由于高速电机本身转速高,功率密度大,其体积远小于功率相同的中低速电机,减少材料消耗,降低成本;由于高速电机可与负载直接相连,省去变速装置,可减小噪声,同时提高了传动系统的效率。由于高速电机的这些优点,使其在储能飞轮、循环制冷系统、高速磨床、纺织等场合有良好的应用前景。同时,高速电机的这些特点使得它与传统电机相比,在设计过程中存在一些技术上的难题,考虑的因素比较多,于是本文以一台100kW、50000r/min的高速永磁同步电机为研究对象,在电磁设计、转子强度、损耗计算与温度场计算方面对该电机进行全面分析。主要研究内容如下:首先,根据高速电机的特点进行高速永磁电机定、转子的结构设计,其中包括对转子外径和长度的选择、永磁材料的选择、电机极数的选取、定子铁心材料的选择、定子铁心结构的确定以及定子绕组的设计进行分析研究,通过有限元软件对100kW、50000r/min的高速永磁同步电机进行电磁设计,确定该电机各部分的尺寸和材料,并对该电机的空载特性以及负载特性进行有限元分析,验证电机设计的合理性。其次,对转子强度进行理论分析,利用ANSYS Workbench软件建立电机转子强度分析的转子有限元模型,计算转子的应力分布,计算不同永磁体结构下的转子应力分布和不同极间填充材料时的转子应力分布,分析温度、转速、过盈量、保护套厚度和永磁体极弧系数对转子应力的影响。此外,建立考虑各次谐波和旋转磁化影响的定子铁心损耗计算模型,利用此模型对电机的定子铁心损耗进行解析计算,并进行有限元仿真验证;通过公式法计算高速电机的定子绕组铜耗;建立转子表面风摩损耗计算模型,利用此模型对电机的转子表面风摩损耗进行有限元计算,并且分析了转子转速、转子表面粗糙度以及风道内风速对转子表面风摩损耗的影响;通过Ansoft有限元软件计算高速电机的永磁体涡流损耗,分析PWM波供电时载波比与永磁体涡流损耗的关系。最后,设计一种较合理的高速电机冷却系统方案,并利用ANSYS Workbench软件计算该冷却系统下的电机各部分温度分布,使高速电机的温度得到有效的降低,并且分析冷却空气流速、冷却水流速对电机温度分布的影响。