随着国经济的快速发展,各行各业对于石油的需求日益增大,但目前国内石油开采效率相对较低,缺乏有效的开采手段。为保障石油的供应,提升石油的产出效率,对高效抽油技术的深入研究具有重要意义。传统的前有螺杆泵井下机组由各部件串联连接而成,机组的传动链长、结构复杂,增加了制造及维修成本,且在定向井、水平井等适应性较差。因此,基于螺杆泵潜油电机机组的结构特点,设计了一款长度短、体积小、效率高的复合式永磁同步潜油电机,并对其并对其温度场以及无位置控制技术进行了研究。首先,本文针对目前潜油电泵机组传动链长、长度长、体积大、功率密度低等问题,采用内嵌式结构使永磁电机与螺杆泵复合成一体,减少传动结构。对复合式潜油电泵的运动学进行分析,得出运动机理,结合油田实际工况,提出复合式潜油电泵的设计指标,利用有限元法进行优化设计。对电机的机械尺寸参数进行了优化,电机的输出扭矩能够达到330N·m左右,转矩波动不到2%,并研究了转子偏心对电机输出性能的影响,最终设计出一款面向油田采油系统的高功率密度复合式潜油电泵。其次,针对油田油层的复杂工况,具体分析了温度场的情况。根据传热学的基本定律,总结出复合式永磁同步潜油电机的传热特点,计算复合式电机各部分的导热系数以及与流体热交换面的对流换热系数;根据各部分能量损耗的不同形式,得出得出热量损耗分布情况,最终实现复合式潜油电机的温度稳态场有限元分析计算,复合式电机的绕组最高温升为36.58℃以内。还对比了复合式潜油电机与分体式潜油电机的温度分布情况,以及在不同转速下复合式潜油电机的温升,不同温度下电机输出特性曲线,为复合式潜油电机的研究提供设计基础。然后,基于表贴式转子结构,研究了复合式永磁同步潜油电机的无位置传感器控制技术。根据该电机的物理模型,推导出不同坐标下电压及磁链方程;为提高复合式潜油电机的抗干扰能力,保证井下作业的安全进行,设计了一种改进的滑模观测器系统,使用反电动势观测器替代了传统观测器的低通滤波器,并通过Simulink仿真验证,发现位置角估算误差由0.17rad（9.74°）提升到0.045rad（2.58°）,改进滑模观测器能有效的跟踪目标轨迹,消除谐振抖动。最后,进行复合式永磁同步潜油电泵样机的制作,使用无位置控制技术,完成地面潜油电泵系统的搭建。采用永磁同步电机的测试方法对复合式潜油电机的性能进行测试,电机的额定输出扭矩约305N·m,绕组温升在40℃左右,动态性应位置角误差接近4°,整体实验参数与仿真结果相似,验证了本文设计的复合式永磁同步电机大扭矩、高动态响应的特点,同时也验证了温度场有限元分析方法的有效性。