永磁体同步电机－简称为无刷伺服电机－依靠一个旋转的磁性转子来产生有效输出扭矩所需要的磁场。通常，为了设计简单这个磁体一般安装在转子的外围。相比于其它的安装形式，这种外置磁体的方式在很多的应用场合都可以提供不错的动态性能，而且成本比较低。这就是所谓的表面永磁体（SPM）设计。
内置永磁体同步电机通过改进转子设计提高了磁通量密度，实现了高转速下的高扭矩，大大提高了电机的性能。
对于高性能无刷伺服电机，还有一种可行的转子设计，人们称之为内置永磁体（IPM）、内部PM、内嵌式PM或埋入式PM。不管大家怎么称呼这种结构，它实际上就是把磁体设置在转子结构的内部来提高马达的扭矩－速度性能、改善马达的其它特性。在本文中我们采用IPM来称呼它。
IPM马达的转子形状设计以及磁体的突极结构设置的目的都是为了改进磁阻扭矩性能、提高磁通量密度。磁阻扭矩可以被利用来增加马达的扭矩输出，但是这需要一个更为复杂的伺服放大器和控制算法。在某些合适的应用场合，马达转子突极还可以简化无传感器反馈技术的应用。
内置磁体结构的一个明显的好处就是减小了转子的直径、降低了转动惯量。GE Fanuc 自动化（北美）公司的伺服产品经理Paul Webster指出：IPM伺服马达的高速能力以及高的加速能力是使用稀土内置磁体（例如钕－铁－硼，Nd-Fe-B）的结果。
“将高磁密度磁体置入转子可以优化转子结构，使得磁通量分布能够尽量接近正弦分布，”Webster说，“由于电枢反应的作用，内嵌磁体结构的磁路饱和程度也比较低。”
IPM设计的其它好处还包括转子的机械结构结实、平衡程度高。内置磁体不会脱落或是被损坏，这样就可以允许马达高速旋转，不必担心振动或是转子/轴承损坏，Webster解释道。“事实上，GE Fanuc目前的Alpha i系列伺服马达的平均故障间隔时间已经被提高到了惊人的一百四十万小时以上。”他说。
根据Webster的介绍，通过IPM设计已经使平均的齿隙转矩减小到了额定扭矩的0.05％，这个水平略好于磁体表面安装式设计。这种IPM马达的一种典型应用是电脑数控机床的进给轴驱动，在这里高速进轴时的高精度是控制的关键。较低的齿隙转矩可以提高机械精度。
磁体表面安装还是磁体埋入？
Danaher Motion公司的系统工程师Lee Stephens指出：无刷伺服马达几乎都采用旋转永磁体结构－无论是转子表面安装磁体或是埋入式磁体。“内置永磁体结构应用于高功率马达时可以获得几何形状较好的磁密度分布。”他说。
表面永磁体设计使得转子的结构比较简单，Stephens解释说，预先成形的磁体只需简单的围着转子被粘在外面就可以了，这就是马达的磁通量源。SPM设计的效费比较好，特别是应用于低功率系统时尤为突出，比较典型的有NEMA 34规格或是更小规格的马达。
相比较而言，IPM设计可以使磁体成为转子结构的一部分。“埋入式磁体设计中磁体和转子几乎就是一个东西。”Stephens说。然而功率和磁通量密度是一对矛盾体，必须在二者之间进行折衷。
“表面安装式磁体能够产生高速磁场，从而获得高的马达转速。而IPM设计以不同的磁场生成的时间常数为代价，可以产生出高磁通量密度和高扭矩。”他说。虽然磁力的产生需要一定的时间，但是这不会影响IPM马达的高速性能。
通常来说IPM马达的物理尺寸较大，但是采用IPM和SPM设计的马达在尺寸和功率上也存在着不少重叠的地方。
稀土永磁体可能是马达成本的主要部分。从这个方面来说SPM设计的马达比较占优，SPM马达磁体材料的数量在不断降低，特别是对小型马达而言。“较少的材料和较简单的结构使得SPM马达与埋入式磁体设计的马达相比具有较高的效费比，”Stephens评论说，“但是成本和效果必须根据要求来衡量，通常的结果是对二者进行折衷。”例如IPM设计采用制造容易的扁平形状的磁体，而SPM设计采用曲线形状的磁体。
Stephens认同把磁体安装在转子内部的优点，这样可以得到直径较小的转子，这也意味着转子的转动惯量比较小。根据鼓形转子的转动惯量计算公式－1/2mr2（这里的m是转子的质量，r是转子的半径），转子的半径减少了，所以转动惯量也减少了。
“这个折衷是出于对功率密度的考虑，对大型马达来说功率密度是众多马达特性中比较重要的一个。”他说。对于大功率马达，SPM设计的转子转动惯量太高了，这样仅仅在加速马达的时候就需要消耗很多能量。
