在传统的以机电能量转换为目的的旋转电机设计中,通常要减少和抑制能量转换过程中产生的损耗,以求获得良好的发电和电动性能;而从电机损耗与温升的逆问题出发,利用电磁理论中旋转电机损耗的概念和成因,将输入的能量(电能、风能、水能等能量)完全有效地转换为热能,这无疑为传统的电加热方法提供了一种新的思路。本文提出了一种新型的基于旋转电磁理论的机电热换能器方案,对其进行了理论分析及实验研究,主要研究内容如下:首先,提出了一种基于旋转电磁理论的机电热换能器方案,给出了其系统构成及结构形式。该新型机电热换能器可以多种形态的能量作为输入能源,论文以电能为输入能源的机电热换能器为例,分别阐述了其核心部件——旋转电磁致热器的工作机理和热源分布及其拖动系统用水冷混合磁路多边耦合电机的工作机理和转矩特性;分析了机电热换能器的能量流程,指出机电热换能器的热功率由电机热损耗功率和电磁致热器热功率两部分组成,并分别推导了旋转电磁致热器和水冷混合磁路多边耦合电机的热功率的解析表达式。其次,建立了理想情况下旋转电磁致热器的数学模型,依据电磁致热器稳态运行时的相量图解析分析了电磁致热器中由定子导条感应电流所产生的热功率,并以表面磁钢转子的致热器为例,推导了其定子铁心中涡流热功率及制动转矩的表达式。根据描述的关系方程与致热器结构尺寸分别阐述了旋转电磁致热器由涡流产生的热功率特性及制动转矩特性,并详细分析了不同的结构参数包括极数、永磁体极弧系数、永磁体厚度、定子铁心厚度及气隙长度与旋转电磁致热器涡流热功率的关系。实际的旋转电磁致热器由于机械结构的限制、水路的存在、材料非线性、温度对材料特性影响等方面的原因,电磁场分布比较复杂。本文采用有限元方法对旋转电磁致热器内部电磁场进行了分析,同时给出了致热器热功率特性及转矩特性的计算方法,研制了一台旋转电磁致热器样机并进行了相关实验验证。进而以定子导条数、极对数、气隙长度及温度等因素为出发点,分析了致热器的结构参数对同一运行状态下的输出热功率性能的影响。从定子磁通透入深度角度出发,提出了致热器两种定子结构方案——开口槽方案和闭口槽方案,并分析了槽开口宽度及槽数在不同转速时对致热器性能的影响。再次,作者对旋转电磁致热器热系统的分析方法进行了研究,针对闭口槽旋转电磁致热器建立了7节点的热网络模型,给出了热网络模型中各元件的计算方法。针对样机的数学模型进行了稳态的温升计算,并给出了致热器内各节点温度与热功率的关系曲线,有效解决了节点热源非常值问题,并通过实验加以验证。对节点温升进行了敏感性分析,分别研究了节点间热阻及节点热功率对各节点温度的影响,以及节点热功率与热阻同时变化时永磁体节点温度的变化规律。最后作者研制了机电热换能器的能量测试平台,给出了系统输入电能和输出热能的测试评价方法。通过对机电热换能器样机和两台电阻式电热设备的能量测试,验证了其高热转换效率。同时探讨了机电热换能器水路除垢抑垢机理,并对其进行了初步的试验分析。理论分析与实验研究表明,本文提出的机电热换能器除具有高的热效率和温度提升梯度等特点外,还具有对水媒质的磁化软化功能,这为研发集水质处理功能与加热功能于一体的新型电热装置提供了一种行之有效的方案。