随着新能源发电、电动汽车、高速轨道交通和电力推进船舶等新兴行业的兴起,现代工业中对于低速大转矩电机的需求越来越多。传统的解决方案是使用“电机+机械齿轮箱”的组合,来实现电机与负载之间的转速转矩配合。但是机械齿轮通过齿轮之间的机械接触进行传动,实现能量传递。机械齿轮存在于传动系统中,就不可避免地引入了摩擦、机械振动和噪声等问题,同时需要润滑、定期维护和不具备过载保护能力。为了解决机械齿轮带来的问题,对于可以直接驱动负载的低速大转矩电机研究有一定的工程意义和实用意义。在此研究背景下,本论文研究可实现低速大转矩的一种电机即游标伪直驱永磁电机。游标伪直驱永磁电机基于磁场调制原理,具有高转矩输出能力,且不需要机械齿轮箱可直接驱动负载。本论文以游标伪直驱永磁电机作为研究对象,以提高电机输出转矩能力和增强电机输出部件的机械强度为目标,提出了不同的电机拓扑结构,利用有限元仿真,结合电机的电磁性能和机械性能两方面共同分析。本论文的主要工作如下:1.介绍了磁场调制原理,详细介绍了游标伪直驱永磁电机的发展过程和工作原理,并说明了如何确认电机的工作点。2.对比研究了径向充磁和平行充磁的永磁体对于游标伪直驱永磁电机的气隙径向磁密分布的影响。基于初始设计中电机采用径向充磁转子,进一步提出了三种不同的永磁转子结构,对比研究其输出转矩能力,考虑了不同拓扑结构能够承受的极限电流密度。通过对比,具有Halbach永磁转子的游标伪直驱永磁电机的输出转矩密度最高,为137.4 Nm/L,相较于初始设计提升了 52.4%,同时,该结构电机能够承受最高的极限电流密度,为2.6 A/mm2,校验了永磁体退磁,其退磁情况是可以忽略不计的。利用简化的二维电机热模型计算其温升为57℃。3.基于Halbach永磁转子的游标伪直驱永磁电机,进一步在低速输出转子上增加不锈钢套筒以增强其机械强度。利用电磁有限元分析,研究了不锈钢套筒的位置和厚度对于游标伪直驱永磁电机的输出转矩影响,确定了不锈钢套筒应该放置于电机输出转子的内侧。当不锈钢套筒厚度的选用范围是0～6 mm时,具有不锈钢套筒Halbach永磁转子的游标伪直驱电机的输出转矩大于初始设计值。在电机输出转矩最大时,研究了不锈钢套筒机械状态的变化,主要包括机械应力变化和机械应变变化。根据不锈钢材料的屈服应力和套筒在不同厚度下的机械应力状态,最终选取不锈钢套筒的厚度为2 mm。4.根据电机的电磁有限元和机械有限元分析结果,确认电机最终方案为具有2 mm不锈钢套筒的Halbach永磁转子的游标伪直驱永磁电机。经过再次校验,电机正常工作时,改进后的电机性能为:输出转矩密度为120.81 Nm/L,相较于初始设计提升了 33.9%,输出转矩的脉动率为0.83%;能够承受的极限电流密度均方根值为2.6 A/mm2,利用简化的二维电机热模型可知其温升为57℃,且永磁体的不可逆退磁可以忽略不计;根据Mises屈服准则,输出转子上的不锈钢套筒的最大应力为35.72 MPa,在M304不锈钢材料的屈服应力范围内。