电机是多电飞机电作动系统的重要部件,其功率密度对多电飞机的重量有着重要影响。对于高速电机,需要采用减速传动机构,降低了整个系统的效率和可靠性。对于直驱电机,电机的转速受旋翼转速的限制,需要通过提高电机的转矩密度增加其功率密度。对于多相电机,通常采用三次谐波电流注入的方法来提高电机的转矩密度,注入的三次谐波电流与电机的三次谐波反电势相互作用,产生额外的输出转矩。首先,本文以分数槽集中绕组五相永磁电机为研究对象,研究了三次谐波电流注入方式对电机输出转矩的影响。在恒幅值条件下注入三次谐波电流,电机的输出转矩增加显著,但此时电机的铜损也增加,降低了系统的效率。在恒有效值条件下注入三次谐波电流,电机的输出转矩不增加。为了增加五相电机中三次谐波产生的输出转矩,本文采用不等齿结构提高电机的三次谐波绕组系数。通过优化不等齿结构的大齿小齿齿宽配合来获取最优的基波与三次谐波绕组系数;此外,本文还研究了谐波削极结构和永磁体分块结构对电机气隙磁密的影响,推导了最优的谐波削极比例,研究了注入的高次谐波对输出转矩的影响;通过优化永磁体分块块数得到了最优的三次谐波气隙磁密。最终,同时结合不等齿宽结构和永磁体分块结构,研究了电机的电磁性能,在注入三次谐波电流下的情况下,由于三次谐波绕组系数与气隙磁密的增加,不等齿永磁体分块结构的分数槽集中绕组五相永磁电机大大提高了电机的输出转矩。最后,加工了结构优化后的分数槽集中绕组五相永磁电机并进行了实验研究,测试了电机的反电势、齿槽转矩、静态转矩、电机输出转矩随三次谐波注入比的变化曲线,并与有限元结果进行了比较,二者具有良好的一致性。