高速电机由于体积小、转速高,可与工作机或负载直接相连,省去了传统的机械变速装置,可减小噪音和提高传动系统的效率,在高速磨床、空气循环制冷系统、储能飞轮、天然气输送高速离心压缩机、分布式发电系统等领域具有广泛应用的应用前景,但由于高速电机的功率密度和损耗密度较高、散热困难以及转子强度和刚度等问题制约着大功率特别是兆瓦级高速电机的发展,本文以辽宁省自然科学基金项目《基于多物理场耦合分析的高速永磁电机设计》为研究背景,以315kW高速永磁电机为研究对象,对高速电机的机械特性进行了全面深入的探讨。主要研究工作包括以下几方面内容:对各向异性护套材料时的转子强度进行理论分析,并用有限元方法验证;在有限元分析的基础上,比较不同护套结构的转子应力分布,对碳纤维缠绕力进行初步计算,分析极间填充材料、温度、转速等对转子强度的影响,提出碳纤维护套混合保护措施,并分析在不同工况下转子应力分布情况。建立有限元模型计算各向异性材料转子临界转速,采用激振试验确定各向异性有限元模型中的材料属性,分析转子结构、转子材料、轴承支承刚度等因素对永磁转子临界转速的影响,总结各因素变化产生的影响规律。最后验证了永磁转子设计的合理性。对高速永磁电机进行整机模态分析,研究电机各个零部件的振动对整机振动的影响,得到各部件与整机振动的关联性,分析各零部件之间的连接刚度对整机振动的影响,总结影响规律。针对高速永磁电机体积小、能力密度高,散热困难的问题,设计合理的散热结构,采用多物理场有限元分析方法计算高速永磁电机温度场分布,验证该电机冷却系统设计的合理性。最后对315kW级高速永磁电机进行机械特性、温升实验等较为全面的性能测试,验证本文理论分析和设计方法的正确性。