随着人们对电机功率和电机性价比等要求的提高，传统的电机设计理念受到了严重的挑战。为了克服单机功率增大导致发电机体积和重量的增加，以及运输、装配等成本的增加，国内外学者和技术人员已将目光投向维护成本低、损耗少的超导同步发电机。而超导材料，以及相应保温设备的日益成熟，使在同步发电机中采用超导材料成为可能。　　本文以50 kW超导同步发电机的电磁设计与优化为题从超导材料的选择、新型超导发电机的结构设计。超导电机的气隙磁场强度的理论分析和数值计算，以及借助仿真实验的优化设计等方面进行了系统的研究。提出了一种超导同步发电机整体架构确定、各部分材料选取、超导发电机初始建模，以及气隙磁场优化等完整的设计流程与方法，并对各部分的可行性进行了论证。研究结果表明本文提出的设计流程与方法，可为大功率超导同步发电机的设计提供优异的借鉴。主要工作如下:　　1、首先针对超导同步发电机整体结构、各部分选材进行了分析与归类，确定了超导同步发电机的基本外形与结构。其次，在参考目前较为常用的超导线材NbTi，YBCO，Bi-2223，MgB2的物理特性的基础上，从电机电磁角度对超导发电机的超导材料选材条件进行了分析;同时对这些常用超导材料的工程加工特性进行了对比，给出了超导材料MgB2作为励磁绕组的优势和超导线材的其他选材依据。　　2、根据超导材料MgB2的工作特性，提出了三种可行的制冷方案并根据实际情况制定了一种适用于本次50 kW超导同步发电机设计的制冷方案。详细说明了制冷结构对超导同步发电机电磁设计产生的影响。并根据上述影响进行分析给出了超导同步发电机定子的部分结构和电气参数。　　3、为了简化超导电机的设计过程，根据Maxwell电磁场理论以及超导同步发电机特殊结构特性，提出了一种用于估算超导电机气隙磁场强度幅值的方法（初始建模法）。　　4、将初始建模法与商用电磁场有限元计算软件的仿真结果及传统磁路法结果做了对比，验证了初始建模法计算结果的可靠性。并将该方法用于验证超导同步发电机初始模型是否满足设计要求的过程中。同时该方法可以作为简化后续有限元优化过程的一种手段。　　5、在验证超导同步发电机初始模型满足设计要求之后，利用商用电磁场有限元计算软件建立初始模型，并基于灰色系统理论构建了多参数优化方法，优化了气隙磁场，减小了超导同步发电机气隙磁场励磁绕组端部畸变问题，最后通过补偿绕组解决了经过优化之后气隙磁场减小的问题;给出了基于上述设计方法设计出的50 kW实验型超导发电机的设计结果，并根据该设计结果和设计过程中遇到的问题对大功率超导发电机设计进行了讨论。