内置式永磁同步电机除了具有表贴式永磁同步电机高功率密度、高转矩密度和高效率外,还具有其独特的弱磁扩速能力,因此,在混合动力汽车、军工、航空航天等领域得到越来越多的应用。本文针对内置式永磁同步电动机及弱磁控制存在的问题和研究热点,对电机的设计模型、考虑磁路交叉饱和的有限元模型、电机的优化设计、弱磁控制算法和控制系统分别进行了研究,力图使内置式永磁同步电动机损耗降低、转矩波动减小、效率提高、具有更高的弱磁扩速能力以及具有更好的控制性能。论文完成的主要工作和取得的成果如下:(1)提出了瞬态向量分析方法,建立了考虑磁路饱和及电压电流约束条件的内置式永磁电动机瞬态有限元模型。该模型可在内置式永磁同步电动机的恒转矩恒功率运行范围内准确计算最优电流控制角,实现输出最大转矩控制。(2)根据牵引电机的性能要求,完成了55kW V字型永磁结构和7.5kW一字型永磁结构的内置式永磁同步电动机的优化设计,并进行了电感参数计算及弱磁控制性能分析;提出了一种具有宽调速范围的W型内置式永磁转子结构,通过有限元分析计算表明该种结构电机单位输出转矩永磁体用量较少,齿槽和纹波转矩较小,具有优良的弱磁扩速能力和宽的恒功率速度范围。(3)分析了磁路饱和及交叉耦合对控制系统性能的影响,创建了考虑磁路饱和的内置式永磁同步电动机MATLAB仿真模型,完成了内置式永磁同步电动机参数饱和补偿的解耦控制系统仿真,仿真结果表明考虑饱和补偿的解耦控制有效地拓宽了恒功率区的速度范围。(4)制作了一台7.5 kW内置式永磁同步电动机样机,研究了内置式永磁电机参数测试方法,并对样机进行了参数和性能测试,测试结果表明该电机满足设计要求。