随着众多工业领域对电机的要求趋向高功率密度化。由于具有结构紧凑、电负荷和磁负荷高等优点,高功率密度永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)成为工业领域的首选。高功率密度PMSM常工作在复杂多变的工况下,电机铁磁材料处于磁饱和状态,这样使得电机的电磁转矩非线性特征显著。传统的永磁电机转矩模型针对低饱和电机,它是以dq轴解耦的线性化模型,同时认为电机参数常数值。而在高功率密度PMSM中,电机的永磁体与铁磁材料都易受到负荷与温度的影响而产生饱和现象,造成电机参数变化,电磁转矩非线性化变化,从而不能满足高功率密度永磁同步电机电磁转矩的计算要求,本文针对上述问题,开展如下研究:(1)高功率密度PMSM常工作在高负载和大电流的工作条件下,由于磁场较强,电机的参数非线性和耦合性更加明显。本文首先建立了电机的数学模型、dq轴下永磁同步电机线性模型以及考虑磁路饱和以及交叉耦合的非线性模型。为后续研究工作奠定基础。(2)高功率密度PMSM磁负荷,线负荷高,电机设计时需在高功率密度的基础上保持良好的工作特性。本文介绍了高功率密度PMSM的设计流程以及磁场分析方法。计算了永磁同步电机的损耗,提出了铁心饱和下的修正方法。(3)高功率密度PMSM电磁转矩由于受磁路饱和以及交叉耦合的影响,计算较为复杂且困难。同时对表贴式永磁同步电机(L_d=L_q)来说,采用i_d=0控制时,电磁转矩仍然有非线性电磁转矩特性,考虑了磁饱和和交叉耦合的电机模型无法准确表达电磁转矩特性。本文在磁场观点下分析电磁转矩模型,分析了永磁同步电机的定子磁动势以及转子磁动势,并利用磁路计算提出了饱和系数,修正传统的线性转矩方程。(4)综合运用以上的分析方法,运用仿真软件,搭建出高功率密度PMSM电机模型,验证了电机磁路的饱和特性,利用冻结导率的方法计算出磁路饱和下的电感参数;搭建四种转子形式的永磁同步电机,研究了内置式永磁同步电机在磁路饱和下,电感参数变化对永磁转矩,磁阻转矩的影响,并分析了四种电机电磁转矩、齿槽转矩、转矩波动;利用有限元仿真得到的饱和系数与磁路计算得到的饱和系数进行转矩修正的效果对比,验证饱和系数的准确性。