近年来,电动汽车、船舶推进、风力发电等领域的快速发展对高转矩密度电机的需求日益增长。磁场调制永磁（flux-modulated permanent-magnet,FMPM）电机基于磁场调制原理运行,其转矩密度高、结构简单,受到了广泛关注。然而,FMPM电机转矩密度和功率因数之间存在着相互竞争的关系,高转矩密度下电枢谐波幅值增强,导致功率因数降低。相较于传统永磁电机,FMPM电机的功率因数较低,如何提高功率因数一直是FMPM电机需要解决的关键问题。目前,为提升FMPM电机功率因数,国内外学者提出了新型拓扑结构和优化方法,取得了一定有益的效果。在优化方法方面,现有的研究主要是单独从永磁或电枢磁场角度进行优化,忽视了永磁和电枢不同气隙磁场谐波间的协同效应,因此功率因数的提升较为有限。本文在阐明FMPM电机结构特点和运行原理的基础上,对功率因数与不同气隙磁场谐波的耦合关系进行了理论分析。充分考虑永磁和电枢谐波对功率因数的协同效应,提出了一种气隙谐波协同优化方法,在保证高转矩密度的同时提升了电机的功率因数,为FMPM电机功率因数的优化提供了一种新思路。进一步地,考虑到电机性能受加工制造误差的影响,针对电机稳健性问题展开了研究,建立了混沌多项式展开和6σ质量优化方法,提高了电机功率因数和转矩等在不确定性参数扰动下的性能稳健性。基于上述研究,本文的主要研究成果包括以下方面:1.从磁场调制型磁齿轮结构的结构特点和运行原理出发,阐述了磁场调制效应产生高转矩密度的原因;进而引入到基于磁场调制原理运行的FMPM电机,通过电路相量图对比了FMPM电机与传统永磁电机的功率因数,揭示了FMPM电机功率因数较低的具体原因。2.通过对永磁磁场和电枢磁场的理论分析,推导出永磁和电枢磁链与谐波阶次的关系式,为后续选定对应阶次的谐波进行优化提供了理论依据;同时通过FMPM电机相量图,建立了功率因数与永磁和电枢磁链的关系式,阐述了不同气隙谐波对功率因数的影响。3.提出了一种新型气隙谐波协同优化方法,同时从永磁和电枢磁场的角度出发,通过对永磁谐波的限定,以及对电枢谐波的优化,实现了在保证转矩处于较高的水平下,电机功率因数提升的优化目标。同时,基于优化结果设计制造了实验样机并构建了实验平台。实验测试了反电势、转矩和功率因数等性能,验证了优化方法的有效性。4.研究了FMPM电机的稳健性优化。在确定性优化的基础上,引入不确定参数对转矩及功率因数的影响,分析并优化了FMPM电机性能的稳健性。基于稳健性优化结果加工制造了样机,结合有限元分析结果与实际实验测量结果验证了优化结果的准确性。