永磁有刷直流微电机广泛应用于如汽车、家用电器、医疗器械和航模玩具等领域。永磁有刷直流微电机在大批量生产过程中,因受加工装配、材料特性、工作环境等随机因素的影响,其输出转矩特性一致性较差。为此,本文以永磁有刷直流微电机为研究对象,综合运用稳健设计、电磁学、机械优化设计、有限元分析等理论和方法,分析了不同充磁方式对气隙磁密特性的影响,研究了齿槽效应下的永磁电机气隙磁场解析模型,围绕输出转矩波动最小化展开了永磁有刷直流微电机结构参数稳健优化研究。主要研究内容如下:(1)研究了非齿槽效应下的永磁电机气隙磁场解析模型。针对4种不同的永磁体充磁方式,分别建立了非齿槽效应下的永磁体励磁和通电绕组励磁气隙磁密解析模型,分析计算了气隙磁密径向分量和切向分量,实验验证了该计算结果的有效性。(2)研究了齿槽效应下的永磁电机气隙磁场解析模型。综合考虑气隙磁导、磁极偏移和不同充磁方式,研究了齿槽效应下的合成气隙磁密和齿槽转矩计算方法。以此为基础,推导了不同充磁方式下的输出转矩解析模型。最后,通过实例分析计算了磁极偏移下的气隙磁密和齿槽转矩,并通过有限元分析对比,验证了该计算结果的有效性。(3)进行了永磁有刷直流微电机输出转矩的有限元分析。借助于Ansoft Maxwell有限元软件,分析了剩余磁通密度、相对磁导率、极弧系数、永磁体厚度、极弧偏移距离、定子厚度、齿宽、齿楔角、槽底高度、槽口宽等因素对电机输出转矩的影响规律,并实验验证了分析结果的正确性。(4)进行了永磁有刷直流微电机结构参数的稳健优化。运用稳健设计方法,选取定子厚度、极弧偏移距离、极弧系数、剩余磁通密度、相对磁导率和转轴材料作为控制因素,以定子厚度偏差、极弧偏移距离偏差、极弧系数误差、剩余磁通密度偏差、转子动态偏心和磁极位置偏移为噪声因素,安排正交试验,以输出转矩波动系数作为优化目标,通过信噪比分析获得最佳参数组合并进行模拟试验,结果表明:与初始设计相比,波动系数均值减小了76.8%,方差减小了89.5%。该方法为永磁直流有刷微电机低成本高质量设计提供了新的途径。