作为一种新兴的传动和调速装置,永磁涡流耦合器（Permanent Magnet Eddy Current Couplers）改变了传统的传动方式和调速理念。它通过改变气隙长度完成负载转速和输出转矩的变化,实现了能量在电机与负载之间的空中传递,具有结构简单、无机械连接、隔离振动和无谐波等优点,因此在风机、水泵、皮带机等高耗能场合具有广阔的应用前景。聚磁型永磁涡流耦合器通过改变传统磁转子的结构和充磁方式,可以实现更短的气隙长度,并延长装置的使用寿命等,因此本文对这种新型的永磁涡流耦合器展开研究。由于涉及动态涡流与磁场耦合问题的求解方法中,常用的有限元分析存在计算周期长且需要昂贵的硬件设备等问题,因此本文重点关注了聚磁型永磁涡流耦合器及其改进拓扑的磁场、涡流场以及转矩等特性的解析建模分析方法,采用实验和有限元仿真对计算模型进行了验证;在此基础上,又对其多目标优化方法进行了探索。这些研究对推动永磁涡流耦合器的进一步发展提供了一定的理论依据。主要研究工作归纳如下:（1）为了解决永磁涡流耦合器中动态涡流-感应磁场-旋转永磁场强耦合的解析计算难题,从其工作机理出发,通过对永磁涡流耦合器的磁通路径分析,计算了各部位的等效磁阻,建立了两种考虑导体转子涡流效应的通用等效磁路模型:一种是先建立永磁场模型,然后基于安培环路定律和法拉第电磁感应定律建立涡流的感应场模型;另一种是将动态涡流直接看成等效磁路模型的等效磁源,对综合磁路模型进行求解。根据能量守恒原理,建立了永磁涡流耦合器的转矩方程。通过有限元仿真和15kW样机实验验证了模型的有效性。利用转矩模型,对影响转矩性能的关键因素进行了分析和讨论。（2）针对聚磁型永磁涡流耦合器的永磁转子不连续边界下的磁场控制方程不易求解问题,提出了一种基于虚拟磁源的二维分层建模方法。该方法首先采用等效磁路法计算出铁芯区域的虚拟磁化强度,然后采用分离变量法对各层的控制方程进行求解,得到气隙磁场和导体转子涡流的分布以及转矩的解析模型。三维有限元仿真和900W实验样机验证了转矩模型的有效性。为了克服聚磁型永磁涡流耦合器存在的漏磁缺陷,提出了一种双导体转子的拓扑结构,采用提出的建模分析方法对其电磁场和输出转矩等进行计算,有限元仿真结果表明双导体转子拓扑使得转矩提高了 20～50%。（3）考虑到等效磁路模型和二维层解析模型中磁场和涡流场模型忽略了径向变量,且计算转矩必须引入额外的三维校正因子,因此为了提高运动导体涡流求解问题的计算模型精度,针对双导体转子聚磁型永磁涡流耦合器,提出了一种三维直角坐标系下的空间解析建模方法,该方法的实质是采用分离变量法对三维麦克斯韦方程组进行求解。有限元仿真验证了磁场、涡流场和转矩等解析模型的有效性和准确性,特别分析了曲率效应对模型预测精度的影响。将该建模方法拓展到传统型永磁涡流耦合器和任意充磁角度的准Halbach阵列型永磁涡流耦合器的三维建模分析中,建立了各自的转矩模型,并进行了仿真验证,特别给出了 Halbach阵列的充磁角度对转矩性能的影响。（4）考虑到导体转子中动态涡流的随机性与不确定性对转矩传递的影响,为了规范涡流路径,减少损耗,通过对导体转子开槽并填充轭铁,提出了一种开槽型聚磁式永磁涡流耦合器的新拓扑。由于该拓扑结构具有极其复杂的边界条件,前述的解析建模方法均不适用,因此基于精确子域建模方法,采用分离变量法和傅里叶级数展开法对每个子区域的控制方程进行求解,建立了电磁场和转矩等的理论分析模型。有限元仿真验证了解析模型的有效性,结果表明开槽拓扑结构使得转矩提高了 10～20%。另外,进一步探讨了槽参数和永磁体参数等对转矩的影响。（5）对永磁涡流耦合器的多目标优化问题进行了阐述,以转矩最大化、转动惯量和体积最小化为优化目标,提出了一种基于改进杜鹃搜索算法的永磁涡流耦合器的满意度优化设计方法,首次将杜鹃搜索算法引入到该类装置的优化中,仿真结果表明所提优化算法要优于现有的粒子群以及遗传算法等,可以在最短的时间内获得最优的综合性能;在此基础上,针对优化性能的解析表达式极为复杂或者根本无法建立等情况,提出了一种基于熵权与混合代理模型的永磁涡流耦合器的优化方法,将永磁涡流耦合器的优化问题拓展到数据处理领域,通过对开槽型聚磁式永磁涡流耦合器的仿真分析,验证了这种优化设计方法的可行性。