单相永磁同步电机具有结构简单、效率高、维护方便等优点，在家用电器领域中单相永磁同步电机将逐渐取代单相感应电机，但目前对单相永磁同步电机尚缺少系统深入的研究。本课题以一种新型结构的U型铁芯单相自起动永磁同步电机为研究对象，从数学模型、参数计算、动态过程以及气隙结构和铜套厚度优化设计等方面入手对该电机进行深入的分析，为U型铁芯单相永磁同步电机性能的准确分析计算提供了理论依据。 U型铁芯单相自起动永磁同步电机的数学模型不同于一般同步电机的数学模型。针对该电机定子绕组自感与转子转角无关而转子绕组自感及互感为转子转角函数的特点，通过ab旋转坐标系到aβ静止坐标系的变换，建立了U型铁芯单相自起动永磁同步电机稳态和动态的数学模型。 绕组电感参数计算的精度直接影响电机性能的准确分析。文中利用等效磁路法和二维涡流场的解析计算方法，导出了定子绕组电感和转子铜套等效阻抗的解析表达式，为该类电机的参数计算提供了依据。利用有限元法揭示了U型铁芯单相自起动永磁同步电机电感参数的变化规律。利用A，-A三维有限元法计算了铜套内的涡流，得到了铜套的等效阻抗。将二维和三维磁场的计算结果相结合，确定了绕组的端部漏抗。 起动问题是U型铁芯单相自起动永磁同步电机设计中的一个关键性问题，该电机的起动过程十分复杂。为了准确地分析该电机的起动特性，本文利用时步有限元法对电机在空载、负载下的起动过程以及电机负载突变时的动态过程进行了仿真计算；作为比较，对不带铜套的U型单相永磁同步电机的空载起动过程也进行了计算，验证了铜套能有效地抑制电机转速波动。针对单相永磁同步电机所特有的旋转方向问题，通过对描述电机动态过程状态方程的求解，分析讨论了合闸相位角α和转子初始角θ0对电机旋转方向的影响。 不对称阶梯气隙的引入和永磁体外侧铜套的采用对U型铁芯单相永磁同步电机的起动和运行的稳定性起着重要的作用。本文在不同的气隙结构参数下利用二维有限元法对定子电枢磁场、永磁体空载磁场进行了计算，得到了气隙结构参数改变时电机电枢磁场、定位转矩和初始相位角θ0的变化曲线。利用有限元法得到了电机转速偏离同步转速的百分数、铜套内的涡流损耗与铜套厚度的关系曲线。这些曲线为U型铁芯单相自起动永磁同步电机的设计提供了基础数据。 铜套内的涡流损耗使转子温度升高，永磁体的磁化性能随之改变。为了确定温升对永磁体磁化性能的影响，本文建立了U型铁芯单相自起动永磁同步电机三维温度场有限元计算的数学模型，基于流体相似理论确定了散热系数，结合涡流场计算中损耗的计算结果，计算了永磁体的平均温度；进一步得到了永磁体的平均温度与铜套厚度的关系曲线。 为了验证计算结果的准确性，对样机进行了电感测试，温度测试和空载、负载起动实验，实验结果与计算结果的对比证明了本文所提计算方法的正确性和可行性。