首先，看下永磁同步電機的定義，永磁同步電機中的永磁是指電機的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，也叫永磁體。同步意思是轉(zhuǎn)子頻率和定子頻率是一樣的，其轉(zhuǎn)速不會因為負載的變化而變化。電機是指將電能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置，是一種電磁機械裝置。

我們再看一下永磁電機是怎么轉(zhuǎn)起來的，其實電機就是利用磁場的異性相吸的原理，如下圖，如果藍灰色的外圈磁鐵旋轉(zhuǎn)起來就能吸引讓里面的磁鐵跟隨旋轉(zhuǎn)。

電機用到的磁場原理

那么，怎么才能讓外圈這個磁鐵旋轉(zhuǎn)起來呢? 我們總不能用一個旋轉(zhuǎn)的東西來帶動外圈，然后再得到內(nèi)部磁鐵旋轉(zhuǎn)吧? 如果是這樣，那么這最多是一個聯(lián)軸器了，而不是電機。永磁同步電機是通過電轉(zhuǎn)磁的方式，讓外圈磁場旋轉(zhuǎn)起來，而不是讓外圈機械式的旋轉(zhuǎn)，這種通過電轉(zhuǎn)磁讓定子磁場旋轉(zhuǎn)起來的方式就是永磁同步電機的核心了。

電機的偉大之處就是將無形的電場轉(zhuǎn)化成無形的磁場，而發(fā)現(xiàn)這個物理量能互相轉(zhuǎn)化經(jīng)歷幾位偉大的物理學(xué)家，在這里我們簡單介紹下，以方便大家理解永磁同步電機的原理。

1820年7月，丹麥的物理學(xué)家奧斯特（H.C.Oersted，1777-1851）發(fā)表了一篇文章《關(guān)于磁針上電流碰撞的實驗》，向科學(xué)界宣布了電流的磁效應(yīng)以來，人們才知道，電和磁有一定關(guān)系。

奧斯特指針實驗

電學(xué)領(lǐng)域的大師安培，反應(yīng)非常迅速，并敏銳地意識到這個現(xiàn)象一定能挖掘出一個全新的領(lǐng)域。經(jīng)過一系列的物理實驗，和數(shù)學(xué)推理，僅用了幾個月安培就弄清楚了電產(chǎn)生磁的根本原因，并提出了磁場的概念，同時指出磁場是由運動的電荷（即電流）產(chǎn)生的。同時歸納了簡單易記的安培法則。

安培法則

這時候那位將人類工業(yè)帶入電氣化的物理學(xué)家法拉第站出來了，提出了電磁感應(yīng)定律，定量描述了電和磁的大小關(guān)系，發(fā)明了第一個電機模型，并首次實現(xiàn)了磁轉(zhuǎn)電，為后來的交流發(fā)電機奠定基礎(chǔ)。法拉第的偉大就在于，他不僅通過實現(xiàn)推導(dǎo)出物理理論，還通過實驗直接將物理理論直接轉(zhuǎn)化為偉大的發(fā)明，可以說法拉第的電機，電動機，交流電理論助推人類工業(yè)進入電氣化時代。

法拉第第一臺電機

法拉第實現(xiàn)了磁轉(zhuǎn)電

再后來洛倫茲，麥克斯韋將電磁理論更加簡單化，親民化。

至此電磁理論就已經(jīng)健全了，不過這時候的電機還是直流電機，原理如下，讓永磁體固定，通電線圈在磁場中通過不斷切換電流方向?qū)崿F(xiàn)線圈的永久旋轉(zhuǎn)。

直流電機應(yīng)用也非常廣，但是它不是我們今天的主角。我們今天只介紹永磁同步電機。

說到永磁同步電機這我們不得不提一個人——尼古拉·特斯拉。特斯拉在前人的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性的將交流電用在線圈中，通過線圈里面交流電的相位角差。得到可交替變化的磁場。

下圖是一個典型的永磁同步電機的繞組，3相繞組在空間120°電角度布置，繞組里面分別通相位相差120°的三相交流電。

假設(shè)我們先給綠色線圈通電，那么它將產(chǎn)生類似條形磁鐵的磁場，中間的永磁體轉(zhuǎn)子受力，開始繞中心軸旋轉(zhuǎn)，當旋轉(zhuǎn)到下一個繞組時，剛好下個繞組的磁級和轉(zhuǎn)子中磁極相反，轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。就這樣外面的定子上繞組周期變化，磁極就旋轉(zhuǎn)起來了。

注意，上面這個圖里的條形磁鐵只是為了幫助大家理解通電線圈的磁場方向，并不是電機里放置了一個磁鐵！轉(zhuǎn)子也不是單純的一個磁鐵，如果這樣的話，會因為磁極方向單一導(dǎo)致受力不均勻，所以它一般是將更多個磁鐵放在定子上組成定子磁組，這樣就形成了一個SN極間隔的永磁轉(zhuǎn)子。

講到這里，大家應(yīng)該能明白永磁同步電機的原理了，它的核心就是如何得到旋轉(zhuǎn)磁場。永磁電機匯集了了眾多偉大物理學(xué)家的理論和實驗裝置，比如法拉第的交流電，安培的電磁感應(yīng)等等。但是，所有這些成果和理論最終在永磁同步電機中體現(xiàn)得淋漓盡致，而正是因為特斯拉對永磁同步電機和交流電的執(zhí)著推廣，我們今天才能這么方便地用上不同電壓的各類電器設(shè)備。

現(xiàn)實中，永磁同步電機和發(fā)電機應(yīng)用非常廣，新能源汽車，風力發(fā)電中永磁同步電機和發(fā)電機都占有非常大的市場份額。我們在介紹這兩個行業(yè)的時候會再次討論永磁同步電機的優(yōu)缺點，歡迎關(guān)注。

風電發(fā)電機

永磁同步電機結(jié)構(gòu)

有時候仔細想想，安培，法拉第，特斯拉那個時代的物理學(xué)家太神了，竟能夠發(fā)現(xiàn)并找到兩種完全看不到的物理量之間的規(guī)律，而且能將這種無形的東西轉(zhuǎn)換成看得到的，有規(guī)律的機械運動，不禁感慨電機是一個偉大的發(fā)明，物理是一個非常有魅力的專業(yè)！

最后，給大家布置一個作業(yè)。你知道下面的動圖是什么類型電機的模型么?它是基于什么原理呢?