盘式无铁心永磁同步电机为无铁心轴向磁场(AFPM)电机,具有高功率密度、效率很高、结构简单紧凑,大幅度减低电机质量,低速下运行平稳等技术优势。电机转子采用Halbach阵列永磁体结构,获得的气隙磁场的正弦分布特性好。无铁心电枢绕组的设计与制造是无铁心AFPM电机研究的关键部分。目前无铁心电枢绕组大多采用环氧树脂浇注而成的线绕型绕组。线绕型绕组的加工工艺尚未成熟,线圈的安放、定位困难,形状和尺寸难以达到要求。将印刷电路板(PCB)成熟的加工工艺应用于无铁心绕组制造中,PCB结构扁平,在结构上非常适合轴向磁路结构的无铁心AFPM电机。本文在无铁心AFPM电机的PCB绕组设计,电磁场解析模型、三维有限元仿真、优化设计等方面进行深入研究。本文分析了基于PCB技术的无铁心AFPM电机的结构特点,电机采用双转子单定子的双气隙对称结构,转子上磁钢采用Halbach阵列结构。无铁心绕组为多层PCB绕组,固定在电机机壳上,提高了绕组加工的工艺性和电机的散热能力。利用等效叠加的方法对无铁心AFPM电机的电磁场进行解析分析,取平均半径处的磁路作为主磁路,将无铁心AFPM电机等效为二维直线电机模型,解析法分析结果和三维有限元法基本一致。本文研究了基于PCB技术的无铁心AFPM电机的PCB绕组的设计,PCB绕组采用非重叠集中绕组,线圈形状综合梯形和圆形线圈的优点。推导了基于PCB技术的无铁心AFPM电机的空载反电动势的解析计算表达式,为电机的参数化设计提供了参考。对无铁心AFPM样机进行详细设计,给出了电机的主要尺寸、定子绕组参数及转子磁钢尺寸参数的确定方法,运行三维有限元法对样机的性能进行分析。最后,提出了基于新型Halbach阵列的无铁心AFPM电机,永磁体的截面为凸字型,充磁方式与90°Halbach阵列相同。利用田口算法的优化电机的参数,获得了比90°Halbach阵列更正弦分布的气隙磁场。对基于PCB技术的无铁心AFPM电机的PCB绕组的线圈形状进行优化,分析了线圈沿径向长度、有效边倾斜和线圈的中心等参数对电机的转矩和铜耗的影响,提高了电机的效率和额定转矩,得到最优的PCB线圈形状。