随着汽车行业的不断发展，汽车发电机不再只是作为汽车的电源，仅仅在发动机正常运转时向所有用电设备供电，在汽车起动时发电机还兼作电动机运行，输出大转矩以实现发动机快速起动，从而改善汽车的整体性能。目前汽车上电气装置越来越多，功率越来越大，对汽车电源功率的需求也逐渐增加。因此对汽车供电系统提出了新的要求，即结构紧凑、比功率高、输出电压稳定、高效率等。为此本文设计了一种复合式双电压永磁电机，可以等效于在外转子永磁电机定子内嵌套一个可以同步运行的内转子永磁电机。起动时电机具有很大的转矩密度可以在低速时产生足够大的起动转矩，满足发动机起动时所需的大转矩的要求；在电机体积不增大的情况下，其作为发电机运行时可提高电机的电能输出能力，且能实现双路供电，作为电动机运行时可增大电机的输出转矩，它能很好的满足现代汽车电机的各项性能需求。本文阐述了复合式双电压永磁电机的基础理论，包括结构、运行原理、等效磁路模型、数学模型、电磁关系等。分析两种磁路结构的内、外磁场之间的耦合关系，结果表明不论是串联磁路结构还是并联磁路结构，永磁磁路和电枢磁路分别所对应的内、外气隙磁通之间的耦合很小。利用有限元软件，计算电机的电感参数、磁链大小，并分析永磁磁场和电枢磁场分布。理论分析和仿真结果吻合，两种磁路结构的复合式双电压永磁电机都可以等效成两个独立的内、外转子永磁电机，且串联磁路结构的性能还优于并联磁路结构。研究了复合式双电压永磁电机的电磁设计理论与方法。分析了内、外电机功率分配与电机设计尺寸参数之间的关系，为此类电机初步方案的确定和优化设计奠定了坚实的理论基础；在内、外定子主要尺寸确定、磁路结构、永磁体设计、定转子设计等基础上，完成该电机的电磁设计，并给出电机的电磁设计参数。对两种磁路结构的电机的各项性能进行计算，计算结果表明，复合式双电压永磁电机功率密度高，起动性能良好，输出电压稳定，空间利用率高，复合式结构对电机性能影响很小；针对复合式电机的特殊结构，提出一种适用于该电机的齿槽转矩削弱方法。