近年来,“双碳”目标的提出使得各行各业尤其是能源电力行业对生产制造设备的要求越来越高,不同于以往单纯的低成本、大批量以及高效率生产,现在对于制造业的要求已经在慢慢转变为高质量、高品质和高效能的生产。因此,研发一款具有高功率密度、低齿槽转矩以及优异的电感变化特性的电机是非常具有工程应用和学术研究意义的。本文首先针对目前已有的有关内置式永磁同步电动机的研究工作做了尽可能全面的综述。针对交流永磁同步伺服电动机建立了其对应的数学模型,然后根据该模型推导了电机的电压方程、磁链方程、转矩方程以及状态方程,这为后面章节针对电机的稳态及瞬态性能进行分析提供理论依据。接下来针对Spoke型、一字型和V字型三种永磁体摆放形式的内置式永磁电机进行电磁设计,结果表明,一字型电机齿槽转矩最小,其峰峰值仅为0.019 N·m,仅占电机额定转矩8.34 N·m的0.2%。进一步地,在前面建立的三款电机初始模型基础上,为了削弱三款电机的齿槽转矩峰值大小,分别针对电机的隔磁桥尺寸和永磁体宽厚比尺寸进行优化设计。可以得出结论,在伺服精度、永磁体利用率以及交、直轴电感特性要求较高的场合,一字型永磁电机为最优选择方案。此外,针对Spoke型电机提出转子侧五边形隔磁槽结构,这使得电机永磁体利用率高,降低电机成本,使其在伺服电机市场更具竞争力。可以得出结论,在电机过载能力强、加速快且转矩脉动一致性要求较高的参数要求下,齿轭分离型定子与Spoke型转子结合的永磁电机为最优选择方案。最后,根据电磁设计方案,研制并装配三款样机,分别搭建电机空载、负载实验以及电感特性实验平台并进行测试,结果表明,电机实测值与计算值吻合程度较高,较好地验证电机仿真计算结果的准确性与电机设计的合理性。