三、永磁电动机
   1．永磁电动机的种类
    按永久磁铁在永磁电动机上布置，可以将永磁电动机分为内部永磁型IPM、表面永磁型SPM和镍嵌式（混合式）永磁型ISPM几种结构形式，将永磁磁极按N极和S级顺序排列组成永磁电动机的磁性转子。
    （1）内部永磁型磁性转子  内部永磁型磁性转子的磁路结构可分为径向型磁路结构、切向型磁路结构和混合型磁路结构。
    图16中1~5所示为径向型内部永磁转子的结构，径向型磁路磁性转子漏磁小，而且不需要隔离环，但它的每个磁极的有效面积约为切向型内部永磁转子的一半，为了提高径向型内部永磁转子的有效面积，多采用图16中5的截面形状。图16中6~8所示为切向型内部永磁转子结构磁转子的结构，切向型内部永磁转子会因为q轴电枢反应较强，从而减少了有效转矩，可以采用图16中8的形式，在转子上开闭口空气槽，可以改善对其转矩的影响。图16中9为混合型内部永磁转子结构。

   （2）表面永磁型磁性转子图16中10~12为表面永磁型转子结构，表面永磁型转子的应用正在逐渐增多。图17所示为表面永磁型转子永磁电动机的横截面图。

   （3）混合式永磁型磁性转子图18所示为一种混合式永磁型磁性转子，这种混合式永磁型磁性转子可以用嵌入永久磁铁中的励磁绕组来对磁通量进行控制，从而改变永磁电动机的机械特性。

    2. 磁极的数量
    一般感应电动机的磁极数量增多以后，电动机在同样的转速下，工作频率随之增加，定子的铜损也相应增加，将导致功率因数急剧下降，磁阻电动机的磁极数量增多以后，会使电动机输出的最大转矩与最小转矩之间的差值很大，对磁阻电动机的性能影响较大，独立励磁电动机的磁极数量增多以后，将无法达到额定的转矩。而永磁电动机的磁极增加一定数量以后，不仅对电动机的性能没有明显的影响，还可以有效地减小永磁电动机的尺寸和重量。永磁电动机的气隙直径和有效长度，取决于电动机的额定转矩、气隙磁通密度、定子绕组的线电流密度等参数变化的影响。气隙磁通密度主要受磁性材料磁性的限制，因此需要采用滋能密度高的磁性材料。另外，在气隙磁通密度相同的条件下，增加磁极的数量，就可以减小电动机磁极的横截面面积，从而减小电动机转子铁芯的直径。图19所示为一个四极永磁铁芯与一个十六极永磁转子铁芯的尺寸比较，以减小电动机的质量。增加磁通密度、改进磁路结构是提高永磁电动机性能和效率的主要途径。后者的截面面积要小于前者，因此可减弱电枢反应和提高电动机的转速。

    3. 永磁材料
    永磁电动机的永磁材料种类很多，如KS-磁钢、铁氧体、锰铝碳、铝镍钻和稀土合金等。铁氧体价格低廉，而且去磁特性接近一条直线，但铁氧体的磁能很低，使得永磁电动机的体积增大，结构很笨重。现代主要采用稀土合金永磁材料来制造永磁电动机的磁极，它的能量密度远远超过其池永磁材料制成的磁极。钕-铁-硼（Nd-Fe-B）稀土合金的磁能积最高，有最高的剩磁和矫顽力，加工性能好，资源广泛，应用发展最快，是目前最锂想的永磁材料，而且相对价格也比较低，磁极的磁性材料不同，电动机的磁通量密度也不同，磁通量密度大时，永磁电动机的体积和质量都将减小。采用钕-铁-硼（Nd-Fe-B）稀土合金永磁材料时，由于其在高温时磁性会发生不可逆的急速衰退，以致完全失去磁性，因此，用钕-铁-硼稀土合金永磁材料制成的永磁电动机的工作温度必须控制在150℃以下，一般在电动机上要采取强制冷却钕-铁-硼稀土合金永磁材料要比衫-钴（Sm-Co）稀土合金具有更好的力学性能，价格也比较便宜，稀土合金永磁材料在制造中都必须进行适当加固，否则不能承受高速运转时的作用力。
    4．永磁无刷直流电动机
（1）永磁无刷直流电动机的结构  永磁无刷电动机可以看作是一台用电子换向装置取代机械换向的直流电动机，永磁无刷直流电动机主要由永磁电动机本体、转子位置传感器和电子换向电路组成。无论是结构或控制方式，永磁直流无刷电动机与传统的直流电动机都有很多相似之处：用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极；用具有多相绕组的定子取代电枢；用由固态逆变器和轴位置检测器组成的电子换向器取代机械换向器和电刷，如图20所示。

   （2）永磁无刷直流电动机的控制系统永磁无刷直流电动机具有很高的功率密度和宽广的调速范围。永磁无刷直流电动机的控制系统较为复杂，有多种控制策略，在采用方波电流（实际上方波为顶宽不小于120°的矩形波）的永磁无刷直流电动机的控制则比较容易，驱动效率也最高。方波电动机可以比正弦波电动机产生大15%左右的电功率，由于磁饱和等因素的影响，三相合成产生的恒定电磁转矩是一种脉动电磁转矩。永磁无刷直流电动机实际上是一种隐极式同步电动机，在正常运行时电枢电流磁动势与永磁磁极的磁动势在空间位置相差90°电角度。在高速运行时通过“弱磁调速”的技术来提速。
    永磁无刷直流电动机的基本控制系统，由直流电源、电容器、三相绝缘栅双极晶体管IGBT逆变器、永磁无刷直流电动机PMBDC、电动机转轴位置检测器PS、逻辑控制单元120°导通型脉宽调制信号发生器PWM驱动电路和其池一些电子器件共同组成。
    转轴位置检测器检测转轴位置的信号，并经过位置信号处理，将信号输送到逻辑控制单元，码盘检测电动机的转速，经过速度反馈单元、速度调节器，对电动机的运行状态进行判别，将信号输送到逻辑控制单元，经过逻辑控制单元计算后，将控制信号传送到PWM发生器。
    电流检测器按照闭环控制方式，将反馈电流进行综合，经过电流调节器调控，也将电流信号输入PWM发生器。
    由转轴位置检测器根据转角θ和速度调节器，对电动机的运行状态进行判别，共同发出转子位置的信号DA、DB、DC，以及电流检测器对电流的调控信号，共同输入PWM发生器后，产生脉宽调制的信号，自动换流来改变定子绕组的供电频率和电流的大小，控制逆变器的功率开关元件的导通规律。如图21所示，逆变器的功率开关由上半桥开关元件S1~S3和下半桥开关元件S4~S6组成，在同一时刻只有处于不同桥臂上的一只开关元件IGBT被导通（如S1和S6），电动机的电磁转矩T与开关元件导通的电流成正比。

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