近年来，电动汽车技术的发展日新月异，许多汽车厂商的概念车型表明直驱技术是电动汽车发展的主要方向。直驱式轮毂电机省去了汽车中大量传动机械结构，使系统具有动态响应迅速、高功率密度、高效率和高可靠性的特点。但是目前轮毂电机系统在电机性能优化、电机控制方法和系统故障诊断等方面仍需要进一步研究。本文针对以上问题，对一台4kW轮毂电机电磁方案优化、温度场分析、矢量控制和失磁故障诊断方法进行研究，主要工作如下：
　　首先，研究了4kW轮毂电机的电磁设计和方案优化方法。以减小电机体积和发热量、降低转矩脉动为目标，给出了轮毂电机绕组形式、转子轭厚、轴向长度、槽口宽度等电机结构参数的选取方法，确立了4kW轮毂电机的初步电磁方案；采用磁极偏心和组合磁极方法进一步降低电机转矩脉动、提高电机效率、降低电机发热量和降低电机成本，对比分析磁极偏心结构电机、组合磁极偏心结构电机和主磁极偏心结构电机的性能，综合考虑后选取主磁极偏心结构作为4kW轮毂电机的最终方案。
　　其次，针对轮毂电机散热困难的问题，对4kW轮毂电机在额定工况和峰值工况下的温升情况和温度分布进行了分析。建立了轮毂电机等效三维温度场模型，给出边界条件，并计算了发热率、导热系数和表面散热系数等电机热参数，为外转子电机的热参数计算提供了理论依据；对比分析了四种磁极结构电机在额定工况时的稳态温度变化和由额定工况切换到峰值工况时的瞬态温度变化。
　　再次，针对小型轮毂电机采用方波控制转矩脉动大的问题，研究了基于霍尔位置检测的轮毂电机矢量控制方法。提出了在电机低速区域采用高频方波注入方法在线校正霍尔信号，在电机高速区域采用基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的无位置传感器方法在线校正霍尔信号，实现了基于霍尔位置检测的轮毂电机矢量控制，降低了电机运行时的转矩脉动。
　　最后，针对轮毂电机经常出现的失磁故障问题，研究了轮毂电机的失磁故障诊断方法。建立了轮毂电机失磁故障数学模型并仿真了轮毂电机的失磁故障特征，依据失磁故障数学模型建立基于EKF的永磁磁链观测器来诊断轮毂电机均匀失磁故障，针对EKF永磁磁链观测器在低速区域观测磁链波动大的问题，采用电磁转矩公式计算得到的永磁磁链值校正EKF永磁磁链观测值，实现了对EKF永磁磁链观测器的改进。