Magnete Permanente di Superficie vs Magnete Permanente Interno

Se stai progettando o selezionando un motore a magnete permanente, comprendere la differenza tra Magneti Permanenti di Superficie (SPM) e Magneti Permanenti Interni (IPM) i motori è fondamentale. Questi due design alimentano la maggior parte dei motori di trazione per veicoli elettrici, azionamenti industriali e turbine eoliche—ma offrono risultati molto diversi. Da output di coppia e efficienza to complessità di produzione e il costo, sapere quando scegliere SPM vs IPM può fare la differenza nelle prestazioni e nel budget del tuo progetto. In questa guida, analizzeremo le principali differenze strutturali ed elettromagnetiche, supportate da approfondimenti di NBAEM—il fornitore affidabile di magneti NdFeB per leader globali come FAW e Siemens. Pronto a scoprire quale posizionamento del magnete si adatta meglio alle tue esigenze? Iniziamo.

Differenze strutturali principali: Magneti permanenti di superficie vs interni

Quando si confrontano Magneti permanenti di superficie (SPM) e Magneti permanenti interni (IPM), la differenza chiave risiede nel modo in cui i magneti sono posizionati sul rotore.

I rotori SPM sembrano un cilindro liscio con magneti chiaramente visibili, mentre i rotori IPM mostrano magneti al sicuro alloggiati nelle scanalature interne quando visti in sezione trasversale.

Impatto sulla Produzione

• SPM: Più rapido e più economico da produrre. È ideale per applicazioni con requisiti meccanici meno rigorosi.
• IPM: Produzione più complessa a causa delle tasche dei magneti lavorate con precisione, ma offre una migliore ritenzione dei magneti e resistenza strutturale.

Comprendere queste differenze strutturali ti aiuta a scegliere la corretta posizione dei magneti per le prestazioni e le esigenze di produzione del tuo motore.

Confronto delle Prestazioni: Magneti Permanenti di Superficie vs. Magneti Permanenti Interni

L'aggiunta della coppia di riluttanza nei design IPM non solo aumenta la coppia totale in uscita, ma migliora anche l'efficienza del motore sotto carichi pesanti. D'altra parte, i motori SPM hanno una disposizione dei magneti più semplice, ma affrontano limiti in applicazioni ad alta velocità e alta coppia a causa dell'esposizione e della ritenzione dei magneti.

Per approfondimenti sui gradi di magneti adatti a questi design, consulta la gamma di materiali di magneti al neodimio ad alte prestazioni di NBAEM Materiali di magneti al neodimio.

Vantaggi elettromagnetici di SPM vs IPM

Uno dei maggiori vantaggi elettromagnetici del design a magneti permanenti interni (IPM) è la sua coppia di riluttanza, che può aumentare la coppia totale di 15–25% rispetto ai motori a magneti permanenti di superficie (SPM). Questo deriva dal modo intelligente in cui i magneti sono incorporati all’interno del rotore, creando una coppia extra grazie alla salienza magnetica del rotore.

D'altra parte, i motori SPM hanno una percorso di flusso più semplice, risultando in induttanza più bassa e una risposta dinamica più rapida. Ciò significa cambiamenti più veloci in coppia e velocità, utile per applicazioni che richiedono un controllo rapido.

Un altro punto di forza è l'indebolimento del campo: i motori IPM possono estendere in sicurezza il loro intervallo di velocità a potenza costante di 2 a 3 volte grazie alla disposizione interna dei magneti, consentendo un funzionamento efficiente a velocità più elevate. I motori SPM generalmente non possiedono questa capacità perché i loro magneti sono esposti sulla superficie, il che limita le prestazioni ad alta velocità.

Insieme, queste caratteristiche elettromagnetiche rendono i motori IPM una scelta preferita per applicazioni ad alte prestazioni come la trazione dei veicoli elettrici, dove coppia, efficienza e gamma di velocità sono fondamentali. Per un approfondimento sul ruolo della forza del magnete nelle prestazioni del motore, consulta la guida di NBAEM su come misurare la forza del magnete.

Affidabilità Termica & Meccanica

I magneti permanenti superficiali (SPM) sono esposti sulla superficie del rotore, il che li rende soggetti a hotspot termici durante operazioni ad alto carico. Questa esposizione può causare guasti adesivi nel tempo, poiché il materiale di incollaggio si indebolisce sotto stress termico. Al contrario, i magneti permanenti interni (IPM) sono incorporati all’interno del nucleo del rotore, offrendo una migliore dissipazione del calore e una maggiore resistenza meccanica. Questa incorporazione protegge i magneti da danni meccanici e riduce il rischio di demagnetizzazione causato dal surriscaldamento.

Per i design SPM, NBAEM fornisce rivestimenti resistenti alla corrosione—come epossi combinati con placcatura NiCuNi—che migliorano la durabilità e aiutano a prevenire il degrado dei magneti dovuto all’esposizione ambientale. Questi strati protettivi sono essenziali quando i magneti sono montati sulla superficie e più vulnerabili all’usura meccanica e termica.

Questo focus sulla robustezza termica e meccanica è fondamentale nella scelta tra motori SPM e IPM per applicazioni impegnative come la trazione dei veicoli elettrici o azionamenti industriali. Per ulteriori informazioni sui materiali dei magneti e sui rivestimenti, la gamma di magneti a anello in neodimio di NBAEM offre soluzioni su misura per la resilienza termica e la longevità.

Ripartizione dei Costi & Produzione

I motori a magneti permanenti superficiali (SPM) beneficiano di costi di attrezzatura inferiori e di processi di assemblaggio più rapidi, rendendoli ideali per applicazioni sotto i 100 kW dove il budget e la velocità di produzione sono importanti. La loro struttura rotore più semplice comporta meno passaggi di lavorazione e una collocazione dei magneti più facile.

D'altra parte, i motori a magneti permanenti interni (IPM) presentano design rotore più complessi poiché i magneti sono incorporati all’interno del nucleo. Questa complessità aumenta i costi di produzione e richiede lavorazioni di precisione. Tuttavia, molti design IPM risparmiano sull’uso di rame ottimizzando le bobine del rotore, il che può compensare alcune spese.

Per quanto riguarda i materiali, i motori IPM utilizzano circa il 10–20% in meno di magneti NdFeB per fornire la stessa coppia dei SPM, grazie a un’efficienza migliorata del circuito magnetico. Questo risparmio di magneti è un fattore chiave per ridurre peso e costo complessivi del motore, specialmente nella produzione di massa di veicoli elettrici.

Per i produttori interessati alle specifiche dei materiali magnetici, esplorare le tecnologie magnetiche avanzate di NBAEM aiuta a ottimizzare la selezione del grado di magnete e l’efficienza dei costi.

Punti di applicazione ideali

Foto da ingegneria di controllo  

I motori a magneti permanenti superficiali (SPM) sono ideali per elettrodomestici, pompe a bassa velocità e droni sensibili al costo. Il loro design più semplice e il costo inferiore li rendono perfetti quando il budget e la facilità di produzione sono fondamentali. D'altra parte, i motori a magneti permanenti interni (IPM) brillano in applicazioni impegnative come i motori di trazione per veicoli elettrici—pensate a Tesla Model 3 e NIO ET7—dove la densità di potenza elevata, una migliore efficienza e le capacità di indebolimento del campo sono di primaria importanza. Gli IPM sono anche comuni nei sistemi di regolazione dell'angolo di passo del vento e negli spindles ad alta velocità grazie alla loro robustezza meccanica e ai vantaggi termici.

Ci sono anche casi ibridi degni di nota: la BMW i4 utilizza un rotore IPM per prestazioni ottimali, mentre la Renault Zoe opta per un design SPM per contenere i costi senza sacrificare troppo. Questo equilibrio dimostra come la scelta tra SPM e IPM dipenda fortemente dai requisiti e dalle priorità specifiche dell'applicazione.

Mappatura dei Prodotti NBAEM per Magneti SPM e IPM

NBAEM offre gradi di magneti specializzati su misura sia per motori a magneti permanenti superficiali (SPM) che per motori a magneti permanenti interni (IPM), ottimizzando prestazioni e affidabilità in varie applicazioni.

• Gradi SPM: Gli magneti ad arco N52SH, di dimensioni tra R30 e R55 mm, sono progettati con una classificazione di temperatura di 120°C. Questi magneti sono ideali per configurazioni classiche a montaggio superficiale, dove la stabilità delle prestazioni magnetiche e la facilità di assemblaggio sono priorità.
• Gradi IPM: Per i rotori a magneti permanenti interni, NBAEM fornisce magneti a blocco M45UH. Questi sono ottimizzati per l'inserimento all’interno del nucleo del rotore e hanno una classificazione di temperatura superiore di 180°C, garantendo durabilità sotto stress termici e meccanici impegnativi.

Un esempio reale evidenzia l'impatto di NBAEM: un fornitore di veicoli elettrici di livello 1 ha ottenuto una riduzione dei costi di 30% passando da magneti convenzionali a blocchi IPM NBAEM. Questo dimostra non solo l’efficienza dei materiali e della produzione, ma anche il valore di design avanzati dei magneti nello sviluppo di motori di trazione per veicoli elettrici.

Checklist di Selezione: Scegli SPM o IPM in 2 minuti

Per decidere rapidamente tra un motore a magneti permanenti superficiali (SPM) e uno a magneti permanenti interni (IPM), poni a te stesso queste 7 domande chiave:

Matrice di Priorità Velocità vs. Coppia

Utilizza questa rapida lista di controllo per restringere la scelta del motore in base ai tuoi obiettivi di prestazioni e costi. Per ulteriori informazioni sui materiali dei magneti e il loro uso nei motori, consulta Materiali magnetici nella tecnologia dei motori .