IPM

Ein IPM-Motor (Interior Permanent Magnet) lagert Permanentmagnete im Rotoraufbau ein, statt sie auf die Oberfläche zu kleben. Die Magnete sitzen versenkt in Nuten oder Hohlräumen im Rotoreisen selbst, üblicherweise so ausgerichtet, dass radiale und umfängliche Flussrichtungen entstehen. Diese Geometrie ermöglicht dem Motor, Drehmoment aus zwei Quellen zu erzeugen: aus der Wechselwirkung zwischen Statorfeld und Rotormagneten sowie aus dem Reluktanzmoment, das durch die wechselnde magnetische Leitfähigkeit des Rotors beim Drehen entsteht.

Das Design mit vergrabenen Magneten erkauft sich höheren Aufwand in der Fertigung durch bessere Leistung. Weil die Magnete im Rotorkörper geschützt liegen, vertragen IPM-Motoren höhere Drehzahlen und Temperaturen als Motoren mit oberflächenmontiertem Dauermagnet (SPM-Typ), bei denen die Magnete Fliehkraft und thermischer Belastung ausgesetzt sind. Die mechanische Festigkeit des Rotors wird besser, weil Eisen die Magnete umgibt. Allerdings verlangt die Montage Genauigkeit: Magnete müssen exakt in den Hohlräumen positioniert und befestigt werden, danach muss der Rotor ausdynamiert werden, um Vibrationen zu vermeiden.

Wirkungsgrad und Betriebsbereich

IPM-Motoren arbeiten über einen breiteren Drehzahlbereich effizient als SPM-Motoren, weil die Rotorinduktivität eine zweite Drehmomentquelle bei hohen Drehzahlen bietet. Sobald der Motor schnell genug läuft, dass die Gegenspannung der Versorgungsspannung nahe kommt, wird das Reluktanzmoment bestimmend und ermöglicht dem Motor, nutzbare Leistung zu halten, auch wenn der Magnet-Fluss schwächer wird. Diese Eigenschaft macht IPM-Antriebe für Frequenzumrichter-Anwendungen geeignet, bei denen konstante Leistung erforderlich ist, etwa bei Elektrofahrzeug-Antriebssträngen und Werkzeugmaschinen-Spindeln.

Entmagnetisierung bleibt ein Risiko, wenn der Motor überhitzt oder unter hohem Rückwärtsstrom arbeitet. Das Design mit vergrabenen Magneten hilft hier, weil Eisen die Magnete umgibt, den magnetischen Kreis stützt und die Anfälligkeit gegenüber störenden Feldern verringert. Konstrukteure wählen Magnetgüten (üblicherweise NdFeB mit 120 bis 150 Grad Celsius Nenntemperatur) und Rotoraufbau, um Kosten gegen thermische und elektrische Sicherheitsreserven abzuwägen.

IPM-Motoren dominieren in Serien-Automotive- und industriellen Servo-Anwendungen, wo Wirkungsgrad, Leistungsdichte und Drehzahlbereich die Kosten des Rotor-Designs rechtfertigen. Sie konkurrieren mit Asynchronmotoren (die keine Magnete benötigen) bei Aufgaben, die über einen bescheidenen Drehzahlbereich konstantes Drehmoment verlangen, und mit synchronen Reluktanzmotoren (die überhaupt keine Magnete haben, aber niedrigere Drehmomtendichte), wenn Magnet-Beschaffung oder Kosten entscheidend sind.