近年来,随着电动汽车的发展,对电机驱动系统的安全可靠性提出了很高的要求。电机驱动系统发生故障后,电动汽车仍能可靠行驶,因此,设计具有容错能力的电机本体和控制系统已成为国内外的研究热点。轴向磁场磁通切换容错(Axial Field Flux-Switching Fault-Tolerant,简称AFFSFT)电机是一种新型轴向磁场永磁电机,该电机结合轴向磁场永磁电机和容错电机的优点,具有轴向尺寸短、体积小、功率和转矩密度大以及容错性能好的特点,适用于直驱电动汽车。本文以三相AFFSFT电机为研究对象,分别对AFFSFT电机的设计理论、分析与优化方法、不同拓扑结构、电磁性能和控制策略等一系列关键技术问题进行了深入系统的研究,并通过仿真与实验进行了验证,为进一步提高驱动系统的可靠性,增加电动汽车驱动系统的备选方案,奠定了重要的理论与技术基础。论文研究内容主要包括以下几个方面:1.详细分析了三相轴向磁场磁通切换容错电机结构、工作原理及绕组互补性,在此基础上推导了 AFFSFT电机的功率方程、定子齿和转子极之间的磁导公式,为电机的设计奠定了理论基础。2.研究了电机定/转子极、裂比(定子内径/定子外径)、定子侧齿宽度、定子中间齿宽度、永磁体厚度、转子极宽、轴向气隙长度、转子极轴向长度等结构参数对电感的影响,在此基础上,以大自感小互感为容错设计目标,优化AFFSFT电机的设计参数,确定电机设计方案,并且利用三维有限元法,研究了AFFSFT电机的静态特性,有限元仿真计算结果验证了设计理论和优化方法的正确性。3.提出不同定子铁芯形状的AFFSFT电机结构,在相同电机外形尺寸的条件下,研究对比不同定子铁芯结构轴向磁场磁通切换容错电机的性能。分析转子极数、定子齿/槽形状、转子极形状对U、C、E不同定子铁芯电机的影响,综合考虑反电动势和齿槽转矩,优化了三种定子铁芯结构电机,对比分析了不同结构电机的电磁性能,包括磁密、反电动势、齿槽转矩、输出转矩、电感和电机损耗,验证了E形铁芯AFFSFT电机比其它两种结构电机具有更好的综合性能。4.建立三相AFFSFT电机的数学模型及其MATLAB系统仿真模型,提出AFFSFT电机正常运行和故障容错运行控制策略,通过对电机驱动系统故障前后的仿真分析,验证了AFFSFT电机控制策略的可行性与有效性。5.基于AFFSFT电机结构,提出混合励磁AFFSFT电机,对比两种不同容错电机的拓扑结构,分析了直流励磁电流调节磁场的原理,在6/14极AFFSFT电机设计参数的基础上,对比分析两种拓扑结构容错电机的电磁性能,包括磁密分布、反电动势、电感、转矩和故障特性,并通过调节励磁电流实现了对混合励磁AFFSFT电机的容错控制。6.设计开发了基于dSPACE的硬件电路,包括功率变换电路、驱动电路、电流检测电路、调理电路,在此基础上,设计开发了控制软件,主要包括控制模块和故障诊断模块,搭建了 AFFSFT电机控制系统实验平台,对正常和故障运行时电机性能进行测试,实验结果验证了电机及其控制系统设计方案的有效性和可行性。