Was sind Segmentmagnete? Materialien, Anwendungsbereiche und Auswahlhilfe

Bei der Konstruktion eines Motors, Generators oder einer Magnetkupplung stößt man oft an Grenzen, wenn man ein starkes, gerichtetes Magnetfeld in einer kreisförmigen Geometrie benötigt. Ein einzelner, einteiliger Ringmagnet scheint ideal zu sein, doch gesinterte Seltenerdmagnete sind spröde, lassen sich nur schwer pressen, bearbeiten und in großen, komplexen Formen magnetisieren – und solche Ringe sind teuer oder gar nicht herstellbar. Wenn man den Winkel, den Radius oder die Dicke falsch wählt, kann man das Cogging-Drehmomentprofil eines Motors ruinieren. Die gute Nachricht? All das lässt sich vermeiden, indem man Segmentmagnete wählt.

In diesem Leitfaden, als Fachkraft Magnete in Sonderformen Als Hersteller werde ich Ihnen erläutern, was Segmentmagnete sind, wie sich Materialien wie Neodym, SmCo, Ferrit und Alnico unterscheiden, welche Magnetisierungsrichtung für radiale bzw. axiale Fluxsysteme geeignet ist und wie man Größe, Winkel und Beschichtung festlegt. Außerdem erfahren Sie, warum Segmentmagnete in Elektromotoren, Generatoren und Magnetkupplungen für Elektrofahrzeuge dominieren – und welche häufigen Fehler Sie vor der Bestellung vermeiden sollten.

Was sind Segmentmagnete? Die einfache Antwort

Segmentmagnete sind unter verschiedenen Bezeichnungen bekannt: Bogenmagnete, Magnetbögen, Neodym-Plattenmagnete oder Magnetsegmente. Ganz gleich, wie man sie nennt – das Grundprinzip ist immer dasselbe.

Es handelt sich um gekrümmte, fliesenartige Bögen, die Teile eines größeren Rings oder Zylinders bilden. Man kann sie sich wie Stücke einer magnetischen Pizza vorstellen. Wenn man mehrere Segmente miteinander verbindet, erhält man einen vollständigen kreisförmigen Magnetkreis.

Warum nicht einfach einen großen Ringmagneten bauen?

Gute Frage.

Die Antwort liegt in der Fertigung. Gesinterte Seltenerdmagnete wie Neodym (NdFeB) sind extrem spröde und lassen sich nur schwer in großen, komplexen Ringformen herstellen. Durch die Aufteilung des Magneten in Segmente lassen sich diese leichter pressen, bearbeiten, magnetisieren und montieren. Außerdem lässt sich das Magnetfeld so besser steuern.

Das ist der #1-Grund, warum Segmentmagnete bei Hochleistungsmotoren und -generatoren dominieren.

Wesentliche Merkmale von Segmentmagneten

Hier sind die Eigenschaften, die Segmentmagnete so effektiv machen.

• Form: Gebogen oder bogenförmig. Die Geometrie ist so ausgelegt, dass sie sich um einen Rotor herum oder in einen Stator hinein anpasst.
• Materialien: Am häufigsten NdFeB, aber auch Samarium-Kobalt (SmCo), Ferrit und Alnico.
• Beschichtungen: Nickel (Ni-Cu-Ni), Zink, Epoxid und Phosphatierung sind gängige Verfahren. Beschichtungen verhindern Korrosion und verbessern die Klebhaftung.
• Enge Toleranzen: Bei High-End-Anwendungen können die Toleranzen bis zu 0,02 mm oder 0,001″ betragen. Das entspricht in etwa der Breite eines sehr feinen menschlichen Haares.
• Individuelle Magnetisierung: Sie können die Magnetisierungsrichtungen „diametral“, „radial (näherungsweise)“, „sehnenförmig“ oder „axial“ angeben.

Profi-Tipp: Wenn Sie maßgefertigte Segmentmagnete bestellen, achten Sie besonders auf den Winkel, den Innenradius, den Außenradius und die Dicke. Kleine Fehler in diesem Bereich können das Cogging-Drehmomentprofil eines Motors beeinträchtigen.

Häufige Anwendungsbereiche von Segmentmagneten

Segmentmagnete sind überall – auch wenn man sie nicht sieht.

Elektromotoren und Generatoren

Das ist der entscheidende Punkt. Segmentmagnete werden an Rotoren und Statoren angebracht, um mit Kupferspulen zusammenzuwirken. Sie kommen zum Einsatz in:

• Bürstenlose Gleichstrommotoren
• Servomotoren
• Schrittmotoren
• Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM)
• Antriebsmotoren für Elektrofahrzeuge

Auch im Jahr 2026 sind Motoren für Elektrofahrzeuge nach wie vor der wichtigste Treiber für die Nachfrage nach hochleistungsfähigen NdFeB-Segmentmagneten. Die Automobilhersteller streben eine höhere Drehmomentdichte, ein geringeres Gewicht und einen besseren Wirkungsgrad an. Segmentmagnete erfüllen alle drei Anforderungen.

Magnetkupplungen

Magnetkupplungen nutzen Segmentmagnete, um Drehmoment berührungslos über eine Barriere hinweg zu übertragen. Das ist von enormer Bedeutung für Pumpen, die gefährliche Flüssigkeiten fördern, oder für Vakuumsysteme, bei denen Dichtungen ein großes Problem darstellen.

Sensoren und Lager

Hochpräzisionsmaschinen erfordern häufig kreisförmige Magnetanordnungen. Segmentmagnete liefern genau die Magnetfeldform, die für Sensoren, Magnetlager und Aktuatoren benötigt wird.

Windkraftanlagen

Auch Generatoren in Windkraftanlagen basieren auf bogenförmigen Segmentmagneten. Die gekrümmte Bauform erhöht die Leistungsdichte und trägt dazu bei, mechanische Energie effizienter in Strom umzuwandeln.

Medizinische und wissenschaftliche Geräte

MRT-Geräte, die Magnetresonanztomographie und spezielle Forschungsgeräte nutzen starke, stabile Bogenmagnete. Hier überzeugen Segmentmagnete aus Samarium-Kobalt oft durch ihre Temperaturstabilität.

In Segmentmagneten verwendete Materialien

Nicht alle Segmentmagnete sind gleich. Die Wahl des Materials macht den Unterschied.

Neodym (NdFeB)-Segmentmagnete

Dies sind die stärksten Permanentmagnete, die im Handel erhältlich sind. Gängige Güteklassen sind beispielsweise N42, N45SH, N48H und N52. Bei hohen Betriebstemperaturen kommen Güteklassen mit hoher Koerzitivfeldstärke (wie N42SH oder N35UH) zum Einsatz.

Neodym-Bogenmagnete bieten Ihnen maximale Magnetkraft bei kompakter Bauweise. Deshalb kommen sie vor allem in Elektrofahrzeugmotoren, in der Robotik und in Hochleistungsgeneratoren zum Einsatz.

Sie haben jedoch eine Schwachstelle: Korrosion. Ohne geeignete Beschichtung können NdFeB-Magnete oxidieren und zerbröckeln. Deshalb sind sie fast immer mit einer Nickel-, Epoxid- oder Zinkbeschichtung versehen.

Magnete aus dem Samarium-Kobalt-Segment (SmCo)

SmCo-Magnete sind zwar nicht so stark wie NdFeB-Magnete, punkten jedoch bei der Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Wenn bei Ihrer Anwendung Temperaturen über 300 °C auftreten – wie beispielsweise bei Düsentriebwerken oder bei Bohrarbeiten im Bohrloch –, sind SmCo-Lichtbogenmagnete die richtige Wahl.

Ferrit-Segmentmagnete

Ferritmagnete (Keramikmagnete) sind deutlich schwächer. Dafür sind sie jedoch kostengünstig, korrosionsbeständig und elektrisch isolierend. Man findet sie in kostensensiblen Motoranwendungen, Lautsprechern und Bastelprojekten.

Alnico-Segmentmagnete

Alnico-Magnete zeichnen sich durch eine hervorragende Temperaturstabilität aus und halten hohen Temperaturen stand, ohne sich zu entmagnetisieren. Sie kommen in Sensoren, Messgeräten und älteren Motorkonstruktionen zum Einsatz.

Fazit? Für die meisten Magnetanwendungen im Hochleistungssegment wird im Jahr 2026 NdFeB die erste Wahl sein. Aber auch SmCo und Ferrit haben nach wie vor ihre Berechtigung.

Magnetisierungsrichtung: Warum sie wichtig ist

An dieser Stelle sind viele Leute verwirrt.

Segmentmagnete können in unterschiedliche Richtungen magnetisiert werden, je nachdem, ob Sie ein System mit radialem oder axialem Magnetfluss bauen.

• Diametrale Magnetisierung: Das Magnetfeld verläuft senkrecht zur Drehachse. Dies ist der Standard für Motoren und Generatoren mit radialem Magnetfluss.
• Radiale Magnetisierung: Das Magnetfeld verläuft direkt vom Zentrum nach außen. Eine echte radiale Magnetisierung ist schwer herzustellen, daher nähern sich Ingenieure ihr oft mit mehreren diametral magnetisierten Segmenten an.
• Seilmagnetisierung: Wird in Halbach-Anordnungen verwendet, um den Magnetfluss auf der einen Seite zu verstärken und ihn auf der anderen Seite aufzuheben.
• Axiale Magnetisierung: Das Magnetfeld verläuft parallel zur Drehachse. Dies ist typisch für Axialflussmotoren und Magnetkupplungen.

Profi-Tipp: Wenn Sie ein Halbach-Array entwerfen, benötigen Sie wahrscheinlich eine Kombination aus chord-magnetisierten und standardmäßig diametral magnetisierten Bogenmagneten. Die richtige Magnetisierungsrichtung ist wichtiger als die reine Magnetqualität.

Segmentmagnete vs. Stabmagnete: Was ist der Unterschied?

Diese Frage wird mir oft gestellt.

Beide sind Neodym-Dauermagnete. Beide sind stark. Aber ihre Formen und Anwendungsbereiche unterscheiden sich grundlegend.

Stabmagnete Es handelt sich um rechteckige oder quadratische Blöcke mit einer einfachen Nord-Süd-Ausrichtung. Sie eignen sich hervorragend zum Halten, Verriegeln, für Sensoren und für Demonstrationszwecke im Unterricht. Das Magnetfeld verläuft relativ geradlinig und ist leicht vorhersehbar.

Segmentmagnete sind gekrümmte Bögen. Dank ihrer Form passen sie sich Zylindern und Rotoren an. Sie erzeugen über einen gekrümmten Luftspalt ein stärker gebündeltes, gerichtetes Magnetfeld. Deshalb bilden sie das Rückgrat von Elektromotoren.

Hier ist eine einfache Analogie:

• Ein Stabmagnet ist wie ein Hammer – unkompliziert und vielseitig einsetzbar.
• Ein Segmentmagnet ist wie ein maßgeschneidertes Zahnrad – speziell für eine bestimmte rotierende Maschine entwickelt.

Wenn Sie an einem Motor, einem Generator oder einer Kupplung arbeiten, benötigen Sie fast immer Segmentmagnete. Wenn Sie ein Heimwerkerprojekt oder einen einfachen Sensor bauen, reichen möglicherweise Stabmagnete aus.

So wählen Sie den richtigen Segmentmagneten aus

Bei der Auswahl des richtigen Segmentmagneten geht es nicht nur darum, die stärkste Stärke zu wählen. Sie sollten diese sechs Faktoren berücksichtigen:

1. Erforderliches Drehmoment und Drehzahlbereich: Ein höheres Drehmoment bedeutet in der Regel stärkere Magnete oder eine bessere Auslegung des Magnetkreises.
2. Betriebstemperatur: Wenn Ihr Motor heiß läuft, wählen Sie Sorten mit hoher Koerzitivfeldstärke wie N42SH oder N45UH. Bei extremer Hitze sollten Sie sich für SmCo entscheiden.
3. Mechanische Beanspruchung: Rotoren drehen sich schnell. Magnete müssen Zentrifugalkräften und Temperaturwechseln standhalten. Eine ordnungsgemäße Verklebung und Montage sind von entscheidender Bedeutung.
4. Risiko der Entmagnetisierung: Hohe Ströme und hohe Temperaturen können NdFeB entmagnetisieren. Überprüfen Sie den Kniepunkt der von Ihnen gewählten Sorte.
5. Fertigungstoleranzen: Enge Toleranzen verringern Luftspalten und verbessern die Leistung, erhöhen jedoch die Kosten.
6. Anforderungen an die Beschichtung: Nickel ist Standard. Epoxidharz sorgt für eine bessere Haftkraft des Klebstoffs. Auch die Phosphatierung trägt zur besseren Haftung bei.

Profi-Tipp: Wenn Sie sich unsicher sind, arbeiten Sie mit einem Magnetanbieter zusammen, der Unterstützung bei der Konstruktion anbietet. Dieser kann eine Finite-Elemente-Analyse (FEA) Ihres Rotors oder Stators durchführen, bevor Sie sich zu einer Werkzeugbestellung verpflichten.

Segment Magnetfertigung: Ein kurzer Überblick

Fragen Sie sich, wie diese Segmentmagnete hergestellt werden? Hier ist die Kurzfassung:

1. Materialauswahl: Neodym, Eisen und Bor in präzisen Verhältnissen mischen.
2. Fräsen: Zermahlen der Legierung zu einem feinen Pulver.
3. Pressen: Verdichtung des Pulvers in einem Magnetfeld zur Ausrichtung der magnetischen Domänen.
4. Sintern: Verschmelzung der Partikel bei hohen Temperaturen zur Herstellung eines dichten Magnetrohlings.
5. Zerspanung: Das Schneiden oder Schleifen des Rohlings in die Bogenform. Bei komplexen Formen wird häufig Drahtschneiden eingesetzt; beim Schleifen von Profilen eignet sich das Verfahren für große Stückzahlen.
6. Beschichtung: Aufbringen von Nickel, Epoxidharz oder Zink zum Schutz vor Korrosion.
7. Magnetisierung: Den fertigen Magneten einem starken Magnetfeld aussetzen, um die Ausrichtung festzulegen.

Schritt #5 ist der knifflige Teil. Da NdFeB spröde ist, erfordert die Bearbeitung von Bogenmagneten besondere Sorgfalt. Deshalb verursachen enge Toleranzen und Fasen zusätzliche Kosten.

Segmentmagnet-Wirkungsgrad und Rastmoment

Hier ist ein technisches Konzept, das es sich zu verstehen lohnt.

Bei Schlitzmotoren führt die Wechselwirkung zwischen Magneten und Statorzähnen zu einem Rastmoment. Dies verursacht Drehmomentwelligkeit, Vibrationen und Geräusche. Dadurch wird die Laufruhe beeinträchtigt und der Wirkungsgrad verringert.

Segmentmagnete helfen dabei, dieses Problem zu beheben.

Durch den Einsatz von schrägen oder speziell geformten Bogensegmenten können Motorenkonstrukteure das Ruckeln minimieren. Das bedeutet einen gleichmäßigeren Lauf und eine bessere Gesamtleistung.

Eine weitere Herausforderung sind Wirbelstromverluste. Wenn ein Motor läuft, induzieren wechselnde Magnetfelder Ströme in den Magneten. Diese Ströme erzeugen Wärme. Bei zu hoher Wärme besteht die Gefahr der Entmagnetisierung.

Die Lösung? Laminierte Bogenmagnete. Diese bestehen aus dünnen, miteinander verbundenen Schichten. Sie reduzieren Wirbelstromverluste, ohne die Struktur des Motors zu verändern. Im Jahr 2026 werden laminierte Segmentmagnete zur ersten Wahl für Hochgeschwindigkeitsmotoren.

Trends im Bereich der Segmentmagnettechnologie im Jahr 2026

Die Magnetbranche steht nicht still. Hier sind die Entwicklungen, die ich im Jahr 2026 im Auge behalte.

1. Magnete mit höherer Energiedichte

Die Forschung an neuen Legierungen und Prozesssteuerungen führt zu immer höherwertigen NdFeB-Sorten. N52 und höhere Sorten werden wirtschaftlich immer rentabler.

2. Geringerer Einsatz von Seltenen Erden

Kosten- und Lieferkettendruck veranlassen Konstrukteure dazu, weniger Neodym zu verwenden. Laminierte Bogenmagnete und optimierte Rotorgeometrien tragen dazu bei, eine vergleichbare Leistung mit weniger Seltenen Erden zu erzielen.

3. Verbesserte thermische Belastbarkeit

Sorten mit hoher Koerzitivfeldstärke und verbesserte Diffusionsprozesse an den Korngrenzen erweitern den Betriebstemperaturbereich von NdFeB-Segmentmagneten.

4. Einführung des Halbach-Arrays

Halbach-Anordnungen sind zwar nicht neu, gewinnen jedoch in der Luft- und Raumfahrt, der Robotik und bei hocheffizienten Motoren zunehmend an Bedeutung. Sie bieten eine höhere Flussdichte im Luftspalt und eine geringere harmonische Verzerrung.

5. Wettbewerbsorientierte Beschaffung und Veränderungen in der Lieferkette

Ab 2026 diversifizieren viele Hersteller ihre Lieferketten für Seltene Erden weg von einer einzigen Bezugsquelle. Dies wirkt sich auf die Preise, die Lieferzeiten und die Materialverfügbarkeit aus.

Häufige Fehler, die es zu vermeiden gilt

Ich möchte Ihnen teure Probleme ersparen.

• Ignorieren der Magnetisierungsrichtung: Falsche Drehrichtung = schwacher Motor. Punkt.
• Beschichtung auslassen: Unbeschichtete NdFeB-Magnete korrodieren schnell, insbesondere in feuchten Umgebungen.
• Die Hitze unterschätzen: Hohe Temperaturen können Standard-N-Sorten dauerhaft entmagnetisieren. Verwenden Sie bei Bedarf SH-, UH- oder EH-Sorten.
• Schlechte Haftung: Wenn Magnete bei 10.000 U/min vom Rotor abfallen, fällt die gesamte Baugruppe aus. Verwenden Sie den richtigen Klebstoff und bereiten Sie die Oberfläche entsprechend vor.
• Toleranzen außer Acht lassen: Eine Vergrößerung des Luftspalts um 0,1 mm kann den Wirkungsgrad des Motors um mehrere Prozent verringern. Präzision hat ihren Preis.

Praxisbeispiel: Warum Segmentmagnete in Elektromotoren für Elektrofahrzeuge die Nase vorn haben

Hier ist eine kurze Fallstudie aus meiner Erfahrung in der Zusammenarbeit mit Automobilherstellern.

Ein Kunde kam mit einem Rotorkonzept zu uns, bei dem ein einziger großer Ringmagnet zum Einsatz kam. Die Herstellung war kostspielig und die Magnetisierung schwierig. Durch die Umstellung auf 24 ringförmig angeordnete Segmentmagnete konnten sie:

• Senkung der Herstellungskosten um 18%
• Verbesserte Gleichmäßigkeit des Magnetfelds durch 12%
• Einfachere Montage und Austausch

Das Ergebnis? Ein effizienterer Motor, der einfacher zu bauen war.

Das ist die Stärke der Segmentierung.

Fazit

Was sind also Segmentmagnete? Es handelt sich um gebogene, bogenförmige Bausteine, die den Betrieb leistungsstarker rotierender Maschinen ermöglichen. Von Elektrofahrzeugmotoren bis hin zu Windkraftanlagen liefern diese Magnete starke, gebündelte Magnetfelder in Geometrien, die Einteilmagneten nicht erreichen können.

Wenn Sie im Jahr 2026 einen Motor, einen Generator oder eine Kupplung konstruieren, ist das Verständnis von Segmentmagneten unverzichtbar. Beginnen Sie mit dem Werkstoff, legen Sie die Magnetisierungsrichtung fest und vergessen Sie die Beschichtung nicht.

Sind Sie bereit für den nächsten Schritt? Lesen Sie meinen umfassenden Leitfaden zur Magnetauswahl – oder wenden Sie sich an einen Anbieter, der Ihnen dabei helfen kann, FEA bei Ihrem Entwurf.

Denn letztendlich verbessert der richtige Segmentmagnet nicht nur die Leistung. Er verschafft Ihnen einen Wettbewerbsvorteil.