在水下无人航行技术上，目前已经确定六项关键技术，包括长续航力推进、水下通信、大地和相关导航、任务管理与控制、传感器和信号处理以及航行体设计。其中，长续航力推进作为水下无人航行器顺利完成各种任务的基本保证，要求推进电机必须能够与高能量密度的大航程电源配合，实现有限电能的高效利用。而在众多电机类型中，永磁同步电动机因为具有显著的节能效果、体积小、效率高、功率因数高、起动力矩大、温升低等优点，是推进电机的首选类型之一。因此，研究并设计出大小合适、可提供足够功率与起动转矩、能量损耗较小的推进用永磁同步电机，对促进水下无人航行技术的发展有重要意义。

1。2 国内外研究现状

1。3 课题主要研究内容

本文主要论述了永磁同步电机的发展与趋势、工作原理以及基于水下无人航行器应用背景的电机设计过程。通过RMxprt建立电机物理模型，完成永磁同步电机本体设计并结合性能曲线作出分析。

主要内容分为以下三部分：文献综述

（1）详述永磁同步电机的原理：先论述电机结构并突出强调转子磁极结构，然后介绍并选用合适的永磁材料，最后进行基本电磁关系的介绍；

（2）根据应用背景来设计本体：明确额定数据，以功率30kW的永磁同步电机为设计对象，围绕冲片、磁极、绕组和工作性能等要素进行设计与计算；

（3）建立物理模型并分析性能：选用Rmxprt模块来建立该电机物理模型，然后添加电机解算方案，得到功率、效率、转矩等特性曲线。最后结合具体参数进行性能分析，总结出优化与改进方案。

1。4 小结

    本章首先对水下无人航行器的发展进行简要的概括，然后针对其推进系统的重要组成部分——永磁同步电机作了简要介绍。随后详细阐述其研究意义、发展现状以及存在的问题。最后，给出本次自起动永磁同步电机的设计策略，为后文电机本体设计与分析研究奠定良好基础。

第二章 永磁同步电机的原理

2。1 永磁同步电机的结构

与其他旋转电机类似，永磁同步电动机的机体主要划分为定子和转子两个部分，但其独特之处在于以永磁体来实现转子的励磁，其典型的结构如图2-1所示。从机械结构来看，永磁体取代电励磁绕组，也不再需要电刷、集电环和冗余的励磁装置，永磁同步电机结构极大地简化；从电能利用的角度来看，由于不需要通入励磁电流，能够有效避免励磁损耗的产生，从而具有很高的功率密度以及电机效率。

永磁同步电动机可按主磁场方向、电枢绕组位置、供电电流波形、转子上有无起动绕组等因素进行分类。其中，根据转子上是否配置起动绕组，可把永磁同步电动机划分为调速永磁同步电动机和异步起动永磁同步电动机两类。前者选用变频器作为供电设备，利用转速n与电源频率f之间的恒定比例关系，逐步升高频率来实现稳定起动；后者则是在转子上配置起动绕组，在某一频率和电压下形成起动转矩，从而直接起动[2]。

图2-1 永磁同步电动机结构示意图

2。1。1 定子结构

永磁同步电动机的定子铁心由表面绝缘的硅钢片叠压而成，在其外围圆周等距排布用于放置三相绕组的槽。在大部分应用场合，定子绕组为星形和双层短距的接法，以减小电路损耗。铁心通常采用梯形槽和梨形槽两种槽型，如图2-2所示。二者都属于半闭口槽，但梨形槽因弯曲程度较小、不易磨损、使用寿命长、槽面积利用率高而得以广泛应用。