianza para líderes globales como FAW y Siemens. ¿Listo para descubrir qué colocación de imán se adapta mejor a tus necesidades? Vamos a ello.

Diferencias estructurales principales: Imanes de superficie vs. internos

Al comparar Imanes Permanentes de Superficie (SPM) y Imanes Permanentes Internos (IPM), la diferencia clave radica en cómo se colocan los imanes en el rotor.

Los rotores SPM parecen un cilindro liso con imanes claramente visibles, mientras que los rotores IPM muestran los imanes seguros en ranuras internas cuando se ven en sección transversal.

Impacto en la fabricación

• SPM: Más rápido y más económico de producir. Es ideal para aplicaciones con demandas mecánicas menos estrictas.
• IPM: Fabricación más compleja debido a las cavidades de los imanes mecanizadas con precisión, pero ofrece mejor retención del imán y resistencia estructural.

Comprender estas diferencias estructurales te ayuda a seleccionar la colocación adecuada del imán para el rendimiento y las necesidades de producción de tu motor.

Comparación de rendimiento: Imán permanente en superficie vs. Imán permanente interior

La adición de torque de reluctancia en diseños IPM no solo aumenta el torque total de salida, sino que también mejora la eficiencia del motor bajo cargas pesadas. Por otro lado, los motores SPM tienen una colocación de imanes más sencilla, pero enfrentan límites en aplicaciones de alta velocidad y alto torque debido a la exposición y retención de los imanes.

Para obtener conocimientos más profundos sobre las clases de imanes adecuadas para estos diseños, consulta la gama de materiales de imán de neodimio de NBAEM de alto rendimiento materiales de imán de neodimio.

Ventajas electromagnéticas del SPM frente al IPM

Una de las mayores ventajas electromagnéticas del diseño de imán permanente interno (IPM) es su par de reluctancia, que puede aumentar el par total en 15–25% en comparación con los motores de imán permanente en la superficie (SPM). Esto proviene de la forma inteligente en que los imanes están incrustados dentro del rotor, creando un par adicional a partir de la saliencia magnética del rotor.

Por otro lado, los motores SPM tienen un camino de flujo más simple, lo que resulta en menor inductancia y una respuesta dinámica más rápida. Esto significa cambios más rápidos en el par y la velocidad, útil para aplicaciones que requieren control rápido.

Otra característica destacada es el debilitamiento del campo: los motores IPM pueden ampliar de manera segura su rango de velocidad de potencia constante en 2 a 3 veces gracias a su disposición de imanes internos, lo que permite un funcionamiento eficiente a velocidades más altas. Los motores SPM generalmente carecen de esta capacidad porque sus imanes están expuestos en la superficie, lo que limita su rendimiento a altas velocidades.

Juntos, estos rasgos electromagnéticos hacen que los motores IPM sean una opción preferida para aplicaciones de alto rendimiento como la tracción de vehículos eléctricos, donde el par, la eficiencia y el rango de velocidad son lo más importante. Para una exploración más profunda sobre el papel de la fuerza del imán en el rendimiento del motor, consulta la guía de NBAEM sobre cómo medir la fuerza del imán.

Fiabilidad térmica y mecánica

Los imanes permanentes en la superficie (SPM) están expuestos en la superficie del rotor, lo que los hace propensos a puntos calientes térmicos durante operaciones de carga alta. Esta exposición puede causar fallos en el adhesivo con el tiempo, ya que el material de unión se debilita bajo estrés térmico. En contraste, los imanes permanentes internos (IPM) están incrustados dentro del núcleo del rotor, ofreciendo mejor disipación de calor y mayor resistencia mecánica. Esta incrustación protege los imanes del daño mecánico y reduce el riesgo de desmagnetización causado por el sobrecalentamiento.

Para los diseños SPM, NBAEM proporciona recubrimientos resistentes a la corrosión—como epoxi combinado con plating de NiCuNi—que mejoran la durabilidad y ayudan a prevenir la degradación del imán por exposición ambiental. Estas capas protectoras son esenciales cuando los imanes están montados en la superficie y son más vulnerables al desgaste mecánico y térmico.

Este enfoque en la robustez térmica y mecánica es fundamental al seleccionar entre motores SPM e IPM para aplicaciones exigentes como la tracción de vehículos eléctricos o accionamientos industriales. Para más información sobre materiales de imán y recubrimientos, la gama de imanes de anillo de neodimio de NBAEM ofrece soluciones adaptadas para la resistencia térmica y la longevidad.

Desglose de Costos y Fabricación

Los motores de imán permanente superficial (SPM) se benefician de menores costos de herramientas y procesos de ensamblaje más rápidos, lo que los hace ideales para aplicaciones de menos de 100 kW donde el presupuesto y la velocidad de producción son importantes. Su estructura de rotor más sencilla significa menos pasos de mecanizado y una colocación de imanes más fácil.

Por otro lado, los motores de imán permanente interior (IPM) implican diseños de rotor más complejos ya que los imanes están embebidos dentro del núcleo. Esta complejidad aumenta los costos de fabricación y requiere mecanizado de precisión. Sin embargo, muchos diseños IPM ahorran en uso de cobre optimizando las bobinas del rotor, lo que puede compensar algunos gastos.

En cuanto a materiales, los motores IPM utilizan aproximadamente un 10–20% menos de material de imán NdFeB para entregar el mismo par que los SPM, gracias a una mayor eficiencia en el circuito magnético. Este ahorro en imán es un factor clave para reducir el peso y costo total del motor, especialmente en la producción en volumen de vehículos eléctricos.

Para los fabricantes interesados en las especificaciones del material magnético, explorar las tecnologías magnéticas avanzadas de NBAEM ayuda a optimizar la selección del grado de imán y la eficiencia de costos.

Puntos clave de aplicación

Foto de ingeniería de control  

Los motores de imán permanente superficial (SPM) son ideales para electrodomésticos, bombas de bajo velocidad y drones sensibles al costo. Su diseño más simple y menor costo los hacen perfectos cuando el presupuesto y la facilidad de fabricación son prioritarios. Por otro lado, los motores de imán permanente interior (IPM) destacan en aplicaciones exigentes como motores de tracción para vehículos eléctricos—piensa en Tesla Model 3 y NIO ET7—donde la alta densidad de potencia, mejor eficiencia y capacidades de debilitamiento de campo son lo más importante. Los IPM también son comunes en accionamientos de pitch eólicos y husillos de alta velocidad debido a su robustez mecánica y ventajas térmicas.

También existen casos híbridos que vale la pena destacar: el BMW i4 utiliza un rotor IPM para un rendimiento óptimo, mientras que el Renault Zoe opta por un diseño SPM para mantener los costos bajos sin sacrificar demasiado. Este equilibrio muestra cómo la elección entre SPM e IPM depende en gran medida de los requisitos y prioridades específicos de la aplicación.

Mapeo de productos NBAEM para imanes SPM e IPM

NBAEM ofrece grados de imán especializados adaptados tanto para motores de imán permanente superficial (SPM) como para motores de imán permanente interior (IPM), optimizando el rendimiento y la fiabilidad en diversas aplicaciones.

• Grados SPM: Los imanes de arco N52SH, de tamaño entre R30 y R55 mm, están diseñados con una clasificación de temperatura de 120°C. Estos imanes son ideales para configuraciones clásicas montadas en superficie donde la estabilidad del rendimiento magnético y una ensambladura más sencilla son prioridades.
• Grados IPM: Para rotores de imán permanente interior, NBAEM proporciona imanes de bloque M45UH. Estos están optimizados para embebido en el núcleo del rotor y tienen una clasificación de temperatura superior de 180°C, asegurando durabilidad bajo esfuerzos térmicos y mecánicos exigentes.

Un ejemplo real destaca el impacto de NBAEM: un proveedor de vehículos eléctricos de nivel 1 logró una reducción de costos de 30% al cambiar de imanes convencionales a bloques IPM de NBAEM. Esto demuestra no solo la eficiencia en materiales y fabricación, sino también el valor de los diseños avanzados de imanes en el desarrollo de motores de tracción para vehículos eléctricos.

Lista de verificación de selección: Elige SPM o IPM en 2 minutos

Para decidir rápidamente entre un motor de imán permanente superficial (SPM) y un motor de imán permanente interno (IPM), pregúntese estas 7 preguntas clave:

Matriz de Prioridad de Velocidad vs. Par

Utilice esta lista de verificación rápida para reducir sus opciones de motor según sus objetivos de rendimiento y costo. Para más información sobre materiales de imanes y su uso en motores, consulte Materiales Magnéticos en Tecnología de Motores .