永磁无刷直流电机的转子结构较简单,效率较高。高速电机比一般的电机要有很多的优点,比如功率密度较大、体积小、效率高等。但是正是由于它的这些特性,使其存在温度更容易升高且热量的散发更为困难等问题。本文是在掌握了高速永磁无刷直流电机设计理论的基础上,设计了不同转子结构的三台10kW、10000r/min高速永磁无刷直流电机,一台为内嵌式,两台为表贴式不同转子护套的永磁无刷直流高速电机,并在以下几个方面对三台电机进行全面对比分析。本文的研究内容如下:首先,对不同转子结构的高速永磁无刷直流电机电磁设计。阐述了本课题的背景与意义,国内外研究的现状,论文的研究内容以及论文结构安排,接着根据高速电机的特点设计了本文所研究的高速永磁无刷直流电机。然后通过有限元软件进行电磁设计分别对两种转子结构的高速永磁无刷直流电机进行电磁设计,并通过有限元仿真分析了两种转子结构的电机空载与负载特性,从而保障电机设计合理。其次,对不同转子结构高速永磁无刷直流电机转子的机械强度进行分析。高速下永磁体可能会由于线速度过大而损坏,所设计内嵌式转子和表贴式转子,一种是把永磁体嵌入转子中,一种是给予不同材料保护套对永磁体进行保护利用。在基于弹性力学和有限元的接触理论的基础上,对三台电机转子强度模型利用ANSYS Workbench软件的有限元进行建立,分别计算出三台转子的应力分布,并结合转子在实际运行过程中温升和转速现象,分析了不同温度、不同转速下转子各部分的受力情况,以保障转子安全工作。此外,对不同转子结构的高速永磁无刷直流电机各部分损耗分析。高速电机的定子铁耗计算时需要考虑谐波和旋转磁化的影响;用公式法计算绕组铜耗;建立转子表面风摩损耗计算模型并进行计算,随后考虑了不同转子的转速、不同转子表面粗糙度对转子的表面风摩损耗数的影响;涡流损耗的计算是通过Ansoft有限元软件计算,并对不同转子结构的高速永磁无刷直流电机涡流损耗大小对比分析。最后,对不同转子结构高速永磁无刷直流电机温度场分析,设计了较合理有效的电机冷却系统方案,通过ANSYS Workbench软件分析该方案下不同转子结构的电机各部分温度分布,让高速电机的最高温度明显变小,得到了三台电机的最高温度分布。同时分析了不同入口风速对电机温升的影响。