驱动电机及控制技术：永磁电机转子结构详解

在电机中用永久磁铁作磁极，可以省去励磁绕组，使电机结构得以简化。永久磁铁在转子上的安装方式大体上可以分为表面贴装式、嵌入式和内置式等类别，如图4-1所示。为了分析方便，我们将磁极轴线称为d轴（直轴），将相邻两磁极之间的中心线称为q轴（交轴）。

如图4-1（a）所示，表面贴装式磁极是将永久磁铁贴装在转子圆柱形铁芯表面，这种结构比较简单。由于永久磁铁的磁导率接近空气的磁导率，d轴与q轴的磁阻基本相同。将磁铁贴在转子表面，将使得定转子铁芯间隙较大，也就是磁路的磁阻较大，不过定子电流对转子磁场的影响（称为“电枢反应”）也可降低。

图4-1　永磁电机转子结构的几种主要类型

（a）表面贴装式；（b）嵌入式；（c）内置式；（d）多层内置式(www.xing528.com)

如图4-1（b）所示，嵌入式磁极是将永久磁铁嵌入转子表面以下，结构也比较简单。这种结构造成转子铁芯的多齿形状，d轴与q轴磁阻明显不同，d轴磁阻大而q轴磁阻小，这可以产生额外的磁阻转矩，有利于改善运行性能。

如图4-1（c）所示，内置式磁极是将磁铁埋入转子铁芯内部，并在q轴附近安装非磁性材料以避免相邻的N、S极磁力线自行短接。这种结构比较复杂，但机械强度高，使设计10 000r/min以上的超高速电机成为可能。同时定转子铁芯间隙较小，磁阻较小，并且d轴与q轴磁阻差别很大，因此具有较大的磁阻转矩。

为了进一步增大d轴与q轴的磁阻差，常常将内置永磁铁做成多层形式，如图4-1（d）所示，这种结构也比较复杂，但永磁电机磁阻转矩更大，有利于提高调速控制性能。有这种转子的电机也称为永磁磁阻同步电机。

图4-1（a）为隐极式磁极，而图4-1（b）、图4-1（c）、图4-1（d）都为凸极式磁极。可见永磁同步电机转子结构不同，造成电机定转子间气隙大小、铁芯形状以及磁力线的分布走向等都不相同，这对电机运行性能将会产生很大的影响。