永磁同步電機主要由定子、轉(zhuǎn)子和殼體部件構(gòu)成。與普通交流電機一樣，定子鐵芯為疊片結(jié)構(gòu)，以減小電動機運行時因渦流和磁滯效應(yīng)鐵耗；繞組通常也為三相對稱結(jié)構(gòu)，只是參數(shù)選取有較大區(qū)別。轉(zhuǎn)子部分則形式多樣，有帶啟動鼠籠的永磁轉(zhuǎn)子，也有內(nèi)嵌式或表貼式純永磁轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子鐵芯可以制成實心結(jié)構(gòu)，也可以疊片而成。轉(zhuǎn)子上裝有永磁體材料，大家習(xí)慣上稱之為磁鋼。
永磁電機正常工作下，轉(zhuǎn)子與定子磁場處于同步狀態(tài)，轉(zhuǎn)子部分沒有感應(yīng)電流，無轉(zhuǎn)子銅耗和磁滯、渦流損耗，不需要考慮轉(zhuǎn)子損耗發(fā)熱問題。一般永磁電機為專用變頻器供電，天然具有軟啟動功能。另外，永磁電機屬于同步電機，具有同步電機通過勵磁強弱調(diào)節(jié)功率因數(shù)的特點，因而功率因數(shù)可以設(shè)計到規(guī)定數(shù)值。
從起動角度分析，緣于永磁電機由變頻電源或配套變頻器起動的實際，永磁電機的起動過程實現(xiàn)很容易；與變頻電機的起動相似，規(guī)避了普通籠型異步電機的起動缺陷。
總之，永磁電機的效率和功率因數(shù)可以達到很高，結(jié)構(gòu)非常簡單，近十幾年來市場十分火爆。但是，失磁故障是永磁電機不可回避的問題，當電流過大或溫度過高時，會導(dǎo)致電機繞組溫度瞬間不斷攀升、電流急劇增大，永磁體迅速失磁。在永磁電機控制中，設(shè)定了過電流保護裝置，避免了電機定子繞組被燒毀的問題，但由此而導(dǎo)致的失磁和設(shè)備停運不可避免。
相對于其他電機，永磁電機在市場上的應(yīng)用還不是很普及，無論對于電機制造者還是使用者，都有一些未知的技術(shù)盲區(qū)，特別是涉及到與變頻器的匹配問題，往往會導(dǎo)致設(shè)計值與試驗數(shù)據(jù)嚴重不符，必須反復(fù)驗證。
電機設(shè)計過程涉及一些基本考慮因素，對于啟動器，應(yīng)用環(huán)境的要求，什么時候需要什么扭矩和速度，多久需要一次？什么是工作循環(huán)？溫度和壓力等環(huán)境條件是什么？即使是最高效的電機，如果電機應(yīng)用錯誤的領(lǐng)域，其不會發(fā)揮最大的效率。許多電動機都用于齒輪電動機、齒輪減速器和電動機的組合。齒輪馬達以低速提供高扭矩，簡言之，齒輪電機在放大扭矩的同時，會吸收電機功率并降低轉(zhuǎn)速，齒輪電機占空比會影響電機的性能額定值，例如連續(xù)的占空比。
最佳冷卻設(shè)計外殼
一個冷卻較好的馬達運轉(zhuǎn)效率更高，為了獲得最佳的氣流，優(yōu)化了冷卻風(fēng)扇和風(fēng)扇罩的設(shè)計，確保定子和電機外殼之間的緊密結(jié)合提供最佳的冷卻性能。電機的電效率提高了很多，但冷卻風(fēng)扇的功率占總損耗的比例更大。冷卻風(fēng)扇尺寸的優(yōu)化包括使用風(fēng)扇的最小功率，同時提供足夠的冷卻。優(yōu)化的風(fēng)扇設(shè)計可使風(fēng)扇功率需求降低65%，一個重要的設(shè)計特點是葉片和殼體之間的間隙。外殼和風(fēng)扇葉片之間的空間應(yīng)盡可能小，以防止湍流和減少回流。
選擇適合工作速度的低摩擦軸承
滾珠或滾柱軸承用于高效電機，它們由一個內(nèi)外圈和一個包含鋼或陶瓷輥或球的保持架組成。外圈與定子相連，內(nèi)圈與轉(zhuǎn)子相連。當軸旋轉(zhuǎn)時，元件也旋轉(zhuǎn)，并且軸旋轉(zhuǎn)的摩擦力最小化。它們使用壽命長，維護成本低。高精度應(yīng)用允許最小的氣隙。熱收縮和熱膨脹會影響軸和軸承座的配合以及內(nèi)部軸承間隙本隙 。功率輸出控制軸尺寸和軸承孔。載荷大小和方向決定軸承尺寸和類型?？紤]額外的力，如引起磁力拉力的不對稱氣隙、失衡力、齒輪的節(jié)距誤差和推力載荷。對于軸承載荷計算，將軸視為支撐在剛性無力矩支架上的梁。滾珠軸承比滾子軸承更適合高速應(yīng)用。高速因素包括保持架設(shè)計、潤滑劑、運行精度、間隙、共振頻率和平衡。
軸承需要最小的負載，因此滾動元件旋轉(zhuǎn)形成潤滑膜而不是滑動，這會提高工作溫度并降解潤滑油。允許最小載荷等于滾珠軸承動態(tài)徑向載荷額定值的0.01倍。當軸承接近推薦額定值的70%時，這一點尤為重要。了解環(huán)境溫度范圍和正常工作溫度范圍將有助于確定軸承最有效的潤滑方法：潤滑油或潤滑脂，一般情況下考慮的齒輪電機的正常工作溫度范圍為-25至40°C。合成潤滑脂在各種溫度范圍內(nèi)具有良好的性能，潤滑脂可以簡化維護、清潔、減少泄漏和污染保護。
使用高質(zhì)量的平衡機，高標準和電機運行速度下的平衡
當軸心與旋轉(zhuǎn)軸不共存時，會產(chǎn)生噪聲和振動，平衡對效率的影響有限，但會影響運行噪音和預(yù)期壽命，這對最大限度地利用資源也很重要。軸承振動讀數(shù)通常在垂直、水平和軸向三個平面上讀取。垂直振動可能表明存在安裝問題，水平振動可能意味著平衡問題，而軸向振動可能意味著軸承問題。工作轉(zhuǎn)速下的平衡很重要，因為軸承的向心力也可能導(dǎo)致不平衡。
轉(zhuǎn)子疊片顯示正弦磁場的優(yōu)化設(shè)計
具有高性能永磁的同步電機具有正弦磁通分布和電動勢，對于分布式繞組，定子繞組通常與異步電機繞組相同，它降低了振動、噪音和維護成本，提高了整體性能。
稀土與鐵氧體（陶瓷）磁體的選擇
電機中使用了釹、稀土、釤鈷磁鐵或鐵氧體（陶瓷）磁鐵，稀土磁鐵的強度是鐵氧體或陶瓷永磁體的兩到三倍，但價格較貴。釤鈷磁鐵是高溫應(yīng)用的最佳選擇，因為它們具有高能量密度、250至550°C的耐溫性、溫度升高導(dǎo)致的參數(shù)小幅度降低以及氧化保護，選擇釤鈷或釹作為電機磁鐵是根據(jù)工作溫度、耐腐蝕性和要求的性能。如果加熱到80℃以上，低等級的釹磁鐵可能開始失去“強度”，高等級的釹磁鐵在220℃以下的溫度下工作。鐵氧體或陶瓷磁鐵由于其很強的電阻而得到廣泛的認可，退磁性好，耐腐蝕性強，價格低廉。在250°C以上的溫度下工作時會發(fā)生磁損耗，但當磁鐵降到較低的溫度時會恢復(fù)磁損耗。除非電路設(shè)計用于極端情況，否則-40°C的低溫可能會導(dǎo)致永磁強度的永久損失。
電機需要逆變器
逆變器驅(qū)動單元在空載運行/靜止狀態(tài)下可以無損耗，通過替換現(xiàn)有的線路供電的三相驅(qū)動裝置，預(yù)計可以節(jié)省高達30%的能源。驅(qū)動裝置的特點使其非常適合驅(qū)動連續(xù)運行的泵和風(fēng)扇。不需要額外的組件，比如編碼器。高達25%的占地面積允許機器設(shè)計更緊湊。電機具有良好的控制性能，并與無傳感器驅(qū)動控制器單元相結(jié)合，即使在低速下也具有出色的真實運行性能，在脈沖負載和速度變化時具有令人印象深刻的動態(tài)特性。
選擇能夠提供無傳感器操作的逆變器
驅(qū)動器可以“自我檢測”并跟蹤轉(zhuǎn)子的永磁位置。這對于電機平穩(wěn)啟動至關(guān)重要，同時也允許產(chǎn)生最佳扭矩，從而獲得最佳效率。缺少位置或速度傳感器降低了成本，提高了驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性。隨著效率的不斷提高，對特定電機的控制器設(shè)置進行編程以獲得最佳效率的重要性越來越重要。
永磁同步電機，準確的講，應(yīng)該叫異步起動同步運轉(zhuǎn)的永磁電機。這種電機，使用中可以同尺寸代替原來的Y,Y2,Y3等電機。減少了更換過程的麻煩。與普通電機相比，永磁電機有其自己的特點：
1、轉(zhuǎn)速恒定，為同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速較普通電機稍高，比如普通電機4極轉(zhuǎn)速為1400n/min多轉(zhuǎn)，永磁同步電機轉(zhuǎn)速就是1500n/min，丟轉(zhuǎn)少。
2、功率因數(shù)高。永磁電機在正常運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和定子磁場轉(zhuǎn)速一致，轉(zhuǎn)子磁極采用永磁磁鋼，沒有電流，定子上感應(yīng)電流減小，因此功率因數(shù)高。可以通過合理的設(shè)計，可使其工作在滯后功率因數(shù)、單位功率因數(shù)和超前功率因數(shù)。一般滯后功率因數(shù)都可以達到和超過0.95，大量使用永磁電機，可以省去無功功率補償器等設(shè)備。
3、效率高，特別是運行效率高。永磁電機正常運轉(zhuǎn)時，由于轉(zhuǎn)子磁極采用永磁體--釹鐵硼磁鋼，靠永磁體的磁場就可以保證電機的正常運轉(zhuǎn)，因此轉(zhuǎn)子也就沒有繞組損耗。轉(zhuǎn)子鐵耗也沒有，因此效率較普通電機高的多。目前，永磁同步電機一般設(shè)計很容易達到GB/T18613-2012版規(guī)定的2級能效，甚至達到1級指標；而普通電機，設(shè)計達到相應(yīng)的性能就比較麻煩，這在小功率電機中表現(xiàn)的尤為明顯。
4、永磁同步電機具有較寬的經(jīng)濟運行范圍。普通電機的經(jīng)濟運行范圍一般為額定負載的60~100%，低于60%的負載時，電機的效率和功率因數(shù)曲線下降很快，運行效率和功率因數(shù)很低。而永磁同步電機的經(jīng)濟運行范圍遠比普通電機寬，不僅在額定負載時效率很高，而且在25~120%額定負載的范圍內(nèi)都有較高的效率，效率曲線比較平滑，變化不大。電機效率基本不低于額定效率的80%。而普通電機在35%額定負載附近效率迅速下降，能低至30~40%。永磁電機在25%的負載時，功率因數(shù)也可以達到0.9以上，越輕載功率因數(shù)越高；而普通電機從額定負載時的0.85左右迅速下降到0.5以下。
5、體積小，重量輕。由于永磁電機轉(zhuǎn)子上應(yīng)用了稀土永磁材料，損耗低，效率和功率因數(shù)高，達到同樣的功率，在保證效率和功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，體積可以做的比普通電機小，重量可以輕。這在一些要求小機座號，做大功率的場合，具有普通電機不可比擬的優(yōu)勢。
6、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)高。普通電機堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)一般是額定轉(zhuǎn)矩1.6~2.3倍，而永磁電機的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩一般可達2.4倍以上，有些規(guī)格甚至可達到3.5倍以上。有些場合稱永磁電機為“高效高起動轉(zhuǎn)矩永磁同步電機”，在一些設(shè)備起動轉(zhuǎn)矩要求高的情況下，很多采用高滑差電機，但效率很低；再者就是增大容量，以增大起動轉(zhuǎn)矩，但實際運行時，負載率很低，效率和功率因數(shù)都很低，造成設(shè)施和能源的浪費。而使用永磁電機，達到同樣的轉(zhuǎn)矩，就可以適當?shù)臏p小電機容量，永磁電機功率因數(shù)和效率都較高，節(jié)能效果就很明顯。
7、可以實現(xiàn)低速高效率。普通電機10極以上的電機很少，不是技術(shù)上達不到，而是轉(zhuǎn)速越低，效率做不高，而且機座號做的很大，功率很小，這在以前被認為劃不來的事。而永磁電機可以把極數(shù)做的很高，異步起動永磁電機有24極的，甚至32極。轉(zhuǎn)速做的很低，可以對一些設(shè)備采用直驅(qū)，省去減速設(shè)施，從節(jié)能的角度來講，這樣可以提高效率。而且永磁電機因為轉(zhuǎn)子損耗小，雖然極數(shù)高，效率也可以做的很高，節(jié)能前景很好。
8、永磁電機成本高，加工工藝復(fù)雜。由于使用了高性能的稀土永磁材料釹鐵硼，所以制造成本較高。永磁體放置在轉(zhuǎn)子內(nèi)部，設(shè)計和安裝工藝復(fù)雜，也增加了制造成本。當然，隨著新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷推陳出新，成本較永磁同步主機剛開始推行要減少的很多。
9、永磁電機的起動有自己的特點。一般永磁電機不可以采用降壓起動方式，因為普通永磁電機（380V,50HZ),在電壓降低到330V時，起動困難，轉(zhuǎn)子抖動厲害。小功率的永磁電機一般采用直接起動的方式。大功率的永磁電機，在變壓器容量足夠大的情況下，而且對設(shè)備機械沖擊要求不嚴的情況下也可以直接起動。否則，建議采用變頻器驅(qū)動的軟起動方式。
10、三相交流永磁同步電動機的驅(qū)動，可以采用“定子繞組封星”方式，來提供電梯非驅(qū)動狀態(tài)下，制動器失效時的電動機本身所產(chǎn)生的制動電磁轉(zhuǎn)矩，以抑制意外狀態(tài)下的“快速溜車”，但該連接方式所起到的作用不能與電梯的上行超速保護裝置、電梯意外移動的保護裝置混淆。