Permanenterregte Synchronmaschine, PM-Maschine oder PMSM Servomotor

Die permanenterregte Synchronmaschine, auch PM-Maschine oder PMSM genannt, gehört zur Gattung der Synchronmaschinen und definiert sich dadurch, dass die Erregung des Rotors über Permanentmagnete, seltene Erden oder Ferrite, realisiert wird. Sie zeichnet sich durch hohe Effizienz und hohe Leistungsdichte aus, da durch die Erregung der Permanentmagnete die Rotorverluste dementsprechend klein ausfallen. Die PM-Maschine kann als Elektromotor und auch als Generator betrieben werden.

Aufbau & Erregung

Der Rotor besteht aus Permanentmagneten – typischerweise aus Neodym–Eisen–Bor oder Ferriten – die dauerhaft ein magnetisches Feld erzeugen. Der Stator ist mit dreiphasigen Wicklungen versehen. Der Rotor läuft synchron zum Statorfeld, also exakt mit der Netzfrequenz multipliziert mit der Polpaarzahl, ohne Schlupf. Durch den Wegfall einer Erregerwicklung entfallen rotorseitige Verluste – das sorgt für eine kompaktere Bauweise und höhere Wirkungsgrade.

Wirkungsgrad & Effizienz

PMSM erreichen Wirkungsgrade von rund 95 %, einige Systeme übersteigen sogar 98 %, besonders im Teillastbereich. Der Hauptvorteil liegt in der konstanten Magnetisierung und dem Wegfall rotorseitiger Verluste. Allerdings erhöhen Wirbelströme in den Magneten mit zunehmender Drehzahl die Verluste – was bei Hochdrehmoment-Designs berücksichtigt werden muss.

Steuerung & Einsatzbereiche

Die Drehzahlregelung erfolgt über Frequenzumrichter mit feldorientierter Regelung (FOC). Rotorpositionen werden meist über Encoder, Resolver oder Sensorless-Verfahren erfasst. PMSM-Servomotoren sind besonders in Anwendungen gefragt, die präzise Positionierbarkeit, hohe Dynamik und kompakte Bauweise erfordern – etwa in Werkzeugmaschinen, Robotik, Druck- und Verpackungsanlagen.

Vergleich zu anderen Maschinen

Im Vergleich zur Asynchronmaschine (Induktionsmotor) bietet die PMSM höhere Effizienz und Leistungsdichte bei vergleichbarer Leistung. Gegenüber fremderregten Synchronmaschinen entfällt der Bedarf an Schleifringen und Erregungstransfer – das reduziert Wartungsaufwand und steigert die Robustheit. Allerdings erfordern die Permanentmagnete Materialkosten und stellen Anforderungen an temperaturgerechte Kühlung und mechanische Integration.