众所周知，永磁电机具有体积小、效率高、可大气隙和功率密度大等优点，特别适合于直接驱动领域（在负载和电机之间省去了齿轮箱或其他机械传动机构），但是为什么永磁电机特别适合低速大转矩直驱领域的应用，而传统的感应电机不适合呢？在这里我主要是科普下低速大转矩电机具有的物理特征，从原理上分析为什么永磁电机适合低速大转矩直驱场合，而感应电机不适合。
首先给出本质原因：一方面是低速大转矩（同功率电机）带来了电机长度短、直径大的短粗型和气隙大；另一方面，感应电机在气隙建立磁通是靠定子边励磁，而永磁电机励磁是靠永磁体。
那为什么这两个原因就导致感应电机不适合低速大转矩直驱呢？
为了说明原因，无论是低速大转矩电机、常规电机还是高速低转矩电机，均假设：① 功率一样（从低速大转矩——高速低转矩）；② 忽略损耗；③ 转切应力相同（单位为N/m2）和转子表面速度随着半径的变化不变；④ 外加电压和电流不变（功率不变，便于分析）；⑤ 电源频率不变（速度与极数成正比，因此可保持电频率不变，而机械频率是变化的）。
基于上述合理的假设，采用高中就学过的转矩、功率和转速的计算公式得出
推导出
在功率保持恒定的条件下，随着极对数、转矩、半径和机械角速度变化，半径与极对数p成正比，电机的极距是不变的，铁心长度与半径成反比，然而转矩与半径成正比，很明显转矩与极对数成正比。
因此当采用低速大转矩直驱方案时，随着极数的增加，明显半径增大，铁心长度就短了，就是前面所说的短粗型。
对于永磁电机，基于前面假设不同转矩同一功率下电压电流相同，那么电机产生的反电动势E和电流I亦相同（定性分析用）。但是随着半径的增大，转子重量的增加，出于机械安全的考虑，气隙必然增大。辛运的是，永磁电机的气隙磁密对气隙的变化不敏感，主要原因在于永磁电机气隙磁场由永磁体建立，其所等效的气隙长度为物理气隙与永磁体的磁化方向长度之和。而永磁体的磁化方向长度一般远大于物理气隙。因此可以认为永磁电机的气隙磁密受气隙的影响不大。这个最简单的认识就是磁通连续性定律（可近似认为永磁体产生的磁动势全作用在气隙和永磁体上，忽略铁心的磁压降），且认为永磁体的相对磁导率近似为1（实际钕铁硼也是接近1）那么有
因此气隙磁密可近似表示为
而感应电机的气隙磁密计算可采用全电流定律分析，即
因此气隙磁密可表示为
要保证足够大的气隙磁密，那么励磁电流的大小和气隙大小成正比。
一般来说，感应电机的气隙大小选取公式大概为（这个是查阅相关文献，不是我捏造的）
在极距恒定的情况下，正比于，因此随着半径的增加，感应电机的励磁电流近似增加。导致电机的励磁电抗变小，而有功电流相对应就减少，这个可以用电机学里面最常用的就是T型等效电路进行解释，如下图。电机的定子电流一定，励磁电流增加，转子电流就相应减少，有功功率比重占的少，整个电机的功率因数和效率就减少。
图1 感应电机的T型等效电路
以上本质的原因就是感应电机在气隙建立磁通是靠定子边励磁，而永磁电机励磁是靠外部永磁体激励。
（先进制造所 陈进华）