永磁同步电机原理、特点、应用详解

电机对于工农业来说至关重要，本文将会对电机的定义、分类、电机驱动的分类进行简介，并详细介绍永磁同步电机的原理、特点以及应用。

电机的定义

所谓电机，顾名思义，就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。当电能被转换成机械能时，电机表现出电动机的工作特性；当电能被转换成机械能时，电机表现出发电机的工作特性。电机主要由转子，定子绕组，转速传感器以及外壳，冷却等零部件组成。

电机的分类

按结构和工作原理划分：直流电动机、异步电动机、同步电动机。
按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。
交流电机还可分：单相电机和三相电机。
直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。
有刷直流电动机可划分：永磁直流电动机和电磁直流电动机。
电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。
永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。

按结构和工作原理划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。
同步电机可划分：永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。
异步电机可划分：感应电动机和交流换向器电动机。
感应电动机可划分：三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。
交流换向器电动机可划分：单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。
按起动与运行方式划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。
按用途划分：驱动用电动机和控制用电动机。

永磁同步电机

所谓永磁，指的是在制造电机转子时加入永磁体，使电机的性能得到进一步的提升。而所谓同步，则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。因此，通过控制电机的定子绕组输入电流频率，电动汽车的车速将最终被控制。而如何调节电流频率，则是电控部分所要解决的问题。

永磁同步电动机的特点

永磁电动机具有较高的功率/质量比，体积更小，质量更轻，比其他类型电动机的输出转矩更大，电动机的极限转速和制动性能也比较优异，因此永磁同步电动机已成为现今电动汽车应用最多的电动机。但永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降，或发生退磁现象，有可能降低永磁电动机的性能。另外，稀土式永磁同步电动机要用到稀土材料，制造成本不太稳定

永磁同步电机与异步电机

除了永磁同步电机，异步电机也因特斯拉的使用而被广泛关注。与同步电机相比起来，电机转子的转速总是小于旋转磁场（由定子绕组电流产生）的转速。因此，转子看起来与定子绕组的电流频率总是“不一致”，这也是其为什么叫异步电机的原因。

相比于永磁同步电机，异步电机的优点是成本低，工艺简单；当然其缺点就是其功率密度与转矩密度要低于永磁同步电机。而特斯拉ModelS为何选用异步电机而不是永磁同步电机，除了控制成本这个主要原因之外，较大的ModelS车体能够有足够空间放的下相对大一点的异步电机，也是一个很重要的因素。

永磁同步电动机怎样产生动力？

在交流异步电动机中，转子磁场的形成要分两步走：第一步是定子旋转磁场先在转子绕组中感应出电流;第二步是感应电流再产生转子磁场。在楞次定律的作用下，转子跟随定子旋转磁场转动，但又“永远追不上”，因此才称其为异步电动机。如果转子绕组中的电流不是由定子旋转磁场感应的，而是自己产生的，则转子磁场与定子旋转磁场无关，而且其磁极方向是固定的，那么根据同性相斥、异性相吸的原理，定子的旋转磁场就会拉动转子旋转，并且使转子磁场及转子与定子旋转磁场“同步”旋转。这就是同步电动机的工作原理。

根据转子自生磁场产生方式的不同，又可以将同步电动机分为两种：

一是将转子绕组通上外接直流电（励磁电流），然后由励磁电流产生转子磁场，进而使转子与定子磁场同步旋转。这种由励磁电流产生转子磁场的同步电动机称为励磁同步电动机。

二是干脆在转子上嵌上永久磁体，直接产生磁场，省去了励磁电流或感应电流的环节。这种由永久磁体产生转子磁场的同步电动机，就称为永磁同步电动机。

以下是通用汽车和奥迪的永磁同步电动机的构造：