高速大功率电机由于省去了复杂的齿轮传动箱等中间增速环节,实现直驱,具有结构紧凑、功率密度大、传动效率高、振动噪声小等显著技术优势,在离心式鼓风机和压缩机、新能源汽车、航空航天等领域具有十分广泛的用途。磁悬浮轴承作为高速大功率电机的主要支承方式之一,它是利用电磁力克服转子自身重量,使转子处于悬浮状态,具有无摩擦磨损、寿命长、可靠性高等优点,可在不允许有油和空气等特殊环境下工作。但是,磁悬浮高速大功率电机功率密度大、体积小,散热空间有限,热量难以有效散发,功率越大,转速越高,问题尤为凸显,严重影响电机运行的可靠性,亟需研究解决。论文主要工作如下。(1)建立了磁悬浮高速大功率电机流-固-热耦合温度场计算模型,提出了基于单向流-固-热耦合的CFD和有限元的模型求解方法,实现了电机稳态温度场的定量模拟。研究表明:对于额定工况下的磁悬浮高速大功率永磁同步电机,沿轴向从左至右,定子温差较小,转子各部件温差较大;沿径向由里到外,定子绕组温度基本不变,定子铁芯温度逐渐下降,永磁体温度逐渐升高且温差较大。(2)基于所提出的模型和算法研究揭示了冷却结构和冷却参数对磁悬浮高速大功率异步电机不同工况下稳态温度场分布的影响规律。结果表明:电机满载时最高温度比空载时的高出将近30℃;强制风冷出风口面积的缩小和扩大均有利于散热;在一定范围内增大强制风冷入口速度将有利于电机散热和降低电机温升。(3)建立了计入碳纤维护套圆度误差的气隙三维不可压缩稳态湍流模型,研究揭示了永磁体护套圆度误差、冷却系统参数、转速和边界温度对磁悬浮高速大功率永磁同步电机转子表面风摩损耗的影响规律。结果表明:圆度误差幅值、转速和出风口面积对转子表面风摩损耗的影响较大,而圆度误差类型、强制风冷入口速度和边界温度对转子表面风摩损耗的影响较小。(4)搭建了磁悬浮高速大功率异步电机实验台,对电机以额定转速空载运转至热平衡时的定子绕组、转子、轴承端盖和机壳的温度进行了检测,通过理论与试验对比分析验证了所建立的模型和所提出的算法的有效性及理论研究结果的正确性。研究表明:理论与试验获得的不论是电机定子绕组的温度,还是电机转子的温度,相对误差均在5%以内,吻合度都较好。本文研究工作为高速大功率电机的温度场分析、冷却系统设计、散热效率优化提供了工程参考。