混合励磁同步电机（Hybrid Excited Synchronous Machine,HESM）在电励磁同步电机结构的基础上加入永磁体,结合了电励磁同步电机调速范围宽和永磁同步电机转矩密度大的优点,在新能源发电、航空航天、汽车驱动、国防军工等领域具有广阔的应用前景。传统的HESM往往将电励磁绕组与永磁体一同放置在电机的直轴磁路上,在增加了气隙调节能力的同时,也相对降低了电机的转矩输出能力,导致电机输出功率不足而无法适应高性能工作条件的需要。基于此,本文通过分析传统HESM的结构特点和转矩特性,为进一步提高永磁体的利用率,改善同步电动机的调速和转矩输出性能,以国家自然科学基金项目（项目编号:51707107）为背景,研究了一种永磁偏置型HESM。该种电机较传统HESM,可充分利用励磁转矩和磁阻转矩,有效提升输出转矩等电磁性能。针对永磁偏置型HESM的结构特点、电磁设计、气隙磁场解析建模、磁链空间分布、转速及转矩特性,开展了该种电机的设计与分析工作。论文的主要研究内容包括以下几个方面:（1）基于永磁同步电机的数学模型推导HESM的数学模型,并以此为基础建立HESM的转矩分量数学模型。针对传统HESM转矩利用率低的缺点,HESM凸极转子采用永磁体偏移设计的方法,得到一种新的永磁偏置型HESM转子结构,使励磁转矩与磁阻转矩的最大值在相同的电流相位角处叠加,提升了磁阻转矩的利用率,达到了永磁偏置型HESM在保证宽调速范围的同时,提高转矩输出能力的目的。开展磁阻转矩、永磁转矩以及电励磁转矩相关理论设计分析,建立转矩特性分析模型;其次,以永磁体偏移角度和励磁电流的大小为变量,以转矩利用率最大为目标进行了优化,给出了不同励磁电流下,永磁体偏移不同角度时的HESM转矩在对应电流相位角下的特性。在优化过程中发现,随着永磁体偏移角度变大,磁阻转矩幅值也随之增大。两种因素共同作用,电机的转矩输出能力得到了大幅提高。（2）为了进一步明确永磁偏置型HESM电磁转矩的作用机理,采用子域法对永磁偏置型HESM的磁场展开了解析计算研究,重点讨论了开口槽永磁偏置型HESM的子域模型,得到了气隙子域内径向以及切向的磁感应强度表达式,并求取了谐波系数,得到不同励磁电流下的气隙磁密的表达式,给出了不同励磁电流下的气隙磁密波形,并与有限元结果进行了对比,为永磁偏置型HESM电磁转矩的分析奠定了基础。（3）对永磁偏置型HESM的电磁特性进行了仿真研究。首先,开展永磁偏置型HESM空载特性的有限元分析,给出永磁体单独励磁以及电励磁单独励磁条件下的磁力线分布;对比传统HESM与永磁偏置型HESM的磁力线分布与磁密分布云图;重点分析气隙磁密波形,反电动势波形在不同励磁电流下的特性,并对不同励磁电流条件下的气隙磁密进行了谐波分解。其次,对永磁偏置型HESM的负载特性展开有限元分析,分别给出了传统HESM与永磁偏置型HESM的磁密分布、不同励磁电流条件下的转矩对比。分析反向励磁与电机故障退磁下的退磁特性;对HESM的弱磁原理进行了论述,展开永磁偏置型HESM的弱磁特性研究,并给出了转矩-速度分布与曲线。（4）制造了一台8极36槽的永磁偏置型HESM样机并进行初步实验研究。对不同励磁电流下的反电动势波形进行测量,给出了正向励磁与反向励磁时的反电动势波形和谐波分析数据,并与有限元计算结果进行了对比。结果表明,实验测试数据和有限元分析数据在合理误差范围内吻合较好,验证了永磁偏置型HESM设计的合理性。