随着世界经济的高速发展，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，环境和能源问题极为突出。能量存储是有效利用能源的重要手段，是实现能源高效利用的重要途径，是当今社会解决能源危机的一个重要方向。飞轮储能以其使用寿命长、功率密度高、储能密度大、基本上不受充放电次数的限制、安装维护方便、对环境无危害等优点，成为目前最具应用前景的新型储能技术。本课题基于中央高校基本科研业务费专项基金课题《高速动发一体机的研究(HEUCF111705)》和《高速储能飞轮用动发一体机的最优效率研究(HEUCF101706)》。主要服务于舰船领域储能技术方面的需要，目的是改善船舶电力系统的电能质量，增强能量的可重复利用，提高船舶电力系统的稳定性。以600Wh储能飞轮单机运行为主要基础研究对象，针对储能飞轮用动发一体机电磁关键问题及温度场进行深入研究。通过对储能飞轮系统能量及速度指标的核算，计算得到适用于储能飞轮系统的动发一体机的参数指标，并进行基本磁路参数计算和结构设计。对本文储能飞轮系统运行状态深入分析，提出了动发一体机的特定工况条件，并设计了动发一体机电动状态电流分阶、发电状态恒功率、恒电流的控制方法，此方法不但使储能飞轮系统各指标及参数的关系变得清晰，而且给电机参数的有限元计算提供理论基础，并为其他电机设计提供理论参考。推导了特定工况条件下，各关键参数之间的函数关系，拟合了各关键参数的函数关系曲线。研究了不同定转子结构和永磁体不同充磁形式对电机性能的影响，分析了永磁直流无刷电机铁心内磁场变化规律。确定样机采用内转子结构，永磁体为分块式平行充磁形式，对样机的二维有限元模型进行计算，得到动发一体机各工况条件下的关键参数值，并建立了各关键参数的函数关系及曲线形式，与第2章中的理论推导做以对比，验证了特定工况条件下控制方法及关键函数关系理论推导的正确性。提出了一种上下及内外均为双层的H型铁心结构的永磁直流无刷动发一体机。新型H型铁心结构，配合多相绕组，可以构成多相冗余结构电机，上下两套可以独立工作的绕组，既可以一起使用，也可以分开单独使用，具有容错能力。对H型铁心结构电机在综合物理场中进行了计算。经过优化设计，此新结构电机达到系统高速，大功率的设计目标。永磁直流无刷电机的效率是考查电机性能的一个主要技术指标，损耗的准确计算为提高电机的总体性能和温升问题研究起到重要的作用。采用有限元数值计算方法计算了不同工况下的永磁直流无刷电机定子铁心损耗、转子涡流损耗和绕组铜耗。验证了各工况条件下采用的控制方法有效的降低了系统的损耗，提高了动发一体机的效率。同时，系统损耗的精确值作为瞬态温度场分析时候的热源，可以给温度场的精确计算提供数据支撑。永磁直流无刷电机温度升高对电机的工作性能产生影响，电机的使用寿命和运行的可靠性也受到直接影响，因此对永磁直流无刷电机的温度场计算非常必要。根据空气动力学与传热学相关理论，本文在电磁稳态条件下，分别建立了永磁直流无刷电机定子和转子的三维暂态温度场计算模型，并给定求解域的基本假设条件和边界条件，采用离散变热源的加载形式，分别对动发一体机的电动状态、发电状态和保持状态进行了温度场计算，得到了各状态的电机最热点温度，能够指导电机设计，并为电机水冷设计提供了前提条件。