为缓解能源危机和保护环境,高效清洁能源变得至关重要,燃料电池凭借其污染小、可靠性高等优点发展迅速,在各种新型能源中具有巨大的发展前景。空气压缩机是一种给气体加压和输送气体的重要设备,被多家新能源车企用于燃料电池中,在空压机的许多应用场合中,采用高速电机直驱是一种主流方式。高速永磁电机的效率高、转速范围大、功率密度高,适用于高速驱动领域,是近年来高速电机领域内的研究热点。本文将基于多物理场分析对高速永磁电机转子的优化设计开展一系列研究。本文依照电机设计指标,通过对比不同定转子结构的特点,对电机进行了参数设计。在确定转子结构后,根据三种永磁体材料的指标参数,通过有限元分析对比不同永磁体材料的电磁性能随温度的变化情况,在考虑电机温升的情况下选择合适的永磁体材料;通过对比不同护套材料的力学性能,并结合电机转子结构确定了护套材料;最后通过Maxwell软件对电机进行有限元分析验证了电机电磁方案的性能。为了保证永磁体满足应力要求,采用解析计算与有限元仿真相结合的方式对转子系统进行了应力场分析,研究了影响转子应力分布的因素。通过简化转子结构,建立转子旋转时的位移与应力方程,得出护套厚度和过盈配合方案。以静态装配应力为桥梁,验证了有限元仿真的准确性,最终确定最佳护套设计方案。在此基础上对转子系统进行了动力学分析,得出转子系统的临界转速和振型,并通过模态分析研究了轴承刚度和转子结构对临界转速的影响。为了完成电机散热结构设计和磁-热耦合仿真,对电机损耗进行了精确计算,并进行了电机温度场的仿真。通过电磁和流体仿真分析了转子涡流损耗和风摩损耗;基于有限元仿真的结果,再通过解析计算得出定子铁耗和绕组铜耗;以损耗计算的结果为依据,完成了电机的磁-热耦合分析,通过水冷散热达到了永磁体稳定运行的温度要求,为了进一步降低定子绕组和转子温度,提出了基于热管的优化散热设计,并对比了两种散热结构的分析结果,验证了引入热管的优化散热效果。