永磁同步电机具有高效率、高功率因数等突出优势,在国民经济生产中具有重要的应用价值,推进永磁电机技术的研究与应用,对我国“双碳战略”的顺利实施具有重要意义。相比传统径向磁通永磁电机,轴向磁通永磁电机具有结构紧凑、长径比小等优点,逐渐成为电动汽车、多电飞机等领域的研究热点,然而,其定子内侧周长比外侧短,为了留出足够的嵌线空间,定子内径需设计有一定余量,导致电机空间利用不充分。将径向磁通与轴向磁通结合形成轴径向混合磁通永磁电机,可提高电机空间利用率。在此基础上,本文提出一种具有模块化T型定子铁芯的轴径向混合磁通永磁电机,对其设计理论、分析方法、优化策略开展研究,为轴径向混合磁通永磁电机的工程应用奠定基础。本文主要工作及创新总结如下:基于对传统径向磁通与轴向磁通永磁电机拓扑结构的分析和总结,提出一种具有模块化T型定子铁芯的轴径向混合磁通永磁电机。电机沿轴向设置有两个盘式转子与一个由T型铁芯组成的定子,定子内侧设置有内转子,T型定子铁芯配合盘式转子与内转子构成串联型轴径向混合磁路,有效提高电机内部空间利用率。针对分数槽集中绕组左右分层排布导致实际节距偏小的特点,提出集中效应与分层效应的概念,研究槽间绕组集中与槽内绕组分层对绕组系数的影响规律;推导电机定子磁动势的解析表达式,明确了集中效应与分层效应对谐波磁动势的影响。针对该电机复杂三维磁路结构特征,提出基于恒转矩变换与虚拟磁导率的降维变换分析方法。推导了混合磁通永磁电机的基本电磁关系与主要尺寸方程,以转矩恒定为前提,采用“磁路等效”的思想,以磁势与磁阻不变为原则,提出虚拟磁导率的概念,对盘式转子、T型定子与内转子进行降维变换,实现电机模型从三维降至二维。基于二维等效模型,对电机槽极配合、电枢直径比、定子齿宽、极弧系数、永磁体厚度等主要参数进行设计优化。与三维有限元仿真结果相比,所提方法在不牺牲计算精度的前提下,极大缩短了仿真周期,为复杂结构电磁装置的设计与分析提供了准确高效的方法。为了改善轴径向混合磁通永磁电机的转矩品质,从铁芯材料、斜极技术、多目标优化三个方面展开研究。对比了硅钢、软磁复合材料、非晶合金对电机性能的影响;分析电机双轴向转子的结构特点,提出具有斜极与移相双重效果的不对称双向斜极技术,同层永磁体独立斜极,层间永磁体整体反向移相,研究不同斜极模式、斜极角度、移相角度对齿槽转矩的抑制效果;以高平均转矩、低转矩脉动、高效率为目标,建立基于反向传播神经网络的电机数学代理模型,采用多目标遗传算法对电磁转矩进行优化。与传统径向磁通和轴向磁通永磁电机相比,基于所提方法设计的轴径向混合磁通永磁电机转矩密度得到了有效提升。针对最终电机方案,进行方案校核、样机研制与实验研究。对多工况下的电机温升和机械强度进行校核,确保电机方案可靠;针对定转子间轴向磁拉力导致电机装配困难的问题,制定了一套轴端交替互锁的样机装配方案,保证装配精度,完成样机研制。搭建实验平台,对样机参数进行测量,开展了一系列样机实验,验证了所提轴径向混合磁通永磁电机在转矩密度方面的优势以及该电机设计和分析方法的有效性。