磁通切换电机(Flux-Switching Machine,简称FSM)是定子励磁型无刷电机中的一类典型结构。其励磁源,如永磁体或励磁绕组,与电枢绕组均位于电机定子侧;转子上既无永磁体又无绕组。磁通切换电机凭借转矩密度大、效率高、容错性能好、不易退磁、适合高速运行、易于采用水冷散热系统等优点,在电动汽车、多电/全电飞机、航空发电机以及风力发电机等领域具有较好的应用前景,并引起了国内外学者的广泛关注。经过近二十年的发展,针对磁通切换电机的研究在运行机理、分析方法、拓扑设计和控制策略等方面取得了丰硕成果,但某些关键问题的研究依然存在不足,具体包括:(1)磁通切换电机定、转子齿槽配合通用设计原则;(2)磁通切换电机磁阻转矩分析;(3)电励磁磁通切换电机电枢反应对励磁磁场的影响及其数学模型。本文围绕三个关键问题进行了深入研究,所取得的创新点与研究内容包括:1、将磁通切换电机分为传统型和衍生型两大类,并根据电枢绕组相数将传统型磁通切换电机又分为质数相结构和合数相结构。建立质数相电机齿槽配合模型,揭示了定、转子齿槽配合一般规律,进而推导得到合数相电机的齿槽配合关系。由此,提出了涵盖所有相数的传统型磁通切换电机齿槽配合原则;2、从齿槽配合角度,梳理了传统型磁通切换电机变换成衍生型磁通切换电机的过程,并基于传统型电机齿槽配合的一般规律,推导出衍生型磁通切换电机齿槽配合的通用原则,避免了衍生型结构创新过程中的盲目性与偶然性;3、设计了一台传统型定子6电枢槽/转子5齿(6/5)的三相电励磁磁通切换电机,建立其功率尺寸方程,并重点阐述了励磁磁场与电枢反应磁场之间的耦合关系,利用冻结磁导率法精确计算了电机电感参数,进而建立了定子侧和转子侧的精确数学模型。4、为提高电励磁磁通切换电机的容错运行能力,研究了励磁故障运行状态下的电机工作特性。当励磁发生断路故障时,将电机运行状态切换至开关磁阻电机运行状态,利用产生的磁阻转矩保证了电机在励磁故障下仍能输出1/3~1/2额定转矩,实现容错运行。5、加工制造了一台三相4kW 6/5电励磁磁通切换电机,并搭建实验平台对样机进行了测试,重点对电励磁磁通切换样机正常运行状态和励磁故障运行状态进行了测试,实验结果验证了有限元分析和数学模型的正确性。