內置式永磁同步電機通過(guò)改進(jìn)轉子設計，提高了磁通量密度，實(shí)現了高轉速下的高扭矩，使電機性能得到顯著(zhù)改善。
永磁同步電機，簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)刷伺服電機，是利用旋轉的磁轉子，產(chǎn)生所需的磁場(chǎng)，以產(chǎn)生有效的輸出扭矩。一般情況下，為了設計簡(jiǎn)單，通常將磁鐵安裝在轉子周?chē)?。與其他安裝方式相比，這種外置式磁體安裝方式在許多應用場(chǎng)合都能提供良好的動(dòng)態(tài)性能，且成本較低。它被稱(chēng)為表面永磁體(SPM)設計。
系列無(wú)刷式電機，采用磁鐵埋式轉子。
中慣量M系列(使用慣性盤(pán)進(jìn)行慣量匹配)和低慣量B系列(未顯示)。它。
該設備的選擇包括70hp以上型號的水冷設計。
此外，在高性能無(wú)刷伺服電機方面，還可以采用內置永磁電機(IPM)、內嵌式永磁電機、內嵌式永磁電機和埋入式永磁電機等多種方案。無(wú)論人們稱(chēng)之為什么結構，它實(shí)際上都是將磁鐵安裝在轉子結構的內部，以提高電機的扭矩-速度性能，改善電機的其他特性。本論文采用IPM技術(shù)對其進(jìn)行命名。
其電機轉子形狀的設計和磁鐵突極結構的設置，都是為了改善磁阻力矩特性，提高磁通密度。磁電阻轉矩可用于增加電機輸出轉矩，但這需要更復雜的伺服放大器和控制算法。該方法也可在適當的應用場(chǎng)合簡(jiǎn)化轉子突極無(wú)傳感器反饋技術(shù)的應用。
內磁結構有一個(gè)顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)，那就是減小轉子直徑，減小轉動(dòng)慣量。北美GEFanuc自動(dòng)化公司的伺服產(chǎn)品經(jīng)理PaulWebster指出：IPM伺服馬達的高速性能和高加速性能是使用內置稀土磁體(如釹鐵硼、Nd-Fe-B)的結果。Webster說(shuō)：“在轉子中放置高磁密度的磁體可以?xún)?yōu)化轉子的結構，使通量分布盡可能接近正弦分布，而且由于電樞反應的作用，嵌入磁體結構的磁路飽和度也較低?！?/span>
IPM設計的其他優(yōu)點(diǎn)包括轉子的機械結構堅固，平衡度高。Webster解釋說(shuō)，內置的磁鐵不會(huì )脫落或損壞，這使得電機可以高速轉動(dòng)而不用擔心振動(dòng)或轉子/軸承損壞。實(shí)際上，GEFanuc公司目前的Alphai系列伺服馬達的平均故障間隔時(shí)間已超過(guò)140萬(wàn)小時(shí)，令人震驚。
據Webster介紹，通過(guò)IPM設計，齒隙轉矩平均已降低到額定扭矩的0.05%，這一水平略?xún)?yōu)于磁體表面安裝式設計。這款I(lǐng)PM電機的典型應用是計算機數控機床的進(jìn)給軸傳動(dòng)，高速進(jìn)給軸的高精度是控制的關(guān)鍵。齒隙轉矩小，可提高機械精度。
磁表面的安裝或磁嵌入？
系統工程師LeeStephens說(shuō)：無(wú)刷伺服電機幾乎都是采用旋轉永磁體結構——無(wú)論是在轉子表面安裝一個(gè)磁體，還是埋置磁體。他說(shuō)：“內置永磁體結構應用在大功率電機上，能得到更好的幾何形狀的磁密度分布?！?/span>
平面永磁體的設計使轉子的結構更加簡(jiǎn)單，而預成型的磁體只需將轉子簡(jiǎn)單地圍繞在轉子周?chē)纯?，這就是電機的磁通量來(lái)源。在低功率系統中，SPM設計的效費較好，尤其是對于NEMA34或更小規格的電機而言，尤其突出。相對地，IPM的設計可以使磁鐵成為轉子結構的一部分。Stephens說(shuō)：“埋入式磁鐵設計中的磁體和轉子幾乎是一回事。但是，功率和磁通量密度是一對矛盾體，兩者必須相互協(xié)調。
”“表面安裝型磁鐵能產(chǎn)生高速磁場(chǎng)，從而獲得高轉速電機。而且IPM設計的代價(jià)是產(chǎn)生一個(gè)由不同磁場(chǎng)產(chǎn)生的時(shí)間常數，從而能夠產(chǎn)生高磁通量密度和高轉矩。盡管產(chǎn)生磁場(chǎng)需要一定的時(shí)間，但這并不影響IPM電機的高速運行。一般情況下，IPM電機的物理尺寸較大，但采用IPM和SPM設計的電機在尺寸和功率方面有很多重疊之處。
電機的成本中，稀土永磁可能占很大一部分。SPM電機設計在這方面更有優(yōu)勢，SPM電機中磁體材料的數量不斷減少，尤其是對于小型電機。Stephens評論道：“材料少，結構簡(jiǎn)單，SPM電機相對于埋入式磁鐵設計的電機有更高的效率，但成本和效率必須根據需求來(lái)衡量，通常的結果是兩者的折中?！北热鏘PM設計使用易于制作的平面形狀磁體，SPM設計使用的是曲線(xiàn)形狀的磁體。
斯認為，把磁鐵裝到轉子里，可以獲得更小直徑的轉子，這也意味著(zhù)轉子的慣量更小。由鼓形轉子轉動(dòng)慣量計算公式-1/2mr2(這里m是轉子的質(zhì)量，r是轉子的半徑)得到的結果是，轉子的半徑減小，因此轉動(dòng)慣量也減小。這種妥協(xié)是出于功率密度的考慮，對于大型電機而言，功率密度是眾多電機特性中最重要的一項。SPM設計的轉子轉動(dòng)慣量對大功率電機來(lái)說(shuō)太大了，僅當電機加速時(shí)才會(huì )消耗大量的能量。