无刷直流力矩电机作力矩电机的一种，既具有有刷直流力矩电机的结构简单，控制方便的特点，同时又因为是永磁体励磁，磁能密度较大，体积较小，控制精度较高，因此在一些要求较高的场合例如吊舱、飞行平台等工作在低气压环境下的系统中发挥着越来越重要的作用。随着无刷直流力矩电机的应用越来越广泛，对于无刷直流力矩电机的相关物理场的研究就显得越来越重要。无刷直流力矩电机一般都具有较高的电磁负荷，因此造成损耗较大，使得电机的发热比较严重。而力矩电机转速较低，则决定了损耗中主要为铜损耗。较小的体积和较大的输出转矩也决定了对转子、轴承的机械强度要求较高。因此本文针对这些问题进行以下研究工作：首先，针对给定的电压、损耗、转矩等设计指标，设计了无刷直流力矩电机的电磁结构。用有限元的方法分析了电机在空载情况下的电磁场，并在方波和正弦波驱动两种情况下的电机的额定工作情况的各项参数进行了仿真，对设计方案的可行性进行了探讨其次，由于电机是要在脱离地面的环境下工作，因此电机的减重问题就很重要，针对这个问题电机的转子被设计成了中空的特殊结构，便于和其他机械配件相连接，可以使整个机械系统的体积大大减小。但是对于这种转子结构则必须考虑其能够承受的机械强度，由于力矩电机本身的输出力矩较大，因此转子承受的力也较大，需要对转子的应力场进行计算并进行强度校核。根据应力的计算结果，再对电机转子的结构进行相关的优化，对转子各个部分进行减重，使转子的设计最优化。再次，针对电机的电磁负荷较高，对电机在额定工作状态下的稳态温度场进行了计算，包括电机在空气中的温度场和真空中的温度场。分别建立了电机在空气中和真空中的温度场的有限元仿真模型，得出损耗的基础上，对电机的稳定温升进行计算，根据得到的结果和电机各部分的材料特性探讨电机是否可以在实际的工作环境下正常运行。最后，在制造出电机样机后，对电机的电磁性能和温度场分布进行了实验，以验证仿真的结果是否正确。根据实验得出的数据可以对电机的实际运行数据，既有利于电机进行下一轮的优化，又为以后的电机设计提供了参照。