单相永磁步进电动机广泛应用于小型医疗器械,钟表仪表等产品中,虽然这些产品的驱动器、结构均较完善,但还有其自身弱点,如:转矩模型的精确化、减少功耗、CAD研究等.该课题以电机的功耗作为目标函数,优化设计最佳性能的电机.目标是进一步提高电机的机电能量转换效率,减少耗电量.从钟表用单相永磁步进电动机的设计计算出发,找出各参数对电机功耗的影响规律,在满足技术指标的同时,对电机参数进行调整,以达到降低耗电量的目的,并给出该电机的主要特性曲线,单相永磁步进电机从结构上分为偏心式和凹坑式,这里我们以单凹坑式电机为主要研究对象进行讨论,并编制这种电机的静、动态分析计算程序.通过对该电机的分析计算,来实现单相永磁步进电机的优化设计,并把程序的优化作为主要研究方向.为此进行了如下工作:(1)对电机进行CAD设计;(2)建立优化设计的数学模型;(3)结合具体钟表样机,设计电机样机,并对所得结论进行实验验证.该文采用模式搜索法进行优化,主要以耗电量为目标函数.由于优化策略采用了多目标函数的优化策略,借助于龙格-库塔变步长法,精度得以较大提高.通过优化后样机的实验研究表明,该文的优化程序实用、可靠,节省运算时间,原则上适用任何结构型式的单相永磁步进电机动态数学模型.定量讨论了凹坑式单相永磁步进电机的凹坑半径等结构参数对定位转矩和互转矩幅值的影响情况.定位转矩和互转矩是电机的两个主要参数,对电机的功耗、工作电压、带负载能力都有很大影响.因此,只要找出了电机的结构参数对定位转矩和互转矩幅值的影响规律,就可以通过适当改变电机的结构参数,来调整定位转矩和互转矩,使电机获得满意的工作性能.该课题在电机动态运行方程组的求解方法上,采用了变步长的龙格-库塔法,利用绘图仪对动态过程用曲线进行模拟,并且以功耗为目标函数进行优化,实际使用表明该文所述方法大大减少了运算时间.所设计的电机其耗电量同传统设计电机相比下降了13.5%.