轴向磁通永磁同步电机(axial flux permanent magnet synchronous machine,AFPMSM)相对其他结构电机具有较高的功率密度和转矩密度,又由于其扁平的结构有着良好地空间适应性。因此AFPMSM在交通、风电以及航天等领域有着广阔的应用前景。在电机结构设计时,进一步减少AFPMSM的重量,可以有效提升其运行特性。本文便以AFPMSM作为研究对象,对电机结构进行轻量化设计,以及对轻量化后电机可能存在的相关问题进行研究。主要研究内容如下:首先,从单定子单转子轴向磁通永磁同步电机(single-stator single-rotor AFPMSM,SSSR AFPMSM)入手。在性能指标给定的前提下,给出传统电机结构的设计方法,并结合有限元仿真研究轭部结构的优化方法,使其转矩密度达到最高。同时对AFPMSM轭部磁路进行研究,分析轭部材料的利用率,在此基础上探究电机的轻量化结构设计方法,并给出理论验证。其次,结合提出的轻量化设计方法,对SSSR AFPMSM进行轻量化设计,并对优化前后电机输出性能进行对比。同时对单定子双转子轴向磁通永磁同步电机(single-stator double-rotor AFPMSM,SSDR AFPMSM)和双定子单转子轴向磁通永磁同步电机(double-stator single-rotor AFPMSM,DSSR AFPMSM)的轻量化结构设计进行探究,给出优化前后的性能对比。并横向比较不同结构AFPMSM的输出性能,分析其规律。再次,针对轴向磁通永磁同步电机在装配过程中容易产生定转子静偏心的结构属性,从理论层面对AFPMSM静偏心进行描述和研究。分析其静偏心特性对电机磁场求解边界条件的影响。并基于磁场解析对标量磁位进行运算,求解静偏心磁场的解析表达式。并将解析结果与三维有限元方法进行对比验证。同时对多盘电机以及考虑到定子开槽时的AFPMSM的静偏心磁场进行研究。最后,对SSDR AFPMSM和DSSR AFPMSM结构电机机壳、转轴和端盖等结构的机械强度进行研究。给出不同类型轴向磁通永磁同步电机各部件之间的装配方法,然后对电机各机械部件在负载工况下的实际受力情况进行描述,并建立应力模型对其机械强度进行计算,综合其形状和材料属性探究出满足电机负载工况下机械强度的最小尺寸值,实现机壳、转轴和端盖等机械结构的轻量化设计。