超导电机使用了具有高载流能力的超导材料,因而可获得极高的功率密度,有望应用于船舶推动、大容量风力发电等领域。然而,目前主流的超导电机均面临着旋转冷却、电刷滑环、力矩传递等设计难题,难以可靠应用。双定子场调制高温超导电机（DSFM-HTSM）是一种全新的超导电机,采用独特的“双定子+杯型磁阻转子”结构,高温超导（HTS）磁体套在内定子齿上提供励磁,实现了静态密封冷却,去除了电刷与滑环,简化了力矩传递。本文的主要内容为DSFM-HTSM超导磁体的分析与优化设计,从热、电、磁三个角度出发,围绕HTS磁体结构及其低温绝热容器设计、热负荷计算、临界电流计算、电磁场数值建模等关键问题展开研究,确保HTS磁体的稳定、可靠工作。具体内容如下:（1）综述了超导的研究与发展历程,以及目前超导电机的发展现状;介绍了DSFM-HTSM的特点与优势;阐述了超导磁体独有的电磁特性。（2）HTS励磁线圈与低温绝热容器（杜瓦）一起组成了HTS磁体,并通入液氮进行冷却。HTS磁体在正常工作的过程中,热量会不断地在其内部生成,包括电流引线漏热、杜瓦传导漏热、杜瓦辐射漏热、HTS线圈交流损耗,单位时间内产生的热量总和称为HTS磁体的热负荷,它与制冷功率、冷却液流量选择、冷却效果密切相关。本文展示了DSFM-HTSM的跑道形HTS磁体结构设计,以10 k W样机为例进行了磁体的热负荷计算与优化设计,并估算了所需的冷却液流量和制冷功率。（3）HTS磁体所能承载的最大电流称为其临界电流,它与温度、磁场紧密相关。本文基于温度恒定、电流均匀分布的假设,使用有限元软件对HTS双饼线圈进行磁场计算,采用图解法快速求解其临界电流,并分析了线圈匝数、匝间距离、线圈叠放、电机磁场对临界电流的影响。（4）基于H方程和E-J临界态模型,使用有限元软件建立了HTS双饼线圈的电磁场数值计算模型,分析其磁场穿透过程、电流分布特征,观察到了屏蔽电流、电流非均匀分布等现象,并进行了临界电流的精确计算。提出了一种“边界替换法”,可考虑磁路变化、电枢反应等影响,对电机中的HTS线圈进行电磁场数值建模,分析了电机运行过程中HTS线圈的电流变化特征,并计算其交流损耗。（5）完成了HTS磁体的制造与实验测试,以及DSFM-HTSM样机的空载、带载实验。对磁体热负荷、临界电流的计算结果进行了实验验证,实验结果与理论计算值吻合较好。实验证明采用HTS磁体进行励磁的DSFM-HTSM是完全可行的。（6）为大容量DSFM-HTSM提出了一种选择励磁工作点（励磁磁势、励磁电流、励磁线圈匝数）的方法。该方法通过定量地分析电机功率固定时其轴向长度与HTS带材用量关系,以综合成本最小为优化目标进行励磁工作点的选择。以10 MW DSFM-HTS概念电机为例展示了励磁工作点的选择过程,并比较了单极性励磁和双极性励磁这两种励磁结构。