【摘 要】
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永磁同步电机以其较高的转矩密度、较低的噪声以及高效率等优点广泛应用于汽车驱动、机器人关节等领域。论文以工业机器人用永磁同步电机为研究对象,对其进行了电磁设计,得到了电机的初始设计方案。以提高输出转矩、削弱齿槽转矩和转矩脉动为优化目标,对其进行了多目标优化。同时,考虑到制造工艺和装配精度的因素,分析了不同偏心状态下永磁同步电机产生的不平衡磁拉力问题。论文的主要研究内容如下:（1）以一台工业机器人用永
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（编号:52075438）“高性能舰船主动力活塞-缸套系统的精密加工和高效低摩润滑研究”； 陕西省重点研发计划项目（编号:2020GY-106）“高性能先进舰船活塞组件-缸套系统的精密加工及服役性能评估研究”； 机械制造系统工程国家重点实验室开放课题（编号:sklms2020010）“高性能舰船活塞-缸套系统的
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永磁同步电机以其较高的转矩密度、较低的噪声以及高效率等优点广泛应用于汽车驱动、机器人关节等领域。论文以工业机器人用永磁同步电机为研究对象,对其进行了电磁设计,得到了电机的初始设计方案。以提高输出转矩、削弱齿槽转矩和转矩脉动为优化目标,对其进行了多目标优化。同时,考虑到制造工艺和装配精度的因素,分析了不同偏心状态下永磁同步电机产生的不平衡磁拉力问题。论文的主要研究内容如下:（1）以一台工业机器人用永磁同步电机为设计对象,根据永磁电机的设计原则和应用场景对电机的定、转子结构尺寸以及槽极配合和绕组形式等进行设计,得到电机的初始设计方案。在此基础上,运用有限元分析软件对电机的空载特性和负载特性进行仿真分析,验证了电机初始设计方案的合理性。（2）以减小永磁同步电机齿槽转矩和转矩脉动,提高输出转矩作为电机的优化目标,对电机优化参数进行单参数扫描优化,计算并分析各个参数的灵敏度,根据灵敏度大小,确定最终优化变量。然后对优化变量采用Box-Behnken设计构建实验样本,建立了齿槽转矩、平均转矩和转矩脉动的响应面模型。而后使用带有精英策略的非支配排序遗传算法（elitist non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-Ⅱ）获得了 电机的最优结构参数。将最优结构参数下的电机模型代入到有限元软件中进行仿真计算,并与优化前的仿真计算结果进行对比分析,证明了优化设计方法的有效性。（3）考虑到装配工艺对电机性能的影响,即使电机的转矩脉动和齿槽转矩得到了有效削弱,但转子的不对中对电机的振动仍有较大影响,因此对优化后的永磁同步电机在运转过程中产生的不平衡磁拉力进行分析,利用有限元软件提取优化后的电机气隙磁通密度,求解了电机转子在无偏心和动偏心两种情况下的不平衡磁拉力,得到了电机在不同偏心距下不平衡磁拉力的变化情况。
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