传统起重机多采用异步电机加减速机形式驱动,但其存在很多缺点,例如:结构复杂,传动链长、频繁维修,运行不可靠、异步电机带载的效率和功率因数低、减速箱漏油污染环境等,显然已经不适应当代社会节能减排的观点,而采用低速大转矩的永磁同步电机直驱起重机,正是起重机发展的新趋势。针对起重机多工作在钢厂等恶劣工况,以及其频繁起动、负载范围大、短时工作的特点,本文做了以下研究:(1)给出了起重机直驱永磁电机的电磁方案,对比三种极槽配合对电机空载气隙磁密、空载反电势、齿槽转矩和输出转矩等性能的影响,选择其最优的极槽配合。对电机齿槽转矩和空载气隙磁密进行优化,首先通过解析法分析出影响优化目标的各个参数因子,再通过PB实验设计筛选出影响效果显著的因子,然后通过响应面法CCF设计研究显著因子和优化目标的关系,将其拟合成多项式形式的目标函数,再通过NSGAⅡ优化算法计算出Pareto前沿,最后将优化后的参数进行有限元计算验证,确定起重机直驱永磁电机优化后的方案。(2)针对起重机经常重载起动、起停频繁、过载运行等特点,研究不同负载下的电机磁场情况。而由于起重机这种带载特点,使得电机容易出现磁饱和,文中研究了磁饱和对电机性能及控制系统的影响。首先,给定不同负载电流研究磁饱和对直交轴电感、和永磁体磁链影响。然后重新建立考虑磁饱和的永磁电机模型,搭建考虑磁饱和的i_d=0矢量控制模型,并进行不同负载下的仿真分析,与忽略磁饱和的模型做对比,总结磁饱和对电机控制的影响。(3)考虑电机在起重机上的安装尺寸,需要尽量缩小电机体积,提高转矩密度。所设计的电机方案采用水冷散热方式。本文研究了不同水路形式对电机散热的影响,并根据公式计算水路结构参数和气隙等效的导热系数。分析并计算电机损耗,并对电机施加热源。使用Fluent对电机进行流固耦合传热计算,验证电机方案在温升要求上的合理性。