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永磁电机具有高效率、高密度、调速范围广等优点，在电动汽车、航空航天、工业机器人等领域得到了广泛应用。高密度永磁电机体积小、电枢反应强、热流密度高，使用环境温度变化大，使得电机内永磁体存在不可逆退磁风险，导致电机性能下降甚至完全失去驱动能力。高密度永磁电机系统防退磁技术已成为高密度永磁电机系统亟待解决的关键技术之一。论文在此背景下，结合国家“十二五”电动汽车关键技术与系统集成项目“车用高性价比永磁驱动电机及其控制系统规模产业化技术攻关”（No.2011AA11A236）课题、“电机系统关键共性技术与评价体系研究”（No.2011AA11A238）课题以及工业机器人工程化产品及自动化生产线项目“工业机器人伺服驱动器和电机工程化研究”（No.2011AA04A105）课题，基于高密度永磁电机设计和运行控制的防退磁技术需求，从电机设计着手，开展永磁体退磁模型与多目标优化设计研究，直到电机运行的永磁体状态观测与在线控制等方面研究。本论文的主要研究内容及贡献如下：1.高密度永磁电机退磁机理与退磁模型研究永磁电机永磁体的退磁通常由多个因素共同作用产生，各因素之间相互影响；同时，已有的各种退磁模型分析永磁体退磁效应的结果不尽相同，给永磁体的退磁效应分析和状态估计带来困惑。本文基于永磁体磁学理论，结合车用电机的应用特点，依据钕铁硼永磁体磁畴壁钉扎理论对永磁体温度、电枢反应磁场、化学、振动与时效的退磁效应进行显著性分析，得出温度变化与电枢反应强度是车用高密度永磁电机退磁的主要因子，并归纳分析出各种退磁模型的适用范围及其局限性。2.具有温度参数的永磁电机双向磁网络退磁模型研究传统的永磁电机磁路法设计分析快速简便，但不具备永磁体防退磁的分析评估能力；有限元计算法精度高，采用温度场和磁场耦合仿真分析验证永磁电机防退磁性能非常耗时，也无法直观反映设计参数与永磁体防退磁能力之间的相互关系，有效地实现永磁电机的防退磁设计。本文依据温度和磁场分布是永磁体退磁的主要因子及其显著效应，在Matlab/Simulink仿真平台上建立了具有温度参数的永磁电机双向磁网络退磁模型及其永磁体温度参数数据库，可快速评估永磁电机的基本设计参数与永磁体防退磁能力。提出的永磁电机双向磁网络模型，同时计及了电机径向与周向的磁力线分布，以提高永磁电机磁网络模型的计算精度。3.具有永磁电机防退磁的多目标优化设计研究在永磁电机防退磁设计研究基础上，开展具有永磁电机防退磁的多目标优化设计研究。多目标主要关注：永磁体防退磁能力、永磁体用量和成本分析、转矩脉动、铁芯损耗。这些目标需求和设计参数之间互为制约并呈非线性关系，难以以显式函数表达，给多目标优化设计的分析求解带来困难。本文设计多参数电机方案的有限元仿真计算试验，并对永磁体等关键部位进行精细化的仿真计算试验，由此依据仿真试验数据建立电机的多目标回归模型，该模型可决系数超过0.96，拟合优度较高，解决了多目标优化设计求解的模型难题。在此基础上，应用遗传算法对回归模型进行多目标寻优，实现快速有效的寻找全局最优解。4.电机运行的永磁体状态观测器永磁体温度、电枢反应强度与分布是电机运行过程中永磁体退磁的两个主要因子，本文基于永磁电机热网络模型和损耗模型协同解决转子永磁体温度观测的难题，依据永磁体温度、d轴和q轴定子电流，建立电机运行的永磁体状态观测器，实现电机运行过程具有温度参数的永磁体状态观测。5.基于永磁体状态观测器的电机矢量控制系统及实验验证在具有温度参数的永磁体状态观测和电流矢量控制策略的基础上，设计与构建基于永磁体观测器的电机矢量控制系统与实验平台。以国家电动汽车重大专项课题项目为载体，设计制作了同步永磁电机及其驱动装置和控制系统样机，进行了一系列实验验证。通过样机电磁性能实验、温度观测实验及防退磁控制策略实验，验证了设计方法及防退磁控制系统的可行性。