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永磁同步电动机（permanentmag⁃net synchronous motor，简称PMSM），图1 的永磁同步电机主要由转子、端盖及定子等各部件组成。永磁同步电机切面如图2所示。
永磁同步电机由定子铁芯和定子绕组，用于产生同步旋转磁场。
定子的作用是在电机工作过程中产生磁场。向三相定子绕组通入对称三相交流电后，就产生了一个以同步转速沿定子和转子内圆空间旋转的旋转磁场。
永磁同步电机转子如图所示，主要有永久磁体、转子铁芯和转轴构成。
第一种形式：安装一个永磁体磁极的转子，永磁体磁极安装在转子铁芯圆周表面上，称为表面凸出式永磁转子。磁极的极性与磁通走向如图所示：
第二种形式：永磁体磁极嵌装在转子铁芯表面，称为表面嵌入式永磁转子。磁极的极性与磁通走向如图所示：
表面嵌入式
第三种形式：在较大的电机用得较多是在转子内部嵌入永磁体，称为内埋式永磁转子（或称为内置式永磁转子或内嵌式永磁转子），永磁体嵌装在转子铁芯内部，铁芯内开有安装永磁体的槽，永磁体的布置主要方式如图所示，在每一种形式中又有采用多层永磁体进行组合的方式。
内嵌式
永磁电机采用烧结铁硼永磁材料，其抗压强度较大而抗拉强度很小(一般<80MPa)，转子永磁体在高速旋转时承受巨大的离心力，因此需采用有效的固定方式来满足转子的结构强度及动力学要求。
目前根据永磁体的固定方式，高速永磁同步电机转子分成内嵌式和表贴式以及表面嵌入式三种，而表贴式永磁转子又根据护套的材质主要分为非导磁合金钢护套转子和碳纤维复合材料护套转子两种。
在高速旋转工况下，内嵌式永磁电机受转子冲片强度和转子动力学要求限制，通常允许的最大线速度较低，合金钢表贴式永磁电机转子由于护套涡流损耗大温升高、热态下护套过盈量减小等原因应用受到限制。
目前，最常用的保护措施一种是采用碳纤维绑扎永磁体，另外一种是在永磁体外面加一高强度非导磁合金保护套。
有学者对一台60000r/min的高速永磁电机设计了合金保护套，并对静止和旋转等不同工况下的转子机械强度进行了理论分析和二维有限元计算，理论分析和有限元分析结果相吻合。另外一些学者用有限元法对高速永磁电机转子应力进行了分析，对一台额定转速60000r/min的高速永磁电机，分析了过盈量求解以及护套和永磁体的应力的解析法，并用Ansys Workbench分析了护套和永磁体的应力，理论计算值与有限元仿真结果接近。
还有一些研究人员推导出了两层过盈配合、三层过盈配合转子的应力场、应变场、位移场的解析公式，并利用有限元方法验证了解析公式的正确性，同时以一台额定转速120000r/min，10kW的高速永磁同步电机为例，给出了两种常用过盈配合高速电机转子的强度设计方法。
但以上研究都只是针对合金保护套，没有涉及碳纤维复合材料保护套。其中一些学者用3D实体单元分析计算了飞轮储能复合材料转子工作时的应力分布。研究人员对飞轮储能非均质各向异性复合转子，建立了计算模型，得到了复合材料飞轮在工作转速下的应力和位移的解析公式，并分析了不同材料对应力、位移分布的影响。对飞轮储能三层复合材料转子推导了应力和位移的解析公式，并对复合飞轮进行了优化设计。另外，用解析法和3D有限元法计算了碳纤维和玻璃丝纤维两层复合飞轮的应力与位移分布。
众所周知，新能源电车电机多数还是采用内置式的永磁同步电机。内置式电机按绕组形式分为分布式和集中式，新能源汽车用的就是分布式绕组电机，为什么没用集中式呢？
按理说集中式可以产生更大的扭矩，但同时也会产生更多的谐波这就导致电机会有更大的损耗和NVH问题，而分布式可通过极槽配合对产生的电磁力波阶次、频率及大小来优化NVH问题，所以分布式更适合新能源电车。
采用分布式绕组的电动机定子还没有凸性的极掌，且每个磁极都是由一个或几个线圈按照一定的规律嵌装布线组成线圈组，这样延伸出了转子结构的多样化。
其实永磁电机的转子就是由多层硅钢片连接而成，转子的内部是由多个槽来组成的，外端我们称之为V槽，是用来固定永磁体的。永磁体最怕的是高温，所以中间的槽一般是用来防止退磁散热和降低涡流，另一个功能就是减少启动电流和保证转子的轻量化。
新能源汽车的电机在运转过程中，需要考虑到电机的使用寿命、噪音、振动等因素，转子结构的变化对电机性能有哪些影响呢？
应用在新能源汽车电机的转子，其结构主要是要保证安装永磁体后转子不易变形，尤其是高速工况下。另外，转子的结构形式需要足够的空间为永磁体提供更大的放置空间，且其结构尺寸要易于优化等这些性能。从某种意义上来说，没有绝对完美的转子机构，各车企也只是根据自身产品性能来做优化。
首先是结构分段和错极，转子不斜极时，几乎不产生轴向电磁力，随着转子线性移位斜极分段数的增加，轴向电磁力增大，线性移位斜极分段数增加后，总的移位角增大，漏磁增多，简单说就是分段数越多，谐波抑制效果越好，转矩脉动越低。
错极这种反对称分布式结构，对轴向电磁力有抑制效果。错极可分为普通错极、V型错极、交叉错极等，主要还是削弱谐波，优化齿槽转矩和转矩脉动，这能有效降低径向电磁力造成的振动噪声。
■V型和Z型
比亚迪的传统转子叠片采用的是扣点+焊接设计进行固定连接的，转子铁心叠片为6段（中间粗的其实是2级），其结构为双V结构，双V结构就代表其永磁材料会用的更多，比亚迪甚至还在转子薄片的制作材料中加入了少量硅，这种新型的低铁损系数的电工钢，可以改变转子的导电能力，从而控制热量。
特斯拉model S Plaid的电机转速能够达到20000rpm，那其转子结构有什么特殊性呢？从公开的专利可以看到，转子一共有6组永磁体，硅钢叠片有529层，这也侧面反映了其转子硅钢片有多薄，另外还取消了隔磁桥直接用碟片做了一个挡板，当然是要配合碳纤维套筒来固定。隔磁桥其实是保证电机高速旋转时不解体的一种保护框架，但因为需要引导磁场穿出，这个地方是不能做的太厚，隔磁桥过薄高转速下会导致损坏，过厚会导致产生局部闭合磁场，所以这是一个相对「矛盾」的设计。
特斯拉采用的是在转子外部缠绕一层碳纤维套筒，加上本身其挡板结构本身就是有定位销固定的，所以在结构稳定性上是没问题的。另外，隔磁桥取消还可进一步提高磁通量，允许磁通量从转子进入定子，达到永磁通量损失最小，磁钢没有完全封闭的其他磁体结构也可以减少永磁通量的损失，进而使电机达到更高的峰值扭矩。
虽然碳纤维的导电率低，几乎不会产生额外的涡流损耗，但与其他金属材料相比，也难以屏蔽气隙内的谐波，这对降低转子涡流损耗的效果不明显，在散热方面也是有利有弊。当然，这也不是其主流电机。23年10月中旬，特斯拉备案的两款电机，带来的改变主要是性能上和价格上的变化，没有采用碳纤维包裹的方式，也回归了8层扁线绕组，估计也是降成本的考量，这两款电机是4D1和4D3电机，其实在北美市场之前就已经开始使用了，4D3的功率和现在国内特斯拉Model Y用的3D6电机的功率相同都是220kW，所以大概率它的零百加速成绩来到了5.9秒左右。
来源：麦格雷博
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