飞轮储能以其高能量密度、高功率密度、长循环寿命、快速充放电、免维护和对环境无污染等优点在众多领域有着广阔的应用前景,高速大容量的飞轮储能系统受到越来越多的关注。作为高速大容量飞轮储能系统机电能量转换的核心部件,高速大功率永磁电机直接影响着飞轮储能系统的性能。高速大功率永磁电机转速高、功率密度大,单位损耗相对较大存在着转子温升高的问题,会对永磁体的性能产生不利影响,甚至导致永磁体热退磁现象的发生。因此,研究电机结构及护套变化对高速大功率永磁电机温度场的影响有重要意义。飞轮储能系统放电过程中负载会对电机内的磁场产生影响,从而影响整个系统的放电效率及放电时间,因此研究负载对飞轮电机放电过程的影响对提高飞轮系统的放电性能具有重要意义。本文以一台用于飞轮储能系统的200kW、15000r/min高速大功率永磁电机为研究对象,分析了转子结构、护套材料及复合结构、变频控制产生的定子电流时间谐波等对电机的损耗及温度分布的影响。根据高速大功率永磁电机的设计特点,给出了本电机的设计方案。建立了200kW高速大功率永磁电机的二维瞬态电磁场有限元计算模型,分析了表面式永磁电机的永磁体极间铁心高度对电机损耗的影响,从改善主极磁场波形以减小电机损耗的方面入手,研究了永磁体形状及充磁方向与电机损耗的关系。为减小高速大功率永磁电机的损耗,分析了气隙长度、护套厚度与电机损耗的关系,并研究了转子护套采用不同材料及复合结构时电机内的损耗变化。建立了 200kW电机的三维全域稳态温度场有限元计算模型,研究了转子护套材料及复合结构对电机温度分布的影响,对比分析了护套采用单一材料及复合结构时电机的定转子温升变化;计算了变频控制所带来的定子绕组电流时间谐波对电机内的损耗及温度的影响。研究内容为降低高速永磁电机温升,防止永磁体热退磁提供参考。研究了飞轮储能系统的放电过程。为提高飞轮储能系统的储能密度,对飞轮采用不同结构时的储能量、储能密度进行分析。针对放电过程中电枢反应引起电机内磁场变化的情况,在考虑电机自身阻抗的前提下,研究了负载对电机放电效率及放电时间的影响,并分析了电机内磁场变化对恒压放电过程中放电效率的影响。