永磁电动机原理

永磁同步电动机与普通异步电动机的不同是转子结构，转子上安装有永磁体磁极，永磁体磁极安装在转子铁芯圆周表面上，称为凸装式永磁转子。

根据磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用磁引力拉动转子旋转，于是永磁转子就会跟随定子产生的旋转磁场同步旋转
永磁同步电动机不能直接通三相交流的起动，因转子惯量大，磁场旋转太快，静止的转子根本无法跟随磁场旋转。

这种永磁同步电动机多用在变频调速场合，启动时变频器输出频率从0开始上升到工作频率，电机则跟随变频器输出频率同步旋转，是一种很好的变频调速电动机
交流永磁同步电动机
转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流电动机。

其转子转速n与磁极对数p、电源频率f之间满足n=f/p。

转速n决定于电源频率f，故电源频率一定时，转速不变，且与负载无关。

具有运行稳定性高和过载能力大等特点。

常用于多机同步传动系统、精密调速稳速系统和大型设备(如轧钢机)等。

同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。

它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。

正由于这样，同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。

为此，在很多时候，同步电动机是用以改进供电系统的功率因数的。

同步电动机在结构上大致有两种：
1、转子用直流电进行励磁。

它的转子做成显极式的，安装在磁极铁芯上面的磁场线圈是相互串联的，接成具有交替相反的极性，并有两根引线连接到装在轴上的两只滑环上面。

磁场线圈是由一只小型直流发电机或蓄电池来激励，在大多数同步电动机中，直流发电机是装在电动机轴上的，用以供应转子磁极线圈的励磁电流。

由于这种同步电动机不能自动启动，所以在转子上还装有鼠笼式绕组而作为电动机启动之用。

鼠笼绕组放在转子的周围，结构与异步电动机相似。

当在定子绕组通上三相交流电源时，电动机内就产生了一个旋转磁场，鼠笼绕组切割磁力线而产生感应电流，从而使电动机旋转起来。

电动机旋转之后，其速度慢慢增高到稍低于旋转磁场的转速，此时转子磁场线圈经由直流电来激励，使转子上面形成一定的磁极，这些磁极就企图跟踪定子上的旋转磁极，这样就增加电动机转子的速率直至与旋转磁场同步旋转为止。

2、转子不需要励磁的同步电机
转子不励磁的同步电动机能够运用于单相电源上，也能运用于多相电源上。

这种电动机中，有一种的定子绕组与分相电动机或多相电动机的定子相似，同时有一个鼠笼转子，而转子的表面切成平面。

所以是属于显极转子，转子磁极是由一种磁化钢做成的，而且能够经常保持磁性。

鼠笼绕组是用来产生启动转矩的，而当电动机旋转到一定的转速时，转子显极就跟住定子线圈的电流频率而达到同步。

显极的极性是由定子感应出来的，因此它的数目应和定子上极数相等，当电
动机转到它应有的速度时，鼠笼绕组就失去了作用，维持旋转是靠着转子与磁极跟住定子磁极，使之同步。

交流永磁电动机。

交流永磁同步电机伺服系统
电气伺服技术应用最广，主要原因是控制方便，灵活，容易获得驱动能源，没有公害污染，维护也比较容易。

特别是随着电子技术和计算机软件技术的发展，它为电气伺服技术的发展提供了广阔的前景。

早在70年代，小惯量的伺服直流电动机已经实用化了。

到了70年代末期交流伺服系统开始发展，逐步实用化，AC伺服电动机的应用越来越广,并且还有取代DC伺服系统的趋势成为电气伺服系统的主流。

永磁转子的同步伺服电动机由于永磁材料不断提高，价格不断下降，控制又比异步电机简单，容易实现高性能的缘故，所以永磁同步电机的AC伺服系统应用更为广泛。

目前，在交流同步伺服驱动系统中，普通应用的交流永磁同步伺服电动机有两大类。

一类称为无刷直流电动机，它要求将方波电流直入定子绕组（BLDCM）另一类称为三相永磁同步电动机，它要求输入定子绕组的电源仍然是三相正弦波形。

（PM•SM）
无刷直流电动机(BLDCM)，用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极，将原直流电动机的电枢变为定子。

有刷直流电动机是依靠机械换向器将直流电流转换为近似梯形波的交流电流供给电枢绕组，而无刷直流电动机(BLDCM)是将方波电流(实际上也是梯形波)直接输入定子。

将有刷直流电动机的定子和转子颠倒一下，并采用永磁转子，就可以省去机械换向器和电刷，由此得名无刷直流电动机。

BLDCM定子每相感应电动势为梯形波，为了产生恒定的电磁转矩，要求功率逆变器向BLDCM定子输入三相对称方波电流，而SPWM、PM、SM定子每相感应电动势为近似正弦波，需要向SPWM、PM、SM定子输入三相对称正弦波电流。

永磁同步电机的磁场来自电动机的转子上的永久磁铁，永久磁铁的特性在很大程度上决定了电机的特性，目前采用的永磁材料主要有铁淦氧，铝镍钴，钕铁硼以及SmCO5 Sm2CO17.
在转子上安装永磁铁的方式有两种。

一种是将成形永久磁铁装在转子表面，即所谓外装式；另一种是将形成永久磁铁埋入转子里面，即所谓内装式。

永久磁铁的形状可分为扇形和矩形两种。

根据确定的转子结构所对应的每相励磁磁动势的分布不同，三相永磁同步电动机可分为两种类型：正弦波型和方波型永磁同步电机，前者每相励磁磁动势分布是正弦波状，后者每相励磁磁动势分布呈方波状，根据子路
结构和永磁体形状的不同而不同。

对于径向励磁结构，永磁体直接面向均匀气隙，如果采用系统永磁材料，由于稀土永磁的取向性好，可以方便的获得具有较好方波形状的气隙磁场。

对于采用非均匀气隙或非均匀磁化方向长度的永磁体的径向励磁结构，气隙磁场波形可以实现正弦分布。

综上所述两类永磁AC同步伺服电动机的差异归纳如下:：
控制原理相似，给定指令信号加到AC伺服系统的输入端，电动机轴上位置反馈信号与给定位置相比较，根据比较结果控制伺服的运动，直至达到所要求的位置为止。

PM、SM和BLDCM二类伺服系统构成的基本思路是一致的。

两种永磁无刷电动机比较而言，方波无刷直流电动机具有控制简单、成本低、检测装置简单、系统实现起来相对容易等优点。

但是方波无刷直流电动机原理上存在固有缺陷，因电枢中电流和电枢磁势移动的不连续性而存在电磁脉动，而这种脉动在高速运转时产生噪声，在中低速又是平稳的力矩驱动的主要障碍。

转矩脉动又使得电机速度控制特性恶化，从而限制了由其构成的方波无刷直流电动机伺服系统在高精度、高性能要求的伺服驱动场合下的应用（尤其是在低速直接驱动场合）。

因此，对于一般性能的电伺服驱动控制系统，选用方波无刷直流电动机及相应的控制方式。

而PM、SM伺服系统要求定子输入三相正弦波电流，可以获得更好的平稳性，具有更优越的低速伺服性能。

因而广泛用于数控机床，工业机器人等高性能高精度的伺服驱动系统中。

钕铁硼，简单来讲是一种磁铁，和我们平时见到的磁铁所不同的是，其优异的磁性能而被称为“磁王”。

钕铁硼中含有大量的稀土元素钕、铁及硼，其特性硬而脆。

由于表面极易被氧化腐蚀，钕铁硼必须进行表面涂层处理。

表面化学钝
钕铁硼
化是目前很好的解决方法之一。

钕铁硼作为稀土永磁材料的一种具有极高的磁能积和矫顽力，同时高能量密度的优点使钕铁硼永磁材料在现代工
业和电子技术中获得了广泛应用，从而使仪器仪表、电声电机、磁选磁化等设备的小型化、轻量化、薄型化成为可能。

钕铁硼的优点是性价比高，具良好的机械特性；不足之处在于居里温度点低，温度特性差，且易于粉化腐蚀，必须通过调整其化学成分和采取表面处理方法使之得以改进，才能达到实际应用的要求。