永磁同步电机具有结构简单、功率密度大和效率高等显著优点,因而在军用和民用领域受到人们的普遍关注。根据永磁体在转子上的位置,永磁同步电机主要分为表贴式永磁同步电机、表面镶嵌式永磁同步电机和内置式永磁同步电机。其中,表面镶嵌式永磁同步电机结构简单,可以利用永磁转矩和磁阻转矩两种转矩成分,不仅具有较高的转矩密度和效率,还具有较宽的弱磁调速范围,应用前景广阔。然而,传统表面镶嵌式永磁同步电机虽然产生永磁转矩和磁阻转矩,但在研究中发现两种转矩成分并不能被充分利用,限制了电磁转矩的提升。基于此,本文在充分分析传统表面镶嵌式永磁同步电机结构特点和转矩特性的基础上,提出一种具有非对称转子结构的新型表面镶嵌式永磁同步电机,通过转子凸极与永磁体间配置角度的设计,能够使电机的永磁转矩与磁阻转矩的最大值由传统45度电流相位角差值缩小,从而提升转矩成分的利用率,进而实现转矩密度的提升,优化了该电机的电磁性能。为突出新型表面镶嵌式永磁同步电机的优点,本文采用对比研究方法,在传统表面镶嵌式永磁同步电机的设计基础上,设计优化新型表面镶嵌式永磁同步电机并进行定量对比研究。具体研究工作如下:首先,介绍了传统和新型表面镶嵌式永磁同步电机的结构特点和工作原理,基于传统表面镶嵌式永磁同步电机尺寸设计确定了新型表面镶嵌式永磁同步电机的基本电磁参数,通过不同极槽配合方案下的电磁性能及振动噪声性能研究,得到新型表面镶嵌式永磁同步电机优化分析的基础模型。然后,以基础模型的尺寸、材料、主要规格为基础,以提升平均转矩和抑制转矩脉动为优化目标,对基础模型多个参数进行优化,得到提出模型:(1)采用了拉丁超立方采样算法,以基础模型永磁体用量为固定约束条件,对基础模型定子齿顶高、定子齿宽、定子槽开口宽、凸极宽度角、凸极长度和凸极与永磁体夹角六个变量进行平均转矩和转矩脉动的灵敏度分析,确定了高灵敏参数与低灵敏参数,划分每个优化参数权重占比。(2)通过高灵敏度参数建立了克里格近似模型,利用遗传算法进行优化,得到提出模型的最优转子结构。通过有限元方法对提出模型与基础模型电磁性能进行对比分析。结果表明,与基础模型相比,提出模型的永磁转矩与磁阻转矩最大值从原来的45度电流相位角差值缩小到16.5度,转矩成分利用率得到了提高,平均转矩提升25%,且转矩脉动下降3.9%。最后,通过新型表面镶嵌式永磁同步电机定、转子磁动势分析,定、转子开槽效应气隙磁导分析,以及气隙磁密和电磁力波分析,对提出的电机进行了振动噪声分析,并进行了模态与谐响应振动分析,验证了新型表面镶嵌式永磁同步电机振动噪声性能。