推进用永磁同步电机是太阳能无人机研究热点之一。太阳能无人机飞行环境多变,工作任务剖面复杂,因此对推进电机系统提出多个差异很大的输出性能指标要求,如低空爬升时要求电机输出转矩大而转速低,高空巡航时要求电机输出转矩小而转速高。由于能源容量有限,推进电机需要在这些工况下均保持高效率运行。一般情况下,永磁同步电机只在额定工况附近工作效率较高,因此难以满足无人机推进电机系统多工况下高效率运行的实际需求。如果选择高空巡航工作点设计电机,由于低空爬升阶段电机输出转矩大、绕组电流大,电机系统损耗大、效率低、温升高,对无人机工作状态造成很大影响。通过电机定子绕组串并联切换可以减少电机低速时的相电流需求及相应的驱动器损耗,从而提高电机系统整体运行效率。本文旨在研究具有串并联切换绕组的推进电机多工况下整体运行效率特征规律,总结该类型电机本体的优化设计方法首先,对分数槽集中绕组表贴式永磁同步电机的气隙磁场进行解析分析和计算,利用有限元仿真验证了解析分析正确性和准确性。根据气隙磁场解析公式及磁力线分布推导了表贴式电机定转子铁心尺寸解析计算公式,并基于空载气隙磁场解析给出了永磁体尺寸参数优化设计方法。其次,通过对电机气隙磁场解析分析,建立了额定工况下的电机参数化模型;通过有限元分析验证了参数化解析计算模型的准确性。利用参数化模型计算分析了电磁负荷、长径比、极槽配合和磁极结构对推进电机有效质量及效率的影响规律。然后,基于永磁同步电机dq轴数学模型对绕组串并联切换扩速扩转矩能力、切换前后电机本体及驱动器的效率特性等进行了分析,总结绘制了电机系统效率MAP图,定量分析了绕组串并联切换提高电机系统效率的能力。最后,利用参数化模型计算得出推进电机系统多工况下整体运行效率的变化规律。研究结果表明,应用绕组串并联切换后,电机额定工作点可进一步靠近转矩小、转速高的巡航工作区,在提高电机系统整体运行效率的同时减少电机本体质量。在上述研究工作基础上,设计改造了一台具备串并联切换绕组的试验样机并进行实验测试,验证了绕组串并联切换提升电机系统效率的有效性。