由于其緊湊性和高扭矩密度，永磁同步電機(jī)在許多工業(yè)應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用，特別用于高性能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如潛艇推進(jìn)系統(tǒng)。永磁同步電機(jī)無需使用滑環(huán)進(jìn)行勵(lì)磁，從而降低了轉(zhuǎn)子的維護(hù)和損耗。永磁同步電機(jī)效率高，適用于高性能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如工業(yè)中的數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人和自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)。

通常，永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造必須同時(shí)考慮定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，以獲得高性能電機(jī)。

永磁同步電機(jī)的構(gòu)造

氣隙磁通密度：根據(jù)異步電機(jī)設(shè)計(jì)等確定，永磁轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)和使用開關(guān)定子繞組的特殊要求技巧此外，假設(shè)定子為開槽定子。氣隙磁通密度受到定子鐵芯飽和的限制。尤其是峰值磁通密度受輪齒寬度的限制，而定子背面決定了最大總磁通。

此外，允許的飽和水平取決于應(yīng)用。通常，高效電機(jī)的磁通密度較低，而設(shè)計(jì)用于最大扭矩密度的電機(jī)的磁通密度較高。氣隙磁通密度峰值通常在0.7–1.1Tesla范圍內(nèi)。應(yīng)注意，這是總磁通密度，即轉(zhuǎn)子和定子磁通的總和。這意味著如果電樞反作用力較小，意味著對準(zhǔn)扭矩較高。

然而，為了實(shí)現(xiàn)較大的磁阻轉(zhuǎn)矩貢獻(xiàn)，定子反作用力必須很大。機(jī)器參數(shù)表明，主要需要大m和小電感L來獲得對準(zhǔn)扭矩。這通常適用于低于基本速度的運(yùn)行，因?yàn)楦唠姼袝?huì)降低功率因數(shù)。

永磁材料：

磁鐵在許多設(shè)備中起著重要作用，因此，改善這些材料的性能非常重要，目前，人們的注意力集中在基于稀土金屬和過渡金屬的材料上，這些材料可以獲得具有高磁性的永磁體。根據(jù)技術(shù)的不同，磁鐵具有不同的磁性和機(jī)械性能，并表現(xiàn)出不同的耐腐蝕性。

釹鐵硼（Nd2Fe14B）和釤鈷（Sm1Co5和Sm2Co17）磁體是當(dāng)今最先進(jìn)的商業(yè)化永磁材料。在每一類稀土磁體中都有廣泛的各種等級。釹鐵硼磁體于20世紀(jì)80年代初開始商業(yè)化。它們廣泛存在今天在許多不同的應(yīng)用中使用。這種磁鐵材料的成本（按每種能源產(chǎn)品計(jì)算）與鐵氧體磁鐵的成本相當(dāng)，按每公斤計(jì)算，釹鐵硼磁體的成本大約是鐵氧體磁體的10到20倍。

用于比較永磁體的一些重要特性是：剩磁（Mr），它測量永磁體的強(qiáng)度磁場，矯頑力（Hcj），材料抗退磁的能力，能量積（BHmax），密度磁能；居里溫度（TC），溫度材料失去磁性時(shí)。釹磁體具有更高的剩磁、更高的矯頑力和能量積，但居里溫度通常較低類型，釹與鋱和鏑在為了在高溫下保持其磁性。

永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)

在永磁同步電機(jī)（PMSM）的設(shè)計(jì)中，永磁轉(zhuǎn)子的構(gòu)造基于三相感應(yīng)電機(jī)的定子框架，不改變定子和繞組的幾何形狀。規(guī)格和幾何形狀包括：電機(jī)的速度、頻率、極數(shù)、定子長度、內(nèi)外直徑、轉(zhuǎn)子槽數(shù)。永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)包括銅損耗、反電動(dòng)勢、鐵損和自感和互感、磁通、定子電阻等。

自感和互感的計(jì)算：

電感L可以定義為磁鏈與產(chǎn)生磁通的電流I的比率，單位為亨利（H），等于韋伯每安培。電感器是用來在磁場中儲(chǔ)存能量的裝置，類似于電容器在電場中儲(chǔ)存能量。電感器通常由線圈組成，通常纏繞在鐵氧體或鐵磁芯上，其電感值僅與導(dǎo)體的物理結(jié)構(gòu)以及磁通通過的材料的磁導(dǎo)率有關(guān)。

查找電感的步驟如下：1、假設(shè)導(dǎo)體中有電流I。2、使用畢奧-薩伐爾定律或安培環(huán)路定律（如果有）確定B足夠?qū)ΨQ。3、計(jì)算連接所有回路的總通量。4、將總磁通乘以回路數(shù)，得到磁鏈，通過對所需參數(shù)的評估，進(jìn)行永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)。

研究發(fā)現(xiàn)，采用釹鐵硼作為交流永磁轉(zhuǎn)子材料的設(shè)計(jì)提高了氣隙中產(chǎn)生的磁通，導(dǎo)致定子內(nèi)半徑減小，而采用釤鈷永磁轉(zhuǎn)子材料的定子內(nèi)半徑較大。結(jié)果表明，釹鐵硼中的有效銅損耗降低了8.124%。對于作為永磁材料的釤鈷，磁通量將是一個(gè)正弦變化量。通常，永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造必須同時(shí)考慮定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，以獲得高性能電機(jī)。

結(jié)論

永磁同步電機(jī)（PMSM）是一種利用高磁性材料進(jìn)行磁化的同步電機(jī)，具有效率高、結(jié)構(gòu)簡單、易于控制等特點(diǎn)。這種永磁同步電動(dòng)機(jī)在牽引、汽車、機(jī)器人和航空航天技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用，永磁同步電機(jī)的功率密度高于相同額定值的感應(yīng)電機(jī)，因?yàn)闆]有專門用于產(chǎn)生磁場的定子功率。

目前，永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)不僅要求功率更大，而且要求質(zhì)量更低、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量更小。

審核編輯 ：李倩