Permanentmagnet-Direktantriebsmotoren werden hauptsächlich in langsam laufenden Anwendungen wie Förderbändern, Mischern, Drahtziehmaschinen und langsam laufenden Pumpen eingesetzt. Sie ersetzen dort Hochgeschwindigkeitsmotoren und mechanische Untersetzungsmechanismen in elektromechanischen Systemen. Permanentmagnet-Direktantriebsmotoren zeichnen sich durch ein hohes Drehmoment, einen hohen Wirkungsgrad, ein schnelles Ansprechverhalten sowie eine hohe Stoß- und Vibrationsfestigkeit aus. Dies erhöht die Betriebssicherheit des Systems erheblich und senkt die Wartungskosten deutlich. Derzeit finden sie erfolgreich Anwendung in der Fördertechnik, der Erzaufbereitung, der Eisen- und Stahlindustrie und weiteren Branchen und bieten vielversprechende Marktperspektiven.
Es gibt keine einheitliche Definition für langsam laufende, drehmomentstarke Direktantriebsmotoren. Im Allgemeinen bezeichnet man damit Drehzahlen unter 500 U/min und Drehmomente über 500 Nm. Bei Drehzahlen unter 50 U/min spricht man von ultralangsam laufenden Motoren . Permanentmagnet- Direktantriebsmotoren lassen sich in zwei Bauformen unterteilen: Außenläufer- und Innenläufermotoren . Außenläufermotoren werden hauptsächlich in Riemenantrieben eingesetzt. Bei der Konstruktion und Anwendung von Permanentmagnet-Direktantriebsmotoren ist zu beachten, dass diese für besonders niedrige Drehzahlen ungeeignet sind. Langsam laufende, drehmomentstarke Antriebssysteme bieten ein breites Anwendungsspektrum in der industriellen Fertigung, der Ölförderung, der Windenergieerzeugung, der Hafenumschlagtechnik und dem Schiffsantrieb.
Das Antriebssystem des herkömmlichen Induktionsmotors mit mechanischem Untersetzungsgetriebe weist Nachteile wie einen komplexen Aufbau, hohen Verschleiß des Untersetzungsgetriebes, Schmierölverlust, geringe Betriebssicherheit, hohe Wartungskosten und einen niedrigen Gesamtwirkungsgrad auf und erfüllt somit nicht die Anforderungen an Energieeinsparung und Umweltschutz . Die Verwendung von Direktantriebsmotoren als Ersatz für das herkömmliche Antriebssystem hat sich daher durchgesetzt. Bei niedrigen Nenndrehzahlen weisen Induktionsmotoren eine hohe Polzahl auf, was zu einem erhöhten Erregerstrom und damit zu einer deutlichen Reduzierung des Leistungsfaktors und des Wirkungsgrads führt. Daher eignen sie sich nicht für Direktantriebe mit niedrigen Drehzahlen und hohem Drehmoment . Das Luftspaltfeld des Permanentmagnetmotors wird durch den Permanentmagneten erregt; es fließt kein Erregerstrom , und die Polzahl kann sehr hoch ausgelegt werden. Der Anteil der Blindleistung im Ankerstrom des Permanentmagnetmotors ist gering, der Stator-Kupferverbrauch ist reduziert, und Leistungsfaktor und Wirkungsgrad sind höher als die des Induktionsmotors. Darüber hinaus zeichnet sich der Permanentmagnetmotor durch seine hohe Leistungsfähigkeit bei einem breiten Lastwechsel aus und findet daher breite Anwendung in Getrieben mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment . Permanentmagnet-Direktantriebsmotoren verwenden in der Regel einen oberflächenmontierten Permanentmagnetrotor, um die Drehmomentdichte zu erhöhen und den Materialaufwand zu reduzieren. Aufgrund der niedrigen Drehzahl und der geringen Fliehkraft ist eine integrierte Permanentmagnetrotorstruktur nicht erforderlich. Üblicherweise werden Watte, Edelstahlhülsen oder Glasfaser-Schutzhülsen zur Fixierung und zum Schutz des Rotorpermanenmagneten eingesetzt. Motoren mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen, relativ geringer Polzahl oder starken Vibrationen verwenden jedoch auch eine integrierte Permanentmagnetrotorstruktur. Der langsam laufende Direktantriebsmotor wird über einen Frequenzumrichter angesteuert. Erreicht die Polzahl eine obere Grenze, wird die Drehzahl und damit die Frequenz reduziert. Bei niedriger Umrichterfrequenz verringert sich das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation (PWM), die Wellenform verschlechtert sich, was zu Schwankungen und Drehzahlinstabilität führt. Daher ist die Ansteuerung, insbesondere von langsam laufendem Direktantriebsmotor, schwieriger. Aktuell werden für Motoren mit extrem niedriger Drehzahl Magnetfeldmodulationsmotoren eingesetzt, um höhere Ansteuerfrequenzen zu ermöglichen. Obwohl der Einsatz von Permanentmagnet-Direktantriebsmotoren den ursprünglichen Verzögerungsmechanismus eliminieren und die Wartungskosten senken kann, sind die Kosten ungeeigneter Permanentmagnet-Direktantriebsmotoren oft zu hoch und die Systemeffizienz sinkt. Generell lässt sich durch Vergrößerung des Durchmessers des Permanentmagnet-Direktantriebsmotors der Kostenfaktor pro Drehmomenteinheit reduzieren. Daher können Direktantriebsmotoren als große Scheiben mit größerem Durchmesser und kürzerer Baulänge gefertigt werden. Die Vergrößerung des Durchmessers hat jedoch Grenzen: Ein zu großer Durchmesser erhöht die Kosten für Gehäuse und Welle, und die Kosten für Strukturmaterial können die Kosten für das nutzbare Material übersteigen. Daher muss bei der Konstruktion von Direktantriebsmotoren das Verhältnis von Länge zu Durchmesser optimiert werden, um die Gesamtkosten des Motors zu minimieren.
