近年来,电动汽车、航空航天、城轨交通再生能量制动等领域飞速发展,储能技术已经成为全球各国研究的热点课题。飞轮储能作为一种新兴的物理储能方式,具有能量密度高、充放电速度快和环境友好性强等优点,逐步受到人们的重视。磁悬浮开关磁阻电机(BSRM)作为常用飞轮电池的能量转换核心,因其结构简单坚固、容错性好,具有很好的应用前景。然而由于BSRM悬浮系统与转矩系统之间存在天然耦合,增加了系统的控制难度。因此研究一种新型的自解耦BSRM本体拓扑结构,具有非常重要的理论意义与实际价值。本文在对现有BSRM拓扑结构深入分析的基础上,提出了一种新型混合双定子磁悬浮开关磁阻电机(Hybrid Double Stator BSRM,HDSBSRM)结构。围绕新型HDSBSRM运行原理及数学模型,关键尺寸参数优化设计,电磁性能分析,低转矩脉动及低悬浮力脉动控制策略和数字系统设计等关键技术开展研究。主要研究内容如下:(1)提出了一种新型HDSBSRM结构,该结构不仅保留了传统双定子磁悬浮开关磁阻电机(DSBSRM)结构的优异解耦特性,而且具有更好的悬浮输出能力,降低了系统的悬浮损耗,阐述了电机基本组成和本体结构,介绍了电机绕组的连接方式,详细分析了悬浮力产生原理,建立了电机悬浮系统数学模型。(2)为使电机获得更优异的性能指标,运用CQPSO-DE算法对HDSBSRM关键参数进行优化设计。从飞轮电池的结构和需求出发,以提高径向悬浮输出能力、减少体积、降低轴向长度为优化目标,确定了相应的约束条件,建立了电机性能的多目标优化函数,从最优解集中选取了一组满意解作为HDSBSRM样机的最终尺寸参数。(3)建立HDSBSRM三维有限元模型,运用有限元分析法对电机进行电磁特性研究。首先分析静态和动态下的气隙磁密,验证了悬浮力的产生原理;分析了电机转矩系统与悬浮系统之间以及悬浮系统两自由度之间的的耦合特性,证明了HDSBSRM的弱耦合性;与传统DSBSRM做了性能对比,验证了它的高悬浮输出能力和低悬浮功耗。(4)针对电机运行过程中存在的转矩和悬浮力脉动较大的问题,提出了HDSBSRM的直接转矩与直接悬浮力控制策略。推导了电机磁链、转矩的关系,给出了转矩电压空间矢量,构建了转矩、磁链和悬浮力滞环控制;为了进一步提高悬浮系统的动态响应速度和鲁棒性,对HDSBSRM悬浮系统采用二阶滑模直接悬浮力控制策略,设计了基于二阶滑模的转子位移控制器;并通过Simulink仿真验证了所提控制策略的有效性。(5)以DSP和CPLD为主控芯片,建立了HDSBSRM高速数字系统。针对DSP和CPLD各自的资源特征,合理分配任务,分别设计了转矩系统和悬浮系统的功率变换、驱动、检测等电路,并确定相关器件型号,为后续实验研究的开展奠定了基础。