自第二次工业革命以来,全球从“蒸汽时代”进入了“电气时代”,电力的发明极大的推进了经济的发展和社会的进步。电机作为电气时代中最关键的动力来源,替代了蒸汽机,在现代社会中扮演着重要的角色。伺服电机作为自动化领域中一项关键技术,在闭环控制模式下,具有高精度、高控制可靠度的特性,且拥有较高的过载能力[1]。另外,伺服电机在实际的应用情境中,又往往需要较大的输出转矩,因此通常会配备齿轮减速箱等传动装置。目前与伺服电机配合所使用的减速机体积较大,甚至与电机本体相当,极大的增加了设备的负担,同时,机械传动的摩擦产生了较大的损耗,减速机的效率较低。本课题所涉及的磁齿轮减速机在实现减速增大转矩的同时避免了机械摩擦,解决了机械传动带来的一系列问题。而本课题涉及的游标电机直接避免了减速机构的使用,使电机直接实现低速大转矩的输出,保证性能的同时极大的减少了整个机构的体积。本课题基于现有的永磁同步伺服电机,在保证基本的性能指标达到要求的前提下,对比行星齿轮减速机,设计优化制作一台磁力齿轮减速机,并尽可能的缩小减速机构的体积。磁力齿轮是一种基于磁场调制原理的新型减速机构,主要包括两层转子和磁通调制环。对磁力齿轮的设计优化主要包括各个结构尺寸、磁极对数、极弧系数、极偏心角等因素,最终设计出转矩波动较小而输出转矩最大的磁力齿轮。将减速机构直接整合进伺服电机本体中可以进一步减小整个机构的体积,这就是直接输出的低转速大转矩游标电机。游标电机同样基于磁力齿轮的磁场调制原理,它用旋转的电磁场代替磁力齿轮中的一个转子,实现磁场的耦合、力矩的传递。本课题利用有限元仿真计算的方法设计优化一台游标电机,与功率相近的伺服电机加减速机的整体机构进行输出性能、体积的量化对比分析。