内置式永磁同步电机因其具有功率密度高和恒转矩运行范围宽等特点而被广泛用作电动汽车驱动电机。由于受到逆变器的控制,内置式永磁同步电机在正常运转时绕组中势必会含有丰富的谐波电流,由谐波电流引发的谐波电磁力将会使内置式永磁同步电机的振动噪声性能恶化。因此,研究在谐波电流供电下内置式永磁同步电机的气隙磁场和电磁力的变化规律具有重要的现实意义。(1)内置式永磁同步电机气隙磁场和电磁力解析建模及特性分析。首先,应用半解析建模的方法建立了能够考虑复杂转子结构和复杂磁路结构的内置式永磁同步电机的空载气隙磁场解析模型。其次,运用矢量叠加法和磁导函数法建立了考虑定子槽和转子永磁体槽效应的电枢反应磁场解析模型。然后,根据磁场叠加法和麦克斯韦应力张量法分别建立了内置式永磁同步电机的气隙磁场和电磁力的解析模型,揭示了气隙磁场和电磁力的空间阶次和频率特性。最后,通过有限元仿真结果验证了气隙磁场和电磁力解析模型的准确性。研究结果表明,内置式永磁同步电机特有的转子永磁体槽的结构将导致气隙磁场的空间阶次中出现2kp的阶次,频率特性中出现2kfc的分量,其中p为电机的磁极对数,fc为该转速下的电流基频,k为正整数。(2)谐波电流作用下气隙磁场和电磁力解析建模及特性分析。首先,在电机试验台架上采用试验法采集了内置式永磁同步电机在不同工况下的三相谐波电流数据,并根据试验数据建立了能够描述不同谐波的谐波电流解析模型。然后,在内置式永磁同步电机气隙磁场和电磁力解析模型中分别通入不同谐波电流,得到不同谐波电流作用下内置式永磁同步电机的气隙磁场和电磁力的解析模型,揭示了谐波电流对内置式永磁同步电机气隙磁场和电磁力的影响规律。最后,通过有限元仿真结果验证了谐波电流作用下的内置式永磁同步电机气隙磁场和电磁力解析模型的准确性。研究结果表明,谐波电流会和永磁体槽产生的频率为2kfc的分量相互作用,进一步丰富内置式永磁同步电机气隙磁场和电磁力的频率成分。(3)内置式永磁同步电机试验研究。以一台8极48槽电动汽车用内置式永磁同步电机为研究对象,对本文提出的内置式永磁同步电机的空载气隙磁场和电磁力的解析模型分别进行了试验验证。首先,在内置式永磁同步电机超薄空载气隙磁场试验台架上直接测量了10-1 mm数量级的空载气隙磁场,以试验结果作为真值验证了空载气隙磁场解析模型和有限元模型的准确性。其次,在电机试验台架上进行了空载反电动势采集试验,间接验证空载气隙磁场解析模型和有限元仿真模型的准确性。最后,在电机试验台架上进行了电磁转矩测定试验,以试验结果验证了电磁转矩解析模型和有限元模型的准确性。研究结果表明,内置式永磁同步电机的空载径向气隙磁场的空间阶次为np±μQs,频率为nfc,其中μ为正整数,Qs为定子槽数,电磁转矩的主要频率为0。解析结果、有限元结果与试验结果吻合程度较高。试验结果验证了内置式永磁同步电机空载气隙磁场和电磁力的解析模型以及有限元模型的准确性。