伺服系统近年来应用广泛,在工业机器人、数控机床等应用场景中越来越多。随着工业信息领域技术日新月异,伺服电机的发展方向也越来越明确:即实现轻量化、自动化、高精化。尽管伺服电机优点突出,但是其研究中也存在诸多不完善的地方,值得进一步研究。基于上述相关背景,本文对伺服领域的永磁同步电机展开了研究。首先,针对伺服领域对电机有安装尺寸要求,电机需具备高转矩密度的性能,因此提出研究设计一款内置式永磁电机。根据永磁同步电机的一般设计原则,对电机进行了初始设计,再通过对多种内置式拓扑对比,分析出性能差异,得出V型结构更适合本次设计的结论。将初始模型导入有限元软件,对电机各性能进行仿真,同时根据结果返回调整电机参数直至满足电磁性能要求,最后确定电机的电磁设计方案。其次,伺服电机需要满足有高定位精度、低脉动的要求,因此需要研究如何有效地削弱齿槽转矩,这部分工作体现在:论述齿槽转矩产生的机理;分析了磁极偏移时齿槽转矩的傅立叶级数表达式,并给出了磁极偏移角度计算公式和推导方法;结果表明,磁极偏移对齿槽转矩有明显的减弱效果。然后将优选极弧系数、磁极偏移以及转子偏心极设计多种方法组合应用,结果表明,多种方法组合后,齿槽转矩和转矩脉动减弱效果更好,且电动势和电流波形更正弦化。然后,高转矩密度的边界条件需要由温升限定,因此需要计算电机温度。运用热路法在Matlab上编写电机温度计算程序,与目前成熟的电机热评估软件Motor-cad结果进行比较后,表明了该热路程序能较准确地计算电机温升。同时,考虑到永磁材料磁性能易受温度影响,提出将磁场与热场双向耦合,实时更新热源,迭代计算温度结果,实现更准确的温度评估。最后,运用遗传算法对电机优化设计,基于权重系数对平均出力、转矩脉动、波形畸变率等优化目标构建多目标优化函数,得到了关键尺寸参数的全局最优解。有限元结果表明,经遗传算法优化后,电机优化目标的性能得到了进一步提升。