Synchronmotoren werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, die präzise Geschwindigkeit und hohe Effizienz erfordern, wie z. B. bei Elektroautos in der Automobilindustrie, bei Generatoren und in industriellen Antrieben. Der Artikel beleuchtet aktuelle Entwicklungen und Innovationen auf dem Markt und bietet grundlegendes Wissen über den leistungsstarken Synchronmotor.
Inhalt
Synchronmotoren haben sich in zahlreichen industriellen Anwendungen etabliert, dank ihrer Fähigkeit, synchron mit dem magnetischen Drehfeld des Stators zu laufen und somit eine konstante Drehzahl zu gewährleisten. Aktuelle Entwicklungen konzentrieren sich auf die Steigerung der Effizienz und Leistungsdichte dieser Motoren. Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) sind führend in dieser Entwicklung, da sie durch den Einsatz von leistungsstarken Magneten eine höhere Effizienz und ein geringeres Gewicht bieten.
Moderne Synchronmaschinen integrieren zunehmend fortschrittliche Steuerungstechnologien und IoT-Fähigkeiten, um eine präzise Überwachung und Steuerung in Echtzeit zu ermöglichen. Elektrisch erregte Synchronmotoren (EESM) bieten zudem die Flexibilität, das Magnetfeld an spezifische Anforderungen anzupassen, was sie ideal für Anwendungen mit variablen Lasten macht. Ein weiterer Trend ist der Einsatz von Reluktanz-Synchronmotoren, die ohne seltene Erden auskommen und dadurch kostengünstiger und umweltfreundlicher sind.
Die Innovationen konzentrieren sich auch auf die Reduktion von Geräusch- und Vibrationsemissionen. Das macht die Motore leiser und effizienter. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Materialien und Fertigungstechniken werden Synchronmotoren robuster und langlebiger, wodurch ihre Einsatzmöglichkeiten in anspruchsvollen Umgebungen erweitert werden.
Nachfolgend präsentieren wir Ihnen neue Entwicklungen und Innovationen aus dem Bereich Synchronmotoren:
20.05.2025 | ABB stellt die erste motorische Lösung vor, die das erwartete Effizienzniveau der Klasse IE6 in einem magnetfreien Synchronreluktanzmotor Synrm (Bild oben) realisiert. Der neue Antrieb übertrifft die bisherige Klasse IE5 in Bezug auf Energieeinsparung um rund 20 % und setzt damit einen neuen Maßstab für energieeffiziente Industriemotoren. Die IE6-Motoren basieren auf der bewährten ABB-Synrm-Technologie, die seit 2011 kontinuierlich weiterentwickelt wurde.
Konstruktiv ist der IE6-SynRM so ausgelegt, dass er sich 1:1 in bestehende Anwendungen integrieren lässt – er besitzt die gleichen Abmessungen wie ein klassischer IE3-Asynchronmotor. Der magnetfreie Rotor verzichtet vollständig auf Permanentmagnete oder Wicklungen, reduziert Leistungsverluste auf ein Minimum und kommt ohne seltene Erden aus. Das sorgt nicht nur für eine robuste Performance, sondern macht die Motoren auch ressourcenschonend und langfristig wirtschaftlich.
Die Motoren sind für den Betrieb mit passenden Frequenzumrichtern ausgelegt und bieten damit hohe Steuerpräzision bei maximaler Energieeffizienz. Sie eignen sich für vielfältige industrielle Anwendungen und erfüllen durch ihre Bauweise höchste Anforderungen an Wartungsarmut und Lebensdauer. ABB positioniert den IE6-Synrm als zukunftssichere Lösung zur Reduktion industrieller CO₂-Emissionen und zum nachhaltigen Betrieb elektrischer Antriebssysteme.
Asynchronmotor | IE5-, Permanentmagnet-, Universalmotor
Das Synrm-Portfolio von ABB deckt aktuell die Effizienzstufen von IE4 bis IE6 ab. Zwar ist IE6 noch nicht als offizieller Standard normiert, doch orientiert sich die Entwicklung wie bei den Vorgängerklassen an einem linearen Effizienzsprung mit jeweils 20 % weniger Energieverlusten. Parallel zum magnetfreien Synrm verfolgt ABB auch Lösungen auf Basis von Permanentmagnetmotoren und der Pmasynrm-Hybridtechnologie, um ein breites Anwendungsspektrum mit optimal abgestimmten Motorkonzepten zu bedienen.
Die neuen IE6-Synrms sind Teil des ABB Ecosolutions-Portfolios, das Kunden nachvollziehbare Umweltdaten, Lebenszykluskennzahlen und Produkttransparenz bietet. Alle Produkte dieser Reihe verfügen über verifizierte Umweltproduktdeklarationen gemäß ISO 14025 (Typ III) und erfüllen die Anforderungen an eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft. Damit ermöglichen sie eine fundierte Entscheidungsgrundlage für den Einsatz in ökologisch optimierten Maschinen- und Anlagenkonzepten.
26.11.2024 | In staubigen oder schmutzigen Arbeitsumgebungen bedarf es eines besonderen Motors, der zuverlässig und langlebig seine Arbeit verrichtet. Solch einen Motor stellt Mitsubishi Electric jetzt mit der neuen Permanentmagnetmotor EM-A Motor Serie vor, der zudem präzise positioniert.
13.06.2024 | Die Erfüllung der Energieeffizienzklasse IE4 für Elektromotoren stellt Hersteller vor erhebliche Herausforderungen. Besonders bei Asynchronmaschinen, die für ihren robusten und wartungsarmen Betrieb bekannt sind, erfordert das Erreichen dieser hohen Effizienzklasse beträchtlichen Entwicklungs- und Kostenaufwand. Asynchronmotoren, oft als zuverlässige Allrounder in der Elektromotorenwelt bezeichnet, weisen jedoch im Teillastbereich einen geringeren Wirkungsgrad auf.
Im Gegensatz dazu bieten Synchronreluktanzmaschinen, die derzeit vom Elektromotoren-Spezialisten BEN Buchele erprobt werden, eine attraktive Alternative. Diese Synchronmaschine zeichnen sich durch einen besseren Wirkungsgrad aus, da im Rotor nur minimale Verluste auftreten. Synchronreluktanz-Motoren funktionieren durch die Ausnutzung des geringsten magnetischen Widerstands (Reluktanz), was zu einer sehr effizienten Drehbewegung führt.
Im Gegensatz zur Asynchronmaschine, bei der der Rotor asynchron zum Drehfeld des Stators läuft, dreht sich der Rotor einer Synchronreluktanz-Maschine synchron zum Statormagnetfeld. Dies führt zu kaum vorhandenen Ummagnetisierungsverlusten, was besonders vorteilhaft für die Erreichung der Energieeffizienzklasse IE4 ist.
Eine besondere Herausforderung bei Synchronreluktanzmaschinen ist jedoch, dass sie nicht direkt am Netz anlauffähig sind und daher den Einsatz eines Umrichters erfordern. Im Gegensatz zu früheren Zeiten, in denen Umrichter aufwendig und teuer waren, sind sie heute weit verbreitet und die Investitionskosten werden durch die eingesparten Energiekosten schnell amortisiert.
Ein aktuelles Forschungsprojekt von BEN Buchele zeigt das Potenzial der Synchronreluktanzmaschinen. Für einen Automobilprüfstand entwickelt das Unternehmen eine Synchronreluktanzmaschine, die die Ausblasgeschwindigkeit eines Querstromfahrtwindgebläses von 160 km/h auf 180 km/h erhöhen soll, ohne dabei die Baugröße des Motors zu verändern.
Ziel ist es, die Energieeffizienzklasse IE4 zu erreichen und dabei eine kompakte, leistungsstarke Antriebslösung zu bieten. „Die ersten Prüfergebnisse des Prototypen sind vielversprechend“, so Bastian Kohlmann, Forschung & Entwicklung bei BEN Buchele. „Bisher werden Wirkungsgrad, Bemessungspunkte, Drehmoment und Drehzahl wie vorgesehen erreicht. Das stimmt uns für weitere Antriebsprojekte mit Synchronreluktanzmaschinen zuversichtlich.“
19.05.2024 | Das europäische Laboratorium für Teilchenphysik Cern und ABB haben durch eine strategische Forschungspartnerschaft erhebliche Energiesparpotenziale in den Kühl- und Lüftungssystemen des Genfer Forschungszentrums ermittelt. Die zwischen 2022 und 2023 durchgeführte Studie beinhaltete detaillierte Energieeffizienz-Audits, die beim 800 Motor ein Einsparpotenzial von 17,4 % aufzeigten.
Im Rahmen der Partnerschaft führten ABB und CERN eine umfassende Analyse durch, die zu einem Plan zur Reduzierung des Stromverbrauchs der Kühl- und Lüftungssysteme führte. Dabei wurden durch datengestützte Audits jährliche Energieeinsparungen von bis zu 31 GWh identifiziert. Diese Einsparungen könnten den Strombedarf von mehr als 18.000 europäischen Haushalten decken und die CO2-Emissionen um 4 kt reduzieren – das ist vergleichbar mit der CO2-Bindung von über 420.000 Bäumen.
Die Energieeffizienz-Audits bewerteten die Leistung und Effizienz der Motortechnologien anhand ihrer Betriebsdaten. Diese Methodik half dabei, die größten Energiesparmöglichkeiten in der Motorflotte des Cern zu identifizieren. Experten analysierten eine Vielzahl von Datenquellen, darunter digital vernetzte Motoren, das Scada-System des Cern sowie Daten von Pumpen, Rohrleitungen und Messtechnik. Durch die umfassende Analyse des Gesamtsystems konnten die Motoren mit dem höchsten Potenzial zur Energieeffizienzsteigerung ermittelt werden.
Im nächsten Schritt wird das Cern einen detaillierten Plan entwickeln, um die Motore gemäß den Empfehlungen des Energieeffizienz-Audits aufzurüsten. Hierbei kommen hocheffiziente Synchronreluktanzmotoren der Effizienzklasse IE5 zum Einsatz, die mit Frequenzumrichtern betrieben werden. Diese modernen Motore bieten nicht nur eine verbesserte Energieeffizienz, sondern werden auch digital vernetzt sein, um Condition Monitoring zu ermöglichen. Durch diese Vernetzung können Zustand und Leistung kontinuierlich überwacht werden. Ds macht sie maximal verfügbar.
24.05.2024 | Schrittmotoren sind eine spezielle Art von Synchronmotoren, die in der Industrie unverzichtbar geworden sin. In unzähligen Anwendungen gewährleisten sie präzise Bewegungen und Flexibilität bei der Steuerung. Sie haben eine hohe Genauigkeit, sind robust und bieten eine breite Palette an Drehmomenten und Geschwindigkeiten. Hier geht es zu den Neuheiten der Schrittmotoren.
10.12.2021 | Nord Drivesystemssetzt noch einen drauf in Sachen Energieeffizienz und stellt seinen neuen Synchronmotor vor. Er bietet einen konstant hohen Wirkungsgrad über den ganzen Verstellbereich und hebt das Logidrive-Konzept für Anwendungen in der Intralogistik hinsichtlich Variantenreduzierung und Energieeffizienz auf eine neue Stufe.
07.05.2020 | Baumüller bietet viele seiner Elektromotoren mit Wasserkühlung an. Mit einem neuen Synchronmotor hat der Antriebsspezialist jetzt seine Baureihe DST 2 um Drehmomente von 325 bis 60.000 Nm erweitert. Doch auch bei allen anderen Elektromotoren mit Wasserkühlung ist die sehr kompakte Bauart leistungsfähiger als die der mit Lüfter gekühlten Motoren.
21.10.2019 | Getriebebau Nord präsentiert seinen neuen Synchronmotor vor, der eine deutliche Verbesserung der Energieeffizienz mit der Oberflächenveredelung NSD Tuph kombiniert. Damit eignet er sich für die anspruchsvollen Umgebungsbedingungen und hohen Hygieneanforderungen in der Getränkelogistik und -produktion.
Der energieeffiziente Permanentmagnet-Synchronmotor der neusten Generation reduziert die Verluste im Vergleich mit der aktuellen IE4-Baureihe noch einmal deutlich. Der unbelüftete Glattmotor erreicht seinen hohen Wirkungsgrad, der teilweise deutlich oberhalb der Effizienzklasse IE5 liegt, über einen breiten Drehmomentbereich und eignet sich damit für den wirtschaftlichen Betrieb im Teillastbereich.
Der kompakte IE5+ Motor bietet eine hohe Leistungsdichte bei geringem Bauraum und wird zuerst in einer Baugröße für den Leistungsbereich von 0,25 bis 1,1 kW mit einem Dauerdrehmoment von 1,6 bis 4,8 Nm auf den Markt kommen. Das Motorkonzept wird sukzessive um weitere Baugrößen und Leistungen ergänzt. Der leicht zu reinigende, korrosionsbeständige und wash-down-fähige Motor eignet sich für den Einsatz in hygienesensiblen und rauen Umgebungen. Oberflächenveredelung und Schutzart IP69K gibt es optional.
Die Oberflächenveredelung NSD Tuph bietet einen leistungsstarken Korrosionsschutz für Getriebe, Glattmotoren, Frequenzumrichter und Motorstarter im washdown-optimierten Aluminiumgussgehäuse. Die Antriebe lassen sich leicht reinigen und sind weitgehend unempfindlich gegenüber Säuren und Laugen.
Selbst der Einsatz von Hochdruck-Reinigern oder der Kontakt mit aggressiven Medien sind ohne weiteres möglich. Die lüfterlosen Glattmotoren verhindern die Verbreitung von Keimen und gewährleisten zudem eine hohe Laufruhe. Sie sind als Synchron- und Asynchronmotoren erhältlich und erfüllen die Effizienzklassen IE2, IE3, IE4 und jetzt sogar IE5+.
Für die Ausstattung von Läuterbottichen hat der Antriebsspezialist ein standardisiertes Antriebskonzept für den gesamten Läuterbottich entwickelt, das auch kundenindividuelle Anpassungen aus dem umfangreichen Baukasten ermöglicht. Die kompletten Antriebseinheiten werden für den jeweiligen Läuterbottich passgenau ausgelegt. Ein einziges Antriebssystem mit zwei Getriebemotoren übernimmt den gesamten Läutervorgang bis zum Entleeren des Bottichs.
Mit der Kombination aus Getriebemotor und Industriegetriebe werden Drehmomente von bis zu 282.000 Nm für Läuterbottiche bis zu 30 m3 erzielt. Ein zweiter Getriebemotor dient als Antrieb für die Hebevorrichtung, die selbst unter voller Last millimetergenau arbeitet. Pünktlich zur diesjährigen Braubeviale hat Nord das vielfach bewährte Antriebskonzept auch für Mikrobrauereien ab 2 m3 Bottichvolumen adaptiert.
10.10.2019 | Das breite Angebot an High Speed-Elektroantrieben für nahezu jede Anforderung von GMN besteht aus drei Produktgruppen, die sich u. a. durch ihren Grad der Individualisierbarkeit unterscheiden: MSP Basic-Komplettmotoren, teilflexiblen Lösungen der PSM-Serie und kundenspezifischen Sonderanfertigungen.
02.10.2019 | Getriebebau Nord präsentiert einen neuen IE5 Synchronmotor, der eine deutliche Verbesserung der Energieeffizienz erreicht. Der energieeffiziente Permanentmagnet-Synchronmotor der neusten Generation reduziert die Verluste im Vergleich mit der aktuellen IE4-Baureihe noch einmal deutlich.
Der unbelüftete Glattmotor erreicht seinen hohen Wirkungsgrad, der teilweise deutlich oberhalb der Effizienzklasse IE5 liegt, über einen breiten Drehmomentbereich und eignet sich damit optimal für den wirtschaftlichen Betrieb im Teillastbereich. Der kompakte IE5+ Motor bietet eine hohe Leistungsdichte bei geringem Bauraum und wird zuerst in einer Baugröße für den Leistungsbereich von 0,25 bis 1,1 kW mit einem Dauerdrehmoment von 1,6 bis 4,8 Nm auf den Markt kommen.
Das Motorkonzept wird sukzessive um weitere Baugrößen und Leistungen ergänzt. Da er leicht zu reinigen, korrosionsbeständig und wash-down-fähig ist, eignet sich der Motor auch für den Einsatz in hygienesensiblen und rauen Umgebungen. Die Oberflächenveredelung NSD Tuph und Schutzart IP69K sind erhältlich.
Ein Drehgeber ist standardmäßig beschädigungssicher im Gehäuse verbaut, eine mechanische Bremse wird optional integriert. Der IE5+ Motor ist im Baukastensystem mit Nord-Getrieben und Antriebselektronik kombinierbar und wird ab dem zweiten Quartal 2020 erhältlich sein.
23.01.2019 | WEG hat elektronisch kommutierte Motoren (WECM) für Anwendungen im Bereich Heizung, Lüftung und Klimatechnik (HLK) im IEC-Markt vorgestellt. Die energieeffizienten Permanentmagnetmotoren in Aluminiumgehäusen der Baugröße IEC 80 decken einen Leistungsbereich von 0,12 bis 1,1 kW sowie wahlweise Nenndrehzahlen von 1500, 1800 und 3000 min-1 ab.
Durch die integrierte elektronische Drehzahlregelung erreichen die Antriebspakete aus Motor und Umrichter marktführende Wirkungsgrade. Zudem erfüllen die geräuscharmen, kompakten WECM-Motoren alle relevanten IEC- und HLK-Normen. Beides machen sie zu einer kosteneffizienten Lösung für Hersteller von Lüftern und Ventilatoren.
Die europäischen IEC-Richtlinien 1253/2014, 327/2011 und 640/2011 definieren Schritte zur Steigerung der Energieeffizienz des Gesamtsystems aus Motor und Lüfter. Die WECM-Linie, bestehend aus einem Elektromotor mit integrierter elektronischer Drehzahlregelung, erreicht Energieeffizienzklasse IE5 gemäß IEC 60034-30-1/2 und, als Gesamtlösung mit dem Laufrad, einen Wirkungsgrad, der den aktuellen und zukünftigen Anforderungen der EU-Richtlinien für HLK-Anwendungen, z. B. Richtlinie 2020, entspricht.
Der WECM-Motor bietet ein konstantes Drehmoment über den gesamten Drehzahlbereich. Die Geschwindigkeit lässt sich sowohl direkt am Motor als auch per Fernbedienung verstellen. Am Gerät selbst erfolgt die Geschwindigkeitsregelung über Takttasten stufenlos von 200 bis 1500/1800 min-1 bzw. von 500 bis 3000 min-1.
Ein Synchronmotor besteht aus einem Stator und einem Rotor bzw. Läufer und ist wie der Asynchonmotor ein Drehstrommotor. Im Gegensatz zum Asynchronmotor läuft bei ihm der Rotor (Läufer) synchron mit dem Drehfeld. Weil das Erregerfeld nicht automatisch entsteht, wird eine zusätzliche Erregung über Permanentmagnet oder Elektromagnet benötigt, damit das Drehfeld (Magnetfeld) erzeugt wird. Die Drehzahl wird bei Drehstrom Synchronmotoren über die Leistungselektronik gegelt, z. B. durch einen Frequenz Umrichter. Ein Vorzug dieser Antriebe sind die besonders hohen Wirkungsgrade.
Der Hauptunterschied zwischen einer Synchronmaschine und Asynchronmotoren liegt in ihrer Betriebsweise und der Art, wie der Rotor synchronisiert wird. Synchronmotoren laufen auf der einen Seite mit konstanter Drehzahl, unabhängig von der Last, während Asynchronmaschinen andererseits eine variable Drehzahl haben, die von der Last abhängt. Sie sind einfacher und robuster in der Konstruktion.
Sychronmotoren werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine konstante Drehzahl erfordern, wie in Generatoren, Pumpen und Lüftern. Asynchronmotoren sind weit verbreitet in industriellen Anwendungen und Haushaltsgeräten, z. B. in Förderbändern, Waschmaschinen und Kompressoren.
Quellenangabe: Dieser Beitrag basiert auf Informationen folgender Unternehmen: ABB, Baumüller, BEN Buchele, Cern, GMN, Igus, Getriebebau Nord, Mitsubishi Electric.
Angela Struck ist Chefredakteurin des developmentscouts und freie Journalistin sowie Geschäftsführerin der Presse Service Büro GbR in Ried.