永磁游标电机(PMVM)是一种基于磁通调制原理工作的新型低速大转矩直驱永磁同步电机(PMSM),在风力发电、电动汽车等领域具有广阔应用前景,对其拓扑结构、电磁设计与优化以及低速大转矩特性进行深入研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本课题在深入研究聚磁式磁齿轮(MG)、磁齿轮电机(MGM)和分数槽集中绕组PMVM基础上,提出了一种具有高转矩密度的新型聚磁式多齿分裂极集中绕组永磁游标电机(FFMSCW-PMVM),研究了该电机的一般设计方法与原则。分析了具有相同定子齿数的MSCW-PMVM与传统FSCW-PMSM之间的电磁相似性,提出了 MSCW-PMVM的"PMSM源电机"概念,并对源电机不平衡磁拉力(UMP)进行了解析计算,进而分析了电机参数对UMP的影响。制造了一台功率为1kW的实验样机,并进行了空载和负载实验,结果表明设计和分析方法的正确性。此外,针对MSCW-PMVM该类电机功率因数不高的缺点,提出了改善措施并进行了仿真验证。本课题的主要研究工作与成果包括以下几个方面:首先,综述了 MGM和PMVM的国内外研究现状和进展,阐述了 PMVM应用于低速直驱领域的优势。其次,从磁场调制的角度出发,将MG、MGM和PMVM三者磁场调制进行统一表述,并给出了三者之间相互转换时需满足的条件,从族群角度解决了现有关于三者研究多为独立分析或两两对比的不足,并进行了有限元验证。对现有MG结构进行了详细的对比和归纳总结,提出了一种24/19/5组合(磁通调制极数、外定子和内转子永磁极对数分别为24、19和5)混合永磁聚磁式MG拓扑,其特征在于内转子和磁通调制极均旋转,对该MG进行了参数优化和矩角特性分析。此外,还提出了评价MG传动比设计优劣的方法。进行了实验测试,验证了其高转矩密度特性。对于具有相同定子齿数的MSCW-PMVM与FSCW-PMSM,通过对比分析空载磁场分布、绕组连接、感应电动势及齿槽转矩等基本电磁特性,完成了二者电磁相似性分析。提出了MSCW-PMVM的"源电机"的概念,从而在设计和分析该类电机电磁性能时可以通过研究其源电机的性能来快速预测。阐述了源电机UMP的产生原因,推导了其解析表达式,并与有限元计算结果进行了对比,吻合程度较好。此外,还分析了电机主要参数对UMP的影响。基于所设计的24/19/5聚磁式MG,提出、设计并优化了一种FFMSCW-PMVM。推导了该电机的功率尺寸方程,并进行了参数优化,最终确定了样机的具体尺寸。建立了电机有限元分析模型,进行了热校核。计算了电机的空载磁场分布、气隙磁密、空载永磁磁链、空载感应电动势、绕组电感、齿槽转矩以及电磁转矩等电磁特性。搭建了实验平台,分别进行了空载和负载实验,实验结果验证了理论推导、计算和分析的正确性。