SPM

Ein Oberflächenmagnetmotor ist eine Elektromaschine, bei der Ferrit- oder Seltenerd-Magnete auf die Außenfläche eines zylindrischen Rotors geklebt oder mechanisch befestigt werden. Im Unterschied zu vergrabenen Magnetausführungen sitzen die Magnete freiliegen im Magnetfeld des Stators mit minimalem Eisen dazwischen und zum Luftspalt. Diese Bauform ist üblich bei Kleinstmotoren und zunehmend in direktantriebenen Anwendungen, wo hohe Drehmomentdichte wichtig ist.

Oberflächenmagnete werden wegen ihrer Einfachheit und niedrigen Herstellungskosten gegenüber vergrabenen Permanentmagnetmotoren bevorzugt. Die Magnete, meist Neodym oder Samarium-Kobalt, können mit Epoxid verklebt oder durch mechanische Klammern und Schrumpfschläuche gehalten werden. Der Stator bleibt ein konventioneller Blechpaket-Stapel mit gewickelten Spulen. Das Drehmoment entsteht durch die Wechselwirkung zwischen dem Permanentmagnetfeld und dem Strom in den Statorwindungen, wodurch diese Motoren bei elektronischer Kommutierung durch einen Regler zu Synchronmaschinen werden.

Leistung und Grenzen

Oberflächenmagnete erzeugen gleichmäßiges Drehmoment und laufen mit konstanter Drehzahl für eine gegebene Versorgungsfrequenz, was sie gegenüber bürstenkommutierten Ausführungen wirtschaftlich und leise macht. Sie werden häufig in Lüftern, Pumpen, Verdichtern und drehzahlvariablen Spindeln eingesetzt. Allerdings erfahren die dem Statorfeld ausgesetzten Magnete radiale Ziegungskräfte; mechanische Sicherung ist kritisch, um Entmagnetisierung oder mechanisches Versagen bei Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu verhindern. Temperaturanstieg in den Magneten reduziert deren Remanenz, daher ist Wärmemanagement in Dauerlastanwendungen wichtig.

Der Begriff Oberfläche unterscheidet diese Bauform von innenliegenden Permanentmagnetmotoren, bei denen Magnete in die Rotorblechung eingebettet sind. Die Oberflächenmontage vereinfacht die Montage und ermöglicht leichteren Magnetaustausch, der Nachteil ist aber niedrigeres Reluktanzmoment und höheres Entmagnetisierungsrisiko bei Fehlerzuständen. Die Regelung von Oberflächenmagneten erfordert Kenntnisse ihrer elektrischen Eigenschaften, besonders Gegen-EMK und Induktivität, um stabile feldorientierte Regelung zu erreichen.

Oberflächenmagnete beherrschen die Märkte für Kleinleistungs-Haushaltsgeräte und Klimatechnik, wo Kosten und Großserienproduktion ihre Einfachheit begünstigen. In industriellen Servo- und Fahrantrieben werden vergrabene Magnetausführungen oft bevorzugt wegen ihrer Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Entmagnetisierung. Die Wahl zwischen Oberflächen- und vergrabener Montage hängt von Drehzahl, Betriebsart, Thermogrenzen und Fertigungsvolumen ab.