对现有汽车废气能量利用方式进行分析,将汽车废气能量转化为电能是最为有效的利用方式。利用热力学第二定律中火用分析方法分析了发动机废气排放过程中存在的火用损,采用废气能量回收利用稀土永磁发电装置可有效减少排气火用损。应用ANSYS／FLOTRAN对排气管道进行建模及流场分析,并根据场分析结果对排气管弯道弧度进行优化,设计出废气能量损失小、涡轮效率高的MPC增压排气系统。对涡轮结构参数和热力学参数进行计算,对涡轮叶片的受力情况及振动进行了分析,设计出进气涡壳为单进口、切向、梨型横截面结构的高效率径流式涡轮。对高速永磁发电机的结构参数、电磁参数进行了计算,设计出由在两极瓦片式稀土永磁体之间加装隔磁材料、外部加装非导磁保护套以克服转子高速旋转产生的巨大离心力的径向转子和由能提高绕线利用率的多股绕线并绕的定子绕组与能抑制因高速旋转产生的涡流损耗的多层冲片叠加而成的定子铁心组成的定子所构成的高速永磁发电机结构。对高速永磁发电机内部热路进行建模,得出定子各部分平均温度的求解方程。建立了六槽定子和十二槽定子高速永磁发电机的整体模型,利用ANSYS软件对两模型进行有限元分析,在此基础上确定了高速永磁发电机定子槽数为六槽。设计出一台通过涡轮回收发动机排出的废气能量、进而驱动同轴高速稀土永磁发电机发电、输出电压稳定的汽车废气能量回收利用稀土永磁发电装置,该装置的主要性能指标达到了设计要求。