工业技术的发展使得多自由度系统在工业中的运用变得更加普遍,而现代工业中组成多自由度系统常用的方式是采用多个传统的电机通过传动装置组合而成,该方法不仅会使得系统的精度及工作效率出现较大的下降,也会使得系统体积变大而变得笨重。多自由度电机的出现使得这些问题得到解决,球形转子因为其特殊形状具有实现多维运动的可能性,基于发展最成熟的感应式电机理论,一种感应式球形电机被设计而成。基于机械轴承支撑的球形电机在转动过程中会产生摩擦,从而对转子表面造成损伤,并造成能量的损耗。而磁悬浮技术具有无摩擦、无需润滑及密封的特点,将磁悬浮技术与球形电机相结合,可以实现转子的自悬浮,从而避免转子表面的摩擦损伤,减少能量的损耗。本文首先介绍了该感应式磁悬浮球形电机的整体机械结构,并对组成该球形电机的零部件的结构及功能分别作了介绍;为了验证此球形电机的性能以及对球形电机进行特性优化,在Maxwell有限元分析软件中建立了球形电机的二维模型,对球形转子在镀铜厚度分别0.2mm、0.3mm及0.4mm条件下空载及负载15mN.m时的转速特性、转矩特性及损耗特性进行了分析,确定了在镀铜厚度为0.2mm时为最优厚度;建立了磁悬浮力的数学模型,并通过泰勒展开式将磁悬浮力线性化,结合电压方程最终得到了输入电压与转子位移的三阶关系,并基于极点配置法得到了磁悬浮系统双PD控制器的控制参数,经过MATLAB/Simulink仿真验证了该控制器能够较快的使系统达到稳定状态;设计了磁悬浮系统的电磁线圈,并借助Maxwell验证了该电磁线圈在功耗限制的条件下仍然能够实现稳定的磁悬浮,而且得到了磁悬浮系统的峰值电流,为硬件电路设计提供了参考;依据已有的感应式电机理论建立了球形电机在ABC三相坐标下的数学模型,并借助坐标变化简化了其数学模型,通过转子磁场定向矢量控制的方法对球形电机的转动进行了控制。本文以感应式磁悬浮球形电机为平台搭建实物磁悬浮控制系统及转动控制系统,并对磁悬浮系统所用的电涡流位移传感器进行了静态标定,得到了位移与输出电压的线性拟合直线;采集了上电瞬间三轴电涡流位移传感器输出电压曲线,验证了该球形电机能够在电机空间中实现稳定的悬浮,由静态标定直线及球形转子位移实验验证了球形转子能够悬浮在电机的中央,误差仅为1.8%;采集了电流曲线,得到了悬浮稳定阶段的稳定电流及峰值电流,与仿真结果相吻合;得到了悬浮状态下球形电机的三相电流曲线,证明了该感应式磁悬浮球形电机能够正常工作。