在航空航天领域中,传统卫星姿态控制系统一般是由多台控制力矩陀螺或飞轮组成,系统结构复杂、部件冗余重复,严重影响了姿控系统的重量、体积、功耗及成本。磁悬浮球形电机最突出的特点是:转子是一个磁悬浮球体,可以在三维空间任意方向持续旋转,从而输出任意方向的姿态控制力矩,避免了多个传统飞轮之间固有的动力学耦合问题,控制精度和驱动效率更高;同时,多个磁悬浮球可以自由构型,并行驱动,输出成倍的控制力矩,提升卫星姿态控制能力;此外,磁悬浮球还支持卫星快速集成、在轨修复和重构,对磁悬浮球型电机的研究具有理论意义和实际价值。本文主要研究内容如下:首先给出了本课题的研究背景和意义,综述了本课题领域及相关领域的国内外研究现状,给出了本文的研究内容;然后对浮转分离式球感应电机进行了电磁场分析和优化设计研究。在给出浮转分离式球感应电机的原理结构的基础上,采用电磁场的有限元方法对该电机进行了旋转驱动和悬浮驱动研究,最后对其进行了优化设计研究;其次,从理论上研究了浮转一起感应球电机的工作原理。在给出浮转一体感应球电机的结构及性能优势基础上,从理论上推导了该种电机旋转驱动和悬浮驱动的工作原理,特别是该种电机悬浮力和刚度计算方法,研究了交流电流频率变化对悬浮力的影响;再次,对浮转一体式感应球电机的旋转和悬浮性能进行了电磁场有限元计算研究。在分析感应电机电流源驱动原理的基础上,首先对浮转分离感应球电机的旋转驱动进行了电磁场分析,建立了仿真计算模型,研究给出了不同绕组相电流有效值、频率组合和端部效应对电机驱动性能的影响;然后分析了浮转一体感应球电机的悬浮特性,包括不同相电流有效值、频率组合对悬浮特性的影响以及差动悬浮对电机旋转性特性的影响;最后对浮转一体感应电机的浮转一体控制进行了研究;最后对浮转一体感应球电机进行了参数优化分析和热分析。首先分析了电机铜层厚度变化及槽楔导磁率对电机性能的影响,然后建立浮转一体感应球电机的热分析有限元模型,对前述优化方案进行的热分析计算。