永磁同步电机和向量电机的区别（永磁同步电机原理）

首先，看下永磁同步电机的定义，永磁同步电机中的永磁是指电机的转子是永磁铁，也叫永磁体。同步意思是转子频率和定子频率是一样的，其转速不会因为负载的变化而变化。电机是指将电能转化为机械能的装置，是一种电磁机械装置。

我们再看一下永磁电机是怎么转起来的，其实电机就是利用磁场的异性相吸的原理，如下图，如果蓝灰色的外圈磁铁旋转起来就能吸引让里面的磁铁跟随旋转。

电机用到的磁场原理

那么，怎么才能让外圈这个磁铁旋转起来呢? 我们总不能用一个旋转的东西来带动外圈，然后再得到内部磁铁旋转吧? 如果是这样，那么这最多是一个联轴器了，而不是电机。永磁同步电机是通过电转磁的方式，让外圈磁场旋转起来，而不是让外圈机械式的旋转，这种通过电转磁让定子磁场旋转起来的方式就是永磁同步电机的核心了。

电机的伟大之处就是将无形的电场转化成无形的磁场，而发现这个物理量能互相转化经历几位伟大的物理学家，在这里我们简单介绍下，以方便大家理解永磁同步电机的原理。

1820年7月，丹麦的物理学家奥斯特（H.C.Oersted，1777-1851）发表了一篇文章《关于磁针上电流碰撞的实验》，向科学界宣布了电流的磁效应以来，人们才知道，电和磁有一定关系。

奥斯特指针实验

电学领域的大师安培，反应非常迅速，并敏锐地意识到这个现象一定能挖掘出一个全新的领域。经过一系列的物理实验，和数学推理，仅用了几个月安培就弄清楚了电产生磁的根本原因，并提出了磁场的概念，同时指出磁场是由运动的电荷（即电流）产生的。同时归纳了简单易记的安培法则。

安培法则

这时候那位将人类工业带入电气化的物理学家法拉第站出来了，提出了电磁感应定律，定量描述了电和磁的大小关系，发明了第一个电机模型，并首次实现了磁转电，为后来的交流发电机奠定基础。法拉第的伟大就在于，他不仅通过实现推导出物理理论，还通过实验直接将物理理论直接转化为伟大的发明，可以说法拉第的电机，电动机，交流电理论助推人类工业进入电气化时代。

法拉第第一台电机

法拉第实现了磁转电

再后来洛伦兹，麦克斯韦将电磁理论更加简单化，亲民化。

至此电磁理论就已经健全了，不过这时候的电机还是直流电机，原理如下，让永磁体固定，通电线圈在磁场中通过不断切换电流方向实现线圈的永久旋转。

直流电机应用也非常广，但是它不是我们今天的主角。我们今天只介绍永磁同步电机。

说到永磁同步电机这我们不得不提一个人——尼古拉·特斯拉。特斯拉在前人的基础上，创新性的将交流电用在线圈中，通过线圈里面交流电的相位角差。得到可交替变化的磁场。

下图是一个典型的永磁同步电机的绕组，3相绕组在空间120°电角度布置，绕组里面分别通相位相差120°的三相交流电。

假设我们先给绿色线圈通电，那么它将产生类似条形磁铁的磁场，中间的永磁体转子受力，开始绕中心轴旋转，当旋转到下一个绕组时，刚好下个绕组的磁级和转子中磁极相反，转子继续旋转。就这样外面的定子上绕组周期变化，磁极就旋转起来了。

注意，上面这个图里的条形磁铁只是为了帮助大家理解通电线圈的磁场方向，并不是电机里放置了一个磁铁！转子也不是单纯的一个磁铁，如果这样的话，会因为磁极方向单一导致受力不均匀，所以它一般是将更多个磁铁放在定子上组成定子磁组，这样就形成了一个SN极间隔的永磁转子。

讲到这里，大家应该能明白永磁同步电机的原理了，它的核心就是如何得到旋转磁场。永磁电机汇集了了众多伟大物理学家的理论和实验装置，比如法拉第的交流电，安培的电磁感应等等。但是，所有这些成果和理论最终在永磁同步电机中体现得淋漓尽致，而正是因为特斯拉对永磁同步电机和交流电的执著推广，我们今天才能这么方便地用上不同电压的各类电器设备。

现实中，永磁同步电机和发电机应用非常广，新能源汽车，风力发电中永磁同步电机和发电机都占有非常大的市场份额。我们在介绍这两个行业的时候会再次讨论永磁同步电机的优缺点，欢迎关注。

风电发电机

永磁同步电机结构

有时候仔细想想，安培，法拉第，特斯拉那个时代的物理学家太神了，竟能够发现并找到两种完全看不到的物理量之间的规律，而且能将这种无形的东西转换成看得到的，有规律的机械运动，不禁感慨电机是一个伟大的发明，物理是一个非常有魅力的专业！

最后，给大家布置一个作业。你知道下面的动图是什么类型电机的模型么?它是基于什么原理呢?