高速永磁发电机结构简单、体积小、重量轻、功率密度高,应用广泛,正在成为发电机领域内研究热点之一。在航空领域,对发电机体积和重量要求十分严格。在同等功率下,由于高速电机几何尺寸远远小于普通电机,使得电机在材料的使用、体积及重量上大大减小。此外,与普通励磁机发电机相比,由于永磁发电机的高磁能积及高矫顽力,进一步提高了电机的功率密度及可靠性,因此,高速永磁发电机在航空领域具有广大的应用前景。电机运行时,由于高速旋转及永磁体的励磁磁场难以调节带来的问题,使得高速永磁发电机在设计方法上与普通励磁发电机有很多不同之处。本文从电磁设计的角度,通过等效磁路及有限元两方面设计一台航空用高速永磁发电机代替三级式发电机,减小发电机的体积与重重,提高发电机的功率密度及运行性能。本文从高速永磁发电机的原理及运行性能入手,总结分析了高速永磁发电机的设计特点,对永磁材料、转子结构及永磁体保护套、硅钢片的选用依据进行了详细的叙述。应用等效磁路法初步确定高速永磁发电机的电磁设计基本参数;对不同槽数,不同极数的永磁发电机进行了比较,选取了合适的方案;分析了不同气隙、不同槽口宽度、不同磁化长度影响电压调整率的变化规律,得出了降低电压调整率的措施,并确定了各参数合理的取值范围;应用Taguchi优化设计方法建立了实验正交矩阵,针对优化设计目标,结合有限元法求解实验矩阵,得到了满足发电机性能的最佳设计参数组合。应用有限元法对所设计的永磁发电机的电磁设计方案进行建模仿真;对发电机空载磁场、负载磁场、谐波进行了深入的分析,结果验证了该电磁设计方案的合理性;通过两种发电机性能对比分析,结果证明了永磁发电机的优势。