混合励磁技术将电励磁与永磁励磁合理结合,通过调节励磁磁势大小来调节磁钢产生的磁通从而实现增磁与弱磁的功能。转子磁分路混合励磁电机(Hybrid Excitation Synchronous Machine,HESM)具有宽的高效率运行范围、反电势正弦度高等优势,同时存在转子结构复杂及转子涡流损耗大的问题。本文首先研究了单端励磁内置及双端励磁内置两种新型转子磁分路混合励磁拓扑,对比分析了三种不同转子磁分路结构混合励磁同步电机的电磁性能,对电机的磁场分布、调磁特性及转矩输出能力进行了分析。通过有限元分析得到双端励磁内置转子磁分路混合励磁同步电机交直轴电感、凸极率及特征电流,研究了引入磁分路结构对电机电枢反应的影响规律。进一步分析了凸极率及特征电流变化对电机弱磁特性的影响。优化设计转子结构以减小转子损耗,分析不同磁钢分段方式对减小磁钢涡流损耗的影响;提出软磁复合材料(Soft Magnetic Composite Material,SMC)与10号钢材料组合式转子结构,研究了材料变化对电机电动运行输出性能的影响;分析了SMC材料厚度变化对定转子损耗的影响。分析了混合励磁电机组合式转子结构强度,对比了不同护套的优劣势,采取碳纤维护套对转子进行加固并采用有限元分析方法对转子结构强度进行校验。设计并研制了100kW转子磁分路HESM样机,构建了电机对拖实验平台。实验验证了磁分路结构对电机发电与电动运行输出性能的影响。分析了励磁电流弱磁控制、直轴电流弱磁控制对电动运行的作用。