近年来，高速电机的发展迅速，其在高速机床、微型燃气轮机、离心压缩机及储能飞轮等领域应用愈加广泛。其中，永磁电机兼具结构简单、功率密度高和无励磁损耗等优点，成为高速电机设计的首选。传统工艺下，高速永磁电机的制造多采用先充磁后组装的方式，其中转子的金属护套与永磁体的过盈配合工艺将产生高温环境，由此极易造成预充磁永磁体的高温失磁。整体充磁技术采用先组装后充磁的方式，永磁体在组装过程中不具有磁性，从根本上解决了热套过程中的高温失磁问题。此外，整体充磁技术能够有效提高永磁电机的生产效率、降低制造成本并保障生产人员的人身安全，具有良好的应用前景。
　　本文针对一个300kW两极钐钴高速永磁电机转子的整体充磁需求，构建了钐钴永磁材料的磁滞模型，以结构与能量优化为目标，提出了马鞍形线圈拓扑及内支撑加固结构，分析了结构中涡流效应的影响因素。对充磁电源系统与线圈参数进行了联合优化，设计了一个能够在直径84mm、长度270mm的孔中产生峰值强度为6T的横向脉冲充磁场的整体充磁线圈，完成了样机制造与测试并在国内首次成功实现了该类型转子的整体充磁。
　　构建了对钐钴永磁材料充退磁过程进行有限元仿真的磁滞模型。进行了钐钴材料磁化实验，选取了J-A模型作为材料的磁滞模型以实现磁化过程的动态仿真。针对J-A模型的参数识别需求，开发了一种基于人工鱼群算法的动态自适应的参数识别算法。改进算法较原算法具有更高的识别准确度，成功实现了对钐钴材料J-A模型的参数识别。
　　设计了高耦合度的马鞍形充磁线圈结构，与原有三线圈充磁方案相比，马鞍形结构改善了线圈与转子间的耦合程度，线圈总磁能降低了38%。由于马鞍形线圈的直边结构将承受巨大的电磁力，为保证线圈结构的稳定性及转子的快速装填，设计了内支撑加固结构并通过有限元仿真核验了结构中各处的应力水平。
　　对整体充磁电源系统与线圈的参数进行了联合优化。整体充磁线圈的充磁磁场脉宽越短，所需电源能量越低，线圈温升也越低，但短脉宽下线圈结构和转子套筒中的涡流效应较强，影响充磁场的大小和方向。分析了脉冲磁化过程中的涡流效应，结合线圈及电源的参数设计对脉宽以及充磁系统能量进行了优化。
　　设计开发了马鞍形线圈的绕线工艺并完成了样机的制造。通过测试与实验，样机成功实现了高速电机转子的整体充磁并与J-A模型动态仿真结果相吻合。在相同的电源条件下，电容器脉冲电源的储能需求为230kJ，较原三线圈方案降低了近50%。