电机系统正在逐步取代传统内燃机、液压装置,成为汽车、航空航天和舰船等运载领域动力执行机构的主流方案。作为动力执行机构的重要指标,可靠性和容错性一直受到重点关注。多相容错永磁同步电机作为一种兼具高功率密度、高可靠性和高容错性的容错电机方案,是未来运载领域动力执行机构的理想选择。为了提高多相容错永磁同步电机的故障隔离能力,本文提出了单双层混合绕组五相永磁同步电机（Hybrid-Single/Double-Layer-Winding Five-Phase Permanent-Magnet Synchronous Machine,HSDW-FPPMSM）方案。HSDWFPPMSM兼具良好的电、磁、热和物理隔离能力,有助于进一步推动多相容错永磁同步电机在汽车、航空航天和舰船等运载领域的应用。本文主要工作包括以下几个方面:首先,对HSDW-FPPMSM电磁方案进行了研究。分析了传统分数槽集中绕组电机互感影响因素,给出了该类电机低互感设计原则,提出了HSDWFPPMSM方案。对HSDW-FPPMSM极槽配合选取原则和定子磁动势谐波分布规律进行了研究,给出了HSDW-FPPMSM定子磁动势谐波分布随槽口跨距角的变化规律。建立了HSDW-FPPMSM正常运行状态下的电感解析模型,给出了各电感成分随槽口跨距角、槽口宽度的变化规律。研究了容错齿尺寸、模块间气隙宽度等关键尺寸对HSDW-FPPMSM磁动势谐波分布、互感等的影响规律,给出了HSDW-FPPMSM高功率密度、高故障隔离能力设计方法。其次,对HSDW-FPPMSM匝间短路故障模型及绕组故障诊断方法进行了研究。分析了匝间短路状态下HSDW-FPPMSM的磁密分布规律,建立了匝间短路状态下HSDW-FPPMSM的电感模型,给出了短路相电感与短路绕组匝数和位置的关系。建立了考虑剩余健康绕组和短路绕组间互感的短路电流解析模型,研究了短路绕组匝数和位置、以及剩余健康绕组电流对短路电流幅值和相位的影响规律。提出了基于双探测线圈的HSDW-FPPMSM绕组故障诊断方法,研究了不同故障类型和故障位置下探测线圈感应电动势幅值和相位的变化规律,给出了故障类型和故障位置判断方法。再次,对HSDW-FPPMSM开路容错控制策略进行了研究。分析了开路故障状态下HSDW-FPPMSM的定子合成磁动势谐波分布规律,揭示了定转子磁场谐波对HSDW-FPPMSM开路运行状态下转矩的影响。针对HSDW-FPPMSM空载反电势谐波含量高导致的开路容错效果差的问题,提出了正向利用反电势谐波的开路容错控制策略,研究了转矩波动抑制程度与容错运行状态下转矩性能之间的关联关系,并与传统最大转矩（Maximum Torque,MT）策略进行了对比。研究了反电势谐波分布和零序电流约束对容错运行状态下转矩性能的影响,给出了不同场合下的容错控制策略选取原则。然后,对HSDW-FPPMSM短路容错控制策略进行了研究。分析了短路故障状态下短路电流产生的定子磁动势谐波分布规律和转矩成分。针对短路容错状态下约束d轴磁动势导致的电机出力下降问题,提出了不约束d轴磁动势的短路容错控制策略,分析了去掉d轴磁动势约束对电机转矩性能、相电压、磁密分布、损耗和效率的影响。针对低速运行时忽略短路相电阻造成的转矩波动增大问题,提出了考虑短路相电阻影响的短路容错控制策略。研究了转子磁场谐波对短路容错控制效果的影响,针对转子磁场谐波导致的转矩波动增大问题,提出了基于转矩波动分量对消原理的短路容错控制策略。最后,研制了15槽12极HSDW-FPPMSM样机和五相全桥驱动器,搭建了实验测试平台,对理论分析结果进行了验证。对正常运行状态下的性能、故障状态下的参数和故障诊断方法进行了测试,对开路和短路容错控制策略进行了验证。HSDW-FPPMSM样机正常及故障状态下的参数和运行性能与理论分析结果基本一致,故障诊断方法有效。此外,本文提出的开路及短路容错控制策略效果良好,可以有效提高HSDW-FPPMSM故障状态下的运行性能。