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内嵌式永磁同步电机(IPMSM)以其高效率、高转矩密度的优势,在电动汽车等领域获得了广泛应用。然而,为了充分利用磁阻转矩,IPMSM通常具有较高的电流密度且转子易饱和,进而导致较高的转矩脉动和损耗,这会使电机在运行过程中产生振动、噪声、发热、效率降低等不良现象。因此,在IPMSM的设计与优化过程中,对其转矩和损耗的准确计算显得至关重要。为了抑制IPMSM的转矩脉动,本文采用多相设计,将非对称结构和偏移极结构引入IPMSM,形成了一种新型五相非对称偏移极IPMSM,并通过优化极弧角与偏移角,有效地提升了该电机的转矩性能。在此基础上,考虑定子开槽、磁饱和效应、非对称结构和磁极偏移的影响,提出了适用于该IPMSM的永磁转矩、磁阻转矩的解析方法,并揭示了其转矩脉动的产生和抑制机理。此外,提出了三种基于定子磁密的铁耗解析方法,实现了对铁耗及效率的有效计算。本文的研究内容涉及对IPMSM的设计与优化,对转矩与损耗相关参数的解析计算,以及对样机加工与实验验证等,为该类型电机的优化设计与解析计算提供了理论基础和技术借鉴。本文的主要研究成果总结如下:1.提出了一种新型五相非对称偏移极IPMSM来提高转矩性能。首先根据需求选择出合适的相数和极槽配比,设计出五相对称V型IPMSM。在此基础上,通过优化极弧角和偏移角来降低电机的转矩脉动。同时,分析了电机的转矩性能,验证了该设计方法的有效性。2.提出了一种适用于所研究IPMSM的永磁转矩解析方法。基于绕组函数理论,推导了定子磁动势的表达式;利用等效磁路模型,推导了气隙磁密和永磁体产生的转子磁动势的表达式;利用洛伦兹力定律,推导了转矩表达式。同时,为了提高转矩解析的精度,详细考虑了非对称结构、磁极偏移和定子槽效应等因素的影响。此外,通过有限元法验证了解析法的有效性,并分析了转矩脉动的产生与抑制机理。3.提出了一种适用于所研究IPMSM的磁阻转矩解析方法。利用等效磁路模型,推导了定子磁动势产生的转子磁动势的表达式;利用迭代程序,考虑了定子磁饱和效应对转子磁动势的影响;利用转矩的表达式,计算出磁阻转矩与电磁转矩。此外,通过有限元法验证了该解析法的有效性。4.提出了三种适用于所研究IPMSM的损耗解析方法。逐步推导了考虑定子磁饱和效应的负载气隙磁密、定子齿部磁密、定子轭部磁密和定子铁耗,并分别利用有限元法进行了验证。5.加工了一台40槽8极的五相非对称偏移极IPMSM的实验样机,搭建了实验平台并进行测试,得到了空载反电动势、电磁转矩及效率等参数,验证了解析法的有效性。