双凸极电机结构简单牢固、功率密度高、可靠性高、耐高温等特点,适用于高速场合。其结构为凸极齿槽,磁场分布非线性严重,分析复杂,高速运行带来的铁损和机械强度影响电机性能使得高速双凸极电机设计与实现存在很多技术难题。本课题在现有双凸极电机研究成果的基础上,针对空气压缩储能系统驱动电机,设计研制一台20kW6/4极的三相电励磁双凸极电机。首先介绍了空气压缩储能系统中电机的应用情况和国内外双凸极电机研究实践状况,从结构和原理阐述了双凸极电机的基本理论,从能量守恒的角度建立了电励磁双凸极电机的数学模型,在励磁磁链线性化处理的基础上提出了三相三状态、三相六状态等不同的控制方式,是进一步研究双凸极电机的基础。针对空气压缩储能系统驱动电机,从材料、结构、尺寸等方面设计了6/4极的三相电励磁双凸极电机,采用二维有限元法建立仿真模型,对空载、发电负载和电动运行等不同状态进行磁场分析。研究了电机磁场分布、气隙磁密、电感等静态特性以及电枢反应效果。对电机稳态运行时的电流、磁链输出转矩等稳态特性进行了初步了研究,并对各种控制方式进行了分析和比较,为双凸极电机在工程实践中更好地应用提供一定的依据。以有限元法为工具,详细研究了转子极弧、气隙宽度、定子轭厚、铁芯长度等结构变化对静态特性和稳态特性的影响,为合理设计电机提供了有意义的参考。通过进一步优化,采用理论分析和仿真模拟相结合的方法,分别对电机的空载特性、转矩电流特性、机械特性、机械强度以及损耗和效率计算等进行研究,最后在温度场内进行热分析验证,达到预期效果。