无刷双馈电机（brushless doubly-fed machine,BDFM）是一种具有良好应用前景的多功能新型感应电机。以往研究的磁场调制式无刷双馈电机,都是基于和调制,即等效极对数等于功率绕组极对数pp与控制绕组极对数pc之和,使得无刷双馈电机在工频条件下只能应用于低转速场合,转速的范围也受到限制。而差调制无刷双馈电机由于等效极对数为pp与pc之差,从而可以实现更低的等效极对数以及更高的自然同步速,并且随着转速的提高,功率密度也会有所增加。制约差调制无刷双馈电机发展的关键瓶颈在于转子的设计,采用目前主流的设计方法无法设计出具有理想性能的差调制转子。因此本文研究工作的目的在于对差调制无刷双馈电机的基本理论进行深入研究,并且另辟蹊径寻找出切实有效的转子设计方案以实现无刷双馈电机在差调制模式下的稳定运行,从而提高其自然同步速和转速范围。进而拓展无刷双馈电机的应用领域,推动它的实用化进程。本文的研究内容主要概括为以下几个方面:首先,介绍选题背景,阐述对差调制无刷双馈电机研究的必要性。概述无刷双馈电机的发展历程。对相关的国内外研究现状进行综述。其次,分析差调制无刷双馈电机的基本原理。提出差调制无刷双馈电机特有的“负极”特性,分析级联异步转矩产生机制,基于稳态等效电路模型对级联异步转矩进行计算,解释“负极”现象产生的原因,讨论稳态电路参数对异步启动性能的影响并给出了相关建议。并分析电机系统内部在不同的转速、极数分配条件下的功率传输特征。接着,推导差调制无刷双馈电机在ABC静止坐标系和dq0旋转坐标系中的瞬态数学模型,并利用推导的运动方程搭建Simulink仿真模型,通过对差调制无刷双馈电机的不同运行模式的仿真结果验证数学模型的正确性。然后,讨论极对数和槽数的选取,并给出了了1/4对极和3/2对极无刷双馈电机定子绕组的一般方案。并经过一定的探索,采用两种不同的新方法分别对1/4对极和3/2对极差调制转子进行设计、优化。通过磁势谐波理论的初步分析,采用新方法设计的两套转子绕组满足差调制运行的基本要求。最后,基于1/4对极和3/2对极差调制无刷双馈电机的定、转子方案,分别研制了对应的实验样机,并根据设计参数建立了有限元模型。结合有限元仿真和实验结果的分析,验证了差调制运行的可行性以及设计方案的有效性。