摘要：机器人可靠稳定、工作效率高、能在高危环境下代替人工进行操作，因此它在工业、军事、医疗等领域应用广泛。其中电机单元作为机器人最重要的零部件之一，它对机器人是否能够平稳、精准、可靠运行至关重要。永磁电机由于体积小、调速范围宽、起动转矩大等特点已成为机器人关节电机的研究热点。

Halbach永磁同步电机（HPMSM）利用Halbach永磁体阵列的单边聚磁特性，增强了输出转矩，提高了气隙磁密的正弦性，从而降低了齿槽转矩和转矩脉动。因此，本文针对应用于机器人关节的Halbach永磁同步电机，展开优化设计及电磁分析。

首先基于结构与工作原理设计一台180W的Halbach永磁同步电机。然后通过灵敏度分析得到，转子厚度和永磁体厚度对电机性能占主导影响。接着利用响应曲面法、改进布谷鸟算法，以气隙磁密谐波畸变率、输出转矩为主要优化目标，对电机的设计参数进行优化设计。最后，借助有限元软件对其电磁性能进行分析与对比研究。研究结果表明，优化前后电机的气隙磁密谐波畸变率降低，输出转矩增大，电机的总体性能比优化前提高。

关键字：Halbach永磁同步电机；响应曲面法；改进布谷鸟算法

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论-1

1.1 选题研究的目的及意义-1

1.2国内外研究现状及发展趋势-1

1.2.1永磁电机的优化与设计-1

1.2.2 Halbach永磁电机优化与设计-2

1.3本文研究的主要内容-4

第二章 Halbach永磁同步电机的初步设计与电磁分析-5

2.1 Halbach永磁同步电机的结构与工作原理-5

2.2 Halbach永磁同步电机的初步设计-6

2.2.1 设计基础理论-6

2.2.2电机的初步设计-8

2.3 Halbach永磁同步电机的电磁分析-9

2.3.1 电机电磁场的基本理论-9

2.3.2 电机参数化建模-10

2.3.3 电磁场分析-12

2.4本章小结-14

第三章 结构参数对Halbach永磁同步电机性能的影响-15

3.1灵敏度分析-15

3.1.1设计参数确定和优化目标-15

3.1.2 灵敏度分析-16

3.2 结构参数对电机性能的影响-17

3.3 本章小结-18

第四章 基于响应曲面法Halbach永磁同步电机的优化设计-19

4.1响应曲面法-19

4.2 改进布谷鸟算法-22

4.3 优化前后电机电磁性能分析对比-23

4.4 HPMSM电机优化设计参数-26

4.5 本章小结-27

第五章 总结与展望-28

5.1 全文总结-28

5.2 对社会、环境、经济的影响-28

5.3课题展望-29

参考文献-30

致  谢-32