永磁同步電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和殼體部件構(gòu)成。與普通交流電機(jī)一樣，定子鐵芯為疊片結(jié)構(gòu)，以減小電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)因渦流和磁滯效應(yīng)鐵耗；繞組通常也為三相對(duì)稱結(jié)構(gòu)，只是參數(shù)選取有較大區(qū)別。轉(zhuǎn)子部分則形式多樣，有帶啟動(dòng)鼠籠的永磁轉(zhuǎn)子，也有內(nèi)嵌式或表貼式純永磁轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子鐵芯可以制成實(shí)心結(jié)構(gòu)，也可以疊片而成。轉(zhuǎn)子上裝有永磁體材料，大家習(xí)慣上稱之為磁鋼。

永磁電機(jī)正常工作下，轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)處于同步狀態(tài)，轉(zhuǎn)子部分沒有感應(yīng)電流，無轉(zhuǎn)子銅耗和磁滯、渦流損耗，不需要考慮轉(zhuǎn)子損耗發(fā)熱問題。一般永磁電機(jī)為專用變頻器供電，天然具有軟啟動(dòng)功能。另外，永磁電機(jī)屬于同步電機(jī)，具有同步電機(jī)通過勵(lì)磁強(qiáng)弱調(diào)節(jié)功率因數(shù)的特點(diǎn)，因而功率因數(shù)可以設(shè)計(jì)到規(guī)定數(shù)值。

從起動(dòng)角度分析，緣于永磁電機(jī)由變頻電源或配套變頻器起動(dòng)的實(shí)際，永磁電機(jī)的起動(dòng)過程實(shí)現(xiàn)很容易；與變頻電機(jī)的起動(dòng)相似，規(guī)避了普通籠型異步電機(jī)的起動(dòng)缺陷。

總之，永磁電機(jī)的效率和功率因數(shù)可以達(dá)到很高，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，近十幾年來市場(chǎng)十分火爆。但是，失磁故障是永磁電機(jī)不可回避的問題，當(dāng)電流過大或溫度過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)繞組溫度瞬間不斷攀升、電流急劇增大，永磁體迅速失磁。在永磁電機(jī)控制中，設(shè)定了過電流保護(hù)裝置，避免了電機(jī)定子繞組被燒毀的問題，但由此而導(dǎo)致的失磁和設(shè)備停運(yùn)不可避免。

相對(duì)于其他電機(jī)，永磁電機(jī)在市場(chǎng)上的應(yīng)用還不是很普及，無論對(duì)于電機(jī)制造者還是使用者，都有一些未知的技術(shù)盲區(qū)，特別是涉及到與變頻器的匹配問題，往往會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)值與試驗(yàn)數(shù)據(jù)嚴(yán)重不符，必須反復(fù)驗(yàn)證。

電機(jī)設(shè)計(jì)過程涉及一些基本考慮因素，對(duì)于啟動(dòng)器，應(yīng)用環(huán)境的要求，什么時(shí)候需要什么扭矩和速度，多久需要一次？什么是工作循環(huán)？溫度和壓力等環(huán)境條件是什么？即使是最高效的電機(jī)，如果電機(jī)應(yīng)用錯(cuò)誤的領(lǐng)域，其不會(huì)發(fā)揮最大的效率。許多電動(dòng)機(jī)都用于齒輪電動(dòng)機(jī)、齒輪減速器和電動(dòng)機(jī)的組合。齒輪馬達(dá)以低速提供高扭矩，簡(jiǎn)言之，齒輪電機(jī)在放大扭矩的同時(shí)，會(huì)吸收電機(jī)功率并降低轉(zhuǎn)速，齒輪電機(jī)占空比會(huì)影響電機(jī)的性能額定值，例如連續(xù)的占空比。

最佳冷卻設(shè)計(jì)外殼

一個(gè)冷卻較好的馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)效率更高，為了獲得最佳的氣流，優(yōu)化了冷卻風(fēng)扇和風(fēng)扇罩的設(shè)計(jì)，確保定子和電機(jī)外殼之間的緊密結(jié)合提供最佳的冷卻性能。電機(jī)的電效率提高了很多，但冷卻風(fēng)扇的功率占總損耗的比例更大。冷卻風(fēng)扇尺寸的優(yōu)化包括使用風(fēng)扇的最小功率，同時(shí)提供足夠的冷卻。優(yōu)化的風(fēng)扇設(shè)計(jì)可使風(fēng)扇功率需求降低65%，一個(gè)重要的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是葉片和殼體之間的間隙。外殼和風(fēng)扇葉片之間的空間應(yīng)盡可能小，以防止湍流和減少回流。

選擇適合工作速度的低摩擦軸承

滾珠或滾柱軸承用于高效電機(jī)，它們由一個(gè)內(nèi)外圈和一個(gè)包含鋼或陶瓷輥或球的保持架組成。外圈與定子相連，內(nèi)圈與轉(zhuǎn)子相連。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，元件也旋轉(zhuǎn)，并且軸旋轉(zhuǎn)的摩擦力最小化。它們使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)成本低。高精度應(yīng)用允許最小的氣隙。熱收縮和熱膨脹會(huì)影響軸和軸承座的配合以及內(nèi)部軸承間隙本隙 。功率輸出控制軸尺寸和軸承孔。載荷大小和方向決定軸承尺寸和類型?？紤]額外的力，如引起磁力拉力的不對(duì)稱氣隙、失衡力、齒輪的節(jié)距誤差和推力載荷。對(duì)于軸承載荷計(jì)算，將軸視為支撐在剛性無力矩支架上的梁。滾珠軸承比滾子軸承更適合高速應(yīng)用。高速因素包括保持架設(shè)計(jì)、潤(rùn)滑劑、運(yùn)行精度、間隙、共振頻率和平衡。

軸承需要最小的負(fù)載，因此滾動(dòng)元件旋轉(zhuǎn)形成潤(rùn)滑膜而不是滑動(dòng)，這會(huì)提高工作溫度并降解潤(rùn)滑油。允許最小載荷等于滾珠軸承動(dòng)態(tài)徑向載荷額定值的0.01倍。當(dāng)軸承接近推薦額定值的70%時(shí)，這一點(diǎn)尤為重要。了解環(huán)境溫度范圍和正常工作溫度范圍將有助于確定軸承最有效的潤(rùn)滑方法：潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂，一般情況下考慮的齒輪電機(jī)的正常工作溫度范圍為-25至40°C。合成潤(rùn)滑脂在各種溫度范圍內(nèi)具有良好的性能，潤(rùn)滑脂可以簡(jiǎn)化維護(hù)、清潔、減少泄漏和污染保護(hù)。

使用高質(zhì)量的平衡機(jī)，高標(biāo)準(zhǔn)和電機(jī)運(yùn)行速度下的平衡

當(dāng)軸心與旋轉(zhuǎn)軸不共存時(shí)，會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，平衡對(duì)效率的影響有限，但會(huì)影響運(yùn)行噪音和預(yù)期壽命，這對(duì)最大限度地利用資源也很重要。軸承振動(dòng)讀數(shù)通常在垂直、水平和軸向三個(gè)平面上讀取。垂直振動(dòng)可能表明存在安裝問題，水平振動(dòng)可能意味著平衡問題，而軸向振動(dòng)可能意味著軸承問題。工作轉(zhuǎn)速下的平衡很重要，因?yàn)檩S承的向心力也可能導(dǎo)致不平衡。

轉(zhuǎn)子疊片顯示正弦磁場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

具有高性能永磁的同步電機(jī)具有正弦磁通分布和電動(dòng)勢(shì)，對(duì)于分布式繞組，定子繞組通常與異步電機(jī)繞組相同，它降低了振動(dòng)、噪音和維護(hù)成本，提高了整體性能。

稀土與鐵氧體（陶瓷）磁體的選擇

電機(jī)中使用了釹、稀土、釤鈷磁鐵或鐵氧體（陶瓷）磁鐵，稀土磁鐵的強(qiáng)度是鐵氧體或陶瓷永磁體的兩到三倍，但價(jià)格較貴。釤鈷磁鐵是高溫應(yīng)用的最佳選擇，因?yàn)樗鼈兙哂懈吣芰棵芏取?50至550°C的耐溫性、溫度升高導(dǎo)致的參數(shù)小幅度降低以及氧化保護(hù)，選擇釤鈷或釹作為電機(jī)磁鐵是根據(jù)工作溫度、耐腐蝕性和要求的性能。如果加熱到80℃以上，低等級(jí)的釹磁鐵可能開始失去“強(qiáng)度”，高等級(jí)的釹磁鐵在220℃以下的溫度下工作。鐵氧體或陶瓷磁鐵由于其很強(qiáng)的電阻而得到廣泛的認(rèn)可，退磁性好，耐腐蝕性強(qiáng)，價(jià)格低廉。在250°C以上的溫度下工作時(shí)會(huì)發(fā)生磁損耗，但當(dāng)磁鐵降到較低的溫度時(shí)會(huì)恢復(fù)磁損耗。除非電路設(shè)計(jì)用于極端情況，否則-40°C的低溫可能會(huì)導(dǎo)致永磁強(qiáng)度的永久損失。

電機(jī)需要逆變器

逆變器驅(qū)動(dòng)單元在空載運(yùn)行/靜止?fàn)顟B(tài)下可以無損耗，通過替換現(xiàn)有的線路供電的三相驅(qū)動(dòng)裝置，預(yù)計(jì)可以節(jié)省高達(dá)30%的能源。驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)使其非常適合驅(qū)動(dòng)連續(xù)運(yùn)行的泵和風(fēng)扇。不需要額外的組件，比如編碼器。高達(dá)25%的占地面積允許機(jī)器設(shè)計(jì)更緊湊。電機(jī)具有良好的控制性能，并與無傳感器驅(qū)動(dòng)控制器單元相結(jié)合，即使在低速下也具有出色的真實(shí)運(yùn)行性能，在脈沖負(fù)載和速度變化時(shí)具有令人印象深刻的動(dòng)態(tài)特性。

選擇能夠提供無傳感器操作的逆變器

驅(qū)動(dòng)器可以“自我檢測(cè)”并跟蹤轉(zhuǎn)子的永磁位置。這對(duì)于電機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)至關(guān)重要，同時(shí)也允許產(chǎn)生最佳扭矩，從而獲得最佳效率。缺少位置或速度傳感器降低了成本，提高了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。隨著效率的不斷提高，對(duì)特定電機(jī)的控制器設(shè)置進(jìn)行編程以獲得最佳效率的重要性越來越重要。

永磁同步電機(jī)，準(zhǔn)確的講，應(yīng)該叫異步起動(dòng)同步運(yùn)轉(zhuǎn)的永磁電機(jī)。這種電機(jī)，使用中可以同尺寸代替原來的Y,Y2,Y3等電機(jī)。減少了更換過程的麻煩。與普通電機(jī)相比，永磁電機(jī)有其自己的特點(diǎn)：

1、轉(zhuǎn)速恒定，為同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速較普通電機(jī)稍高，比如普通電機(jī)4極轉(zhuǎn)速為1400n/min多轉(zhuǎn)，永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速就是1500n/min，丟轉(zhuǎn)少。

2、功率因數(shù)高。永磁電機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速一致，轉(zhuǎn)子磁極采用永磁磁鋼，沒有電流，定子上感應(yīng)電流減小，因此功率因數(shù)高?？梢酝ㄟ^合理的設(shè)計(jì)，可使其工作在滯后功率因數(shù)、單位功率因數(shù)和超前功率因數(shù)。一般滯后功率因數(shù)都可以達(dá)到和超過0.95，大量使用永磁電機(jī)，可以省去無功功率補(bǔ)償器等設(shè)備。

3、效率高，特別是運(yùn)行效率高。永磁電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子磁極采用永磁體--釹鐵硼磁鋼，靠永磁體的磁場(chǎng)就可以保證電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此轉(zhuǎn)子也就沒有繞組損耗。轉(zhuǎn)子鐵耗也沒有，因此效率較普通電機(jī)高的多。目前，永磁同步電機(jī)一般設(shè)計(jì)很容易達(dá)到GB/T18613-2012版規(guī)定的2級(jí)能效，甚至達(dá)到1級(jí)指標(biāo)；而普通電機(jī)，設(shè)計(jì)達(dá)到相應(yīng)的性能就比較麻煩，這在小功率電機(jī)中表現(xiàn)的尤為明顯。

4、永磁同步電機(jī)具有較寬的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍。普通電機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍一般為額定負(fù)載的60~100%，低于60%的負(fù)載時(shí)，電機(jī)的效率和功率因數(shù)曲線下降很快，運(yùn)行效率和功率因數(shù)很低。而永磁同步電機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍遠(yuǎn)比普通電機(jī)寬，不僅在額定負(fù)載時(shí)效率很高，而且在25~120%額定負(fù)載的范圍內(nèi)都有較高的效率，效率曲線比較平滑，變化不大。電機(jī)效率基本不低于額定效率的80%。而普通電機(jī)在35%額定負(fù)載附近效率迅速下降，能低至30~40%。永磁電機(jī)在25%的負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)也可以達(dá)到0.9以上，越輕載功率因數(shù)越高；而普通電機(jī)從額定負(fù)載時(shí)的0.85左右迅速下降到0.5以下。

5、體積小，重量輕。由于永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子上應(yīng)用了稀土永磁材料，損耗低，效率和功率因數(shù)高，達(dá)到同樣的功率，在保證效率和功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，體積可以做的比普通電機(jī)小，重量可以輕。這在一些要求小機(jī)座號(hào)，做大功率的場(chǎng)合，具有普通電機(jī)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

6、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)高。普通電機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)一般是額定轉(zhuǎn)矩1.6~2.3倍，而永磁電機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩一般可達(dá)2.4倍以上，有些規(guī)格甚至可達(dá)到3.5倍以上。有些場(chǎng)合稱永磁電機(jī)為“高效高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)”，在一些設(shè)備起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求高的情況下，很多采用高滑差電機(jī)，但效率很低；再者就是增大容量，以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，負(fù)載率很低，效率和功率因數(shù)都很低，造成設(shè)施和能源的浪費(fèi)。而使用永磁電機(jī)，達(dá)到同樣的轉(zhuǎn)矩，就可以適當(dāng)?shù)臏p小電機(jī)容量，永磁電機(jī)功率因數(shù)和效率都較高，節(jié)能效果就很明顯。

7、可以實(shí)現(xiàn)低速高效率。普通電機(jī)10極以上的電機(jī)很少，不是技術(shù)上達(dá)不到，而是轉(zhuǎn)速越低，效率做不高，而且機(jī)座號(hào)做的很大，功率很小，這在以前被認(rèn)為劃不來的事。而永磁電機(jī)可以把極數(shù)做的很高，異步起動(dòng)永磁電機(jī)有24極的，甚至32極。轉(zhuǎn)速做的很低，可以對(duì)一些設(shè)備采用直驅(qū)，省去減速設(shè)施，從節(jié)能的角度來講，這樣可以提高效率。而且永磁電機(jī)因?yàn)檗D(zhuǎn)子損耗小，雖然極數(shù)高，效率也可以做的很高，節(jié)能前景很好。

8、永磁電機(jī)成本高，加工工藝復(fù)雜。由于使用了高性能的稀土永磁材料釹鐵硼，所以制造成本較高。永磁體放置在轉(zhuǎn)子內(nèi)部，設(shè)計(jì)和安裝工藝復(fù)雜，也增加了制造成本。當(dāng)然，隨著新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷推陳出新，成本較永磁同步主機(jī)剛開始推行要減少的很多。

9、永磁電機(jī)的起動(dòng)有自己的特點(diǎn)。一般永磁電機(jī)不可以采用降壓起動(dòng)方式，因?yàn)槠胀ㄓ来烹姍C(jī)（380V,50HZ),在電壓降低到330V時(shí)，起動(dòng)困難，轉(zhuǎn)子抖動(dòng)厲害。小功率的永磁電機(jī)一般采用直接起動(dòng)的方式。大功率的永磁電機(jī)，在變壓器容量足夠大的情況下，而且對(duì)設(shè)備機(jī)械沖擊要求不嚴(yán)的情況下也可以直接起動(dòng)。否則，建議采用變頻器驅(qū)動(dòng)的軟起動(dòng)方式。

10、三相交流永磁同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，可以采用“定子繞組封星”方式，來提供電梯非驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下，制動(dòng)器失效時(shí)的電動(dòng)機(jī)本身所產(chǎn)生的制動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩，以抑制意外狀態(tài)下的“快速溜車”，但該連接方式所起到的作用不能與電梯的上行超速保護(hù)裝置、電梯意外移動(dòng)的保護(hù)裝置混淆。