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磁场调制电机(FMM)具有低速大转矩的特点,在风力发电、机器人关节和天文望远镜等直驱场合中具有广阔的应用前景。本文将FMM与混合永磁励磁概念相结合,提出了新型混合永磁磁场调制电机,深入研究其电磁设计方法、数学解析模型和电磁特性等具有重要的理论意义和潜在的工程应用价值。本文在全面分析FMM国内外研究现状的基础上,研究该类电机结构特点及磁场调制机理,提出适用于多端口FMM(MPFMM)的R/S设计方法,建立解析模型,分析多永磁励磁多调制层的MPFMM内电磁场及齿槽转矩。结合混合永磁励磁的概念,提出新型混合永磁双定子磁场调制电机(HM-DSFMM),研究其工作谐波、电磁性能以及电机内永磁体退磁风险。设计了一台12槽10极HM-DSFMM样机,通过比对解析、有限元计算与实测结果验证其电磁设计合理性与可靠性。论文主要研究工作和取得成果如下:(1)介绍了课题的研究背景和意义,全面阐述和分析混合永磁电机和FMM国内外研究现状与最新进展。(2)总结磁齿轮(MG)和FMM的结构特点,给出了MG到电机的演变过程,提出了适用于多端口FMM的R/S设计方法,深入研究MG和FMM的调制机理与运行原理,推导了多永磁励磁多调制层的MPFMM的工作谐波的计算公式,分析了FMM常用的永磁励磁结构的电磁特性,研究了可应用于双定子FMM(DSFMM)的分数槽集中绕组极槽配合。(3)构建多永磁励磁多调制层的MPFMM的数学解析模型,采用无槽定子模型计算不同位置永磁体单独励磁下的等效气隙磁导,分析电机内电磁场以及电机电磁特性。采用能量法解析计算该类电机的齿槽转矩,研究了多永磁励磁对电机齿槽转矩的影响。(4)采用典型永磁体组成混合永磁励磁,分析了混合永磁励磁中各永磁体工作点及体积计算的约束条件,对比分析了各混合永磁励磁的磁场特点,给出了混合永磁励磁中各永磁体不同厚度时工作点变化规律,研究了采用不同混合永磁励磁HM-FMM的电磁特性。(5)提出了一种新型HM-DSFMM,并给出了其电磁设计方案,计算了优化后的电机电磁特性,对比了四种采用R/S设计方法设计得到的典型电机的电磁性能,并进行了永磁体退磁风险评估,加工和测试了一台12槽10极的HM-DSFMM样机,验证了电磁设计的合理性。