高速永磁同步电机本身具有许多优点,其中较为明显的是小型化、动态响应快以及能直接与高速负载相连接从而提升系统传动效率。凭借其“高频高速高功率密度”的特点,高速永磁同步电机已广泛应用于航空、舰船等其他军用装备领域以及通用电机行业,如:高速离心机、涡轮增压系统、微型燃气轮机—高速分布式发电系统等。高速永磁同步电机得以广泛应用的同时,也带来一些关键技术难题,除了最基本的电磁与结构设计外还需要对转子强度和刚度问题、永磁体的保护问题、温升计算与冷却散热问题以及转子动力学问题等进行综合考虑分析。本课题就基于如下情况而开展研究工作,表贴式永磁转子结构容易由于温度上升较高而导致永磁体产生高温不可逆退磁的情况或者由于永磁转子的护套设计不合理而导致永磁体受较大的高速离心力而产生机械损坏的情况。本论文以一台10kW、24000r/min的横向励磁高速永磁电机为研究对象,分别从电磁设计、电磁特性仿真、转子强度及其动力学分析几方面开展工作。本文主要研究内容如下:首先,论文在分析了横向励磁高速永磁电机定、转子以及其余部分结构特点的基础上,结合电机内部的磁通具有三维性的特点,搭建了其特有的等效磁路模型并给出了其中关键部分的磁阻计算公式。此外,论文提出了一种新型定子混合横向励磁结构的电机,并通过初步有限元分析验证了电励磁辅助永磁的混合横向励磁结构具有良好的性能。其次,综合相关高速永磁电机与本文所提的横向励磁高速永磁电机的设计特点,给出了该电机设计指标为10kW、24000r/min时的设计方案。利用ANSOFT Maxwell软件,采用三维有限元法对电机进行了电磁特性仿真,通过对横向励磁结构电机的空载、负载各项性能的仿真结果进行分析,验证了电磁设计方案的合理性。最后,利用ANSYS Workbench中的应力以及模态分析模块对电机的转子进行应力以及动力学特性分析。为了对转子强度进行验证,通过对护套材料、护套厚度以及温度条件发生变化时的转子应力分布进行分析;此外,为防止转子处于临界转速而产生共振现象进而造成破坏,确定了转子各阶固有频率以及振动模态,准确计算了转子的各阶转速值。通过上述分析可以证明转子的应力分布以及振动模态满足设计的要求。