高速电机转动速度快,具有很高的功率密度,其体积要比功率相同的中低速电机小很多,这样便减少了制造材料和成本;高速电机亦可与原动机或负载直接相连,不需要变速装置,这样便可减小噪声,同时又提高了传动系统的效率。由于高速电机的这些优点,使其在循环制冷系统、电动车、高速磨床、纺织、储能飞轮等场合有很好的应用前景。由于电机的工作频率高,体积很小,单位损耗大,而且转子部分不易散热,极易导致永磁体过热而形成不可逆退磁,从而使得电机不能安全运行,因此对高速永磁电机进行三维流热耦合计算,设计合理有效的冷却结构,对确保电机的稳定运行十分重要。为解决上述问题,本文以空冷、水冷结合的200kW、20000r/min高速永磁同步电机为研究对象,首先建立了其数学模型,并结合数值传热学和计算流体力学基本原理以及流-热耦合机理,提出了合理的基本假设,根据模型结构与基本假设建立物理求解模型,并给出合理的边界条件;采用有限体积法对高速永磁电机流体场和温度场进行了数值计算,得出了电机整体的流变特性和温升分布规律。详细分析了水套中冷却水以及电机端部冷却空气的流动规律;结合流体场进一步分析了电机整体的温度分布规律,包括电机轴向及径向温度分布规律,并对电机主要发热部件(绕组、定子铁心及永磁体)进行了详细的分析。通过改变电机冷却空气的出入口结构,改变电机通风冷却方式,强迫其沿气隙进行轴向冷却,对比分析两种方案的流体场和电机各个部件的温度场计算结果,最终,得出有益结论。