异步交流电机+机械齿轮为现有机电传动的主流模式,其缺点主要有以下两方面:①异步电机的转矩密度较低(一般仅为30kN·m/m3),导致其运行效率及功率因数均较低;②机械齿轮的转矩密度虽然较高(一般的平行轴单齿传动的机械齿轮可高达200kN·m/m3以上),但为直接接触式传动,存在断齿、点蚀、胶合及磨损等问题,且维护成本高,所产生的噪声及漏油现象还严重污染环境。为解决上述问题,本文提出一种将摆线式永磁齿轮与永磁同步电机相结合的传动模式;所设计摆线式永磁齿轮(Cycloid Magnetic Gear,CMG)的转矩密度高达225 kN·m/m3,基本可与机械齿轮相媲美;而永磁电机则素以高转矩密度、高运行效率及高功率因数著称,因此将其与CMG相结合,可有效解决上述异步电机+机械齿轮的两个传动缺陷。本文首先概述了永磁齿轮和永磁电机的国内外发展现状,分析并阐述了各种永磁齿轮的传动模式、运行机理及所具有的转矩密度,然后基于CMG的转矩密度高及传动比大等优点,设计出一种CMG+永磁电机的机械结构。基于CMG运行机理,建立了偏心气隙的CMG磁场模型及转矩模型;根据设计要求及机械结构,初步确定出CMG结构参数,并以此确定其所需的内、外永磁圈尺寸及磁极对数;建立了与上述参数相对应的二维有限元仿真模型并对其进行静态仿真分析,验证了所建模型的正确性;采用双控制变量法,对内、外永磁圈几何参数及永磁体厚度进行优化,进一步提高了 CMG的转矩密度。由于CMG的内永磁圈为平动与回转相复合的运动模式,为此,本文对其等效变换并建立动态仿真模型以验证其所具有的高传动比及高转矩特性;分析了 CMG涡流损耗机理,说明CMG传动效率高的主因是其涡流损耗特别低。基于永磁电机理论和低速大扭矩要求,给出了相应永磁电机的主要尺寸,并对其机电结构包括定子尺寸、槽型结构、绕组形式和永磁体尺寸等关键参数进行了分析与计算,将所确定的各参数导入RMxprt中,初步验证了电机设计参数的合理性。在Maxwell环境中建立了上述永磁电机的二维有限元仿真模型,分析其空载和负载特性,并对定子槽口和转子参数进行优化,削弱了齿槽转矩对电机的影响;分析了额定负载时的损耗,所设计永磁电机的主要损耗集中在定子上,而转子较低,因此具有传动效率与功率因数均高的优点,与所设计的CMG相结合可较好地构成低速大扭矩传动系统,进而实现所设定的技术要求。