混合励磁磁通切换型磁阻电机(Hybrid Excitation Flux Switching Motor, HEFSM)是由励磁绕组与永磁体共同提供励磁磁动势的磁通切换型磁阻电机(Flux Switching Motor, FSM)。FSM为双凸极结构,转子上无永磁体与绕组,结构简单,坚固耐用；在电机运行过程中所有绕组全周期通电,具有很高的绕组利用率。电励磁FSM由励磁绕组提供励磁磁动势,通过调节励磁电流可以方便的调节励磁磁动势,但存在励磁电流较大、损耗较高等缺点；永磁式FSM利用永磁体取代励磁绕组提供励磁磁动势,虽然有助于提高电机效率但存在气隙磁场难以调节的问题；HEFSM兼具电励磁与永磁式FSM的优点,既有较高的励磁效率又有励磁调节功能,具有很好的研究价值。从结构上FSM可分为多相与单相,其中多相结构中又以三相FSM为主。较之三相结构而言,单相FSM不论在电机本体还是控制电路上都更加简单,单相FSM定转子极数比为整数,所以无法借鉴三相FSM的研究方法,其研究没有统一的数学模型可以借鉴。单相HEFSM相比电励磁FSM、永磁式FSM磁场分布更为复杂,建立其数学模型的方法值得进行探究。同时单相结构FSM转矩脉动大、存在起动死区的缺点限制了其应用推广。不论是多相结构还是单相结构的双凸极电机,增加其定转子的极数可减小转子的步进角,有利于减小转矩的波动,但是会导致开关频率上升,增大控制器的容量,同时铁心损耗也会增加。单相FSM的定转子极中线重合时,电机磁路达到稳定平衡电磁转矩为零,电机没有转矩输出能力。在电机的实际运行过程中,由于转动惯量、摩擦阻力等因素,转矩要大于一定的数值电机才能够运行,所以在定转子极中线重合时的转子位置角为中心的某一邻域就存在一个起动死区。起动死区是单相结构FSM无法避免的问题,曾有学者就此问题进行了改进,在定子或转子上加装辅助结构或改变定子叠片的形状以减小电机起动死区,但只是减小了起动死区,并没有真正消除起动死区。现有关于HEFSM的研究主要集中在三相结构,单相HEFSM具有与三相结构不同的特点,作为一种新型结构,具有很好的研究价值,本文就单相HEFSM进行了如下的研究工作：1.分析了HEFSM采用串联、并联混合励磁时所对应的拓扑结构,利用有限元仿真对比分析了两种励磁形式的励磁效果,仿真结果表明并联混合励磁较串联混合励磁的励磁效果及励磁调节能力都更为理想,因此本文研究对象HEFSM采用了并联混合励磁结构。分析了并联HEFSM的工作原理及磁场分布特点,该电机结构中永磁体、励磁槽轭部的尺寸对电机电磁性能的影响最大,因此就这两部分对气隙磁密、励磁槽轭部磁密的影响进行了有限元仿真研究,仿真结果表明为获得良好的电磁效果在设计电机时须将两者整体考虑。2.对HEFSM的建模方法进行了探索研究。提出了一种适用于该类电机的磁路模型及建模方法,利用该方法建立的磁路模型能够反映不同转子位置、不同激励下的电机静态特性,为该类电机的设计、静态分析提供了有益的参考。给出了一种该类电机非线性电感的建模方法,所构造的电感模型是关于转子位置角及双重激励电流连续变化的高阶函数,该电感模型能够描述电机的动态特性,对后续电机调速控制策略的制定与实施提供了有利的帮助。基于磁路分析的方法给出了种建立连续气隙磁导表达式的方案,为单相结构FSM的分析中的重要问题——气隙磁导的求解提供了很好的解决方案,对类似结构电机气隙磁导分析及建模具有很好的借鉴意义,并基于此给出了建立简化FSM模型的方法。最后制作了HEFSM及FSM样机并进行实验研究,验证了所述建模方法的可行性及模型的准确性。3.就单相结构FSM所共有的存在起动死区问题进行了研究,并提出一种不对称转子结构很好地解决了该问题。根据起动死区的成因提出了利用转子叠片错位装配以解决该问题的两种方案,通过对比分析确定了不等极弧长度叠片构成不对称转子结构的设计方案及具体尺寸参数。分析了该不对称转子结构消除起动死区的工作原理,并利用三维有限元就其效果进行了仿真分析,仿真结果表明该转子可令单相FSM在大于一个定子极距范围内产生连续的正向转矩,具备良好的消除转矩死区能力。同时结合本文所提出的HEFSM建模方法建立了不对称转子HEFSM简化模型,并对该简化模型进行了分析及三维有限元仿真验证,结果证明不对称转子具有良好的消除起动死区的能力。制作了不对称转子样机并进行了样机实验,对比结果表明模型具有比较理想的准确性。4.设计制作了HEFSM控制系统的硬件电路,进行了机电一体化联合仿真分析及试验调试。提出一种利用三相逆变功率模块实现励磁绕组、电枢绕组并联连接功率电路的方案,给出了具体的功率电路设计及其驱动隔离电路设计。详述了控制电路中控制芯片、各功能模块的选择与接口电路的设计,将控制电路与功率电路进行了合理布局构成了功能完备的控制器。确定了电机绕组全区间导通结合直流电流斩波的控制方案,利用Ansoft Maxwell与Ansoft Simplorer搭建的HEFSM系统联合仿真模型对该方案进行了联合仿真分析,证明了该控制方案及参数设定达到理想效果。利用样机与本文所设计的控制器进行了系列试验测试。试验包括常规转子HEFSM系统的运行测试及不对称转子结构对消除单相结构FSM起动死区效果的测试,试验证明了绕组控制的方案的可行性,控制器与样机匹配效果良好、运行效果理想,同时通过试验证明了不对称转子结构消除单相结构FSM的正向起动死区,但无法消除反向旋转时的起动死区。5.研究了HEFSM系统的调速控制问题,提出了实用的调速控制策略并进行了调速试验研究。结合本文所设计控制器的特点,设计了开环P型迭代学习控制策略并论述了其可行性与合理性,以及迭代系数的确定方法,并就采翔开环P型迭代学习控制策略的常规转子HEFSM系统、不对称转子HEFSM系统进行了一系列的试验研究分析。同时借助本文所建立的HEFSM的数学模型,提出了将模型算法迭代学习律运用于HEFSM系统进行调速控制的策略并进行了试验研究分析。试验结果证明：迭代系数确定方法简洁,所确定的迭代系数也十分合建有效；采用开环P型迭代学习控制策略的HEFSM系统实现了良好的电机调速控制效果;在融入模型算法迭代学习律时常规转子HEFSM系统取得了理想效果,不对称转子HEFSM系统的调速控制效果受模型精度影响略有下降,但仍在可接受范围内。