油田抽油机驱动系统为了获得低速大转矩输出,常常将电动机与齿轮减速机构相配合使用,这样会导致整个系统的体积和重量会增加很多,还会带来效率、响应速度及传动精度的降低,包括噪声等问题。而传统的低速大转矩永磁电机,若极对数过多,将导致漏磁通过大,损失电机的出力。另外为了实现低速大转矩驱动,永磁同步电机一般体积较大,负载运行时,电流较大,增加了控制电路元器件的成本而且转矩密度不能满足日益增长的需求。近两年来在新能源应用领域,围绕永磁直驱电机的新发明、新技术、新结构层出不穷,新型同心结构磁齿轮的提出为高转矩密度电机的研制提供了新的途径。磁齿轮复合电机是基于磁场调制原理将永磁齿轮拓扑结构与常规的永磁电机相结合而产生的新型电机,它结合了传统永磁电机以及永磁齿轮的诸多优点于一身,与传统机械齿轮驱动系统相比,复合电机以其突出的输出转矩密度大,无需减速装置的优势将会在工业生产中占有一席之地,因此,磁齿轮及其复合电机的研究与发展无论对于理论研究还是生产实际都具有现实意义。本文依据磁场调制式磁齿轮及在其基础上衍生而来的复合电机的结构和工作原理,对国内外相关文献进行了整理和总结,系统介绍了两者的在近年的发展概况,然后论文基于油田抽油机用电动机工况,提出了一种新型磁场调制式齿轮与永磁电机相结合的低速大转矩电机并开展了相关的研究工作,具体内容如下:首先,论文介绍了磁场调制式永磁齿轮的机构特点并通过解析分析方法建立的数学模型推导出了其磁场调制原理,在此基础上提出低速大转矩电机的新结构并给出了结构参数。结合有限元计算得到的气隙磁场的分布来验证复合电机的磁场调制原理,并证明结构的合理性。通过选取不同的传动部件研究电机空载转矩及空载反电势,通过比较分析两种运行模式的计算结果证明电机的低速大转矩特性。其次,根据不同工作场合的要求来进行最佳方案选择,在原有电机结构上进行了优化设计,具体研究电机的调磁环中的导磁部分所在比例K及内定子永磁体的极弧角对电机运行性能,主要是转矩特性的影响,最终确定磁齿轮复合电机的样机方案,优化后的电机无论是在磁场分布还是电机运行性能上都要很好的优于之前设计的电机。最后对所设计的新概念磁传动复合电机温度场进行了计算分析,并在不影响计算结果的基础上运用了等效处理方法简化并建立了电机温度场的计算模型,给出假设条件及相应的边界条件,冷却系统采用了异步电机的全封闭自扇冷的机构,并通过电磁场的计算得到的各种损耗数据作为热源加载到电机的温度场计算程序中,通过剖分及后处理得到了电机负载工况下稳态运行时的温度场分布,计算结果证明了电机设计的有效性。