随着科技的不断发展,机电系统日趋复杂化,简单的单自由度电机已很难满足需求,多自由度电机越来越受到工业界的欢迎。本文提出了一种新型多自由度电机方案,该电机集成旋转电机、径向磁轴承和直线电机于一体,可以有效实现六自由度控制,提高电机的弱磁扩速能力,拓宽恒功率范围。本文将从以下几个方面对双定子多自由度永磁同步电机展开研究:首先,在总结常见的几种多自由度电机结构及其耦合问题的基础上,提出了双定子多自由度永磁同步电机方案。之后针对本研究所提出的电机,从结构及功能出发,对其总体配置方案及各部分结构特点进行分析。主要包括外部旋转电机定转子结构及配置方式,内部直线电机初次级结构及配置方式,悬浮单元的结构及其径向力的产生机理和影响因素分析。其次,双定子多自由度永磁同步电机气隙磁场分布不同于传统电机,本文采用解析法分别对外部旋转电机及内部直线电机进行数学建模,对他们产生的旋转磁场及行波磁场分布进行解析计算,在此基础上,研究不同充磁方式时内外气隙磁场的分布规律,并利用有限元法进行仿真验证。然后,针对双定子多自由度电机中的耦合问题,对旋转磁场对内部气隙和行波磁场对外部气隙的耦合特性进行研究。采用解析法对内外永磁体不同充磁方式,极对数及转子材料对磁场耦合特性的影响进行定量研究,并利用有限元法进行仿真验证。在此基础上,提出双定子多自由度永磁同步电机的抗耦设计原则。最后研究双定子多自由度永磁同步电机的运行性能。在外部旋转电机方面,对弱磁扩速时外部旋转电机的空载反电势和转矩特性进行理论研究和仿真验证,并对该电机的弱磁扩速方式进行研究;在内部直线电机方面,在考虑磁场耦合的前提下,对其正位力,空载反电势和轴向电磁力进行解析研究和仿真验证,这些研究对本研究所提出电机的运行特性具有重要意义。