重型机械装备的驱动需求通常为超低速兆瓦级,该类设备通常采用异步电机加减速机的模式驱动,这种传动系统存在结构复杂、齿轮等减速部件维护成本高、可靠性低等问题。若在超低速兆瓦级传动系统中采用常规径向磁通永磁电机进行直驱,电机转子内部存在大量起机械支撑及机械能量传递的空间,电机体积将会非常庞大,进而面临相应的制造及运输等难题。且对于以上驱动电机,电机内部出现问题后,需要进行电机整体的返厂维修,严重影响现场的生产进度。针对以上问题,本文提出一种超低速兆瓦级轴向组合盘式永磁电机（Axial combined axial flux permanent magnet machine,AC-AFPMM）,该种电机将多个盘式永磁电机单元在轴向进行组合,可根据需求功率的不同灵活调节组合单元的个数,将大型电机的制造转换为单元模块组合的形式,利用该种电机直接驱动重型机械装备,提高空间利用率,简化传动系统,提高传动系统的可靠性并降低其维护成本。本文对超低速兆瓦级AC-AFPMM的结构、磁场分析方法、设计方法、齿槽转矩优化、温升等问题进行了研究,为该种电机的设计及应用提供理论依据,为超低速兆瓦级驱动系统的设计提供新的思路。本文主要工作内容如下:（1）进行了超低速兆瓦级AC-AFPMM结构相关问题的研究。所提电机的结构特点是采用多个单定子单转子的盘式永磁电机在轴向进行组合,一个单定子单转子的盘式永磁电机即为一个盘式永磁电机单元,根据需求功率不同可调整组合的单元个数。分析了超低速兆瓦级AC-AFPMM的供电模式。提出了一种定子模块化制造方法用于解决大型盘式永磁电机定子的加工难题。从有效空间利用率的角度出发,分析了超低速兆瓦级AC-AFPMM的转矩密度优势原因。（2）研究了超低速兆瓦级AC-AFPMM的磁场分析方法。盘式永磁电机在利用3D有限元法进行磁场分析时需要较高的计算机配置及大量运算时间,针对该问题进行了电机磁场分析方法的研究。提出了一种基于气隙磁导单元的等效磁网络计算模型及一种基于改进场重建法的计算模型,分别用于计算电机磁场,利用有限元分析进行了结果的验证。（3）进行了超低速兆瓦级AC-AFPMM的设计与相关优化分析。超低速兆瓦级AC-AFPMM组合单元数量的选取是电机设计中的重点问题,故分析了不同盘式永磁电机单元数量对电机电磁成本、转矩密度、效率、极数选择等带来的影响,结合电机的模态分析及机械强度校核等研究内容,总结了电机的整体设计方法。针对大型盘式永磁电机容易存在的偏心问题,进行了不同偏心状态下电机气隙长度的解析计算,分析了对应的电磁力变化规律。（4）研究了超低速兆瓦级AC-AFPMM齿槽转矩的优化方法。推导了超低速兆瓦级AC-AFPMM的齿槽转矩解析表达式。利用永磁体错位安装、双面永磁体对称斜极、双面永磁体不对称斜极等不同方法削弱电机的齿槽转矩,其中双面永磁体对称斜极包括以内径为基准斜极和以外径为基准斜极两种模式。通过解析方法计算出各种方法的理论最佳错位安装角度或斜极角度并进行了验证。研究了不同方法对电机转矩输出能力的影响。（5）研究了超低速兆瓦级AC-AFPMM的温升分布及温升计算问题。分析了电机沿径向及轴向的温升分布规律。结合温升分析结果设计了超低速兆瓦级AC-AFPMM的冷却系统。基于热网络思想建立了超低速兆瓦级AC-AFPMM的温升计算模型,可快速准确地计算电机温升。（6）设计了一台水泥磨机直驱用超低速兆瓦级AC-AFPMM,电机额定功率及额定转速为1600k W、30r/min,电机采用四个相同的盘式永磁电机单元在轴向进行组合。对所设计超低速兆瓦级AC-AFPMM进行了性能仿真,验证文章所提电机及设计方法、磁场计算方法及温升计算模型的合理性及正确性。此外,研制了一台60k W的样机,由两个相同的盘式永磁电机单元在轴向组合而成,进行了样机的实验研究,通过实验结果对上述问题进行了进一步验证。