永磁涡流耦合器实现的是一种无机械接触的动力传递方式,它通过永磁体转子形成的气隙磁场与导体转子发生相对运动,在导体内部产生感应涡流并反过来与气隙磁场相互作用,从而产生转矩以传递动力。由于永磁涡流耦合器具有非接触式传动的特点,因此能克服传统的机械接触式动力传递方式固有的缺陷,如安装时要求较高的对中精度、无法隔离有害振动、不具备过载保护功能以及对较大负载无法直接启动等,同时也能很好解决隔离环境下动力传动所面临的“动密封”难题,具有诸多优点和极大的工业应用潜力。随着永磁涡流耦合原理在工业领域的应用逐渐扩大,对现有的永磁涡流耦合器转矩密度和动态性能的要求在不断提高;在研究和设计时,目前主要采用有限元方法进行分析和优化,存在设计周期较长以及需要计算机资源较多的问题。本文的工作围绕永磁涡流耦合器的解析模型展开,分别对具有新型磁极结构和具有磁场调制式开槽导体转子结构的永磁涡流耦合器进行分析,系统性的提出了针对不同磁场结构的永磁涡流耦合器磁场分布和转矩特性的解析模型,为永磁涡流耦合器性能的改善奠定基础,并为进一步的研究和设计优化提供了一种快速准确的工具。具体内容包括:首先针对实心导体转子和开槽导体转子结构分别给出相应的解析建模方法,基于Maxwell方程组推导出相应区域的磁准静态场控制方程,并给出与导体转子结构对应的永磁体区域等效建模方法。其次,建立了极间隔断的三段式Halbach阵列的解析模型,并对其在永磁涡流耦合器中的磁场分布进行了解析计算和参数分析。在对矢量磁位谐波系数的确定过程中考虑了不同介质交界面处的边界条件,得到的磁场分布结果反映了涡流感应磁场对气隙磁场的耦合影响。对磁场分布和转矩计算的计算结果和非线性有限元模型的验证计算证明了改进的磁极结构能提升气隙磁通密度的基波幅值,减小永磁体对转子铁芯的依赖并且提升转矩密度。分析了解析结果偏差形成的原因,并给出了有效的解决办法。再次,建立了磁场调制式开槽导体转子结构的永磁涡流耦合器磁场的通用解析模型。通过将永磁体区域等效为时谐场激励源,使运动导体涡流场的解析计算成为可能。通过各区域耦合边界条件确定了谐波系数的表达式,因此得到的磁场分布解析结果考虑了涡流感应场对气隙磁场的耦合影响、辐条/导条之间的相互影响以及时间谐波、气隙空间谐波和齿槽谐波对气隙磁场分布的影响。发现了径向磁通模型特有的涡流聚集现象,提出三维几何效应和曲率效应是解析模型计算结果产生偏差的主要原因。基于对偏差形成原因的分析,本文针对径向磁通型永磁涡流耦合器,进一步建立了极坐标系下的解析模型,消除了曲率效应对结果的影响,与通用解析模型相比,提高了解析模型的精确性。最后,基于解析模型研究了永磁涡流耦合器的转矩特性,并进一步分析了调速型永磁涡流耦合器在恒转矩下的调速特性;基于解析模型并结合遗传算法,以提升转矩密度为目标,对一台传递功率为9.6 kW的轴向磁通型开槽导体转子结构的永磁涡流耦合器结构参数进行了优化设计;制作了实验样机并搭建了测试平台,通过实验得到了转矩特性曲线,对解析模型进行了验证。