大多数情况下，使用变频驱动器（VFD）控制交流电动机的速度。尽管许多情况涉及将VFD与带有定子绕组的感应电动机一起使用以产生旋转磁场，但它们也可以使用速度或位置反馈传感器作为VFD的参考来实现精确的速度控制。 在某些情况下，无需反馈传感器即可获得相对精确的速度控制。使用永磁（PM）电动机和称为“高频信号注入方法”的过程可以实现这一点。
永磁电机PM
交流感应电机（IM）通常也称为交流电动机。定子绕组产生旋转磁场。旋转磁场在转子棒中感应出电流。电流产生需要转子和磁场之间的速度差。磁场和电流之间的相互作用产生了驱动力。因此，交流感应电机是由变速驱动器操作的主要电机。
永磁电动机是一种交流电动机，它使用嵌入或附着在电动机转子表面上的磁铁。磁铁用于产生恒定的电动机磁通，而不是要求定子磁场通过链接到转子来产生磁场，就像感应电动机一样。称为线启动PM（LSPM）电动机的第四种电动机兼有这两种电动机的特性。LSPM电动机在转子内结合了PM电动机的磁体，而在鼠笼电动机的转子棒中则集成了它们，以最大程度地提高扭矩和效率。
通量，磁链，磁通量
要了解永磁电动机的运行，重要的是首先了解通量，磁通链和磁通量的概念。 ** 通量Flux **：在流体运动中，单位时间内流经某单位面积的某属性量，是表示某属性量输送强度的物理量。 ** 通链Flux Linkage **：导电线圈或电流回路所链环的磁通量。磁链等于导电线圈匝数N与穿过该线圈各匝的平均磁通量φ的乘积，故又称磁通匝。Ψ=Nφ ** 磁通量Magnetic Flux **：磁通量定义为流过给定导体横截面积的磁场的速率。磁通量场是由永磁电动机内部或表面上的永磁体产生的。 ** 电感器Inductor **:是由通常为线圈形式的导线组成的电路元件。承载恒定电流的导体将产生恒定磁场。可以证明，磁场和产生磁场的电流呈线性关系。 改变磁场将在附近的导体中感应出一个电压，该电压与产生磁场的电流的变化率成比例。导体中的电压由以下公式确定：
导体电压 V = L di/dt
** 电感Inductance **：电感（L）是比例常数，它定义了由产生磁场的电流的时间变化率所感应的电压之间的关系。简单来说，电感是每单位电流的磁链。 必须明确的是，电感是一种无源元件，纯粹是一种几何特性。电感的单位是亨利（H）或每安培的韦伯匝数。 ** d轴和q轴 **：用几何术语来说，“d”和“q”轴是在相同角速度下由三个独立的正弦相位量贡献的磁通量的单相表示。 d轴（也称为直接轴）是磁场绕组产生的磁通量的轴。q轴或正交轴是在其上产生扭矩的轴。按照惯例，正交轴始终将直轴电引导90度。简而言之，d轴是主磁通方向，而q轴是主转矩产生方向。 ** 磁导率Magnetic permeability **：在电磁学中，磁导率是材料在自身内部支持磁场形成的能力的量度。因此，材料响应于所施加的磁场而获得的磁化程度。 ** 永磁电动机等效电路PM motor equivalent circuit **：永磁电动机可以代表几种不同的电动机型号。d-q电机模型是最常用的方法之一。 ** 永磁电动机的d轴和q轴电感PM motor d-axis and q-axis inductance **：d轴和q轴电感是相对于磁极，磁通量通过转子时测得的电感。 d轴电感是当磁通穿过磁极时测得的电感。q轴电感是磁通量在磁极之间通过时的电感量度。 在感应电机中，d轴和q轴之间的转子磁链是相同的。然而，在永磁电机中，磁体减少了用于磁链的可用铁。磁铁的磁导率接近空气。因此，磁体可以看作是气隙。磁铁通过d轴时处于磁通路径中。穿过q轴的磁通路径没有穿过磁体。因此，更多的铁可以与q轴磁通路径相连，从而导致更大的电感。带有嵌入式磁体的电动机将具有比d轴电感更大的q轴电感。具有表面贴装磁体的电动机将具有几乎相同的q轴和d轴电感，因为这些磁体位于转子外部，并且不会限制由定子磁场链接的铁量。 ** 磁显着性Magnetic saliency **：显着性或显着性是某种事物相对于其邻居突出的状态或质量。磁显着性描述了转子的主磁通（d轴）电感与产生主转矩（q轴）的电感之间的关系。磁显着性根据转子相对于定子磁场的位置而变化，其中最大显着性发生在与主磁通轴（d轴）成90度电角的情况下 ** 励磁电流Excitation current **：励磁电流是“定子绕组中在转子铁芯中产生磁通量所需的电流”。永磁电机不需要定子绕组中的励磁电流，因为永磁电动机的磁体已经产生了静磁场。 ** 次级电流Secondary current **：次级电流，也称为“转矩产生电流”，是产生电动机转矩所需的电流。在永磁电机中，产生扭矩的电流占电流消耗的大部分。 ** 引入电流Pull-in current **：与用于运动控制的放大器和伺服匹配装置不同，传统的VFD没有关于电动机转子磁极位置的信息。如果不了解磁极位置，则无法在定子中产生磁场以最大化扭矩产生。因此，VFD具有提供直流电压以将磁场锁定在已知位置的能力。拉动转子所需的电流称为“引入电流”。 ** 高频注入High-frequency injection **：高频注入是一种用于检测PM电机磁极位置的逆变器方法。该方法开始于逆变器在任意轴上将高频，低压信号注入电动机。然后，逆变器摆动激励角度并监视电流。
根据注入角度，转子阻抗会发生变化。当高频信号注入轴和磁极轴（d轴）对齐时，即在0度时，内部永磁体（IPM）电动机的端子阻抗会降低。阻抗最大为±90度。利用此特性，驱动器可以通过向IPM电机注入高频交流电压/电流来检测转子位置，而无需脉冲编码器。此外，高频信号注入方法可用于低速区域的速度检测，在低速区域，由于电动机的反电动势电平太低，因此通常很难进行满载转矩控制。
Back-emf waveform
反电动势back ElectroMotive Force是反电动势的缩写，但也称为反电动势。反电动势是当定子绕组和转子磁场之间存在相对运动时在电动机中产生的电压。 转子的几何特性将决定反电动势波形的形状。这些波形可以是正弦波，梯形，三角形或介于两者之间的波形。
感应和永磁电机均会产生反电动势波形。在感应电机中，由于缺少定子磁场，当残余转子磁场缓慢衰减时，反电动势波形将衰减。但是，对于永磁电机，转子会产生自己的磁场。因此，只要转子运动，就可以在定子绕组中感应出电压。反电动势电压将随速度线性上升，并且是确定最大工作速度的关键因素。
Understanding PM machine torque
电机的转矩可以分为两个部分：磁转矩和磁阻转矩。磁阻转矩是“作用在磁性材料上的力，该力趋于与主磁通对齐以最小化磁阻”。换句话说，磁阻转矩是由转子轴与定子磁通场对准产生的转矩。磁转矩是“由磁通量场和定子绕组中的电流之间的相互作用产生的转矩”。
** 磁阻转矩Reluctance torque **：磁阻转矩与通过转子对准产生的转矩有关，当磁场迫使所需的直接电流从北定子极流向南定子极时，就会产生磁阻转矩。
** 磁转矩Magnetic torque **：永磁体在转子中产生磁通场。定子产生一个与转子磁场相互作用的磁场。改变定子磁场相对于转子磁场的位置会导致转子移位。由于这种相互作用而产生的位移是磁转矩。
SPM versus IPM
永磁电动机可分为两大类：表面永磁电动机（SPM）和内部永磁电动机（IPM）（见图3）。两种电机设计类型均不包含转子棒。两种类型都通过固定在转子上或转子内部的永磁体产生磁通量。
SPM电机的磁铁固定在转子表面的外部。由于这种机械安装，它们的机械强度比IPM电动机要弱。机械强度减弱会限制电动机的最大安全机械速度。此外，这些电机的磁显着性非常有限（Ld≈Lq）。无论转子位置如何，在转子端子处测得的电感值都是一致的。由于接近于单位的显着性比，SPM电机设计（如果不是完全的话）显着依赖于磁转矩分量来产生转矩。
IPM电机将永久磁铁嵌入转子本身。与SPM同类产品不同，永磁体的位置使IPM电机具有非常机械的音质，并适合在很高的速度下运行。这些电动机还由其相对较高的磁凸率（Lq> Ld）定义。由于其磁凸度，IPM电动机具有通过利用电动机的磁转矩分量和磁阻转矩分量来产生转矩的能力（请参见图4）。
永磁电机结构可分为两类：内部和表面。每个类别都有其类别的子集。表面永磁电动机可以将其磁铁放在转子表面上或插入其中，以提高设计的耐用性。 内部永磁电动机的位置和设计可能有很大差异。IPM电动机的磁铁可以嵌入较大的块中，也可以在靠近磁芯时错开。另一种方法是将它们嵌入辐条图案中。
只能将这么多的磁通量链接到一块铁上以产生扭矩。最终，铁会饱和，不再允许焊剂连接。结果是通量场减小了路径的电感。在永磁电机中，d轴和q轴的电感值会随着负载电流的增加而减小。
SPM电机的d和q轴电感几乎相同。由于磁体在转子外部，因此q轴的电感将以与d轴电感相同的速率下降。但是，IPM电机的电感会有所不同。同样，由于磁体在磁通路径中并且不会产生感应特性，因此d轴电感自然会较低。因此，在d轴上饱和的铁较少，这导致相对于q轴的磁通量降低明显更少。
永磁体电动机中的磁通由磁体产生。通量场遵循一定的路径，可以增加或相反。增强或增强磁通场将使电动机暂时增加转矩产生。相对的磁通场将抵消电动机现有的磁场。减小的磁场将限制转矩产生，但会减小反电动势电压。降低的反电动势电压释放了电压，以推动电动机以更高的输出速度运行。两种类型的操作都需要额外的电动机电流。电机控制器提供的电机电流在d轴上的方向决定了所需的效果。
激励角是相对于d轴，d轴和q轴波形的矢量和被激励到电动机的角度。始终将d轴视为磁铁所在的位置。在q轴处实现最大磁通量，与d轴成90度电角度。因此，大多数激励角参考已经考虑了从d轴到q轴的90度差异。
当定子磁场从d轴（电动机磁铁位置）激励电动机转子90电角度时，磁转矩将最大化。磁阻转矩遵循不同的路径，并且在经过q轴后最大45度电角度。最大磁转矩同时利用了电动机的磁阻和磁转矩。远离q轴移动会减小磁转矩，但磁阻转矩的增益远远超过了。磁和磁阻的最大组合扭矩出现在距q轴45度电角度附近，但实际角度将根据PM电动机的特性而变化。
永磁电动机的发电取决于电动机磁体的配置和所产生的电动机显着性。 高显着比（Lq> Ld）的电动机可以通过结合电动机的磁阻转矩来提高电动机效率和转矩产生。可以使用逆变器来改变相对于d轴的励磁角，以使电动机的磁阻转矩和磁转矩均达到最大。
当前用于电动机的永磁材料的类型很少。 每种金属都有其优点和缺点。
永磁消磁 Permanent magnet demagnetization
永磁体几乎不是永久性的，并且功能有限。可以对这些材料施加一定的力以使其消磁。换句话说，可以去除永磁体材料的磁性。如果材料受到很大的拉力，使其达到很高的温度或受到较大的电干扰，则永磁体可能会消磁。
首先，通常通过物理手段来使永磁体应变。如果磁性材料经受剧烈的撞击/跌落，则即使不减弱，它也会被消磁。铁磁材料具有固有的磁性。但是，这些磁特性可以在多个方向上发射。铁磁材料被磁化的一种方法是对材料施加强磁场以使其磁偶极对齐。对准这些偶极子会迫使材料的磁场进入特定的熔池。剧烈的撞击会消除材料磁畴的原子排列，从而削弱了预期磁场的强度。
其次，温度也会影响永磁体。温度迫使永磁体中的磁性颗粒发生搅动。磁偶极具有承受一定量的热搅动的能力。但是，长时间的搅拌会削弱磁体的强度，即使将其保存在室温下也是如此。另外，所有磁性材料都有一个称为“居里温度”的阈值，该阈值定义了热搅拌使材料完全消磁的温度。诸如矫顽力和保持性之类的术语用于定义磁性材料强度保持能力。
最后，较大的电干扰会导致永磁体退磁。这些电干扰可能来自与大磁场相互作用的材料，也可能来自于通过材料的大电流。可以采用相同的方法，即使用强磁场或强磁场来对齐材料的磁偶极子，施加到永磁体产生的磁场上的另一强磁场或强电流也可能导致退磁。
** 自感应与闭环运行 **:驱动技术的最新进展允许标准的交流驱动器“自我检测”并跟踪电动机磁铁的位置。 闭环系统通常使用z脉冲通道来优化性能。 通过某些例程，驱动器通过跟踪A / B通道并校正z通道的错误来了解电动机磁体的确切位置。 知道磁体的精确位置可以产生最佳扭矩，从而获得最佳效率。
** 伺服马达 **:伺服电动机是用于运动控制应用的永磁电动机。通常，在内部/内部永磁电动机设计中，这些电动机与特定放大器配对，作为匹配组的一部分，以最大限度地提高性能。该放大器已微调至PM电动机，以使其制造商达到最佳性能。运动放大器/伺服配置通常使用电动机反馈，该电动机反馈还提供磁极位置和速度反馈。
永磁同步电动机不能直接通三相交流的起动，因转子惯量大，磁场旋转太快，静止的转子根本无法跟随磁场启动旋转。永磁同步电动机的电源采用变频调速器提供，启动时变频器输出频率从0开始连续上升到工作频率，电机转速则跟随变频器输出频率同步上升，改变变频器输出频率即可改变电机转速，是一种很好的变频调速电动机。
采用变频调速器大大增加了电机成本，在不需要调速的场合直接用三相交流电供电的方法是在永磁转子上加装笼型绕组。有笼型绕组的永磁转子在接通电源旋转磁场一建立，就会在笼型绕组感生电流，转子就会像交流异步电动机一样起动旋转，当转速接近旋转磁场时就会跟上同步旋转。这就是异步起动永磁同步电动机，是近些年开始普及的节能电机。
