0.2 永磁同步电机发展现状

0.2.1 永磁同步电机概念

永磁同步电机以高动态性能、高效率和轻量化等特点著称，它与电力电子技术和微电子控制技术相结合，可以设计制造出多种性能优异的机电一体化产品和装备，代表着21世纪电机驱动系统发展方向之一。

永磁同步电机驱动系统除电机本身外，还包括逆变器、电流、位置及速度传感器和控制器等组件。控制器主要负责处理传感器反馈信息及实现对逆变器的控制。图0-1是永磁同步电机驱动系统典型结构框图，该种结构被广泛应用于大多数永磁同步电机应用系统中。

在图0-1所示的驱动系统中，位置反馈主要用于实现定子磁链和转子磁链同步，同时也用于速度估计，以完成永磁同步电机速度和位置的控制。电流传感器用于控制器重构三相电流，并实现电机电流控制，从而完成电机转矩控制。直流母线电压反馈用于PWM控制器，将电机电压命令转化为开关周期。由此可见，在永磁同步电机驱动系统中，电力电子、微电子控制器及位置检测技术等是永磁同步电机控制系统的关键技术，支撑着永磁同步电机控制系统的发展。

永磁电机是一种电能与机械能进行转换的电磁装置，它主要通过定子磁场和转子磁场相互作用而产生旋转转矩。与感应电机相比，两种电机在原理和结构等方面是相似的，定子结构基本一致，永磁电机与感应电机主要区别在于：转子激励是由固定的永磁体，而不是感应线圈实现的。

0.2.2 永磁同步电机发展历程

永磁同步电机的发展与永磁材料的发展密切相关。早在20世纪初，工业领域第一种永磁材料铝镍钴被生产出来，从而开启了永磁同步电机技术的发展历程。但铝镍钴永磁材料磁能积小，限制了永磁同步电机技术发展，直到稀土材料问世，才使永磁同步电机逐渐发展起来，并广泛应用于国民经济各个领域。

目前，获得广泛应用的稀土永磁电机主要经历了如下三个发展阶段。

第一阶段：20世纪60—70年代，因稀土永磁材料价格品贵，永磁电机的发展主要集中于航空、航天等特殊行业的高端领域。

第二阶段：20世纪80年代，随着钕铁硼永磁材料的出现及电力电子与微电子技术的发展，永磁同步电机成本大为降低，控制更易实现，故永磁同步电机研究与应用开始扩展到工业和民用领域。

第三阶段：20世纪90年代至今，永磁材料、电力电子和微电子及永磁同步电机设计与开发等技术都有了显著进步，从而使永磁电机的应用更为广泛，已经成为驱动系统的首选电机，代表着21世纪电机驱动系统发展的方向。

0.2.3 永磁同步电机分类

永磁同步电机主要由转子和定子两部分组成，其中定子由对称三相绕组和电枢铁芯组成，转子主要由转轴、永磁体及导磁轭铁构成。当三相正弦电流作用于定子时，在定子和转子空隙中会产生一个相同形状的磁动势，定子磁通和转子磁通的交互作用使永磁同步电机产生电磁转矩。

根据转子中永磁体位置不同，永磁同步电机可分为面装式、内插式和内埋式。面装式永磁同步电机的转子是由永磁体在转轴表面简单结合的，故该结构机械强度有限，但从磁性的角度看，该结构具有一定优势，主要是因为空气和磁铁几乎有相同的磁导率，永磁同步电机直轴和交轴电感相等，故转子磁场和定子磁场的交互不会产生磁阻转矩。

内插式和内埋式电机，磁铁被嵌装于转子内，该结构增强了转子机械强度，并且使得电机易于实现弱磁控制，比较适合高速的运行。但该结构电机的主要缺点是有磁阻转矩，增加了电机转矩控制的复杂度，且安装制造工艺复杂。

0.2.4 永磁同步电机特点

相对于感应电机，永磁同步电机具有很多优点：

（1）永磁同步电机能够提供较高的功率密度比，与相同功率的感应电机相比体积小，重量要轻；

（2）永磁同步电机具有较小的转动惯量，易于应用于对电机驱动系统要求较高的动态响应领域；

（3）永磁同步电机无滑环和电刷，使其鲁棒性增强、可靠性得到提高，更易应用于高速、超高速场合；

（4）永磁同步电机转子磁场和定子磁场同步，且转子磁场是由永磁体构成，无直接电能消耗，电机效率相对感应电机明显提高。

由此可知：永磁同步电机相对于感应电机具有高功率密度、高效率、高可靠性及结构简单、体积小、重量轻等优点。