球形电动机作为一种多自由度电机,其具有独特定转子结构。相比于使用传统电机的控制系统,引入球形电机的系统的动态性能会大幅度提高:响应变快,系统的故障率降低,系统稳定性显著增强,可靠性提高。然而转矩测量技术已经成为了关系球形电机发展前景和达到未来实际工业应用要求的关键技术之一。本文分析了目前对于球形电机的输出转矩测量方法研究的发展现状,然后针对一种多自由度永磁球形电机,对其电磁转矩进行仿真研究;同时基于转子动力学方程的空载输出转矩算法,采用MEMS(Microelectromechanical system)陀螺仪传感器对空载输出转矩进行了测量。并且通过测量实验验证了本方法的可行性。本文主要研究工作如下:(1)针对一种特定结构的永磁球形电机,介绍了其基本的定转子结构,并且对其磁场以及电磁转矩进行了理论分析。(2)在电机电磁理论分析的基础之上,建立了电磁转矩仿真模型,对不同激励电流条件下的电磁转矩进行仿真,得到了磁密和电磁转矩的仿真结果。(3)提出了一个采用MEMS陀螺仪传感器测量转子运动角加速度并依据永磁球形电机转子动力学方程计算空载输出转矩的测量方法。依照该方法,设计了实验测试装置,对永磁球形电机的动态空载输出转矩进行了测量。(4)将空载输出转矩结果与实验结果进行对比,分析了空载输出转矩随电流的变化趋势,实验测量结果的误差来源,并对实验结果进行了误差修正。最终实验结果表明测量与仿真研究相吻合,验证了空载输出转矩测量方法的可行性。