传统燃油汽车造成的能源短缺和环境污染日益成为全球性关注的焦点，发 展采用新型清洁能源的无污染电动汽车成为各国研究的热点之一。电机及其控 制系统是电动汽车的动力系统能量转换的主要执行部分，对电机及其控制系统 的关键技术问题的研究具有很强的理论价值和现实意义。 车用工况对电机及其控制系统具有高密度、轻量化、大出力、宽调速的要 求。本文首先将永磁无刷电机的高密度特性归入转子永磁磁密、定子相反电动 势以及定子电感等参数的非线性，运用永磁无刷电机的饱和集中参数数学模型 分析电机性能，论证了该车用永磁无刷电机能够满足车辆动力性能要求。 其次，根据永磁无刷电机中性点悬空的特点，引入电压开关函数概念，建 立了方波电流控制的逆变器—永磁无刷电机系统数学模型，并推导出永磁无刷 电机转矩脉动统一表达式。将系统中换相过程的相电流变化过程分为不同阶段， 对于不同调制方式的转矩脉动进行了分析和比较，并得出适合车用工况的方波 电流低脉动调制方法。同时，应用电压开关函数模型建立了逆变器—永磁无刷 电机系统仿真模型，并对仿真结果与实验结果进行了对比分析。 再次，针对永磁无刷电机采用传统的方波电流相位提前弱磁控制方法中存 在转矩脉动大的缺点，本文从永磁电机的基本电磁关系出发，提出瞬时无功转 矩理论。运用瞬时无功转矩理论，不需要进行复杂的矢量变换，只需根据电磁 转矩指令和电机转速就可得到电流闭环控制的电流指令和相位提前角度，实现 永磁无刷电机弱磁控制。同时，为进一步提高永磁无刷电机在高速工况下的性 能，在不改变现有霍尔位置传感器的条件下，对运用霍尔位置信号实现永磁无 刷电机的低速方波电流和高速正弦波电流的复合控制作了有益的探索和分析。 本文最后一部分重点在于高密度电机控制器的本体设计的研究。从功率电 路的结构设计、功率电路的参数设计、功率母线技术、电源的抗干扰技术以及 散热系统设计等五个方面入手，提出了符合电磁兼容性要求和适合车辆空间优 化布置的电机控制器的机、电、磁、热等多物理系统优化设计方法。 关键词：永磁无刷电机，电机控制器，电压开关函数，瞬时无功转矩，多物理 系统，电动汽车