高功率密度、高效率永磁电机已广泛应用于航天航空、轨道交通、高档数控机床和机器人等场合。永磁电机根据永磁体摆放位置的不同可分为转子永磁型和定子永磁型。转子永磁型磁通切换电机是由传统定子永磁型磁通切换电机演变而来,该类电机不仅继承了定子永磁型磁通切换电机高转矩密度、高效率和低转矩脉动的优势,还解决了定子永磁型磁通切换电机定子齿饱和严重、散热困难等问题,具有良好的应用前景。然而,现有的转子永磁型磁通切换电机的转子均为断裂式、且需要非导磁材料来做转子支撑,以避免永磁磁场闭合在转子中,这将降低转子的机械鲁棒性,增加电机加工复杂度。与此同时,传统的转子永磁型磁通切换电机均采用三相绕组,电机出现开路、短路故障后难以继续运行,威胁重大装备的运行安全。因此,如何构建高容错能力、高机械鲁棒性的转子永磁型磁通切换电机成为亟待攻克的难题。为此,本文将多相分数槽集中绕组、容错齿以及倒T型永磁体结构引入转子永磁型磁通切换电机中,提出了一种新型五相容错式转子永磁型磁通切换电机。该电机创新性的永磁体结构,使其具备一体化转子,加工方便;具有多个运行自由度,适合高可靠性场合。基于该新型结构,本文的研究工作及相关研究成果如下:1.提出了新型五相容错式转子永磁型磁通切换电机的拓扑结构。分别从电机的槽极配合、尺寸方程、定子及绕组连接方式的选择和永磁体结构设计的角度,确定了20槽11极对的五相新型容错式转子永磁型磁通切换电机和主要尺寸。所提出的电机的新颖之处在于其独特的辅助永磁体布置,确保了产生的磁通不会通过转子铁芯短路,这一独特的永磁体设计解决了传统转子永磁型磁通切换电机转子分离的缺点,辅助永磁体的设计还可进一步增强电机的输出转矩;同时,与采用模块化转子拓扑结构的传统电机相比,减少了转子内部的非导磁支撑件,其制造更容易,增强了其转子机械完整性和鲁棒性。2.基于简化的磁动势-磁导模型分析了电机的运行原理,并揭示了电机的转矩产生机理。分别分析电机永磁体单独励磁和电枢绕组单独励磁所产生的气隙磁密,进而可以找出两个气隙磁密相互作用的工作谐波,进一步基于麦克斯韦应力张量法分析了电机的转矩产生机理。3.为提升电机的输出转矩和转矩脉动,以最大输出转矩和最小转矩脉动为目标,分别对传统转子永磁型磁通切换电机和新型容错式转子永磁型磁通切换电机进行多目标优化设计。采用灵敏度设计将电机的关键参数进行分层设计,然后,采用响应面设计方法和多目标骨干粒子群算法相结合优化高灵敏度参数,采用有限元单参数扫描的优化方法优化低灵敏度参数,最终实现了电机的综合转矩性能优化设计。4.采用有限元分析方法,分别对两个电机优化前后的空载反电势、输出转矩和转矩脉动等电磁性能进行比较。分析发现,无论优化前后,新型容错式转子永磁型磁通切换电机的电磁性能均优传统转子永磁型磁通切换电机。5.分析比较两个电机的效率、损耗以及机械鲁棒性等性能。比较发现,所提出的电机的性能优于传统转子永磁型磁通切换电机,证明了所提出电机的可行性。6.加工并测试了一台优化后的新型容错式转子永磁型磁通切换电机,分别分析了电机的电磁性能、单相开路故障和单相短路故障的容错性能,验证了所提出的新型五相转子永磁型磁通切换电机性能。