球形电机是一种能够完成三自由度运动的特种电机,在医疗、监测、工业、航空航天等领域有着广泛的应用前景,逐渐受到了国内外专家的密切关注。永磁球形电机由于三维结构特征,存在着控制繁琐、输出转矩有限、位置检测困难等问题。因而,从结构设计着手,进一步改善球形电机的性能成为目前研究的热点。本文基于最小磁阻原理提出了一种新型磁阻型球形电机结构,完成了电机的电感解析建模与电磁分析,并通过样机实验验证了该解析方法的合理性与有效性。本文的主要研究内容如下:1)首先介绍了磁阻型球形电机的基本结构,分别在定子和转子上建立了三维坐标系,分自旋和倾斜两种基本运动状态详细阐述了电机的运动原理,得出电机旋转方向与通电方向无关,而与通电顺序相关的结论。2)根据能量法推导出磁阻型球形电机的基本数学模型,结果表明电机的输出转矩与电感对空间位置角的偏导相关。并针对不考虑磁饱和、考虑磁饱和两种情形建立了电感模型,对两种情形的结果进行了比较。3)为精确计算出电机磁场,建立了磁阻型球形电机的有限元模型。在此基础上,对单线圈通电下两种基本运动状态的矩角特性进行分析,并讨论了非偏转位置角对电机运动的影响。4)制作加工了电机的各个零部件,并装配成样机,利用球形电机实验平台完成了开环实验,对比分析了解析法、有限元法、实验测量的转矩输出,为相关球形电机的设计提供了一点思路,为电机的优化工作和控制工作奠定了基础。