Samarium-Kobalt (SmCo) und Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) sind metallische Materialien mit niedrigem spezifischen elektrischen Widerstand aufgrund ihrer hervorragenden Leitfähigkeit.Diese Eigenschaft ist jedoch für rotierende Maschinen wie Elektromotoren von Nachteil, da es zu Wirbelstromverlusten und einer daraus resultierenden Erwärmung der Maschinen, einschließlich Magneten, führt.Daher ist der Wirbelstromverlust in Magneten ein entscheidender Gesichtspunkt sowohl für Magnet- als auch für Motorentwickler.

Um Wirbelstromverluste zu verstehen und zu reduzieren, müssen wir zunächst ihren Ursprung verstehen.Wenn Wechselstrom durch einen Leiter fließt, tritt ein als „Skin-Effekt“ bekanntes Phänomen auf, das zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Stromdichte über den Leiterquerschnitt führt.Mit zunehmender Stromfrequenz konzentriert sich der Strom stärker auf die Oberfläche des Leiters, wodurch der interne Strom abnimmt, ein Phänomen, das als Skin-Effekt bekannt ist.

Wirbelströme verursachen den Skin-Effekt.Die Gesetze der elektromagnetischen Induktion besagen, dass elektrische Wechselfelder magnetische Wechselfelder erzeugen.Wenn ein Wechselstrom durch einen Leiter fließt, induziert er wirbelartige Ströme innerhalb und um den Leiter, sogenannte Wirbelströme.

Näher an der Mitte des Leiters sind die induzierte elektromotorische Kraft und damit die Wirbelströme stärker, was den ursprünglichen Strom effektiver behindert, was zu einer geringeren Stromdichte in der Mitte im Vergleich zur Oberfläche führt.

Da die induzierte elektromotorische Kraft mit der Frequenz zunimmt, wird der Skin-Effekt bei höheren Frequenzen stärker ausgeprägt.Bei sehr hohen Frequenzen fließt der Strom im Wesentlichen nur durch eine dünne Schicht an der Oberfläche des Leiters, wodurch die Querschnittsfläche effektiv reduziert und das Material effektiver genutzt wird.

Aufgrund des geringen elektrischen Widerstands von SmCo- und NdFeB-Magneten sind Wirbelströme in magnetischen Wechselfeldern im Allgemeinen von Bedeutung.Diese Ströme bewirken, dass sich die Magnete aufgrund der Jouleschen Erwärmung erwärmen, was möglicherweise zu einer thermischen Entmagnetisierung führt, wenn die Temperaturen zu hoch werden.

Die Größe des Wirbelstromverlusts hängt von der Art der Magnetfeldänderung, der Magnetbewegung, der Magnetform, der magnetischen Permeabilität und dem spezifischen Widerstand ab.Bei rotierenden Maschinen führen höhere Drehzahlen (entsprechend der Frequenz) und magnetische Permeabilität in Kombination mit einem geringeren spezifischen Widerstand zu geringeren Eindringtiefen und größeren Verlusten.In Bereichen wie Elektrofahrzeugen und Aufzügen, in denen die Geschwindigkeitsregelung von entscheidender Bedeutung ist, erleiden Permanentmagnetmotoren, die von Wechselrichterstromquellen gesteuert werden, aufgrund hochfrequenter Oberschwingungen einen erhöhten Wirbelstromverlust, der zu einer thermischen Entmagnetisierung führt.

Um den Wirbelstromverlust in gesinterten NdFeB-Magneten zu reduzieren, wurden aus Sicht des Motordesigns verschiedene technische Methoden vorgeschlagen, beispielsweise die Abschirmung von Säulen um den Magneten, die Segmentierung des Magneten und seine seitliche Isolierung.

Aus magnetischer Sicht ist die Verwendung von Verbundmagneten eine der effektivsten Möglichkeiten, Motorwirbelstromverluste zu reduzieren.Das Vorhandensein eines Bindemittels und sein erheblicher Volumenanteil erhöhen den spezifischen Widerstand von Verbundmagneten um das Zehnfache²bis 10⁴Zeiten im Vergleich zu gesinterten Magneten.Dies begrenzt jedoch die Leistung des Motors und die maximale Betriebstemperatur.Daher besteht der direkteste Ansatz darin, den spezifischen Widerstand der gesinterten Magnete selbst zu erhöhen.

Es gibt verschiedene Methoden, um den spezifischen Widerstand gesinterter Magnete zu erhöhen, z. B. die Zugabe von Pulvern mit hohem spezifischem Widerstand (z. B. Al).₂O₃) oder Auftragen von SiO₂Beschichtungen.Allerdings können diese Methoden die magnetischen Eigenschaften der gesinterten Magnete in gewissem Maße beeinflussen.Daher muss während des Magnetentwicklungsprozesses ein Gleichgewicht zwischen spezifischem Widerstand und magnetischer Leistung erreicht werden.