极端环境交流永磁电机是深空、深海和深地装备的关键核心部件,其工作在大范围温度与压强变化的极端环境中。极端环境使电机材料特性发生变化,电机内物理场复杂、耦合严重、非线性问题突出,电机的特性和输出能力发生明显变化。然而,由于关键问题缺乏系统深入的研究,导致极端环境电机的设计、分析和应用缺乏理论和技术支持,严重制约了极端环境电机技术的发展。本文对极端环境电机材料特性获取、综合物理场计算、特性分析和参数设计等关键问题进行了研究。针对极端环境电机材料特性变化的问题,研究了材料特性测试方法,揭示了材料特性变化规律。构建了温度与压强耦合作用的极端环境模拟装置,模拟了目前深空、深海和深地探测的温度与压强变化环境。提出了极端环境下电工钢磁化特性、损耗特性和导电特性测量、永磁材料去磁曲线、导电特性的测量方法,解决了测试空间受限、磁场构建困难、接触电势和接触电阻影响测试精度等难题。针对电机定子铁心结构和受力情况,提出了电工钢环状试样和条状试样分别测试的特性测量方法,真实反映了电机铁心轭部和齿部受力导致的特性变化。通过不同规格材料特性的测试,揭示极端环境下电工钢和永磁材料特性的变化规律。研究结果表明,高温和低温均导致电工钢导磁特性发生变化,损耗随温度升高下降;高压强使电工钢的导磁性能下降、损耗增加;永磁材料的磁性能和导电性能受温度影响较为明显,压强影响较小。发现了磁化状态对钐钴和钕铁硼永磁材料的导电特性影响不同的现象。针对深空涉及的大范围温度变化的极端环境,研究了电机物理场计算方法,揭示了温度对电机物理场和特性的影响规律。提出了基于材料温度特性的多物理场耦合计算方法,综合考虑了大范围温度变化环境交流永磁电机内电磁场和温度场的强耦合问题,建立多物理场耦合计算模型。在物理场计算的基础上,计算分析了温度对电机特性的影响,通过物理场计算和电机特性分析,揭示了温度对电机损耗、温升、电机特性以及设计参数的影响规律。以电机允许极限温度为约束,分析了温度对电机输出能力的影响。计算分析结果表明,电机定子铁心损耗随着温度升高而减小;低温环境导致电机转矩波动变大,效率降低;环境温度对电机的输出能力有明显的影响。针对深海电机内部充油、内外压力平衡、压强大范围变化的极端环境,进行了电机物理场计算和特性分析,揭示了压强对电机物理场和特性的影响规律。分析了压强变化环境交流永磁电机内电磁场、温度场、流体场以及应力场各物理场的交互关系和影响机理。考虑压强作用在电机定子铁心各部产生应力大小、分布和应力方向与磁场关系,提出了电机铁心轭部和齿材料特性分别描述的建模方法,以环状试样电工钢测试结果描述轭部材料特性,以条状试样测试结果描述齿部材料特性,真实地反映了压强对电机材料特性的影响。在电机应力场、电磁场、流体场和温度场计算的基础上,计算分析了压强对电机特性的影响。揭示了压强对电机损耗、温升、电机特性和设计参数的影响规律。以电机允许极限温度为约束,分析了压强对电机极限输出能力的影响。计算分析结果表明,压强升高会导致电机铁心损耗增加,齿槽转矩、平均转矩减小,效率降低,机械特性变软。针对深地涉及的温度与压强耦合作用的极端环境,进行了温度与压强耦合环境电机多物理场耦合计算和电机特性分析,揭示了温度与压强耦合作用对电机物理场和电机特性的影响规律。在温度与压强分别作用的基础上,分析了温度与压强耦合环境电机内多物理场耦合关系,建立了综合考虑温度压强耦合的物理场模型,进行了综合物理场计算,以物理场计算为基础,计算分析了温度与压强耦合作用下交流永磁电机损耗和特性的变化规律以及环境对电机设计参数和极限输出能力的影响。计算分析结果表明,温度与压强耦合作用会导致交流永磁电机输出转矩下降、效率降低、机械特性变软,温度与压强对铁损和油摩损耗的影响具有一定的抵消作用。针对极端环境电机测试加载和损耗分离困难的问题,研究了极端环境永磁电机实验方法。设计并制造了双电机同轴结构实验装置,提出了极端环境永磁电机铁损、油摩损耗分离以及电机特性测量方法,通过电磁等效、转子互换测试,解决了极端环境电机实验无负载和传感器可用、损耗相互影响难以测量的难题。对电机定子铁心损耗、油摩损耗、效率特性、温升和机械特性进行了测量与分析,验证了电机物理场和特性计算方法的合理性。