本课题是国家863计划项目《高性能稀土永磁电机技术集成及关键材料》(2004AA32G080)的部分研究内容,本文的主要内容是对基于Halbach阵列楔形气隙盘式无铁心永磁同步电机的设计及其电磁场分析。该类电机作为一种现代高性能伺服电机,具有重量轻、结构紧凑、振动噪声低、转动惯量小,机电时间常数小、低速运行平稳等特点,在数控机床、机器人、电动车、电梯、家用电器等场合具有广阔的应用前景。本论文充分利用外径空间提出了新型的基于Halbach阵列楔形气隙盘式无铁心永磁同步电动机,该电机通过改变气隙结构以进一步提高盘式无铁心永磁同步电机的气隙磁密,达到提高电机性能的目的,并针对这种电机进行建模和电磁场分析计算。由于此类电机的特殊结构,很难将三维开域磁场化为二维磁场计算,其气隙磁密按三维开域磁场分析,通过大量有限元的仿真分析最终确定了较小实用求解区域,简化了计算。基于Halbach阵列楔形气隙盘式无铁心永磁同步电机与普通永磁电动机有很多不同之处,与传统的电机参数计算相比,许多计算方法不再运用,本文针对该类电机给出了几个典型的计算公式,并总结了基于三维电磁场分析计算盘式无铁心同步电机的电磁计算程序,最后编制出了一套电磁设计计算的CAD软件。在制作工艺上,内/外转子结构的加工工艺、永磁体的固定加工、绕组盘的安装与定位、灌胶成形等难题都得到了解决,还制作了适合于盘式电机总装的特殊工艺设备。在理论分析和磁场仿真相结合的基础上,初步设计250W和2500W的两台样机;并对样机进行了大量的试验,分析试验结果,并与同规格的其他样机进行性能比较,进一步完善和总结。本论文的电机由于无铁心和楔形气隙的特殊结构,其重量大大减轻,电机的效率提高,转矩波动小,振动噪声明显减小等等,特别适合一些特殊的应用场合比如电动汽车、船用推进器、手持电动工具、机械臂等等。