永磁电机具有体积小、功率密度高、结构灵活等优点,随着经济发展,永磁电机的应用范围日益广泛。由于永磁电机一般采用高性能钕铁硼材料作为磁势源,成本较高,因此少磁型的交替极永磁电机对降低电机成本具有重要意义。交替极永磁电机的采用铁磁材料代替部分永磁体,铁磁极的磁性由相邻永磁体磁化形成,有效减少了电机中稀土永磁材料的用量。此外永磁电机还存在气隙磁场难以调节的缺陷,由此基于电机本体设计的混合励磁电机应运而生。混合励磁电机中通常包括永磁体与电励磁两种磁势源,能够充分结合永磁电机高效率与电励磁电机灵活调磁的优点,且结构设计多变。然而目前许多混合励磁方案还存在如串联式结构磁阻大、有刷励磁可靠性不高、结构复杂或者电机材料利用率不足的问题。为在降低电机成本、改善电机调磁性能的同时保证电机的可靠性、减少电机维护的工作量,本文提出少磁型混合励磁无刷同步发电机的拓扑结构。该电机采用交替极转子结构,有效减少了永磁体用量;采用基于倍极感应的无刷电励磁方式,结构简单,大大提高了电机的可靠性。电励磁磁势与永磁磁势属于并联结构,使得电机具有良好的调磁性能。本文主要研究内容如下:(1)少磁型混合励磁无刷同步发电机的结构设计与调磁分析。确定了电机的基本拓扑结构,结合电机结构特点介绍了电机的调磁原理并对交替极电机的齿槽转矩和感应励磁时输入电流与输出电流间的关系进行了分析。在此基础上初步确定了电机各部分结构尺寸与材料的具体参数,完成了绕组设计。(2)建立了少磁型混合励磁无刷同步发电机的等效磁路模型。在确定电机求解区域、磁通路径与计算流程的基础上,分别建立起仅永磁励磁时和混合励磁时的等效磁路模型并给出各磁路元件的具体计算方法,通过对等效磁路模型的求解获得电机各部分磁密分布、每极气隙磁通、每相磁链变化等重要参数。初步验证了电机设计的合理性。(3)建立了有限元的电磁场分析模型。基于有限元原理与边界条件分析,依据电机设计的结构、材料与绕组参数在软件中建立起相应有限元模型并进行外电路设置。首先通过仿真分析了电机空载磁场,针对混合励磁电机的特殊结构对电机永磁极与铁磁极间进行了不等气隙设计,在保证电机调磁性能与输出电压的同时有效降低了定子齿部磁密。分析了电机的空载特性、负载特性及调节特性,证明了相比于同规格感应励磁电机和永磁电机,少磁型混合励磁无刷同步发电机在输出效率与调磁性能方面的优越性。(4)搭建了样机试验平台并完成相应试验工作。进行了样机空载、负载和调节特性的试验并将所得结果与有限元仿真结果进行比较,证明了本文提出的少磁型混合励磁无刷同步发电机的合理性。