图 2-1(a) 永磁同步电机                    图 2-1 (b) 无刷直流电机

2。3  永磁同步电机的结构

2。3。1 定子

PMSM 的定子绕组目前有分布式与集中式两种结构。分布式绕组与异步电 动机的定子交流绕组相似，一般希望分布在定子槽中的定子绕组产生的理想磁通 势为正弦波，然而实际绕组不会产生理想的正弦波。定义每极每相槽数 q=Z/(2npm),Z 为定子槽数，np 为电动机极对数，m 为电动机定子绕组相数。若 q 值较大，采用双层短距绕组（即线圈的跨距小于一个极距）可以改善电动势的波 形。但是，极数多的电动机和 q 值大的电动机在制造工艺上比较难以实现，并且 端部较长的电动机也会增加铜耗。

与分布式绕组的传统电动机相比较而言，集中式绕组的端部较短，工艺相对 简单，结构更加紧凑。采用集中式绕组后，绕组端部的铜耗量可以显著减少，特 别是电动机的轴向长度很短的时候，效果更加明显。由于其性价比高，分数槽集

中绕组永磁电动机受到越来越多的关注。分数槽集中绕组永磁电动机每个线圈只 绕在一个齿上，绕线简单且可以自动绕线，所以价格方面会更低。分数槽绕组的 极数和齿数需要按合适的比例进行组合。PMSM 的定子铁心与传统电励磁同步 电动机相同，采用叠片结构以减小电动机运行时的铁耗。

2。3。2 转子

永磁同步电动机的转子包括永磁体、转子铁心、转轴、轴承等。传统的电网 供电异步启动永磁同步电动机的转子会安装有笼形绕组，现代变频调速用永磁同 步电机通常不会安装转子绕组[1]。

具体来说，根据永磁体在转子铁心中的位置可以划分为表面式与内嵌式 PMSM，其中表面式 PMSM（SPM）转子结构又可以分为面贴式与插入式两种， 如图 2-2 所示。

面贴式插入式内嵌式

图 2-2 PMSM 根据转子的分类

2。4 PMSM 的数学模型

研究电机，主要就是对它的几个重要的公式的深入研究，一是由牛顿第二定 律得出的运动方程；二和是由能量守恒定律得出的转矩方程；三是由定子转子互 相作用合成的磁链方程；四是根据 ABC 坐标系列出的电压方程。为了更方便地 对 PMSM 的数学模型进行分析，我们将此 PMSM 做以下理想化的设定：

(1)定子接线方式为在圆形平面上互隔 120 度的机械角度的 ABC 相接线； (2)认为 PMSM 主磁场随着气隙空间仅有正弦波方式的几何散布； (3)认为齿槽对气隙磁场不形成作用；

(4) 认为转子和定子的铁芯不造成磁滞损耗和涡流损耗；

(5)电机参数不随外界因素(如温度使用寿命等）无变化；

图 2-3 静止坐标系等效模型

从图 2-3 中可以看出，三相坐标由 ABC 表示，电机转动角速度由ωr 代表，

θ 代表了电机角速度与主磁场的角度。

2。4。1 定子电压方程

从式子中看出，转子在定子中的感应电压由��、��、�� 表示；L 表示定子绕

组自感；�′表示绕组间互感；P  代表微积分因数，P=d/dt；R 代表定子绕组电阻； 定子电流由