高温超导材料的研制成功使得超导设备的工作温度要求由液氦温区提高到了液氮温区,极大地拓宽了超导技术的适用范围。随着高温超导材料的制备技术和配套的冷却技术日益成熟,高温超导在电机领域的应用越来越广泛。目前,阻碍高温超导电机发展的主要障碍是电机内部的交流损耗可能导致的失超问题。本文主要研究一种无交流损耗的新型结构高温全超导直流发电机,根据设计指标和发电机的输出特性对其进行结构变异和优化,研究发电机不同变异结构对电机磁场分布和输出的影响,并设计电机的冷却系统,研究冷却结构对电机内部电磁场和温度场分布的影响。首先,对超导材料的电磁特性进行研究,根据有限元计算的理论基础和电机内部的传热理论对电机的电磁场和温度场进行研究,分析超导直流电机的基本结构和工作原理,分析高温超导电机交流损耗的来源,并总结减小交流损耗的常规解决办法。其次,提出新型高温全超导直流发电机的结构,理论分析该电机结构的合理性,参照超导单极直流电机的设计流程设计新型结构电机,主要包括电机尺寸的设计、电机各部分材料的选择及电机关键构件的选型,利用有限元仿真软件仿真计算了该电机的合理结构及主要参数,仿真验证电机为无交流损耗的直流电机。再次,针对最初设计的电机存在的缺陷对电机的结构进行变异研究,采用双层永磁体的变异结构以提高气隙磁场大小,采用双层鼠笼电枢的变异结构以改善电机低电压大电流的特性,包括磁屏蔽方法和材料的选择以及屏蔽层的厚度对屏蔽结果的影响分析,使用无导磁作用定子铁芯的变异结构以减小电机的体积和重量,并基于气隙处磁感应强度的大小对电机励磁部分和电枢部分进行参数优化。最后,对新型高温全超导直流发电机的冷却系统进行了设计,对杜瓦结构进行建模,分析其对磁场的影响,计算电机中各部分材料的导热系数,分析电机本体的发热源,建立电机的二维温度场模型,仿真分析电机的温度场分布情况。