随着我国工业现代化水平日益提高,制造业对工业机器人、数控机床等重要生产设备的传动机构在小型化、高精度、快响应等方面提出了更高的要求。磁通反向永磁力矩电机能够与负载直接相连,具备低速大转矩的良好性能,在低速直驱场合有潜在的应用前景。作为一种新型定子永磁型电机,磁通反向电机的永磁体位于电机的定子部分,转子由硅钢片叠压制成,具有结构简单、转矩密度高、动态响应快、永磁体温度易于监测和控制等诸多优点。然而,磁通反向电机的双凸极定转子结构使其存在齿槽转矩较大、负载转矩波动较为显著的问题,针对转矩性能的优化设计已成为目前该领域研究的热点。本文首先介绍了磁通反向永磁力矩电机的研究背景及意义,结合国内外文献资料,回顾了磁通反向电机的发展历程与研究现状,概括了其结构特点及相应优点,指出将磁通反向永磁力矩电机应用于低速直驱场合具有一定的优势。接着,在介绍磁通反向电机基本结构的基础上,详细阐述了磁通反向电机的工作原理。基于永磁体磁动势-气隙比磁导模型,推导了磁通反向电机的基本方程,得到了磁链、电动势、转矩等重要电磁特性的解析表达式,从磁场调制的角度加深了对磁通反向电机工作原理的理解,也在一定程度上揭示了磁通反向电机结构与电磁特性的关系,为后续的设计与优化做了较为充足的理论准备。然后,参考定子永磁型电机的初步设计方法,根据经验公式和初步计算,确定了一款12/29极样机的主要尺寸。采用FEMM电磁场有限元计算工具,对样机的电磁性能进行了有限元仿真,仿真结果表明样机的初步设计基本合理,也显现了负载转矩波动较大的问题。对有限元法和解析法所计算的样机空载磁场分布和感应电动势进行比较,计算结果较为吻合,表明所推导的解析表达式具有一定的准确性。最后,分别介绍了传统随机搜索法和改进型随机搜索法的数学模型,并将改进型随机搜索法应用于样机的优化设计之中,以转矩波动率最小化为优化目标,对样机的多个结构尺寸参数进行了优化。优化后样机的转矩波动显著下降,电磁性能基本达到了设计要求。通过分析改进前后随机搜索法在优化设计中的具体表现,验证了改进型随机搜索法在磁通反向永磁力矩电机优化设计中的有效性,也表明改进后的随机搜索法具有更高的可靠性。