轴向磁通永磁电机具有高功率密度、高效率、轴向长度短等优势,在新能源汽车、风力发电、电动飞机等应用场所得到广泛关注。但与此同时,由于轴向磁通永磁电机自身结构特点,使其在工程中仍然存在许多亟待解决的问题,如电机电磁性能分析方法、优化设计方法以及电机的有效散热等。基于轴向磁通永磁电机存在的问题,本文将从以下几个方面对其进行研究:首先,利用子域法建立轴向磁通永磁电机的磁场解析模型,将三维结构轴向电机在其平均半径处等效为二维结构电机,根据各个子域边界条件对麦克斯韦方程组进行求解进而得到电机的气隙磁密。在求得电机气隙磁通密度分布后,对电机空载反电动势、电磁转矩、损耗等电磁性能进行分析计算,并通过建立有限元模型进行仿真计算和对一台已有的7k W非晶合金轴向电机进行实验来验证所推导的解析模型的准确性。其次,采用解析模型结合遗传算法对轴向磁通永磁电机进行优化设计,选取电机功率密度与效率为优化目标,以电机定子铁心外径、内外径比值、绕组每相串联匝数、电流密度、气隙长度、定子铁心长度、永磁体厚度为优化变量,并确定了电机优化变量的取值范围,同时设定了约束条件。通过多目标遗传算法进行寻优,实现了电机的优化设计。在得到电机优化结果后,利用三维有限元仿真计算对其进行分析并与电机原始数据进行比较,验证了解析模型结合优化算法实现电机优化设计的有效性。最后,对电机的冷却系统进行研究。对一台机壳外表面开设水道、内表面集成散热片冷却结构的轴向磁通永磁电机进行温度场与流体场仿真计算,得到电机各部件温度分布及流体流动情况,在该冷却结构基础上进行改进得到一种新型冷却系统,基于流体力学方法,研究了进出水口位置、入口水速及阻流板数量对电机的散热影响,为提升轴向电机散热能力提供了依据。