Elektromotoren, die in Anwendungen von Elektrofahrzeugen und Industrierobotern bis hin zu Haushaltsgeräten und Systemen für erneuerbare Energien zum Einsatz kommen, sind stark von der Auswahl des Laminierungsmaterials abhängig.
Während sich die Entwickler auf Wicklungen und Steuerungsstrategien konzentrieren, bestimmen die Lamellenmaterialien grundlegend die magnetische Leistung, die Eisenverluste, den Wirkungsgrad, das Geräusch, die Wärmeableitung sowie die Gesamtkosten und die Zuverlässigkeit.
Ein kurzer Vergleich
| Material | Magnetische Permeabilität | Sättigungsflussdichte (T) | Kernverlust | Frequenzfähigkeit | Thermische Stabilität | Kostenniveau | Typische Anwendungen |
| Siliziumstahl | Hoch | ~1,5–2,0 | Niedrig bis mittel | Mittel bis hoch | Gut | Medium | Industrie, Elektrofahrzeuge, General Motors |
| Kobaltlegierungen | Sehr hoch | ~2,0–2,4+ | Sehr niedrig | Hoch | Exzellent | Sehr hoch | Luft- und Raumfahrt, Hochgeschwindigkeits-Premiummotoren |
| Nickellegierungen | Sehr hoch | ~0,8–1,6 | Niedrig | Niedrig bis mittel | Sehr gut | Hoch | Präzisionsmotoren, Sensoren |
| Eisenlegierungen | Medium | ~1,8–2,2 | Hoch | Niedrig | Mäßig | Niedrig | Langsamlaufende, ältere Motoren |
Siliziumstahl
Das gebräuchlichste Material für MotorlaminierungSiliziumstahl, oft auch als Elektrostahl bezeichnet, verbessert durch die Legierung von Eisen mit 1–3,5 % Silizium den elektrischen Widerstand und die magnetischen Eigenschaften und reduziert so effektiv Wirbelstrom- und Kernverluste.
Das Material wird in nicht-orientierter (NO) und kornorientierter (GO) Form angeboten. Nicht-orientierter Siliziumstahl wird hauptsächlich in Motoren eingesetzt, da er in alle Richtungen gleichmäßige magnetische Eigenschaften aufweist und somit ideal für rotierende Magnetfelder geeignet ist.
| Vorteile | Nachteile |
| Ausgezeichnetes Preis-Leistungs-Verhältnis | Nicht die höchste magnetische Leistung |
| Geringe Kernverluste bei typischen Geschwindigkeiten | Weniger geeignet für extreme Temperaturen |
| Weitgehend verfügbar und einfach zu verarbeiten | Der Verlust nimmt mit der Frequenz zu. |
| Gute mechanische Eigenschaften | Bei niedrigen Frequenzen können dickere Stapel erforderlich sein. |
Anwendungen
- Industrielle Induktionsmotoren
- Elektrische Fahrzeugantriebs- und Hilfsmotoren
- Haushaltsgeräte (Waschmaschinen, Ventilatoren, Kompressoren)
- Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen sowie Pumpenmotoren
- Stromerzeugungsgeneratoren
Kobaltlegierungen
Kobaltlegierungen, insbesondere Eisen-Kobalt (CoFe)-Legierungen, sind Hochleistungslaminatwerkstoffe, die eine sehr hohe magnetische Sättigung, Permeabilität und thermische Stabilität bieten und somit eine höhere Leistungsdichte und Effizienz ermöglichen.
Obwohl Kobaltlegierungen aufgrund der Material- und Verarbeitungskosten wesentlich teurer sind als Siliziumstahl, sind sie in Anwendungen gerechtfertigt, bei denen Größe, Gewicht und Leistung entscheidend sind.
| Vorteile | Nachteile |
| Sehr hohe magnetische Sättigung | Sehr hohe Materialkosten |
| Hervorragende Leistung bei erhöhten Temperaturen | Begrenztes weltweites Angebot |
| Reduzierte Kernverluste bei hohen Frequenzen | Schwer zu bearbeiten/abzustempeln |
| Ermöglicht kompakte, leichte Motoren | Erfordert Spezialwerkzeug |
Anwendungen
- Motoren für Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung
- Hochgeschwindigkeitsspindeln
- Hochfrequenzmaschinen
- Ultrakompakte Elektrofahrzeugmotoren mit hoher Leistungsdichte
- Spezialisierte Industrieantriebe
Nickellegierungen
Nickellegierungen, insbesondere Eisen-Nickel-Legierungen wie Permalloy, weisen eine sehr hohe magnetische Permeabilität und eine niedrige Koerzitivfeldstärke auf. Obwohl ihr Sättigungsfluss geringer ist als der von Kobaltlegierungen, eignen sie sich gut für Anwendungen, die eine hohe Empfindlichkeit, geringe Hystereseverluste und stabile magnetische Eigenschaften erfordern.
Daher werden sie häufig in Präzisionsmotoren, Sensoren und Instrumenten eingesetzt, wo ein gleichmäßiger, geräuscharmer Betrieb unerlässlich ist.
| Vorteile | Nachteile |
| Extrem hohe Durchlässigkeit | Reduzierte Sättigungsflussdichte |
| Minimaler Verlust der Hysterese | Teurer als Siliziumstahl |
| Stabile, wiederholbare Leistung | Weniger geeignet für Hochleistungsmotoren |
| Hervorragend geeignet für Präzisionssysteme | Erfordert möglicherweise eine spezielle Fertigung |
Anwendungen
- Präzisions-Servomotoren
- Aktoren und Steuerungssysteme
- Magnetische Sensoren
- Instrumentierung für die Luft- und Raumfahrt
- Medizinische und wissenschaftliche Geräte
Eisenlegierungen
Eisenlegierungen, hauptsächlich hochreines oder kohlenstoffarmes Eisen, zählen zu den ersten Werkstoffen für Motorbleche. Sie bieten eine hohe Sättigungsflussdichte zu geringen Kosten, weisen jedoch aufgrund ihres niedrigen elektrischen Widerstands hohe Wirbelstromverluste auf, was ihren Einsatz auf kostensensible oder ältere Anwendungen beschränkt.
Obwohl Eisenlegierungen in modernen Hocheffizienzmotoren weitgehend durch Siliziumstahl ersetzt wurden, werden sie immer noch dort eingesetzt, wo Einfachheit und Kostenminimierung Priorität haben.
| Vorteile | Nachteile |
| Hohe Sättigungsflussdichte | hohe Wirbelstromverluste |
| Niedrige Rohstoffkosten | Schlechte Hochfrequenzleistung |
| Starke mechanische Eigenschaften | Motoren mit geringerem Wirkungsgrad |
| Einfache Lieferkette | Weitgehend in modernen Designs ersetzt |
Anwendungen
- Langsam laufende Industriemotoren
- Motoren für den Altlasten- und Reparaturmarkt
- Einige große Synchronmaschinen
- Wirtschaftliche, ineffiziente Anwendungen
Die richtige Materialwahl treffen
Die Auswahl des richtigen Motorblechmaterials erfordert die Abstimmung der Anwendungsanforderungen mit den Leistungs- und Produktionsbeschränkungen.
Effizienz vs. Kosten
Wenn die Reduzierung von Kernverlusten und die Steigerung der Effizienz im großen Maßstab, insbesondere bei Elektrofahrzeugen oder Industrieantrieben, Priorität haben, ist Siliziumstahl oft die ausgewogenste Wahl. Seine ausgereifte Lieferkette und die Kompatibilität in der Verarbeitung machen ihn zum Rückgrat der modernen Motorenfertigung.
Hochleistungs-Premium
Bei Motoren, bei denen Gewicht, Betriebstemperaturbereich und Leistungsdichte wichtiger sind als die Kosten, wie z. B. bei Motoren für die Luft- und Raumfahrt oder bei Hochgeschwindigkeits-Premiummotoren, bieten Kobaltlegierungen eine unübertroffene magnetische Leistung.
Präzision und Kontrolle
Motoren, die in Präzisionsinstrumenten oder Steuerungssystemen für die Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden, profitieren von der Stabilität und den geringen Hystereseverlusten von Nickellegierungen, obwohl ihr Sättigungsfluss geringer ist.
Legacy und Low Budget
In Anwendungsbereichen, in denen Kosten oder Einfachheit wichtiger sind als die Leistung, wie beispielsweise bei großen, langsam laufenden Industriemotoren oder in traditionellen Reparaturmärkten, bleiben Eisenlegierungen eine praktische und kostengünstige Wahl.
