转矩脉动一直以来是永磁同步电机的重要性能之一,由于转矩脉动的问题使得永磁同步电机在一些特殊领域应用受到限制,而降低转矩脉动,就要弄清转矩脉动的来源,分析其转矩谐波的构成,这就需要一个精确的永磁同步电机的数学模型。而目前存在的永磁电机的数学模型不能准确的计算出永磁电机的各个转矩。因此本文提出了一个改进的数学模型,利用冻结磁导率的方法使得模型能够精确的计算出电机的永磁转矩和磁阻转矩,准确的分离出各个转矩谐波,同时该模型具有通用性。文章的工作内容如下:首先,以永磁电机的经典数学模型为基础,依据物理定律,考虑到永磁体在负载时在q轴产生的磁链以及dq轴的交叉互感,推导得出改进的永磁同步电机的数学模型,并给出平均转矩以及各个转矩谐波的计算公式,并分析转矩谐波构的构成及其影响因素。其次,根据设计要求,利用主要尺寸公式对永磁同步电机的定子与转子进行设计,给出了两种电机转子设计方案,分别为“一”型转子和“V”型转子。利用有限元软件J-mag对其进行建模,并利用冻结磁导率的方法计算出反电势常数和各个谐波在dq坐标系下的自感和互感,同时利用改进的数学模型分析两种转子的转矩谐波,利用有限元仿真验证数学模型计算的正确性。最终确定“一”型转子方案,并运用参数化方法优化转子结构,使其额定负载的转矩脉动降低至5%以下。利用数学模型分析出每优化一个参数,转矩谐波是如何变化的。确定永磁同步电机的设计方案。最后,利用有限元分析软件J-mag建立电机模型,采用瞬态场对电机进行仿真分析,得到电机空载运行结果,运用傅里叶变换得到空载反电动势与齿槽转矩的主要谐波。然后对电机不同负载状态进行分析,并利用数学模型分析随着负载的变化,转矩谐波是如何变化的。将仿真结果与数学模型计算结果进行对比,再次验证永磁同步电机数学模型的正确性。