磁通切换型电机(Flux-Switching Machines)作为一种双凸极无刷电机,其励磁源,如永磁体和励磁绕组以及电枢绕组均位于定子侧,而转子上既无永磁体,也无绕组。磁通切换电机展现出诸多优点,包括高功率密度、高转矩密度、高效率、强抗去磁能力、优良散热性能和易于对永磁体采用水冷等,在电动汽车、全电／多电飞机、风力发电、飞轮储能等领域展现出巨大的应用前景。以励磁方式划分,磁通切换电机可分为永磁型、电励磁型和混合励磁型。本文以电动汽车和风力发电为背景,研究了永磁型和混合励磁型磁通切换电机。具体而言,首先,以完善设计理论为目的提出了在考虑加工工艺时的三相永磁型磁通切换电机的设计方法；然后,以扩展调速范围为目的研究了三相混合励磁型磁通切换电机的调磁原理和控制策略；最后,以提升电机可靠性为目的分析了六相混合励磁型磁通切换容错电机的设计理论和控制策略。针对上述各研究内容,分别试制了原理样机,进行了实验分析和性能验证,为该类型电机的进一步深入研究和推广应用提供了理论与技术基础。论文主要研究成果包括以下几个方面：1. 提出了永磁型磁通切换(Permanent Magnet Flux-Switching, PMFS)电机的设计参数敏感性估算模型。该模型基于等效磁路法和有限元分析的结果,来预估在电机的初始设计阶段各电磁特性对设计尺寸的敏感程度。2. 详细分析了一台三相起动发电用PMFS电机的设计方法和模块化加工工艺。研究了温升、运行电磁频率、硅钢片材料属性、三维端部效应等对电磁性能的影响,制造了工程样机并进行了实验测量,然后以降低批量化生产的成本和难度为目标,进一步讨论了该电机的模块化加工制造方法。在此基础之上,建立了该电机采用水冷散热时的三维有限元温度场模型,该模型可以得到电机内部的稳态温度场分布,且分析结果得到了实验验证。3. 在上述永磁型磁通切换电机的研究基础上,进一步开展了混合励磁磁通切换(Hybrid-Excited Flux Switching, HEFS)电机的研究。针对采用U形定子铁心的HEFS电机,通过将励磁线圈分为位于永磁体外侧和内侧的两组,揭示出HEFS电机磁场调节内在机理。在此基础上提出了一种改进型HEFS电机结构,可以有效提升调磁能力。4. 为评估采用U型定子铁心的HEFS电机的发热情况,建立了该电机的三维有限元温度场模型,综合比较了不同结构的H EFS电机的电磁性能和散热能力,制造了不同结构的HEFS电机样机,通过实验测试验证了理论分析的正确性。5. 进一步建立了三相HEFS电机的数学模型和调速系统仿真模型。首先推导了该电机在定子静止坐标系下和转子旋转坐标系下的数学模型,然后建立了其基于MATLAB/Simulink的控制系统仿真模型,研究了该电机在纯永磁和混合励磁两种工况下的调速性能和动态响应性能。从最大输出转矩和最大转速两方面入手,提出了HEFS电机励磁磁场与永磁磁场的最优比例分配原则,以及在两种典型性能需求下的设计流程。6. 在三相HEFS电机的研究基础上,进一步采用U形和E形定子铁心分别设计了两台六相容错型HEFS电机,并制定了不同绕组开路时的容错运行控制策略。基于有限元法分析了两台电机的正常运行和容错运行能力,且考虑了励磁电流对性能的影响，制造了样机并对分析结果进行了实验验证。7. 分别推导了六相HEFS电机在定子静止坐标系下和转子旋转坐标系下的数学模型,然后建立了基于MATLAB/Simulink的六相HEFS电机调速系统仿真模型,通过对电机在正常运行和容错运行两种工况下的动态仿真,证明两电机均具备较好的动态响应能力和容错运行性能。