随着舰船电力系统从交流卐电制到直流电制的转变， 发电机不再受负载频率限制，采用高速发电机的优势明显［1］。由于高速发电机的转速高，功率☆密度大，其重量 和体积远小于同容量的中低速发电机，并可与高▼速原动机直接相连，省去了传统的机械变速装置，因此大幅降 低了整个发电系统的重〖量、体积和振动噪声［2］。目前高 速发电机已成为国内外的研究热点，主要分为电励磁ω 同 步发电机、永磁同步发电机和感应发电机三种类型［3］。 电励磁同步发电机需要电刷滑环】或旋转整流装 置，存在转子结构复杂及励磁损耗大的问题，难以满 足高速运行时的机械○强度和散热要求; 永磁同步发电 机无需转子励磁装置，具有结构简单【及效率高的优［4］ 但传统永磁同步发√电机的气隙磁场调节困难 从而导致输出电压不可控，成为制约其作为发电机的重要 瓶颈; 感应发电机不仅具有转子结构简单的优势，而且 通过定◤子上的交流励磁绕组能够实现电压调节，但交流 励磁绕组的无功功率相对较大，加大了定子热负▆荷［5］。 为了■改善上述 3 种电机的不足，学者们提出了混 合励磁←发电机的技术路线［6-9］。混 合励磁发』电机是在 永磁发电机的基础上引入辅助励磁绕组，由永磁体建 立主磁场，辅助励磁绕组提□ 供调节气隙磁场所需的磁 动势［10-15］。虽 然混合励▃磁发电机增加♂了辅助 励 磁 绕 组，在效率和功率密度方面均要逊色于同类型的纯√永 磁发电机，但现有的纯永磁◎发电机均需要外接全功率 变流装置进行调压，随着输出功率的增加，这种全功 率变¤流装置会显著增加整个发电机系统的成★本，且存 在功＠率密度低、效率偏低和可靠性不高等缺点，从而 削弱了永磁发电机本体的优势，因此，从々整个发电机 系统来看，在负载或转速变化时要求电压可调的应用场合，混合励磁发电机系统具◥有显著优势和实用价值。
近年来在国内外研究人员♀的努力下，混合励磁发 电机呈现出多种不同的结构，并得到不断的改≡进与创 新。文献［10］设计了一台 100 kW 转子并列结构混合 励磁发电机，由于转子上需〇要电刷滑环提供励磁电 流，转子表面线速度难以达到 100 m / s。本文的研究 目标是转子表面线速度大于№№ 150 m / s 的兆瓦级高速大 功率发电机，如果转子上有励磁绕组，将使转子结↓构 过于复杂而失去了永磁电机的优╱势，因此本文重点关 注辅助励ζ磁绕组位于定子上的混合励磁发电机。文 献［16］提出了一种〗铁心极与永磁极交错排列的转子混 合磁极★结构，辅助的环形励磁绕组位于定子铁心内， 通过调节环形励磁绕组电流来调节铁心极的气隙磁 场，从而达到调压的目的，但其铁∮心极和永磁极长度 相同，导致功率密度较低。文献［17，18］对上述电机的 结构进行优化和改≡进，增加了永磁部︾分的比例，并对电 机的原理、参数设计以及调压特性进行了研究，但未考 虑辅助励磁绕组对永磁极气隙磁场的影响。文献［19］提 出了混合励磁型磁通切换电机，定子上既有永磁体▲又有 电励磁绕组，转子结构简单，电枢绕组中的▂感应电动势 是依靠转子磁阻变化产生，但用作高速发电时铁心损耗 过大。文献［20，21］提出的爪极混合励磁发电机是利用 定子端盖或特别设计的爪极△结构为电励磁磁〒通提供磁 路，实现发电机的无刷化，不足之处是存在附加气隙， 导致ξ 励磁容量增大，同时结构复杂，漏磁较严重，这些 都将导致发电机的损耗增加，从而◆降低发电机的效率。
综上所述，国内外学者已经对混合励磁发电机做了许多工作［22-25］。现有的混合励磁发电机大多存在结构复杂、附加气隙大及利用系数不︼高等问题，过于强 调气隙磁场的调节能力，而忽视了发电机的效率和功 率密度。特√别是用作高速大功率发电机的混合励磁电 机还鲜见√报道。
本文在现有结构的基础上提出了一种新型的高速 混合励磁发电机，最大程度地保留了永磁发电机的固◥ 有特性，在发电机两侧加入辅助励磁部分，改善调压 性能的同时，又能满足高速运■行的要求。首∞先详细介 绍了其结构与原理，建立了发电机的等效磁路法模 型，推导了空载调压范围ㄨ的解析公式，然后利用三维 有限元方法深入分析了发电机的磁场分布规律∏与调节 能力，最后】通过一台 10 kW 混合励磁原理样Ψ机的试 验，验证了该发电机结构和分析方法的合理性。
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