在诸如航空航天、电动汽车以及油田等特殊领域中,不仅要求驱动电机具有较高的功率密度,且恶劣的工作环境对电机的耐高温性能也提出了更高的要求。对此本文以高温高功率密度永磁同步电机为研究对象。针对等效环境温度为120℃,功率密度不低于3kW/kg的表贴式永磁同步电机进行了设计及优化研究。针对高温环境下会出现的永磁体退磁、转矩降低等问题给出了相应的解决方法,并在此基础上提出了一套完整的基于多物理场耦合的高功率密度永磁同步电机的设计方法。通过多场耦合的设计方法使得设计的永磁电机同时兼顾电磁、机械以及温度特性的要求。主要研究内容如下:首先,介绍了永磁同步电机整个基于等效磁路法的解析设计过程。选取了永磁同步电机的结构,包括内转子结构和转子磁路结构。推导了永磁同步电机设计的主要尺寸参数。并获得了电机设计过程中具体的参数设计方案,包括了定子绕组设计、定子铁芯结构设计、气隙高度设计以及定转子材料的选取。其次,构建了电磁-温度-应力多物理场永磁同步电机建模方法。通过电磁场分析电机在空载和负载条件下的基本电磁特性,完成电机结构的初步设计。通过温度场分析电机在额定负载损耗下的温度场分布情况,检验电机热设计是否合理。通过应力场分析检验电机永磁体在高温高速下强度是否满足要求。然后,基于永磁同步电机的高功率密度、低转矩脉动及高转矩密度等要求。分析了不同长径比、裂比、定子槽型以及永磁铁阵列结构和减重槽尺寸对多场特性的影响,通过研究和对比,获得电机尺寸与性能间的对应关系,进而获得优化后的电机尺寸。最后,优化结果表明在满足温度和应力要求的前提下,电机电磁场中平均转矩上升了0.51%,转矩脉动和齿槽转矩分别下降了 46.27%和60%。减重槽的增设使得电机的实际重量进一步降低6.7%,从而使得整体功率密度达到了 3.12kW/kg,完成了设计目标。