永磁球形电动机是一种新型多维度电动机,具有三维空间运动能力,比单自由度电机串联型式的结构更加简单,系统的动静态性能更优越,具有广泛的应用前景。球形电动机的磁场分析是研究永磁球形电动机的重要部分,也是研究电机性能指标的关键内容之一。本文在分析球形电机磁场分析方法的现状和趋势的基础上,对一种新型双定子永磁球形电动机及其磁场进行了相关的研究。本文首先介绍了新型的三维双定子永磁球形电动机的机械结构和运行原理,分析了永磁球形电动机电磁场问题的特殊性,阐述有限元求解方法的特点,采用有限元参数化建模方法ANSYS APDL完成双定子永磁球形电动机的内外磁场的建模。通过对电机进行三维参数化有限元分析,包括电机的仿真建模、定义材料属性、网格划分、加载边界条件、加载载荷、求解和后处理分析,得到球形电动机气隙磁场径向磁通密度分布模型,为球形电动机磁场谐波分析提供了重要的研究基础。其次,本文对双定子永磁球形电动机内外转子永磁体励磁的三维磁场进行谐波研究。通过有限元分析获得双定子永磁球形电动机内外气隙中球面磁通密度分布数据,采用二维傅里叶变换对获得的球面磁通密度周期分布数据进行谐波分析。通过MATLAB分析后得到三维气隙磁通密度径向分量的基波和谐波,由离散傅里叶级数的性质分析出基波含量。此外,分析了内外永磁体厚度、半径和铁芯厚度等转子结构参数变化对气隙磁通密度谐波分布的影响。最后,针对双定子永磁球形电动机气隙磁场分布仿真结果的正确性和可行性进行实验研究。在双定子永磁球形电动机三自由度运动平台上,通过三个光电编码器组合确定永磁球形电动机转子方位,使用高斯计测量电机的径向磁通密度。实验结果验证了双定子永磁球形电动机有限元法分析模型的正确性,作为新型双定子永磁球形电动机结构设计与磁场优化的基础。