本文研究用于海洋装备如水下航行器、轮船等的对转螺旋桨永磁电机驱动系统,该系统采用一种盘式双转子对转永磁同步电机,该电机有两个独立的永磁转子,通过内外嵌套轴输出,分别驱动对转螺旋桨的两个桨叶。电机只有一个定子和一套三相绕组,只需要一个驱动器驱动。与现有对转螺旋桨驱动系统相比,本文研究的盘式对转电机驱动系统具有结构紧凑、体积小、重量轻以及成本低等优点。虽然已有一些学者对类似的电机驱动装置进行了研究,但是还有很多关键问题需要解决,比如两个永磁转子在不同步时电机的反电动势特性、转矩特性。特别是,由于只有一套三相绕组和一个三相驱动器,如何保证在两侧转子负载不平衡或扰动变化时,两个转子还能够同步运行,保持系统稳定,是该新型驱动系统是否能够得以实际应用的关键点和难点。目前,该问题还没有得到解决,涉及该问题的研究还很少。为了解决盘式对转永磁同步电机及其控制存在的问题,促进该新型装置及技术的发展和应用,本文拟对其电机本体设计相关技术、基本特性进行研究,进一步掌握该特种电机的原理和特性,同时解决该电机控制的难题,文章主要的研究工作和取得的成果如下:(1)对本文研究对象的研究现状和发展趋势进行了系统的总结,分析了电机本体和控制方面存在的主要问题,为本文的研究提供了借鉴和依据。(2)对电机的本体设计进行了理论分析,建立了电机的简化温升模型,获得了电机设计允许温升和绕组电负荷的关系式,结合选取的磁负荷以及已有相关研究成果,获得了电机设计功率与电机外径的关系,为该型永磁同步电机的设计提供了参考依据。(3)对电机的空载磁场进行了解析建模,利用傅里叶级数和分离变量法求解了电机气隙和永磁内部磁场的麦克斯韦表征方程,获得了相应的磁密解析表达式,利用解析表达式对电机的磁场进行了分析,获得了电机反电动势的解析计算方法,同时用有限元结果对解析表达式进行了有用性验证。(4)分析了该电机的基本特性,分析了两个永磁转子分别在同步和不同步时电机的反电动势和转矩特性,获得了两个转子不同步时电机反电动势的畸变特征,指出了该畸变特征对于转矩的影响。分析了转子不同状态是定子磁场的变化特征,根据磁场分布的规律,指出该型电机可以将定子模块化,从而使得绕组绕制变得简单。还分析了交叉环形绕组的轴线的不均匀性,对于转矩的影响,指出采用叠绕组可以减小转矩波动。进行了轴向电磁力的分析,获得了空载和额定负载情况下轴向电磁拉力大小和分布特点,还分析了定子绕组受到的洛伦兹力,指出,与轴向磁拉力相比,绕组受到的洛伦兹力在设计基本可以忽略。(5)分析电机在不平衡负载下的运行特点,指出了现有控制方法无法保证两个转子的同步运行。提出了一种动态主从控制方法,保证了两个永磁转子在负载不平衡或扰动变化时能够同步、稳定地运行,同时提出了一种可靠的起动电机的方法。基于滑模观测器对一个转子进行了位置辨识,以期实现只用一个转子位置传感器实现两个转子位置的获得。仿真分析初步验证了以上方法和理论。(6)提出了一种简便可行的实验验证方法,研制了2.2k W的实验样机,验证了本体设计和分析的正确性。同时实验验证了,论文提出的控制策略在负载不平衡或负载扰动时能够保证两个转子稳定运行,并且也验证了论文提出的电机起动方法的有用性。论文解决了用一台三相驱动器控制单定子、双独立永磁转子电机的难题。