工业机器人技术是衡量一个国家自动化程度的关键性指标。我国已成为全球最大的工业机器人市场，但是我国的工业机器人制造能力还较低，伺服系统等核心部件大部分依赖于进口。与国外产品相比，国产伺服电机在性能上存在差距。永磁同步电机(PMSM)采用永磁体励磁，具有较高的可靠性和功率密度，广泛应用于伺服领域。本文基于永磁同步电机在工业机器人中的应用背景，开展了以下研究工作。　　根据工业机器人对电机功率密度高、转矩波动小的特殊要求，完成了电机的电磁设计。为了实现伺服电机的批量化生产，本文采用了定子铁心分块结构，将其分为定子内环与定子外环。利用有限元法完成定子槽型的优化设计，以获取正弦度较好的空载反电势。　　针对伺服系统中电机与控制器存在耦合影响的特点，基于电机数学模型搭建了矢量控制模型，基于电机有限元模型搭建了联合仿真模型。本文对比了两个模型的启动特性和稳态运行特性，分析了不同供电方式下电机有限元模型的饱和磁密、电磁转矩等参数。分析结果证明了联合仿真的合理性与准确性，为伺服系统的整体设计提供了参考。　　基于传热学基本原理，利用有限元法计算了正弦波和逆变器两种供电方式下电机的铁耗、铜耗和涡流损耗。以损耗为热源建立了电机三维温度场仿真模型，对比了两种供电方式下电机各部件的温升情况。　　在以上分析的基础上，制作了400W样机，搭建实验平台完成了样机性能的测试。电机的空载、负载和温升特性测试结果证明了基于多物理场与控制系统联合仿真设计方法的准确性。