鉴于目前电能储存普遍存在储能密度低、体积大、结构复杂且难以实现工程上需求的放电强度和频次等问题,故需要开发新型脉冲功率电源。补偿脉冲发电机（Compensated Pulsed Alternator,CPA）是一种集惯性储能、机电能量转换和脉冲成形于一体的特殊同步发电机,具有储能密度高、放电频次高和波形易于调节的优点,可以实现脉冲功率电源的小型化和重频化。CPA目前广泛采用内转子结构以配合电励磁方式进行励磁,由于其需要足够大的励磁电流来保证磁场强度,且脉冲发电机转速较高,电励磁所需的换向器在大电流高转速下运行时易发生故障;此外,CPA的驱动电机一般需要配合滑动离合器和增速齿轮箱来带动脉冲发电机运转,其结构复杂、体积庞大,在脉冲放电的冲击下可靠性低。为解决上述问题,研制了一种可与驱动电机一体化的被动补偿式外转子永磁脉冲发电机（Outer Rotor Permanent Magnet Passively Compensated Pulsed Alternator,ORPMPCPA）,其中ORPMPCPA的外转子通过一个共用的转子护套与其驱动电机的外转子相连,无需连接部件和变速箱,可在提高储能密度的同时亦能确保系统运行的可靠性;采用永磁体励磁,可避免在高转速下经由换向器对励磁绕组通入大电流进行励磁,从而降低发生故障的可能性。针对ORPMPCPA的主要研究结果包括以下几个方面:提出了减小电枢绕组电感使ORPMPCPA能够输出强电流的方法。采用被动补偿的方式并配置电枢绕组结构参数,可显著减小放电时电枢绕组的暂态电感;设计两相绕组并配置其间的排布结构和方式,以抑制乃至消除绕组间互感;采用延长屏蔽筒覆盖绕组端部及两侧固定屏蔽挡板的措施,削弱了绕组端部漏电感。从惯性储能的角度确定了ORPMPCPA的主要结构尺寸,根据感应涡流在屏蔽筒中透入深度确定了屏蔽筒厚度,此外,依据电枢绕组所用材料的极限工作温度与绕组内可承受的热容量,确定了电枢绕组的许用截面积。对放电过程中电枢绕组的暂态电感进行了解析分析,并在考虑机电能量转换造成转速变化等因素的前提下,建立了ORPMPCPA对负载放电的数学模型,基于此对ORPMPCPA系统的放电特性进行了理论分析研究,仿真结果表明,ORPMPCPA可以进行预期的强电流放电和进行多次连续放电。从ORPMPCPA内部自身设计参数和外部电路参数两个方面分析了放电电流波形的影响因素,研究表明并联支路数、屏蔽筒厚度和气隙磁密对放电电流峰值影响较大;先导通一相触发角对脉宽影响很大,两相触发角共同作用对放电电流峰值影响较大;通过单相或两相的串联和并联组合放电,可以改变输出电压和电流的强度;串联额外电感可以作为粗调手段,以牺牲峰值为代价大幅提升波形平稳度。对ORPMPCPA运行时其永磁体退磁风险进行的分析结果表明,在脉冲发电机放电过程中,屏蔽筒提高了永磁体抗电枢反应退磁能力,且当ORPMPCPA在永磁体材料所允许最高温度内运行时永磁体不会发生热退磁。采用三维场路耦合法对强电流放电过程中ORPMPCPA的电磁力分布情况进行了分析,获得了电枢绕组和屏蔽筒的受力特征和分布规律。结果表明,屏蔽筒与电枢绕组为主要受力部件,且两者受力方向相反。基于磁固耦合方法对强电流放电过程中ORPMPCPA内部的应力、应变分布的分析结果表明,ORPMPCPA中的电枢绕组和屏蔽筒的应力、应变分布情况和其所受电磁力分布情况基本一致,电枢绕组端部和屏蔽筒端部的应力及应变最大,均满足其所用材料的强度要求。研制了一台ORPMPCPA及其驱动电机一体化样机,对ORPMPCPA样机两相绕组的电感值进行了测量。测量结果表明,两相绕组的自感值为微亨级,两相绕组间的互感接近于零,证明了本文实施减小绕组电感的方法是有效的。基于搭建的ORPMPCPA放电测试平台,对两相绕组并联、两相绕组串联和单相绕组放电三种状态下的放电电流波形进行了测试,测试结果与仿真结果基本吻合,验证了本文所提出的ORPMPCPA一体化结构设计方法与放电电流波形分析方法的合理性与准确性。