永磁无刷直流电机（Brushless DC motor,BLDCM）以其功率密度高、效率高、体积小等优点,在电动汽车驱动领域应用广泛,受制于空间尺寸、安装位置等限制,越来越要求BLDCM具有更高的转矩密度。为了进一步提高BLDCM的转矩密度,本文设计一台外转子直驱永磁无刷直流电机,适用于轮毂电机驱动系统,主要对BLDCM的电磁设计、有限元建模、特性分析、优化设计和样机实验等方面进行研究。本文的主要研究内容如下:1.根据轮毂电机的性能指标,初步确定BLDCM的电磁参数。根据直驱式轮毂电机的动力性能要求,采用动力学分析方法确定驱动电机的转矩、转速和功率的范围。分析BLDCM的拓扑结构和工作机理,对其进行电磁设计,初步确定电机的主要尺寸、极槽配合、定子和转子参数等,为电机优化节省时间。2.根据初始结构参数建立BLDCM有限元模型,对其进行特性分析。采用有限元方法,建立电机的仿真模型。对比了在三种永磁体形状时电机的空载气隙磁密、齿槽转矩和反电动势。分析了永磁体极弧削极技术时电机的负载反电动势、绕组电流、电磁转矩、损耗和效率等性能指标,基本满足设计要求,为之后稳健性优化提供参考。3.采用动态型田口法和关联分析法对BLDCM进行稳健性优化。实际的电机性能会受到生产制造过程中尺寸加工误差、材料属性偏差和装配误差等因素的影响,因此本文选取永磁体位置偏差、充磁角度偏差、剩磁偏差等作为噪声因子,选取不同工况作为信号因子,选取永磁体削极形状作为控制因子,利用动态型田口法和关联分析法对永磁体削极参数的敏感性进行分析,确定最佳的结构参数组合,建立优化后BLDCM有限元模型,对比优化前后电机的性能。仿真结果表明,优化后电机的齿槽转矩和转矩脉动进一步降低。与静态型田口优化方法结果相比,所优化目标函数均值降低了1.8%,信噪比提高了7.1%,电机的稳健性得到提高。4.根据优化设计后BLDCM的结构参数,研制样机并进行实验测试。介绍样机的加工和装配过程,搭建样机的实验测试平台,对样机进行性能测试并与有限元仿真结果进行对比,验证了仿真结果的准确性。本文共有图44幅,表16个,参考文献53篇。