Unterschiedliche Motortypen stellen aufgrund ihrer verschiedenen Einsatzbedingungen und Umgebungen unterschiedliche Anforderungen an Magnete. Die folgende dreiteilige Abhandlung konzentriert sich auf die unterschiedlichen Anforderungen an Magnete in Gleichstrommotoren und bürstenlosen Motoren. Beide Motortypen verwenden Magnete oder Magnetringe, der Hauptunterschied liegt jedoch in den Anforderungen an die Magnetisierung. Die Qualität der Magnetisierung lässt sich anhand verschiedener Parameter der Magnetisierungskurve beurteilen: Mittelwert der Extremwerte, Bereich und Fläche (bzw. Tastverhältnis). Der Mittelwert der Extremwerte gibt an, ob die Magnetisierung bzw. die Leistung des Magneten den Produktanforderungen entspricht; der Bereich zeigt die Gleichmäßigkeit der Magnetisierung an; die Fläche (bzw. das Tastverhältnis) gibt die Größe der Magnetisierungskurve an. Bei gleichem Extremwert bestimmt die Größe die Ausgangsleistung des Motors; eine größere Fläche führt jedoch zu einem höheren Positioniermoment und einem unruhigeren Lauf. Im Allgemeinen benötigen Gleichstrommotoren eine hohe Ausgangsleistung und daher ein höheres Tastverhältnis; bürstenlose Motoren hingegen erfordern einen ruhigen Lauf, der sich durch Drehmomentschwankungen bemerkbar macht. Insbesondere bei niedrigen Drehzahlen gilt: Je geringer die Drehmomentschwankung, desto sinusförmiger sollte die Magnetisierungskurve verlaufen. Daher ist ein gleichmäßiger und langsamer Anstieg der Magnetisierungskurve erforderlich. Anforderungen an die Anzahl der Magnetisierungspole für ähnliche Motoren: Zunächst werden die Magnetisierungsarten erläutert: a. Außenmagnetisierung des Magnetrings – die Magnetpole befinden sich auf der Außenfläche des Magnetrings und werden üblicherweise für den Rotor eines Motors verwendet; b. Innenmagnetisierung des Magnetrings – die Magnetpole befinden sich auf der Innenfläche des Magnetrings und werden üblicherweise für den Stator oder Außenrotor eines Motors verwendet; c. Schrägmagnetisierung des Magnetrings – die auf der Rotoroberfläche befindlichen Magnetpole bilden einen Winkel von weniger als 90° zu den beiden Endflächen des Magnetrings; d. Axiale Magnetisierung – Die Magnetisierung erfolgt entlang der Achse des Magnetrings oder der Magnetfolie und lässt sich weiter unterteilen in: ⑴ Axiale Zweipolmagnetisierung – ein Ende des Magnetelements ist ein Nordpol, das andere ein Südpol; die einfachste Magnetisierung; ⑵ Axiale einseitige Mehrpolmagnetisierung – hauptsächlich für Magnetfolien verwendet, wobei zwei oder mehr Magnetpole auf einer Oberfläche des Magnetelements geladen sind; ⑶ Axiale doppelseitige Mehrpolmagnetisierung – zwei oder mehr Magnetpole mit entgegengesetzter Polarität sind auf beiden Seiten des Magnetelements geladen. Bei axialer einseitiger oder doppelseitiger Mehrpolmagnetisierung ist der Oberflächenmagnetismus bei einseitiger Magnetisierung höher als bei doppelseitiger. Der Oberflächenmagnetismus auf der gegenüberliegenden Seite einer einseitigen Magnetisierung ist jedoch sehr gering. Tatsächlich ist die Summe der Oberflächenmagnetismen beider Seiten einer einseitigen Magnetisierung gleich der Summe der Oberflächenmagnetismen bei einer doppelseitigen Magnetisierung. Radiale Magnetisierung – Wie der Name schon sagt, bedeutet radiale Magnetisierung, dass das magnetische Feld vom Zentrum nach außen strahlt. Bei Magnetringen nimmt nach der Magnetisierung die gesamte innere Kreisfläche eine Polarität an, während die äußere Kreisfläche eine andere Polarität aufweist. Bei Magnetplättchen ist die radiale Magnetisierung effektiver als die herkömmliche Magnetisierung, da sie die Oberflächenmagnetisierung an verschiedenen Punkten der inneren Bogenfläche des Magnetplättchens angleicht. Die Angabe der Polzahl bezieht sich im Allgemeinen auf die Mehrpolmagnetisierung von Motoren. Bei Magnetringen werden meist 2-polige Magnetringe in kleinen Gleichstrommotoren eingesetzt, einige weisen auch 4 Pole auf. Schrittmotoren, bürstenlose Motoren und Synchronmotoren verwenden Magnetringe mit gerader Polzahl (4, 6, 8, 10 usw.). Die Anwendung hängt von der Form und der Polzahl des Magneten ab . Magnetplättchen werden üblicherweise in Gleichstrommotoren und bürstenlosen Motoren verwendet. Bei Gleichstrommotoren sind 2- und 4-polige Ausführungen am gebräuchlichsten, die sich, wie bereits erwähnt, anhand ihres Mittelpunktswinkels bestimmen lassen. Bürstenlose Motoren mit Magnetplättchen als Stator weisen in der Regel mehr als 6 Pole auf, wodurch ihr Mittelpunktswinkel deutlich kleiner ist als der von Magnetplättchen in Gleichstrommotoren. Werden Magnetplättchen jedoch als Rotor eines bürstenlosen Motors verwendet, können sie 4 oder mehr Pole besitzen. Bei 4-poligen Rotoren ist die Außenfläche magnetisiert. Da sie kreisförmig montiert werden müssen, beträgt ihr Mittelpunktswinkel nahezu 90°, was sie von Gleichstrommotoren unterscheidet. Magnetringe dienen hauptsächlich zur Unterscheidung von Schrittmotoren, bürstenlosen Motoren und Synchronmotoren. Der Außendurchmesser der in Schrittmotoren verwendeten Magnetringe ist relativ klein, meist um die 20 mm, selten über 30 mm, und ihre Wandstärke ist mit 1,0 bis 1,5 mm relativ gering. Er besitzt eine große Polzahl, mehr als 10, manche sogar bis zu 50. Der Magnetring bürstenloser Motoren hat im Allgemeinen einen Durchmesser von über 20 mm, 4–12 Pole und eine Wandstärke von meist 1,5–5,0 mm. Der Magnetring kleiner Synchronmotoren hat einen Durchmesser von 20–40 mm, 8–16 Pole und eine Wandstärke von 1,0–3,0 mm. Unterschiede und gängige Anwendungen von spritzgegossenen Magneten, gebundenem NdFeB und gesintertem NdFeB: Spritzgegossene Magnete, gebundenes NdFeB und gesintertes NdFeB werden häufig in kleinen Motoren eingesetzt, insbesondere die ersten beiden. Jedes dieser drei Materialien hat seine eigenen Eigenschaften, die hier nur kurz zusammengefasst werden. Unterschiedliche Leistungsparameter und Anwendungsmerkmale: Ihre Leistung steigt mit dem Preis, was ihre jeweiligen Anwendungsbereiche bestimmt. Spritzgegossene Magnete werden weiter in spritzgegossene Ferrit- und NdFeB-Magnete unterteilt. Als Bindemittel dienen Nylon 6, 12 und PPS. Nylon ist etwas günstiger als PPS, jedoch sind Oberflächengüte, Festigkeit und Temperaturbeständigkeit von aus Nylon gefertigten Magnetteilen geringer. Gemeinsames Merkmal ist, dass sie zusammen mit verschiedenen Teilen oder Wellen spritzgegossen werden können, um die Produktqualität zu gewährleisten. Spritzgegossene Ferritmagnete werden wiederum in isotrope und anisotrope Typen unterteilt. Isotropische Magnete weisen ein niedrigeres magnetisches Energieprodukt von etwa 1,5 MGOe auf, während anisotrope Magnete ein magnetisches Energieprodukt von etwa 2,1 MGOe besitzen. Sie werden hauptsächlich in Produkten mit hohem Produktionsvolumen eingesetzt, wie beispielsweise Spielzeugmotoren, Schrittmotoren für Klimaanlagen und Ventilatoren. Das höchste magnetische Energieprodukt von spritzgegossenem NdFeB liegt bei etwa 6,0 MGOe. Mit importierten Rohstoffen lassen sich bis zu 6,5 MGOe erreichen, allerdings zu einem höheren Preis. Spritzgegossenes NdFeB findet derzeit noch wenig Anwendung, hauptsächlich aufgrund seiner geringen Bekanntheit. Es kann jedoch viele magnetische Bauteile aus gebundenem NdFeB mit niedrigem Energieprodukt ersetzen, insbesondere in Schrittmotoren und spritzgegossenen Rotoren. Gebundenes NdFeB wird vor allem in Hochleistungsprodukten eingesetzt und ist sowohl für gesintertes NdFeB als auch für Ferritprodukte geeignet. Dies liegt vor allem daran, dass seine Leistung zwischen der von Ferriten liegt und seine isotrope Struktur verschiedene Magnetisierungsverfahren ermöglicht. Ein Nachteil ist die geringe Temperaturbeständigkeit mit maximal 150 °C, wodurch sich der Einsatz auf kleine Motoren und Steuermotoren beschränkt. Bei Antriebsmotoren hängt die konkrete Anwendung von den jeweiligen Gegebenheiten ab. Gesintertes NdFeB ist aufgrund seiner höheren Leistung weit verbreitet, wird aber derzeit hauptsächlich in Antriebsmotoren verwendet. Die hier erwähnten Motoren sind hauptsächlich bürstenlose Motoren und AC-Servomotoren, vorwiegend in kachelförmiger Bauform. Dies liegt daran, dass das derzeit gesinterte NdFeB primär unidirektional orientiert ist, d. h. die magnetische Komponente kann nur in eine Richtung magnetisiert werden, wodurch die Bildung von Magnetringen mit mehr als zwei Polen verhindert wird. Das neu entwickelte radial orientierte gesinterte NdFeB ermöglicht dies. Der Unterschied zwischen den beiden liegt in der Orientierungsrichtung beim Pressvorgang. Die Formen für radial orientierte Produkte sind jedoch komplexer, was zu Formkosten für die magnetischen Komponenten führt. Radial orientierte gesinterte NdFeB-Magnetringe werden zunächst in bürstenlosen Motoren und AC-Servomotoren eingesetzt, was durch ihren Preis bedingt ist. Die radiale Orientierung ist auch für Magnetkacheln sehr vorteilhaft, da deren Magnetisierungskurve eher einer Rechteckwelle als einer Sattelform entspricht. Möglichkeiten und Ergebnisse der Austauschbarkeit: Im Allgemeinen ist der Austausch von Materialien mit unterschiedlichen Leistungsniveaus innerhalb desselben Materials relativ einfach. Der Austausch von Materialien führt zwar zu unterschiedlichen Leistungsniveaus, jedoch zu signifikanten Unterschieden, die Modifikationen der Motorstruktur erforderlich machen. Andernfalls führt selbst der Austausch eines leistungsschwachen Materials gegen ein leistungsstarkes nicht zu einer Leistungssteigerung. Im Allgemeinen führt der Austausch eines leistungsstarken gegen ein leistungsschwaches Material zu einer kleineren Bauweise und umgekehrt. Wie lässt sich die Qualität magnetischer Materialien anhand der Motorbetriebsergebnisse beurteilen? Generell deutet ein höheres Motordrehmoment auf eine höhere Magnetleistung hin und umgekehrt. Bei kleinen Motoren ist ein niedriges Anlaufdrehmoment wünschenswert; das heißt, das Drehmoment im Moment des Übergangs vom Stillstand zur Rotation wird hauptsächlich durch die Magnetisierungskurve und die Nutform des Kerns bestimmt. Die Motordrehzahl weist zwei Hauptmerkmale auf: Leerlaufdrehzahl und Lastdrehzahl. Bei der Betrachtung des Zusammenhangs zwischen Drehzahl und Magnetleistung muss der Einfluss anderer Widerstandsmomente im Motor ausgeschlossen werden. Eine höhere Leerlaufdrehzahl deutet im Allgemeinen auf eine geringere Magnetleistung hin und umgekehrt; eine höhere Lastdrehzahl deutet im Allgemeinen auf eine höhere Magnetleistung hin und umgekehrt. Auch der Motorstrom weist zwei Hauptmerkmale auf: Leerlaufstrom und Laststrom. Bei der Betrachtung des Zusammenhangs zwischen Stromstärke und Magnetleistung muss der Einfluss anderer Drehmomente im Motor unberücksichtigt bleiben. Eine höhere Leerlaufstromstärke deutet im Allgemeinen auf eine geringere Magnetleistung hin und umgekehrt. Dies ist jedoch bei Motoren nicht immer eindeutig; die Leerlaufstromstärke hängt enger mit dem Wicklungswiderstand zusammen. Eine höhere Laststromstärke deutet im Allgemeinen auf eine geringere Magnetleistung hin und umgekehrt.