反凸极永磁同步电机是凸极永磁同步电机的一种,与传统的正凸极永磁同步电机相比其具有直轴电感大于交轴电感的特性,因而其具有调速范围宽、过载能力强以及永磁体退磁可靠性高等特点,在电动汽车驱动领域及数控机床系统等对调速范围要求较高的场合具有广阔的应用前景。本文在分析反凸极电机特性的基础上,对反凸极电机的本体设计与控制策略展开研究,主要研究内容有以下几点:首先,从磁路角度分析反凸极永磁同步电机的拓扑结构,定性分析电机实现反凸极特性的条件。在实现反凸极特性的前提下,提出了带有底部退磁磁桥的混合励磁Halbach阵列式转子,并绘制等效磁路图说明设计的合理性。通过有限元仿真说明新结构在提升气隙磁密以及退磁性能方面的优势。其次,由于磁障设计是实现电机反凸极特性的关键,但当前反凸极永磁电机的磁障设计方法照搬正凸极永磁同步电机的磁障设计方法,不能兼顾永磁体利用率与气隙分布的正弦性。为此,文中提出了磁障的三段式设计方法,经过优化后采用有限元分析,通过对比优化前后电机气隙磁密分布、反电势谐波含量以及输出转矩,证明提出设计方法的合理性。再次,对最为关注的电机电感特性进行分析,通过仿真说明新型电机在不同的电流角及不同负载电流的情况下,均可实现反凸极特性。由于反凸极电机具有很高的扩速能力,在高速下对提出的新型转子结构进行了转子强度校核,分析在高速下电机转子冲片的结构应力与位移,说明在10倍额定转速下电机转子结构依然可靠。对电机施加3倍额定电流的退磁电流,通过仿真说明永磁体无不可逆退磁的风险,再次验证了电机新结构的优势。另外,对本文设计的新结构电机制作了样机,搭建了反凸极永磁电机控制平台,对样机的电感参数与反电势波形进行测试,同时进行了负载测试。通过实验验证了该新结构电机的有效性。最后,分析对比了正凸极永磁电机与反凸极永磁电机的运行范围,总结出反凸极永磁电机的控制要点,并针对性提出了基于有限集模型预测控制的反凸极永磁电机控制策略,可兼容MTPA、弱磁以及MTPV模式并根据输入参考自行切换运行模式。在不同的负载与速度给定的变化下,通过仿真实验证明了所提出控制算法的快速性与可靠性。该论文有图68幅,表13个,参考文献66篇。