永磁发电机（Permanent Magnet Generator, PMG）的主要结构设计围绕利用永磁体产生恒定磁场替代传统发电机的励磁系统这一核心特点展开。其关键结构组成部分和设计要点如下（使用中文说明）：

1. 定子 (Stator):

   • 定子铁芯： 通常由高导磁率的硅钢片叠压而成，形成闭合磁路。内有轴向槽，用于嵌放绕组。
   • 定子绕组： 三相交流绕组（通常为分布式或集中式绕组）。当转子永磁体的磁场旋转时，与定子绕组发生相对运动，切割磁力线，在绕组中感应出电动势（发电原理）。绕组设计直接影响电机的效率、电压波形和谐波含量。
   • 机壳与端盖： 提供机械支撑、保护和散热通道（可能集成散热筋或冷却水道/风道）。

2. 转子 (Rotor): (设计是永磁发电机的核心差异点)

   • 永磁体 (Permanent Magnets)： 这是永磁发电机的核心部件。通常采用高性能稀土永磁材料，如钕铁硼（NdFeB）或钐钴（SmCo），以提供强磁场和高能量密度。永磁体被精心布置在转子上。
   • 转子铁芯/轭部： 由硅钢片叠压而成，为永磁体提供磁路支撑和导磁通路。其结构设计需考虑磁路的优化和机械强度。
   • 转子轴： 传递扭矩（由原动机驱动旋转），并支撑整个转子结构。
   • 永磁体安装方式 (关键设计)：
     • 表面贴装式 (Surface-Mounted Permanent Magnet, SPM)： 永磁体直接粘贴或用环氧胶固定在转子铁芯的外圆表面。这种结构简单，气隙磁密高，易于制造，但高速运行时永磁体离心力大，通常需采取保护措施（如碳纤维绑带、不锈钢套筒）。适用于高速应用。
     • 内置式/内嵌式 (Interior Permanent Magnet, IPM)： 永磁体嵌入转子铁芯内部的槽或孔中。这种结构机械强度高，更适合高速运行，且能利用磁阻转矩（凸极效应）提高功率密度和效率。磁极凸出度可设计以削弱反电动势谐波。磁路控制更灵活。适用于宽调速范围或对结构强度要求高的场合（如电动汽车驱动电机）。
     • 插入式： 永磁体插在转子铁芯表面的凸起磁极之间，用隔磁桥固定。
   • 磁钢保护措施： 对于SPM转子，高速时常需要碳纤维绑带、不锈钢套筒或金属护套来抵抗离心力，防止永磁体飞散。
   • 隔磁设计： 在IPM转子中，设计隔磁桥来减少漏磁。

3. 冷却系统 (Cooling System): 发电机运行时会产生热量（铜损、铁损、机械损耗等）。根据功率等级和应用场合，设计不同的冷却方式：

   • 自然冷却： 小功率。
   • 强迫风冷 (TEFC, Totally Enclosed Fan Cooled)： 风扇驱动空气流过机壳散热片。
   • 水冷/油冷： 在机壳内设计水道或在绕组内部埋设冷却管，用于高功率密度或大功率发电机的散热，效率更高。

4. 轴承系统 (Bearing System): 支撑转子轴，保证定转子之间的精确气隙，减小摩擦损耗。常用滚动轴承或滑动轴承。

5. 位置/速度传感器 (可选)： 在需要精确控制（如并网逆变器、伺服系统、永磁同步电机作为发电机使用时）的场合，可能需要安装旋转变压器、编码器或霍尔传感器来检测转子位置和速度。

   • 无传感器控制技术也常被应用，通过分析电机反电动势等电信号来估算位置和速度，可以省去物理传感器。

结构设计的关键考虑因素：

• 永磁体材料选择： 决定磁密、成本、温度稳定性（耐高温退磁）和抗腐蚀性。
• 磁路拓扑： 影响磁场分布、气隙磁密、转矩脉动、效率等。SPM和IPM是主流。
• 转子结构强度： 尤其在高速运行时（离心力巨大）。
• 散热设计： 防止永磁体过热导致不可逆退磁（对温度敏感）。
• 电磁兼容性 (EMC)： 降低由换相或气隙谐波引起的电磁干扰。
• 装配工艺： 永磁体通常具有很强的磁性，装配困难且需注意安全（防止撞击、夹伤）。
• 成本与性能平衡： 高性能永磁材料（如NdFeB）成本较高。

总结来说，永磁发电机的核心结构设计在于：

1. 永磁体作为励磁源替代传统励磁绕组和滑环电刷系统。
2. 转子结构（SPM/IPM） 是实现高性能、高效率、高可靠性的关键，决定了磁场的产生方式和机械强度。
3. 定子绕组和铁芯构成电能转换的输出端。
4. 冷却系统保障温升在安全范围内。
5. 轴承支撑旋转部件并维持气隙均匀。

这种结构赋予了永磁发电机高效率、高功率密度、高转矩/功率体积比、结构简单（无刷）、维护需求低、快速动态响应等突出优点，广泛应用于风力发电、小型水电站、备用电源、电动汽车增程器、微型燃气轮机发电、船舶推进系统、航空航天等领域。