随着真空技术的发展与应用领域的丰富,真空干泵的市场需求不断增加。真空干泵应用于工业生产时,泵用驱动电机通常与泵体直接相连,即真空干泵的腔体内部与电机关键部件均处于真空环境之中。因此,泵用驱动电机的散热条件与常规电机相比较为恶劣,由损耗所产生的热量也会威胁电机关键部件的寿命及电机的可靠运行。尤其是电机转子处于真空环境下,仅能依靠热辐射和热传导两种方式来传递热量,散热效率低进而导致散热困难。常规的转子永磁电机的转子永磁体存在高温失磁和性能退化的风险,电机轴承也存在磨损、抱死的风险,上述问题都会严重威胁真空干泵的平稳可靠运行。针对以上问题,本文设计了一台4.5k W、6000rpm的磁通切换永磁电机,作为真空干泵的驱动电机,对其关键参数和性能进行了改进设计和综合研究。首先,立足于真空干泵的应用背景与泵用驱动电机的发展现状,分析了磁通切换电机在真空干泵应用上的潜在优势,总结了磁通切换电机的发展特点、结构规律和工作原理。初步设计了一台12/10极磁通切换电机,电机输出性能可以满足真空干泵的驱动需求,分析了电机转子齿宽、转子齿型以及定转子削角对电机的反电势谐波畸变率、转矩脉动和电机损耗的影响规律。随后,总结了上述不同电机结构参数对性能的影响,进行了改进设计,对比改进设计方案与初始设计方案的性能提升程度。其中改进设计方案中定子削角为4.5°,转子削角为2.5°时,齿槽转矩降低了85.2%、定子铁耗减小了20%、转子铁耗减小了70%和永磁体涡流损耗减小了64%。结果表明改进设计方案满足各项设计要求,齿槽转矩与反电势波形得到明显的改善,更适合于真空干泵机组工况。最后,考虑到真空干泵机组特殊的运行环境,对所设计的磁通切换电机温度场与应力场进行了计算与分析。为了对比真空干泵用磁通切换电机与常规驱动电机的优势,设计了具有同功率、转速和主要尺寸的异步电机、转子永磁型电机。对上述电机的温度场和应力场进行了对比研究。结果表明,真空干泵用磁通切换电机的转子铁心最高温度和轴承最高温度均比常规驱动电机更低、温升更小,其中,转子最高温度比异步电机低38.15%;比内置式永磁同步电机低23.5%。电机轴承所受热应力与热形变更小,即降低了真空干泵轴承抱死或损害的风险,真空干泵机组的运行可靠性得到了显著提高。