微小惯性动量轮是小卫星等空间飞行器实现高精度姿态控制通常采用的执行机构，体积小、重量轻、长寿命、高可靠、低功耗一直是微小惯性动量轮系统研究所追求的目标。微小惯性动量轮的性能直接影响到小卫星姿态控制系统的精度、稳定性及功耗。本文根据微小惯性动量轮的特点，针对目前微小惯性动量轮机械结构和电磁结构中存在的问题，对其机械结构和电磁结构进行了详细地分析与改进设计，并对微小惯性动量轮进行了有限元分析和实验研究。研究内容主要包括以下方面：（1）采用机电一体化集成设计方法，对微小惯性动量轮机械结构进行总体设计，包括电机结构、转子组件、轴系及润滑、底座、密封及结构件设计，接插件、抽气嘴、接地桩等附属零件，安装基准面的设计等。为保证微小惯性动量轮转子不平衡度，从设计上采取了相应的措施；（2）采用场路结合设计法对微小惯性动量轮电机双转子结构中的定子和转子、永磁体及整体结构进行了具体的分析和设计，并计算了主要参数，在比较分析不同设计方案的基础上，给出了其最终设计方案及尺寸；（3）在对微小惯性动量轮轮体结构的固有模态进行分析的基础上，对气隙磁密进行分析，提出了“气隙磁密波形度”的概念；接着通过气隙磁密波形估计出三相绕组反电势波形和转矩脉动的大小；最后分析了微小惯性动量轮内部的相关损耗和端部漏磁。在分析的同时，对外转子和双转子结构性能进行比较；（4）对微小惯性动量轮样机转子铁心材料、定子绕组分别进行了测试；测试气隙磁密波形及端部漏磁，通过实验得到其反电势波形，并计算得到转矩脉动系数；通过降速实验，得到了微小惯性动量轮的降速功耗，并与外转子结构的实验结果进行对比。