轮毂电机将轮毂和驱动装置直接合并为一体,消除了电机与车轮间传递动力的机械装置,使得整车结构紧凑、传动效率高、动力分配灵活。不同转子结构和极槽配合的永磁同步电机在轮毂电机的研究中得到了广泛的关注。然而随着轮毂电机向不同类型电动车辆的普及、功率密度和转矩密度的提高,轮毂式永磁同步电机也存在着极槽配合难以确定、永磁体涡流损耗较大、恒功率运行时的转速范围难以保证、转矩波动机理复杂且难以抑制等突出问题,并且这些问题在不同转子结构的电机间也存在着差异。针对表贴式和内置式转子结构及不同极槽配合进行全面、系统的研究是轮毂式永磁同步电机研究所面临的重要课题。针对轮毂电机功率密度高的要求,分析了电机的驱动方式和性能要求,并确定了采用分数槽集中绕组结构的永磁同步电机方案。研究了轮毂式永磁同步电机极槽配合的选择依据和转子结构。分析分数槽集中绕组定子磁动势的特点,结合转子磁动势分析,研究了不同极槽配合电机径向力的最小模数。根据分析的结果,确定了轮毂电机的方案。针对轮毂式永磁同步电机恒功率运行时的转速范围较宽且难以实现的特点,分析了电机恒功率运行时电流相平面上电流轨迹的特点,推导得出了恒功率运行约束下的电机磁链和同步电感参数。分析了轮毂电机磁链、电感和电机尺寸参数的关系,针对表贴式结构和内置式结构的轮毂式永磁同步电机,提出了恒功率运行约束下的电机设计方法。通过样机的设计和实验研究,验证了电机恒功率运行时电流轨迹分析的正确性和电机设计方法的有效性。计算分析了轮毂式永磁同步电机的绕组磁动势及其谐波组成,研究了绕组磁动势谐波和永磁体涡流密度的关系。采用解析计算的方法分析了不同极槽配合的表贴式永磁同步电机的永磁体涡流损耗,并采用有限元数值计算方法分析了永磁体的分段拼接方式对永磁体涡流损耗的抑制效果。比较计算了表贴式和内置式结构永磁同步电机的永磁体涡流损耗,提出了增加永磁体放置深度的方法有效地减小了内置式结构轮毂电机永磁体涡流损耗。样机的永磁体涡流损耗实验验证了永磁体涡流损耗计算的正确性。从能量的角度推导了永磁同步电机电磁转矩的数学模型,与传统的永磁同步电机转矩公式的比较分析说明所推导的转矩模型适用范围更宽。以转矩模型为基础分析了永磁同步电机的转矩波动机理,提出了优化转子铁心表面形状和永磁体形状相结合的设计方法,有效地抑制了磁链谐波和转矩波动。根据转矩数学模型建立了注入谐波电流抑制转矩波动的原则,研究了不同工况下注入谐波电流对轮毂式永磁同步电机转矩波动的抑制效果,并改进了谐波电流的计算方法。注入电流谐波可以进一步减小轮毂式永磁同步电机的转矩波动,尤其是深度弱磁区域的转矩波动可以得到有效的抑制。