CES TEMS 论文分享｜西安交通大学贾少锋教授：高功率密度电机综述|永磁|电气|西安交通大学|贾少锋|高功率密度电机

高功率密度电机综述

Shaofeng Jia*,1; Yuchen Xu1; Jun Lin1; Deliang Liang1; Ronghai Qu2; Jinjun Liu1

1.Xi'an Jiaotong University, Xi'an, China

2.Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, China

S. Jia, Y. Xu, J. Lin, D. Liang, R. Qu and J. Liu, "Overview of High Power Density Machines," in CES Transactions on Electrical Machines and Systems, Vol. 9, No. 4, pp. 390-406, December 2025, DOI: 10.30941/CESTEMS.2025.00030.

内容

本文系统梳理了高功率密度电机（HPDMs）的关键实现策略，如图所示的多物理场耦合机制决定了关键性能指标，并限制了电机设计的灵活性。

这篇综述系统地探讨了克服这些限制的三种技术途径：

1）基于先进理论的电磁设计；

2）针对性的高效热管理策略；

3）兼顾结构强化及先进制造工艺的机械优化方法。

首先，文章概述了高功率密度电机的产业化需求以及提升功率密度的理论基础，

1.定性建立并分析了功率密度的理论模型

2.以电动汽车与航空航天领域为典型代表，梳理并总结了高功率密度电机的现状与需求

在电磁设计方面，文章分析了

1.电磁拓扑设计中的热-电磁、机械-电磁耦合约束

2.基于磁场调制理论、磁阻调控理论、功率贡献度理论、轴向磁通分布等新型电磁理论指导的拓扑设计

3.基于多物理场的HPDMs电磁优化进展

4.超导电机及新型铁芯材料电机的核心性能指标及局限性

在热管理方面，文章总结了

1.热管理中的电磁-热、机械-热耦合约束

2.定子、绕组、转子等关键部件的针对性热设计及强化冷却策略

3.电动汽车及航空航天电机的系统级热管理方案及性能指标

4.相变材料、智能热监测与控制系统等先进热管理技术的研究进展

在机械与结构设计方面，文章回顾了

1.机械结构设计中的电磁-机械、热-机械耦合约束；

2.磁桥与磁肋的设计优化、转子护套设计与材料优化

3.增材制造技术在铁芯、线圈与绝缘材料、永磁体等部件制造过程的应用

亮点

本文基于最新的文献材料，系统梳理及分析了多物理场耦合下高功率密度电机最具代表性的核心技术及其发展趋势，并对未来高功率密度电机系统的发展的趋势进行了概括性的思考、总结与展望。

思考

1.现有的模型过于简化高功率密度电机系统的多物理场耦合过程，缺乏对其强非线性特性的有效分析。综合的设计框架可以在系统层面量化多物理场之间的强耦合对电磁设计、热管理能力和结构稳定性的影响。

2.需进一步推进先进电磁理论发展，以指导针对性和精细化的磁路设计，并可结合先进的控制策略充分发挥性能潜力。

3.高负载条件下热瓶颈仍然存在，可进一步将高导热材料、高效的冷却结构与温升预测控制相结合，以实现可靠、高效的热管理能力。

4.未来工作应追求结构设计与先进材料的协同优化，通过轻量化拓扑优化与增材制造技术，在提升功率密度的同时，确保电机系统的结构可靠性。

团队介绍

西安交通大学电气工程学院梁得亮教授团队，现拥有教师10余名、硕博研究生70余名。是中国电工技术学会直线电机专业委员会副主任委员，磁场调制电机、永磁电机、科技传播与出版等专委会委员所在单位。多年来在电机及电磁装置集成设计、特种电机理论与控制、精密运动控制与磁悬浮技术、先进变压器等领域进行了大量的研究，取得了丰硕成果。团队主持和参与了国家自然科学基金重点项目、原创项目、面上项目、国家重点研发计划课题等。部分研究成果已经在风电、航空、机器人、煤矿等领域推广应用。

团队成员贾少锋教授及所指导的研究生

作者介绍

贾少锋（IEEE Senior Member），出生于陕西省。他于2012年获得西安交通大学电气工程学士学位，并于2017年获得华中科技大学电气工程博士学位。他目前是西安交通大学电气工程学院教授。担任IEEE JESTPE期刊副编辑。他已发表或合作发表约100篇IEEE技术论文。他的研究兴趣包括新型与特种电机系统的设计与控制。

徐宇晨，出生于福建省。他于2024年获得华北电力大学新能源科学与工程学士学位。目前，他正在西安交通大学攻读电气工程硕士学位。他的研究兴趣集中在永磁电机设计领域。

林俊，出生于湖北省。他于2023年获得西安交通大学工学学士学位。目前，他正在西安交通大学攻读电气工程博士学位。他的研究兴趣包括双馈感应发电机和永磁电机的设计。

梁得亮（IEEE Senior Member），分别于1989年、1992年和1996年获得西安交通大学电气工程学士、硕士和博士学位。自1999年以来，他一直在西安交通大学电气工程学院任教，目前是该学院的二级教授。2001年至2002年，他曾在日本东京的Science Solution International Laboratory担任访问学者。他的研究领域包括电机优化设计、控制和仿真以及可再生能源领域的电机技术。

曲荣海（IEEE Fellow），分别于1993年和1996年获得清华大学电机工程学士和硕士学位，并于2002年获得美国威斯康星大学麦迪逊分校电机工程博士学位。他目前担任新型电机国家与地方联合工程研究中心主任，以及中国武汉华中科技大学先进电机与驱动中心（CAEMD）主任。2003年至2010年，他曾在美国纽约州尼斯卡尤纳的通用电气（GE）全球研究中心电机与驱动实验室担任高级电气工程师。2010年，他加入华中科技大学。2012年至2016年，他担任华中科技大学电气与电子工程学院副院长。他的研究方向包括电机设计和驱动。他已发表400多篇技术论文，其中包括14篇IEEE获奖论文，并拥有170多项专利。

刘进军（IEEE Fellow），于1992年和1997年分别获得西安交通大学电气工程学士学位和博士学位。他任职于西安交通大学电气工程学院。1999年底至2002年初，他在美国弗吉尼亚州布莱克斯堡的弗吉尼亚理工学院暨州立大学电力电子系统中心担任访问学者。2002年底，他晋升为教授，并担任西安交通大学电力电子与可再生能源中心主任。该中心目前拥有30多名教职员工和约300名研究生，是中国领先的电力电子研究机构之一。2005年至2010年初，他担任西安交通大学电气工程学院副院长；2009年至2015年初，担任西安交通大学本科生院院长。他目前是西安交通大学教授。他合著了三本专著（包括一本教材），在同行评审期刊和会议论文集上发表了500多篇技术论文，并拥有包括90多项发明专利（中国/美国/欧盟）。他的研究兴趣包括电力转换器和电力系统的建模、控制、设计方法以及可靠性评估和监测，电力电子的电能质量控制和应用，以及用于可持续能源和分布式发电的微电网技术。

《中国电工技术学会电机与系统学报（英文）》(CES TEMS)是中国电工技术学会和中国科学院电工研究所共同主办、IEEE PELS学会技术支持的英文学术期刊。期刊发表国内外有关高性能电机系统、电机驱动、电力电子、可再生能源系统、电气化交通等研发及应用领域中原创、前沿学术论文。中国工程院院士马伟明担任主编，IEEE的执委Don Tan博士为国际主编。目前已被ESCI、EI、Scopus、 Inspec、Google scholar、IEEE Xplore、中国科学引文数据库(CSCD) 核心版、DOAJ、CSTPCD、知网、万方、维普等数据库收录。