永磁联轴器是一种基于气隙磁场耦合来传递转矩的无接触传动装置,与机械联轴器相比,具有过载保护能力强、维护成本低、可靠性高、缓冲吸振能力强等优势。其中,相较于径向永磁联轴器,轴向永磁联轴器结构更紧凑,在隔离密封场合中应用更广泛。本文以轴向永磁联轴器为研究对象,对转矩特性进行分析与优化,研究的内容主要为以下几个方面:1.建立轴向永磁联轴器的3D有限元模型,发现转矩与气隙磁密密切相关,定量建立气隙磁密与转矩的表达式。基于转矩谐波分析,发现特定的谐波分量对转矩产生起主要作用,且端部效应会影响转矩的传递能力。对不同半径处的气隙磁密进行分析与计算,发现平均半径处的谐波分量具有普遍规律性,可用于转矩的快速分析与优化,同时提出考虑端部效应的转矩分段计算方法。2.对比轴向充磁、双段Halbach、三段Halbach轴向永磁联轴器有限元模型的气隙磁密正弦性、有效气隙磁密含量、所需轭铁厚度,并且提出新型双段Halbach结构。发现Halbach充磁方式可以有效提升转矩性能,新型双段Halbach阵列改善了双段Halbach模型的转矩性能,且三段Halbach模型的转矩性能最好。对比有限元仿真结果,验证转矩分段计算方法适用于不同Halbach结构的轴向永磁联轴器。3.以三段Halbach轴向永磁联轴器为优化对象,建立以数学模型与粒子群算法相结合的优化模型,对转矩性能进行优化。在限定转矩的情况下,约束优化法和多目标优化法均能优化转矩密度,转矩密度分别提升了7.56%、7.13%。选取约束优化最优解为最终优化解,约束优化法有效抑制了不利于转矩产生的谐波分量,提升了永磁体利用率。对约束优化模型进行参数分析,发现磁极配比、极弧系数有利于增大转矩密度,但转矩会下降,磁极厚度的增大能弥补转矩的损失。通过上述的研究内容,验证了转矩谐波分析与粒子群优化方法的有效性,形成了完整的转矩特性分析与优化方法,为之后的相关研究提供理论基础。