调速永磁同步电动机具有结构简单、效率高、功率密度高以及动态性能良好等优点,在工业、商业电器、运输车辆、航空等领域得到了越来越广泛的应用。研究调速永磁同步电动机的设计方法,开发高效、标准、系列化的调速永磁同步电动机,具有重要的科研意义和应用价值。目前,调速永磁同步电动机的设计主要参照感应电动机的规格进行设计。对于同一机座,由于电机功率、极数、槽数等的不同,定、转子冲片也不同,造成电机冲片规格繁多,给电机的设计、制造、使用和维护带来很多不便。为缩短电机的设计和试制周期,减少模具数量,提高零部件的通用性,降低制造和维护成本,本文提出一种调速永磁同步电动机系列化设计的新构想,即:对同一机座号的电机,选用相同的极数和槽数,并采用相同尺寸的定转子冲片;电机转速不同,则供电频率不同。基于此构想,本文围绕内置式永磁同步电动机的本体设计进行了系统研究,主要工作和取得的成果如下:1)电机电磁结构设计研究。本文对调速永磁同步电动机的基本结构进行了分析,选择V型结构作为系列电机的转子结构;对比了极数对电机结构和经济性的影响,确定了系列电机的极数为6;从铁耗密度的角度,给出了系列电机铁心磁密的确定原则,并进行了永磁体的设计;分析了不均匀气隙对电机气隙磁密分布、空载反电势和齿槽转矩等的影响;提出了一种内置式永磁电机漏磁系数解析计算方法,并与有限元法计算结果进行对比,验证了本文方法的准确性。2)内置式永磁电机齿槽转矩分析、计算与削弱的研究。本文采用解析法分析了内置式永磁电机的齿槽转矩,鉴于解析法计算准确度差,有限元法计算量大、计算周期长的特点,提出了一种齿槽转矩快速准确计算方法。该方法基于能量法推导了齿槽转矩的解析表达式,对计算所需的傅里叶系数则采用有限元法求取。通过有限元法求取不同结构的气隙磁密分布,据此计算出转子等效磁动势和有效气隙长度的分布,进而求出傅里叶系数,代入解析公式即可快速准确地计算出齿槽转矩;本文对内置式永磁电机齿槽转矩的削弱措施进行了研究,主要分析了合理选择极弧系数和采用不同极弧系数组合等方法。3)电机系列化设计研究。研究了调速永磁同步电动机的系列设计准则,分析了不同功率相同转速和不同转速相同功率电机的类比规律,为系列电机的派生设计提供了依据;以160机座号样机设计为例展示了样机的设计方案和电磁计算结果,并对设计的样机进行了样机试验,试验结果表明样机性能满足设计要求。