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Der Elektromotor ermöglicht die Erzeugung von Bewegung aus Elektrizität. Es handelt sich um eine vielfältige Klasse von Maschinen, die Energie für eine erstaunliche Anzahl von Anwendungen liefern und derzeit die Automatisierung, die Fertigung, kommerzielle Produkte und vieles mehr beherrschen. Die Vielseitigkeit dieser Motoren ergibt sich aus der Vielzahl der verfügbaren Arten von Elektromotoren, und in diesem Artikel wird eine vielversprechende Konstruktion, der Permanentmagnetmotor, untersucht. Dieser Motor wurde zwar schon früh entwickelt, entwickelt sich aber dank der Fortschritte des 21. Jahrhunderts schnell zu einer leistungsfähigen Alternative zu den Industriestandards.
Permanentmagnetmotoren sind fortschrittliche Motoren, die in ihrer Konstruktion sowohl Induktionsmotoren als auch Servomotoren ähneln. Sie bestehen aus einem Stator – dem äußeren Gehäuse – und einem Rotor – der beweglichen Komponente, die mit der Abtriebswelle des Motors verbunden ist. Ähnlich wie andere Wechselstrommotoren macht sich der Permanentmagnetmotor die Physik des Elektromagnetismus zunutze, um ein Drehmoment zu erzeugen, und zwar durch die Verwendung von Permanentmagneten (in der Regel Seltenerdmagneten), die in den Rotor eingebettet sind. Diese Bauweise unterscheidet sich von den meisten anderen Elektromotoren, bei denen der Rotor entweder sein eigenes Magnetfeld durch Induktion oder durch eine Gleichstromquelle erzeugt oder einfach aus einem ferromagnetischen Metall besteht. Die Magnete in einem Permanentmagnetmotor können bei richtiger Anordnung im Verhältnis zum Stator Drehzahlen liefern, die der Frequenz des Erregerstroms entsprechen, und werden daher als Synchronmotor bezeichnet. Diese Motoren müssen mit einem elektronischen Bauteil gepaart werden, das das Drehmoment dieses Motors glättet, weshalb diese Maschinen erst seit kurzem als praktikable Konstruktion in Erscheinung treten.
Die grundsätzliche Funktionsweise eines Permanentmagnetmotors ist wie bei den meisten Elektromotoren: Der äußere Stator enthält Wicklungen von Spulen, die von einer Stromquelle gespeist werden, und der Rotor dreht sich frei aufgrund der Kräfte, die von den Statorspulen ausgeübt werden. Viele der Grundprinzipien, die für Induktionsmotoren gelten, treffen auch auf Dauermagnetmotoren zu. Das soll nicht heißen, dass sie reine Wechselstrommaschinen sind; tatsächlich wurden sie die meiste Zeit ihres Lebens als Permanentmagnet-Gleichstrommotoren (PMDCM) für kleine Anwendungen eingesetzt. Die Leistung von PMDCMs ist jedoch recht schwach, und dieser Artikel wird sich hauptsächlich auf Permanentmagnet-Wechselstrommotoren (PMACMs) konzentrieren, da sie in größeren Größen erhältlich sind, eine höhere Leistung bieten und den Induktionsmotoren in Bezug auf Stärke, Effizienz und Einsatzmöglichkeiten auf Augenhöhe begegnen können.
Das Hauptmerkmal der PMACMs – die Permanentmagnete im Rotor – werden vom rotierenden Magnetfeld (RMF) der Statorwicklungen beeinflusst und in eine Drehbewegung versetzt. Dies ist eine Abweichung von anderen Rotoren, bei denen die Magnetkraft im Rotorgehäuse induziert oder erzeugt werden muss, was mehr Strom erfordert. Dies bedeutet, dass PMACMs im Allgemeinen effizienter sind als Induktionsmotoren, da das Magnetfeld des Rotors permanent ist und keine Stromquelle zu seiner Erzeugung benötigt. Das bedeutet auch, dass sie einen Frequenzumrichter (VFD oder PM-Antrieb) benötigen, der das von diesen Motoren erzeugte Drehmoment glättet. Durch das Ein- und Ausschalten des Stroms in den Statorwicklungen in bestimmten Phasen der Rotordrehung steuert der PM-Antrieb gleichzeitig das Drehmoment und den Strom und verwendet diese Daten zur Berechnung der Rotorposition und damit der Drehzahl des Wellenausgangs. Es handelt sich um Synchronmaschinen, da ihre Drehzahl mit der Drehzahl des RMF übereinstimmt. Diese Maschinen sind relativ neu und befinden sich noch in der Optimierungsphase, so dass der spezifische Betrieb einer PMACM derzeit im Wesentlichen für jede Konstruktion einzigartig ist.