高速电机由于转速高,可与负载直接相连,省去了传统的增速箱。传统电机的体积比高速电机要大,采用高速电机直驱的方式可以减小设备的体积,还能减小振动噪音和提高系统的传动效率。高速电机应用非常广泛,不仅能用在天然气输送高速离心压缩机上,还能用在高速机床加工中心、飞轮储能以及特种工况分布式发电系统等工况,但由于其速度高、损耗密度大,会存在转子强度和温升过高等问题,使超高速兆瓦级永磁电机的研究存在较大难度。国内外对超高速兆瓦级永磁电机缺少设计经验和规律,冷却系统设计及其温升计算等方面存在一定的难度。首先,本文基于1.2MW,18000r/min压缩机用超高速兆瓦级永磁电机,对超高速兆瓦级永磁电机的定转子结构、电机极数和槽数配合、永磁体材料的选择、气隙大小选取等对电机性能的影响进行研究,总结出超高速兆瓦级永磁电机设计方法及规律。其次,研究高压高速电机的扁铜线绕组高频铜耗。采用2D有限元的方法对扁铜线绕组高频下的交流铜耗进行研究,分析了电流频率和载波比、槽口高度、导体尺寸和位置、并绕根数对绕组交流铜耗的影,并采用基于有限元法改进的Taguchi算法优化出不同频率下扁铜线的最佳宽厚比。最后提出了一种能够降低并绕导体之间环流的新型的极相组线圈之间的换位连接方式。此外,研究了电机的定子不同位置的磁化特点和提出一种考虑两种磁化方式、趋肤效应以及谐波的铁耗计算模型,搭建了实际的变频器电路模型,采用瞬态场路结合有限元法对转子涡流损耗进行分析,并分析了定子斜槽角度、不同气隙长度以及逆变器载波比对转子涡流损耗的影响。最后针对超高速兆瓦级永磁电机功率密度和损耗密度大、散热困难的问题,采用定子水冷与转子和定子槽内风冷相结合的冷却方式,机壳采用螺旋水道,转子和定子槽风道采用轴向通风道,建立了温度场计算模型,分析了流风速、水流速以及螺旋水道宽度对电机各个部位温度的影响。