Kostenaufschlüsselung des Rotors eines Axialflussmotors: Magnete, Eisenkern oder Kapselung – was macht den größten Anteil aus?

Xialflussmotoren treiben dank ihrer kompakten Größe, ihres geringen Gewichts und ihrer hohen Leistungsdichte eine Leistungsrevolution in Fahrzeugen mit neuer Energie, humanoiden Robotern, eVTOL-Flugzeugen (elektrischer vertikaler Start und Landung) und mehr voran. Allerdings bleiben die relativ hohen Herstellungskosten ein Hindernis für die Einführung in großem Maßstab. Also, was genau macht die Kosten eines aus? Rotor des Axialflussmotors ? Und welches macht unter Magnetqualität, Kernlaminierverfahren und Verkapselungsmaterial den größten Anteil aus? Dieser Artikel schlüsselt es für Sie auf.

1. Magnet Grade – Der unangefochtene Kosten-Champion

Unter allen Materialien in einem Axialflussmotor  sind Magnete (Permanentmagnete) der größte Kostenfaktor.

Die in der Rotorscheibe eingebetteten Hochleistungsmagnete aus Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) sind das „Herz“, das das Magnetfeld erzeugt. Da Rotoren von Axialflussmotoren typischerweise ultradünn sind und bei Temperaturen von 180–200 °C betrieben werden können, müssen die Magnete ein extrem hohes Energieprodukt, eine hohe Koerzitivfeldstärke (um einer Entmagnetisierung zu widerstehen) und die Fähigkeit aufweisen, in mikrometerdünne Scheiben verarbeitet zu werden. Standardmäßige NdFeB-Magnete können diese hohen Anforderungen nicht erfüllen – speziell angepasste, hochwertige Materialien sind daher unerlässlich.

Branchendaten zeigen, dass  Magnete 35–40 % der gesamten Motorkosten ausmachen und die Rotormaterialkosten sogar noch entscheidender dominieren. Mit steigenden Preisen für Seltene Erden in den letzten Jahren tendiert dieser Anteil sogar noch weiter nach oben. Daher  ist die Magnetqualität der wichtigste Faktor bei der Bestimmung der Rotorkosten.

2. Kernlaminierung – Geringerer Kostenanteil, aber nicht ohne technische Herausforderungen

Der Eisenkern (einschließlich des Statorkerns und eines Teils des Rotor-Hintereisens) macht einen relativ kleineren Teil der Kosten des Axialflussmotors aus.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Radialflussmotoren, die Siliziumstahlbleche verwenden, verfügen Axialflussmotoren über einen 3D-Magnetkreis, der mit herkömmlichem Siliziumstahl nicht bewältigt werden kann. Die derzeit gängige Lösung ist  SMC (Soft Magnetic Composite)  – Eisenpulver, das mit einer Isolierschicht beschichtet und dann in Form verdichtet wird – das in einem Pressschritt komplexe scheibenförmige Geometrien bilden kann.

Der Kern macht typischerweise etwa 10–15 % der gesamten Motorkosten aus.  Obwohl der Anteil gering ist, ist die Prozesstechnik für SMC anspruchsvoll: Um eine hohe Dichte zu erreichen, muss die Isolierschicht auf jedem Pulverpartikel extrem dünn sein, darf aber bei der Hochdruckverdichtung nicht beschädigt werden – was eine langfristige Prozessvalidierung erfordert. Darüber hinaus kostet das Rohmaterial für weichmagnetisches Legierungspulver etwa doppelt so viel wie Siliziumstahl, was die Prozesskosten weiter erhöht.

3. Verkapselungsmaterial – Kleinster Anteil, aber entscheidende Rolle

Verkapselungsmaterialien machen den geringsten Teil der Rotorkosten für Axialflussmotoren aus.

Vergussmassen werden hauptsächlich zum Füllen der Lücken zwischen Gehäuse und Kern sowie zwischen Gehäuse und Spulenwicklungen verwendet und erfüllen Funktionen wie Wärmeleitung, elektrische Isolierung, Fixierung und Spannungsverteilung. Da Axialflussmotoren flach sind und nur eine begrenzte Oberfläche zur Wärmeableitung haben, ist das Wärmemanagement eine große Herausforderung. Eine wichtige Maßnahme zur Verbesserung der Kühlung ist der Einsatz von Vergussmassen mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z. B. mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2-3 W/m·K).

Was den Kostenbeitrag betrifft, liegen Verkapselungsmaterialien jedoch weit hinter Magneten und dem Kern zurück und machen nur einen kleinen Teil der gesamten Stückliste des Rotors aus.

4. Zusammenfassung: Magnete > Kern > Kapselung

Alles in allem ist die Kostenrangfolge für einen Rotor eines Axialflussmotors klar:

Die Magnetqualität ist die größte Kostenkomponente in einem Axialflussmotorrotor und macht 35–40 % der gesamten Motorkosten aus – weit mehr als der Kern und die Kapselung. Dies erklärt auch, warum die Branche Magnete sowohl als „Herz“ als auch als „Achillesferse“ von Axialflussmotoren ansieht: Sie bestimmen nicht nur die Leistungsobergrenze des Motors, sondern auch seine Kostenuntergrenze.

5. SDM: Flexible Produktionslinie ermöglicht Volumenlieferung

Bei der Industrialisierung von Rotoren für Axialflussmotoren sind effiziente und flexible Fertigungsmöglichkeiten von entscheidender Bedeutung.  SDM (Hangzhou Shengshideng Magnetic Materials Co., Ltd.)  – ein landesweites High-Tech-Unternehmen mit Schwerpunkt auf Magneten und magnetischen Lösungen – hat sich im Bereich Axialflussmotorrotoren einen deutlichen Vorsprung verschafft.

Auf der Produktionsseite  hat SDM in seinem Werk eine flexible Montagelinie eingerichtet, die einen schnellen Wechsel zwischen verschiedenen Arten von Rotorbaugruppen für Axialflussmotoren ermöglicht . Diese flexiblen Fertigungsmöglichkeiten ermöglichen eine effiziente Reaktion auf kundenspezifische Anforderungen für die Produktion mehrerer Sorten in kleinen Chargen und verbessern so sowohl den Durchsatz als auch die Lieferagilität erheblich.

Bisher  hat SDM bereits mehrere Rotormodelle für Axialflussmotoren in großen Mengen geliefert . Da Axialflussmotoren schnell Billionen-Yuan-Märkte wie Fahrzeuge mit neuer Energie, humanoide Roboter und die Wirtschaft in geringer Höhe durchdringen, bilden das flexible Linienlayout und die nachgewiesene Erfolgsbilanz bei Massenlieferungen von SDM einen soliden Vorsprung für das Unternehmen in einem zunehmend wettbewerbsintensiven Umfeld.