高速永磁电机(HSPMM)具有功率密度高、体积小等优点,与高速负载或原动机连接无需变速装置,因而克服了传统电机故障率高、维护困难等诸多缺点,在诸多领域获得了越来越广泛的应用。本文针对HSPMM的分析和设计问题,开展了一系列工作。本文首先从HSPMM的结构与材料、损耗与温升计算、转子支承、转子强度和动力学分析等方面总结了当前的研究现状。之后从HSPMM在电磁、机械和温升三个方面出发,分析这些限制因素对电机尺寸的影响。在此基础上,定性地分析了这些限制因素下电机转速和功率的演进规律。研究了不同驱动方式下电机基本电磁性能的计算方法。对比了正弦波驱动、无刷直流(BLDC)驱动以及六脉波驱动下的电机基本电磁性能的不同。明确了各种驱动方式的适用场合。给出了电机磁通、反电势以及阻感参数等基本电磁参数的不同计算方法。在基本电磁参数计算的基础上,研究了电机铜耗、铁耗、转子损耗以及机械损耗的形成机理及计算方法。这些计算方法考虑到了诸如集肤效应等高速电机中所特有的问题。利用所研究的损耗计算方法对比分析了不同驱动方式下电机电磁损耗。分析了电机电磁损耗随电机气隙长度变化的规律。研究了电机传热的类型及其特点。运用计算流体力学(CFD)技术对HSPMM的传热问题进行流固耦合建模,并基于此针对HSPMM的转子散热进行了电机结构上的优化。在CFD计算得到电机的流热场分布特点的基础上,抽象出建模和计算速度更快的集总参数热网络(LPTN)模型,并对转子温升进行了参数敏感性分析,明确了影响转子温升的最敏感因素为气隙长度和永磁体矫顽力。分析了不同转子材料的性能特点及其可用范围。针对SPM转子和IPM转子分别提出了其转子强度计算的工程设计方法,并采用有限元(FEM)对不同工况下的强度问题进行了深入分析。之后研究了HSPMM转子动力学的计算方法,并利用FEM计算了转子的特征频率,分析了不同轴承支承刚度下电机转子的临界转速。研究了HSPMM中存在的各种耦合现象。针对这些耦合现象,提出了一种基于迭代法的HSPMM综合设计方法。该方法能够实现电机电磁性能、温升性能以及转子强度和动力学特性的解耦计算。针对鼓风机应用,采用这一设计方法设计了75 kW/36 kr/min、 140 kW/24kr/min以及300 kW/18 kr/min三种不同功率和转速等级的样机。其中140 kW电机采用了三种不同的结构方案。仿真分析了三种不同结构电机的性能特点,并在对比研究的基础上分析了其各自的适用场合。针对三种功率等级各制作了一台样机。采用功率分析仪等设备搭建了样机的试验测试平台。提出了一种基于负载法的HSPMM参数测试方法,测试了三台样机的反电势系数、电感、温升以及电磁转矩等参数,并与计算值进行了对比。结果表明,采用本文所提出的综合设计方法所设计的电机性能满足设计要求。