由于具有抗去磁能力强、弱磁扩速能力好、转矩功率密度高等优点,内置式永磁同步电机成为电动汽车主要驱动电机类型。然而,由于制造误差、安装误差、轴承磨损等原因,内置式永磁同步电机定转子可能发生偏心,导致气隙磁场发生畸变,产生不平衡电磁力,引发电动汽车产生异常振动噪声。更有甚者,导致定转子接触,造成电机磨损、甚至烧毁。因此,偏心故障内置永磁同步电机电磁场分析与诊断方法研究具有重要的理论意义和工程价值。本文主要完成的研究工作及取得的成果如下:(1)无偏心内置式永磁同步电机气隙磁场和电磁力解析建模分析。首先,应用矢量叠加法、复数相对磁导法、隔磁桥磁导修正系数法,考虑了分段斜极、多层扁线绕组、隔磁桥等复杂结构因素,建立了无偏心内置式永磁同步电机气隙磁场半解析模型,分析了气隙磁场时空特性。其次,应用麦克斯韦张量法,建立了电磁力解析模型,揭示了电磁力时空特性。然后,通过有限元模型对比验证了解析计算的正确性。研究结果表明:定子开槽会使得磁场在原有空间阶次成分上产生±μQs的影响,μ∈0,1,2,3……;隔磁桥对空间阶次产生±2mp的影响,m∈0,1,2,3……,对磁场的频率成分产生±2mfc的影响。(2)静态偏心故障内置式永磁同步电机气隙磁场与电磁力解析建模分析。首先,应用磁导修正系数方法,考虑了静态偏心故障因素,建立了静态偏心故障内置式永磁同步电机气隙磁场解析模型,分析静态偏心下气隙磁场的时空特性。其次,应用麦克斯韦应力张量法,建立了静态偏心下电磁力的解析模型,分析了静态偏心下电磁力的时空规律,并分析了不同静态偏心率以及不同静态偏心圆周角对不平衡磁拉力的影响规律。然后,通过有限元模型对比验证了解析计算的正确性。研究结果表明:静态偏心使得气隙磁场在原气隙磁场空间阶次的基础上产生±1的阶次成分,使得电磁力波在原力波阶数基础上产生±1、±2的阶次成分;静态偏心对气隙磁场和电磁力波的频率成分没有影响,但随着静态偏心率的增大,以0Hz为主,频率成分满足2Nfc的不平衡磁拉力谐波幅值随之增大,其中N∈0,1,2,3……。(3)动态偏心故障内置式永磁同步电机气隙磁场与电磁力解析建模分析。首先,应用磁导修正系数方法,考虑了动态偏心故障因素,建立了动态偏心故障内置式永磁同步电机气隙磁场解析模型,分析动态偏心下气隙磁场的时空特性。其次,应用麦克斯韦应力张量法,建立了动态偏心下电磁力的解析模型,分析了动态偏心下电磁力的时空规律,揭示了不同动态偏心率对不平衡磁拉力的影响规律。然后,通过有限元模型对比验证了解析计算的正确性。研究表明:动态偏心对气隙磁场和电磁力波的影响规律与静态偏心相同,但动态偏心会使得气隙磁场在原频率成分的基础上产生±fr的频率成分,使得电磁力波在原频率成分的基础上产生±fr和±2fr的频率成分。随着动态偏心率的增大,频率为fr的不平衡磁拉力的谐波幅值显著增大,频率成分为4fc±fr、6fc±fr、8fc±fr等的不平衡磁拉力的谐波幅值也增大。且当电机发生动态偏心时,不平衡磁拉力的方向随着转子的旋转而不断发生变化。(4)内置式永磁同步电机偏心故障诊断方法研究。首先,应用法拉第电磁感应定律,考虑了分段斜极、绕组并联支路因素,建立了内置式永磁同步单元电机三相空载反电动势的解析模型,分析了分段斜极和绕组并联支路数对电机三相空载反电动势的影响,揭示了静态、动态偏心对单元电机的三相空载反电动势的影响规律。在此基础上,建立了BP神经网络模型,基于单元电机空载反电动势提出了内置式永磁同步电机静态偏心故障和动态偏心故障诊断方法。研究结果表明:静态偏心故障使得各单元电机的三相空载反电动势的平均总谐波失真度发生相应变化,动态偏心故障使得单元电机的三相空载反电动势的平均凹度会发生相应变化,但绕组间的串并联会抵消偏心故障对电机三相空载反电动势的影响。