为了实现水下航行器的紧凑、高效及低噪音推进,无轴轮缘推进系统是近年来提出并发展的一种全新的推进方式,它打破了常规的思维方式和推进模式,取消了传统推进传动轴,将推进电机和螺旋桨融为一体,提高了空间利用率,增加了推进效率,减少了振动与噪声,保证了航行器的隐蔽性。然而无轴轮缘推进系统由于其工作时螺旋桨叶受到流体反作用力,传导至与螺旋桨刚性相连的转子部分,使得轴承在实际工作时依旧由于压迫磨损存在难以避免的物理磨损及机械噪声问题。本文提出水下锥形推进电机,一方面保证水下推进系统动力性能,另一方面降低水润滑轴承的磨损带来噪声和可靠性问题。基于该类结构,本文主要在电机电磁设计、轴向力分析及试验研究等方面开展工作。首先,针对轮缘推进电机及锥形电机的发展现状进行概述,并对水下锥形推进电机结构及工作原理进行说明;提出以多单元圆柱电机,线性改变电枢直径,等效获取水下锥形推进电机等效磁网络模型方案,并推导分析磁路各部分磁阻分布及磁通计算方案;基于动量定理、叶元体理论结合CFD仿真解析,给出现有的五叶螺旋桨叶参数需求。其次,在传统永磁电机设计的基础上,结合锥度参数推导水下锥形推进电机设计尺寸方案,针对水下锥形推进电机轴向分量磁拉力进行理论解析,结合桨叶参数对锥度匹配进行说明,并对锥度磁极削减的模型进行理论模型推导;针对电机低噪低振动进行极槽选型并进行仿真验证,对比不同配比下的方案优劣性,给出电机基本尺寸参数。再次,通过三维有限元参数化模型的建立及解析,从锥度对轴向力、气隙磁密分布、定转子磁通密度、反电势及转矩特性等四个方面的影响进行了分析;基于上述分析的基础上,对电机定子部分的槽型设计及绕组进行针对性优化;利用对磁极极弧系数的改变与磁极削减等方法对电机转子部分进行针对性优化,最终得到满足高转矩低脉动,高效率低齿槽目标的电机参数。最终,研制满足电机轴向力测试的样机并搭建实验平台,测试电机空载运行特性及电机效率MAP,通过设计可拆卸工装,解决电机空负载轴向力的实验验证。结果表明:水下锥形推进电机锥度的合理设计能够在保证电机优秀的运行特性基础上,有效平衡螺旋桨叶所受到的轴向反作用力,缓解电机振动及噪声问题。