在汽车动力、军事、机器人等领域,通常所使用的永磁同步电机存在恒定转速下过载能力不足的问题,虽可通过增加电机尺寸满足输出能力的要求,但又与轻量化的设计要求相违背,因此,在体积及质量双重约束条件下,如何提升高过载电机极限转矩输出能力的研究具有重要意义。本文主要研究内容如下:首先,研究永磁伺服电机在极限工况下影响其输出性能的电磁参数。研究不同工况下定子齿与定子轭对气隙磁密的影响、交轴电枢反应对感应电压的影响及损耗的变化规律。以提升电机极限转矩输出能力为目标,对电机的控制模式与转子结构进行研究。此外,从数学模型角度研究影响电机极限转矩输出能力的电磁参数。其次,探寻结构参数对永磁伺服电机极限输出能力的变化规律。从定子裂比、齿槽宽度、气隙长度、永磁体厚度、极弧系数五方面对电机极限转矩输出能力的变化规律进行研究。五个参数对电机极限转矩输出能力的灵敏度进行分析,寻找影响转矩输出能力较大的三个变量。采用遗传算法对电机进行多目标优化。随后,研究外极弧偏心削极与谐波削极两种转子磁极结构对提高永磁伺服电机极限转矩输出能力的有效性。采用田口法从转子磁极结构削极整形角度研究极限转矩输出能力提升方法。分析三相电机传统瓦片型磁极、正弦削极型磁极以及不同谐波削极型磁极结构对极限转矩输出能力的影响。比较最优外极弧偏心削极与最优谐波削极提升极限转矩输出能力的效果,设计一台具有较高极限转矩输出能力的电机。最后,对较优的永磁伺服电机进行内部温度分布研究。对电机铜耗、铁耗、涡流损耗进行有限元求解,利用热学原理计算各部件材料的散热参数,对绕组进行等效计算并简化模型,对所设计电机在空载、负载及过载工况下的温度分布及温升情况进行求解验证。