如何設計一款高功率密度、高轉矩密度（高推重比）的電機？
------JSK官方網址 Johou Systems Kougaku (JSK) Laboratory 網站地址 JSK -Research-
普通的機器人最多只有人類十分之一的力氣，asimo只能拿動幾斤的東西，而Schaft公司的機器人可以達到人類的力氣。
Schaft公司的機器人採用了一整套電機設計方案，幫助他們獲得了運動優勢。
電動機只能提供有限的功率，如果使用推力更高的液壓驅動器，需要一套笨重的泵、管、閥門、液壓油散熱系統，並且液壓傳動控制較難。
浦田純一和稻葉正幸教授，開發的高扭矩，新型電動機。他們使用高電壓和並聯法拉電容的電池系統並使用液體冷電機解決電機的散熱問題。使用電容器可以提供電池不能提供的突發大電流。
下圖從左到右分別為 ，水冷電機，80V200A 驅動板（包含13.5法拉 法拉電容？），和一條胳膊（其中包含幾個水冷電機）
普通Maxon公司200瓦無刷電機經改造成液體冷卻後，在膝關節可以達到1000度每秒的速度，同時達到350牛頓米轉矩，讓機器人舉起60KG重物。
------數據來源 High Power Robot Driving System
------數據來源 Japanese Humanoid Robot Can Keep Its Balance After Getting Kicked------數據來源 Who Is SCHAFT, the Robot Company Bought by Google and Winner of the DRC?下圖是電機水冷套的剖面圖
謝謝邀請，首先清晰一點，是功率密度不是轉距指標，這兩者設計有區別，前面有個答案不太對，功率密度：內置式永磁同步電機大於表貼式永磁同步電機大於磁阻式(開關磁阻和同步磁阻)，然後到感應電機。
要想功率密度大，往高速設計，這時候機械軸承才是挑戰。我估計你是想要設計的是低速直驅大轉距的電機，而不是高功率密度，那麼可以考慮：外轉子，Halbach，開口槽(提高槽滿率)，提高極對數，盤式電機等。
拓撲結構現在轉距能力是：磁齒輪電機大於flux reversal電機大於普通永磁電機，此外，還有最新的雙定子partitioned結構電機等，不一一列舉，都有不錯的轉距能力，不帶永磁體的電機我就不想說了，功率密度和轉距密度都和永磁電機差距很大。如果不差錢，簡單的想法就是：多用永磁體，釹鐵硼。不是鐵氧體什麼的。然後就是提高電密，水冷等辦法。如果是效率，那又是另外的事了，我蜻蜓點水介紹一下，說起來一本書都不夠吧
______________以下為更新內容____________有人反對我的答案，認為磁齒輪電機轉距密度小於普通spm和ipm(笑)，文章：analysis of torque capability and quality in vernier permanent magnet machines佐證，其實這是common sense，大家寫文章都懶得去說這事，要證明這個觀點的文章一大堆
第二點是，有人說 dorrell 的：comparision of different motor design drives for hybrid electric vehicles說普通ipm的轉距密度大，拿這個文章打我臉，我只能呵呵，
第一，這篇文章比較的是ipm，srm和im電機的轉距密度，都沒提磁齒輪，而這篇文章的觀點切好佐證了我關於這三種電機轉距密度的觀點，反向打臉，
第二，很簡單，離開功率等級談比較，都是耍流氓，和之前我在星谷問題下的觀點一致，要比較，就要統一標準。連基本邏輯和科學素養都沒有，憑感覺，一本正經胡說八道的人還真有。
撕逼也不能撕low逼，我們要撕高端逼，真的錯了是接受的，可是我不習慣安慰人說假話多謝 @蔡世勛邀！同意他的答案中說到的，採用改進功率放大器併入電容是一個能提供瞬時大力矩的方式。除此之外，在電機本身上改進也是可行的。一般從電機原理來說，力矩能力感應電機&<永磁電機&<磁阻電機。（經 @shintar zhan更正，題主問的是功率密度。功率密度感應電機&<磁阻電機&<永磁電機。多謝！）但是現在很少（據我所知是沒有，至少沒有產品）有磁阻電機用於伺服的，主要是它的力矩產生過於非線性。但是還是有很多On going research在努力將磁阻電機也推進伺服控制行列。
現在最多的用於伺服的電機就是永磁電機了。電機設計可以優化的地方有很多。舉個例子吧。MIT的Cheetah機器人以不用液壓驅動器，只用電機驅動著名，他們用的電機確實是我見過的永磁電機優化的極致了。Reference: Farve, Niaja Nichole, Design of a low-mass high-torque brushless motor for application in quadruped robotics, Master Thesis, MIT, 2012 http://hdl.handle.net/1721.1/75658， Kim 的網站上的簡要介紹：https://biomimetics.mit.edu/research/optimal-actuator. 在此貼個圖：
順便說一句，這裡的設計中很重要的一個指標是減輕電機，尤其是轉子質量，因此力矩不是唯一優化目標。這個Thesis裡面有很詳細的介紹並且有貼上代碼~業界良心~
題主想要的功率等級是多少啊，電機用在什麼場合，是間歇運行的嗎……電機設計要綜合考慮各種因素，不知道題主具體是什麼要求呢
直線電機研究的怎麼樣了？感覺如果強調功率密度，那直線電機幾乎走不通。旋轉電機是重複使用的，且無慣性損失。
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