非晶合金高速永磁电机相较于传统电机而言,具有尺寸小、功率密度更大、运行效率更高等许多优点,其作为一种新型电机在飞轮储能、微型燃机轮机发电系统、精密加工机床、混合动力汽车和油气勘测等诸多工业领域中都有着广阔的应用前景。由于高速永磁电机需要长时间工作在高转速状态下,其本身存在一些突出问题有待研究和改进。如果气隙磁密谐波较大,会使高速电机感应电动势波形发生畸变,直接影响输出转矩并增加转子涡流损耗。而转子涡流损耗的增加直接导致转子温升增大,不但会引起永磁磁钢的磁性能下降,综合过盈量、离心力等因素,还会导致转子磁钢护套所受应力增大,破坏转子结构、影响高速电机正常运行。基于这些问题,本文针对一台36000r/min、12kW的四极非晶合金高速永磁电机进行了从电磁场、温度场到应力场的一系列研究和优化工作。首先,在时步有限元仿真软件中建立了非晶合金高速永磁电机电磁场二维模型,基于Halbach阵列和组合磁极的优化方法对电机转子进行优化设计,运用田口法建立正交试验表,寻找磁钢厚度、充磁角度、弱磁能积材料所占角度和永磁体矫顽力的最优组合,有效提高了电机在空载状态下的气隙磁密基波幅值并降低了谐波畸变率,达到改善气隙磁密波形、提高电机运行效率的目的,再用所得最优方案与平行充磁和每极三段式平行充磁的转子结构进行比对,验证了最优方法的合理性。其次,对转子优化后的非晶合金高速永磁电机模型基于有限元算法进行损耗计算,对转子护套分别采用铝合金、钛合金、不导磁合金钢和碳纤维四种材料,并计算电机各类损耗,结果表明碳纤维材料能够有效降低转子涡流损耗。将损耗计算和电磁场计算结果导入电机三维温度场中分别计算采用四种护套材料的电机温度分布,其中铝合金护套电机温升最高,尤其在转子磁钢护套接触面。而碳纤维护套电机整机温升较低,尤其是转子部分温升明显低于其他三类材料,由此表明碳纤维护套能够有效降低转子温升,保护磁钢不受温升过高的影响而退磁。最后,将电磁场、稳态热模块计算结果导入三维模型应力场中,对电机转子磁钢与四种材料护套接触面的应力进行磁热固多场耦合分析,并将计算出的接触面应力与护套材料的屈服强度做比较,得出不同材料护套下的应力安全系数。结果表明碳纤维护套与磁钢接触面的应力安全系数最高,同时简单分析了过盈量对转子应力的影响趋势。论文的研究对于非晶合金高速永磁电机转子的优化设计、降低转子涡流损耗、温升以及磁钢护套接触面应力都具有重要意义。