目前，变极调速技术在感应电动机中应用广泛，只需改变定子绕组的极数即可改变电机转速，但功率因数较低。普通永磁同步电动机具有高效、高功率因数和经济运行范围宽的特点，但为防止出现不可逆去磁，永磁体用量较多，导致电机成本较高，并且永磁磁极的极性难以改变，电机在制成之后极数是固定的，不能实现变极。若能将二者的优点相结合，开发变极永磁同步电动机，具有重要的理论意义和现实意义。2001年德国的Vlado Ostovic率先提出了变极永磁同步电动机，并进行了相关研究，设计制造了一台样机并进行了试验研究。Vlado Ostovic的样机定子绕组与变极感应电动机相同，转子采用切向充磁的铝镍钴永磁和软铁相互叠加而成的“Sandwich”结构，变极时以定子绕组为充磁绕组。试验表明：该电机能够实现变极，且效率高于同功率等级的感应电动机。但其研究只是验证了变极永磁同步电动机的可行性，缺乏系统深入的研究，并且采用的转子结构复杂，加工困难，结构强度低，充磁时充磁绕组与转子相对位置对充磁结果有较大影响，作者推导了变极充磁电流和变极后每极磁通与电机结构参数和永磁体性能的关系，推导变极充磁电流时忽略了铁心磁压降，推导每极磁通时假设充磁后永磁体都被饱和切向磁化了，与永磁体的实际磁化状态有较大误差，没有给出永磁体充磁后磁化状态的确定方法。本课题针对上述不足进行了进一步的研究，主要研究内容如下：1．提出了变极永磁同步电动机的表面式转子结构，采用环形永磁体。Vlado Ostovic样机采用的“Sandwich”转子结构复杂，加工困难，结构强度较低，充磁时充磁绕组与转子相对位置对充磁结果有较大影响。为此，本文提出了表面式转子结构，采用环形永磁体。表面式转子结构在永磁直流电机、无刷直流电机和表面式永磁同步电动机中得到了广泛的应用，生产和加工工艺已经非常成熟，具有结构简单可靠、机械强度高、充磁与定转子相对位置无关等优点，能够保证电机运行的可靠性，降低了成本。2．研究了变极充磁时永磁体磁化状态确定方法。Vlado Ostovic推导了变极充磁电流和变极后每极磁通与电机结构参数和永磁体性能的关系，推导变极充磁电流时时忽略了充磁过程中的铁心磁压降，推导每极磁通时假设充磁后永磁体都被饱和切向磁化了，与实际情况有较大误差，没有给出永磁体充磁后磁化状态的确定方法。由于变极永磁同步电动机以定子绕组为充磁绕组，充磁磁场比较复杂，本文建立了永磁体的初始磁化模型和重新磁化模型，引入饱和系数，解析法计算了考虑铁心饱和时的充磁磁场强度，将两者相结合得到了考虑永磁体原磁化状态的永磁体磁化状态确定方法和饱和充磁电流确定方法。3．研究了变极永磁同步电动机的性能计算方法。由于变极永磁同步电动机中永磁体的磁化状态由充磁决定，磁化状态比较复杂，以往气隙磁密的计算方法不再适用，本文采用有限元法计算得到了气隙磁密，据此得到了空载反电动势，其他计算步骤与普通永磁同步电动机相同。研究了提高永磁同步电动机效率和功率因数、扩大经济运行范围的技术措施，研究表明保持空载反电动势小于并接近于外加电压，可以获得接近于1的功率因数，空载反电动势满足这一要求还可使永磁同步电动机在不同的负载下效率最高，获得较宽广的经济运行范围。4．对永磁电机的共性问题——齿槽转矩进行了研究，主要工作包括：(1)基于能量法得到了表面式永磁电机齿槽转矩的解析表达式，该表达式体现了电机结构参数对齿槽转矩的影响，为齿槽转矩削弱方法研究提供了依据。(2)分析了永磁体极弧系数对齿槽转矩的影响。现有的极弧系数确定方法得到的都是近似值，很难在实际中应用。本文分析了平行充磁永磁直流电机极弧系数对齿槽转矩的影响，得到了极弧系数的确定方法。(3)分析了不等槽口宽配合削弱齿槽转矩的方法。改进了Sang-Moon Hwang提出的Teeth Pairing法，得到了槽口宽度计算方法和该方法的适用范围。(4)分析了磁极偏移削弱齿槽转矩的方法。现有关于磁极偏移削弱齿槽转矩的文献都是基于削弱永磁体对称时存在的齿槽转矩谐波，但是磁极偏移后会引进新的齿槽转矩谐波，本文得到了削弱永磁体对称时存在的和磁极偏移后引进谐波的磁极偏移角度计算方法。(5)分析了永磁体极弧系数组合削弱齿槽转矩的方法，得到了相邻永磁体极弧系数的计算方法。(6)分析了不等厚永磁磁极削弱齿槽转矩的方法。研究表明：随着偏心距的增大，有些极数和槽数组合的永磁电机齿槽转矩会减小，但是也有些情况下会增大。(7)研究了定子齿开辅助槽削弱齿槽转矩的方法。现有文献得到的辅助槽数确定方法对于每极整数槽的情况不适用，本文将辅助槽法和永磁体极弧系数选择相结合，得到了辅助槽数确定方法。(8)推导了内置式永磁同步电动机齿槽转矩的解析表达式，并对齿槽转矩的组成分量和斜槽的影响进行了分析。