针对经典电机学理论“碎片化”、电机原理和结构的创新存在一定“盲目性”,以及电机应用领域不断拓展、电机性能要求不断提高、新原理与新结构电机不断涌现的迫切需求,突破经典电机学理论的思维定式,从电机基于气隙磁场实现机电能量转换的本质入手,将磁场调制现象普遍化和统一化,并将其反向映射到具体电机实例中,形成电机气隙磁场调制统一理论,具有现实意义和理论价值,成为电机学科发展的内在需要。电机气隙磁场调制统一理论为广义磁场调制电机运行原理、性能分析与结构创新等提供了全新的视角及有力的工具。经过数年的研究与发展,电机气隙磁场调制统一理论的基本框架已经成型,与经典电机学理论形成互补,丰富了电机学科的研究内容并推动其进一步发展。基于磁场调制理论提出的电机具有高转矩密度、高效率与紧凑的结构,在电动汽车、风力发电与伺服控制等领域展现出特有的优势和良好的应用前景。本文基于电机气隙磁场调制统一理论的基本框架,在深入理解电机磁场调制原理的基础上,剖析其内部运行规律,揭示调制器的磁场调制行为及转矩生成机理,分析不同调制器的等效性与互换性等,以充实和完善磁场调制统一理论;并研究如何利用磁场调制统一理论分析电机性能、揭示磁场调制行为本质、指导电机优化等,即研究磁场调制统一理论的应用方法。本文的主要研究内容可以分为以下几个部分:1.阐明了磁场调制行为与转矩成分的辩证关系。基于磁场调制行为本质的判断与电机转矩机理的分析,定义了同步调制与异步调制行为、同步转矩与异步转矩分量,并对比、分析、揭示其关键差异,就典型电机拓扑中的转矩成分定性解析并进行总结、归类主要转矩分量,最终辩证分析了磁场调制行为与转矩成分的关系。2.揭示了不同调制器之间等效性与互换性等基本规律。基于对不同调制器调制算子数学特性的认知,扼要地归纳了凸极磁阻、多层磁障与短路线圈调制器的磁场调制行为本质,着重对比了不同调制器磁场调制能力与自身参数、极对数配合等关键联系,揭示了不同调制器之间的等效性与差异性等基本规律,分析与判断了调制器互换后的性能变化。3.定量验证了磁场调制理论的有效性与统一性。应用电机气隙磁场调制理论,提出电机性能分析的统一框架,研究了凸极磁阻、多层磁障与短路线圈调制器各自典型电机内的磁场调制行为,定量解析计算了调制气隙磁场分布、感应电动势、转矩、电感等主要电机性能,分析了凸极磁阻等调制器自身参数对电机输出特性的影响,围绕三种调制器的磁场调制效率等展开深入讨论,从定量解析的角度验证了磁场调制理论的有效性与统一性,揭示了传统电机与磁场调制电机的内在联系。4.深入分析了电机三要素的相互作用机理。基于电机气隙内的磁场调制现象,研究了电机三要素之间的作用机制,揭示了三要素单独作用时,任意要素衍变对磁场调制效果的影响,以及三要素相互影响、相互制约的内部运行规律。围绕励磁源与滤波器造成的凸极磁阻调制器局部饱和、不等宽与模块化凸极磁阻调制器对有效转矩分量的影响、三要素主极对数相互配合及对应调制气隙磁场中有效谐波分量等展开讨论。5.总结了转子凸极磁阻调制器的优化规律。针对转子凸极磁阻调制器,研究了如何改善其磁场调制能力、优化调制气隙磁场分布、选择性提高有效谐波分量幅值,进而提升典型凸极磁阻磁场调制电机转矩输出能力、减小电机转矩脉动等。结合电机转矩机理,验证了不同极对数配合时,转子凸极磁阻调制器拓扑空间组合与对应极弧系数配合所满足的一般性规律。6.提出了非对称分布复合转子调制器设计方法。基于复合转子无刷双馈电机的基本特性,评估了不同调制器结合后的磁场调制能力,验证了短路线圈调制器导致的调制气隙磁场谐波空间偏。在此基础上,提出了一种非对称分布复合转子调制器设计方法,并验证了其在改善调制气隙磁场分布、提升电机转矩输出能力等方面的有效性。