Als zentrales Gerät zur Umwandlung elektrischer in mechanische Energie ist der Motor das Herzstück moderner Industriesysteme. Von Haushaltsgeräten bis hin zu Schwermaschinen, vom Transportwesen bis hin zu industriellen Produktionslinien – Motoren treiben die Weltwirtschaft an. Herkömmliche Motoren nutzen hauptsächlich das Prinzip der elektromagnetischen Induktion, um durch Strom ein Magnetfeld in der Wicklung zu erzeugen und so den Rotor anzutreiben. Dieser Motortyp weist jedoch offensichtliche Mängel in der Energieeffizienz auf: Sein Betrieb ist auf kontinuierliche Stromerregung angewiesen, und die Verluste der Rotorwicklung machen 20 bis 30 % des Gesamtverlusts aus, was es schwierig macht, diesen Effizienzengpass zu überwinden.

Forschungsergebnissen zufolge verbrauchen Motorsysteme 45 bis 50 % der weltweiten Stromerzeugung. In China beträgt der jährliche Stromverbrauch von Industriemotoren sogar 60 % des gesamten gesellschaftlichen Stromverbrauchs. Besonders gravierend ist, dass viele Motoren aufgrund von Konstruktions- und Materialeinschränkungen seit langem ineffizient arbeiten: Statistiken zeigen, dass etwa 46.3 % der Motoren eine Auslastung von weniger als 50 % aufweisen, und die Gesamtbetriebseffizienz des Systems liegt in der Regel unter 40 %. Hinter dieser enormen Energieverschwendung verbirgt sich ein dringender Bedarf an Material- und Technologieverbesserungen.

Der entscheidende Durchbruch bei Permanentmagnetmotoren liegt in der Verwendung von Permanentmagneten anstelle der Stromerregung. Dadurch werden Rotorkupferverluste vollständig eliminiert und der Motorwirkungsgrad deutlich verbessert. Unter allen Permanentmagnetmaterialien haben sich Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien aufgrund ihrer hervorragenden magnetischen Eigenschaften zum „Seelenmaterial“ hochwertiger Hochleistungsmotoren entwickelt. Die Zugabe dieses Materials verbessert nicht nur den Wirkungsgrad des Motors bei Volllast deutlich, sondern sorgt auch bei Teillast für einen hervorragenden Leistungsindex (das Produkt aus Wirkungsgrad und Leistungsfaktor).

Der globale Markt für Seltenerd-Permanentmagnete verzeichnet ein beispiellos schnelles Wachstum. Laut QYR-Statistiken erreichte der weltweite Marktumsatz im Jahr 12.52 2024 Milliarden US-Dollar und soll bis 24.95 auf 2031 Milliarden US-Dollar steigen. Auch im Segment der Motor-Permanentmagnetmaterialien ist das Wachstum stark: Der Umsatz soll 206.28 2031 Milliarden RMB erreichen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 7.5 % entspricht.

Der Einsatz von Seltenerd-Permanentmagneten in Motoren hat die Effizienz- und Leistungsdichtegrenzen von Motoren grundlegend verändert. Sein Kernwert spiegelt sich in drei Aspekten wider:

1 Revolutionäre Effizienzsteigerung

Der Wirkungsgrad von Synchronmotoren mit Seltenerd-Permanentmagneten ist bei Volllast durchschnittlich 5–8 % höher als der herkömmlicher Asynchronmotoren. Die Energieeinsparung bei Spezialmodellen (z. B. Ölfeldpumpenmotoren) kann bis zu 15–20 % betragen. Dieser Vorteil ergibt sich aus der Eliminierung von Rotorwicklungsverlusten – etwa 20–30 % der Gesamtverluste bei Asynchronmotoren entstehen durch Rotorströme. Permanentmagnetmotoren erzeugen durch Permanentmagnete ein konstantes Magnetfeld, wodurch dieses Problem grundlegend gelöst wird.

2 Wesentliche Optimierung von Volumen und Gewicht

Dank des ultrahohen magnetischen Energieprodukts von NdFeB kann der Motor bei deutlich geringerem Volumen die gleiche Leistung erbringen. Jüngste Beispiele zeigen, dass die Permanentmagnet-Antriebseinheit ein um 30 % höheres Drehmoment bei gleichzeitiger Volumenreduzierung von 50 % aufweist. Diese Eigenschaft ist besonders in den Bereichen Elektrofahrzeuge und Luft- und Raumfahrt von Bedeutung. Beispielsweise wiegt der in Frankreich entwickelte bürstenlose 100-kW-Motor für die Luftfahrt nur 28 kg und weist eine mehr als dreimal so hohe Leistungsdichte auf wie herkömmliche Motoren.

3 Absoluter Leistungsvorteil bei geringer Belastung

Im realen Betrieb arbeiten die meisten Motoren nur teilweise. Untersuchungen zeigen, dass nur 18.1 % der Motoren mit einer Last von über 75 % und fast die Hälfte mit einer Last von unter 50 % betrieben werden. Wirkungsgrad und Leistungsfaktor herkömmlicher Asynchronmotoren sinken bei geringer Belastung stark, während Permanentmagnetmotoren außergewöhnlich gute Leistungen erbringen: Bei 22 % Nennlast liegt ihr Leistungsindex (Wirkungsgrad × Leistungsfaktor) immer noch bei 80 %, während der Asynchronmotor bei 30 % Last auf 25 % sinkt. Dieser breite, wirtschaftliche Betriebsbereich macht Permanentmagnetmotoren zu einer unverzichtbaren Wahl in Szenarien mit variabler Last, wie z. B. in Klimaanlagen mit variabler Frequenz und CNC-Werkzeugmaschinen.

Anwendungsszenarien: von grüner Energie bis zu intelligenten Geräten

1 New Energy Vehicles: Das Hauptschlachtfeld der Antriebsmotoren

Als Herzstück von Elektrofahrzeugen unterliegen Antriebsmotoren extrem hohen Leistungsanforderungen. Hochleistungs-NdFeB-Magnete können Drehmomentdichte und Effizienz verbessern und so die Reichweite direkt erhöhen. Aktuell entfallen fast 12 % der weltweiten Nachfrage nach Hochleistungs-NdFeB-Magneten auf Fahrzeuge mit alternativer Antriebstechnologie, und der Einsatz in Einzelfahrzeugen nimmt weiter zu.

2 Windkraft: Der „Förderer hinter den Kulissen“ sauberer Energie

Direkt angetriebene Permanentmagnet-Windturbinen benötigen kein Getriebe und erzeugen Strom direkt durch die Einwirkung von Permanentmagneten auf Rotor- und Statorspulen. Diese Konstruktion reduziert mechanische Fehlerquellen und verbessert die Zuverlässigkeit der Offshore-Windkraft. Eine einzelne 6-MW-Direktantriebs-Windturbine verbraucht etwa 1.2 Tonnen NdFeB. Die weltweit installierte Windkraftkapazität wird voraussichtlich bis 2,000 2030 GW übersteigen, was die Nachfrage nach hochwertigen Magnetmaterialien weiter ankurbeln wird.

3 Industrielle Energieeinsparung: ein Transformationsinstrument für energieintensive Industrien

Für Systeme mit variabler Last wie Pumpen und Lüfter bieten Frequenzumrichtermotoren mit Permanentmagneten aus seltenen Erden ein enormes Energiesparpotenzial. Die nationale Norm „GB18613-2020“ legt IE3 als Mindestschwelle für die Energieeffizienz fest und fordert Unternehmen dazu auf, ineffiziente Motoren auszusortieren.

4 Neue Anwendungsszenarien: Roboter, High-End-Geräte und Innovationen im Bergbau

Permanentmagnetmotoren sind wartungsfrei, haben eine Lebensdauer von 100,000 Stunden und reduzieren die Wartungskosten um 50 %. Neue Anwendungsgebiete wie Mikromotoren für humanoide Robotergelenke und Präzisionslinearmotoren für Halbleitergeräte basieren auf der Miniaturisierung und den hochpräzisen Eigenschaften von Neodym-Eisen-Bor.

Die Integration von Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien und Motortechnologie geht über einfache Komponentenverbesserungen hinaus und ist zur treibenden Kraft der globalen industriellen grünen Transformation geworden. Im Rahmen des globalen Konsenses über das „Dual Carbon“-Ziel werden Seltenerd-Permanentmagnetmotoren ihre Anwendungsgrenzen weiter erweitern und jeden Leistungsmoment von der Energieerzeugung bis zum industriellen Verbrauch neu gestalten.