作为精密制造业的重要构成部分,高速永磁电机因其具有高效节能,高功率密度等优异性能,其市场需求日益剧增,应用领域也越来越为广泛,因此对电机系统提出了越来越高的性能和技术要求。由于高速电机的力矩脉动含量,转速的稳定性、可控性,电磁振动及噪音等都与电机磁场有密切的关系,因此,只有对永磁电机的气隙磁密和电磁转矩进行精确的计算和分析,才能对电机的性能进行合理的评估和判断,进而估算和优化电机的性能指标。针对上述问题,本文从电机的结构设计和电磁设计方面着手,对电机的气隙磁密和电磁转矩等关键参数进行了深入研究,主要内容包括如下几个方面:(1)高速永磁同步电机的结构设计。分析了电机的组成结构、分类及原理,综合考虑机械特性、结构强度和电磁特性,在永磁体满足电磁设计要求的基础上,进行了永磁体的强度设计计算和ANSYS仿真分析,初步确定了电机定子、转子结构及尺寸参数,针对本课题完成了一台2.2 kW两极高速永磁同步电机的设计。(2)高速永磁同步电机气隙磁密的计算与分析。针对表贴式永磁同步电机,应用数值解析法理论分析计算了其气隙磁密,分别讨论了气隙长度、永磁体厚度、极弧系数、偏心距、充磁方式对气隙磁密大小及其分布的影响,并通过Ansoft有限元软件对气隙磁密和反电动势进行了仿真。研究了永磁体失磁、退磁或者遭到破坏时对电机磁场分布和磁感应强度等电磁参数的影响情况,为电机运行时的性能参数检测提供了依据。(3)高速永磁同步电机的电磁转矩和加速特性分析。以电磁场理论为基础,结合磁路计算和磁场分析的方法,分别分析了功率法、麦克斯韦法、虚位移法三种电磁转矩的计算方法,利用Ansoft软件进行了电磁转矩的计算与加速特性分析,研究了电机不同负载转矩下的加速特性,分析讨论了齿槽转矩的产生原因及其对电磁转矩的影响。(4)永磁同步电机性能的实验测试。对样机的气隙磁密、反电势、电磁转矩、电机的转速特性以及运行过程中的主要电磁参数进行了测试,验证了文中理论研究结果的准确性。