交流牵引电机（AC Traction Motor）是一种结构相对简单,体积较小,调速范围大,功率密度大,可靠性高,控制策略简单的电机。基于以上的诸多优点,交流牵引电机广泛被运用于城市轨道交通机车上。对于交流牵引驱动系统本身来说,满足基本的电磁性能是电机设计的前提,同时还需要对其温升进行控制。为兼顾交流牵引电机驱动系统的综合性能要求,本文将运用有限元方法,从多物理场角度对交流牵引电机驱动系统进行全面分析,这一工作将对交流牵引电机驱动系统的设计具有十分重要的意义。本文所研究的交流牵引电机驱动系统主要是运用在城市轨道交通系统中,为满足城市轨道交通的正常的运行,需要该驱动系统的电机具有较高的综合性能,因此,本文的研究重点围绕交流牵引电机的电磁性能及控制器的散热系统进行优化设计。针对城市轨道交通用交流牵引电机的结构特点和要求,运用电机耦合数值算法进行分析,结合具体的工程实例对交流牵引电机进行初步的结构参数确定,并建立了交流牵引电机二维有限元模型。然后对电机多物理场进行理论分析,分析了交流牵引电机额定电压、欠电压、过电压状态下的转矩和电流特性曲线。然后通过对不同电机转子槽型尺寸下的仿真实验,得到了电机槽型尺寸参数同电机效率的关系,并运用响应面法进行分析,通过拟合函数的办法,对电机转子参数进行了优化。结果表明,优化后的转子结构大大提升了电机的效率喝功率因数。对于电机驱动系统来说,控制器的散热功能好坏直接影响其整体性能,所以对控制器的性能优化分析必不可少。针对电机控制器的散热问题,首先分析其内部的散热情况,然后建立热流耦合温升模型,分别详细分析散热筋水道数、入口流速、散热筋高度的温升分布规律。考虑到散热筋水道数、入口流速、散热筋高度对整车性能的综合影响,最后确定三者的参数范围,分析此时的电机控制器综合温升情况。通过多物理场综合分析与优化,获得控制器散热器参数,制作出控制器散热器样机,并设计相关性能测试的方法,搭建散热器的实验平台,实测得到实验数据,进一步对比实验数据与仿真数据计算结果,验证该耦合仿真分析方法的有效性。