世界上首款量产的混合动力汽车丰田普锐斯所采用的核心技术——电控无级变速器（Electrical Continuously Variable Transmission,ECVT）一直是国际上的研究热点。丰田普锐斯采用的ECVT是基于行星齿轮的机械式方案,存在振动、噪声、磨损和需要定期维护等问题。因此,很多学者提出了基于复合结构电机的ECVT方案。这些方案不需要行星齿轮,因而可避免上述机械问题。然而早期复合结构电机方案需要电刷滑环进行馈电,造成电机可靠性下降等问题。本课题研究的集成式磁场调制型无刷复合结构电机（Integrated Magnetic-Field-Modulated Brushless Compound-Structure Machine,IMFM-BCSM）是一种新型无刷多端口电机,解决了早期复合结构电机中电刷滑环带来的特殊问题,同时还具有结构紧凑的优点,有望应用在混合动力汽车等需要双转轴解耦控制的场合。本文的主要研究工作包括以下几个方面:首先,对IMFM-BCSM的工作原理及工作模式进行了研究。推导了IMFM-BCSM的气隙磁场表达式,对比研究了不同拓扑方案在内、外气隙处的磁场分布,综合考虑后将调制转子内置式方案确定为后续研究方案。通过图解法分析了IMFM-BCSM转速转矩运行特性,表明了IMFM-BCSM能够实现其两个输出转轴的转速转矩解耦功能。结合IMFM-BCSM的多端口特性,研究了IMFM-BCSM在不同工作模式下的功率流动情况,提出了混合动力汽车应用背景下的多模式统一分析方法,为后续电机设计和效率分析奠定了基础。其次,对IMFM-BCSM电磁转矩、定位力矩以及不平衡磁拉力的产生机理进行了研究。采用虚功法推导了IMFM-BCSM的电磁转矩表达式,探讨了极对数组合、导磁块以及永磁体结构参数对电磁转矩的影响规律。采用虚功法推导了IMFM-BCSM定位力矩表达式,从调制磁场相互作用角度揭示了IMFM-BCSM定位力矩的产生机理,研究了极对数组合和导磁块形状对定位力矩的影响规律。基于麦克斯韦公式推导了IMFM-BCSM不平衡磁拉力表达式,研究了不同极对数组合下不平衡磁拉力的矢量特性。为提升电机的转矩密度,降低定位力矩和不平衡磁拉力提供理论依据。再次,对IMFM-BCSM调制绕组和转矩绕组的设计方法进行了研究。针对IMFM-BCSM中两套绕组相互耦合、绕组反电势畸变严重、调制转子具有凸极效应的问题,提出了IMFM-BCSM双绕组设计过程中应满足的三个基本原则,并研究了在三个基本原则约束下的双绕组设计方法。在此基础上,建立了相应的绕组评价体系,得出了适用于IMFM-BCSM的最佳极槽匹配方案。为进一步降低转矩绕组中的反电势谐波,提出了准正弦集中绕组排布方法。对比分析了准正弦集中绕组排布和传统分数槽集中绕组排布对电机性能的影响,验证了所提出的低谐波绕组排布方法的有效性。然后,对IMFM-BCSM谐波损耗及其抑制方法进行了研究。针对IMFM-BCSM气隙磁场谐波成分复杂的特点,推导了调制磁场在电机定子、永磁转子和调制转子中的交变频率,分析了谐波磁场在电机各部件中的时变特性。研究了定子铁心损耗、永磁体涡流损耗以及调制转子铁心损耗的变化规律。随后建立了IMFM-BCSM的变磁阻磁路模型,揭示了永磁转子结构对永磁体涡流损耗的影响机理。对比分析了不同永磁转子结构对电机性能的影响,研究表明切向充磁式永磁转子结构方案在提高输出转矩和降低永磁体损耗等方面具有显著优势。最后,研制了一台IMFM-BCSM样机,搭建实验测试平台并进行了实验研究。首先讨论了不同永磁转子结构的加固方法,确定了可行的永磁转子结构方案。为验证前文理论分析的正确性,对IMFM-BCSM样机的电气参数、空载反电动势、转速转矩特性、效率等性能进行了全面的测试与分析。此外,对IMFM-BCSM样机进行了混合动力工况的模拟测试,结果表明IMFM-BCSM可以实现输入轴和输出轴的转速、转矩独立控制,能够满足混合动力汽车的复杂工况需求。实验结果为IMFM-BCSM的进一步改进和工程应用提供了实验依据。