由于航空航天领域的特殊性和器件工作环境的特殊性,高可靠性和轻型化是对航空航天器件最核心的要求。有别于普通工业领域,轻型化的要求主要体现在对部件质量和体积的要求。从驱动电机来看,为了达到轻型化的目标,在同等力矩的情况下电机的体积和质量都是要求越小越好。因此,从体能比和质能比等综合指标上来看,永磁力矩电机在航空航天设备上作为驱动单元具有突出的优势。与地面设备相比,应用于航空航天设备上的永磁力矩电机驱动单元有其特殊性,主要体现在电机设计、结构、应用对象等几个方面。本文研究的电机主要应用于卫星激光通信设备上的二维转台瞄准机构,俯仰轴电机体积和质量的降低,尤其是轴向长度的减小,会使得方位轴电机的载荷进一步降低,带来方位轴电机的体积和质量的降低。因此,驱动电机的轻型化有利于整套激光通信二维转台的轻型化,进而降低卫星设备的能耗和提高系统的精确度和可靠性,具有重要的研究价值和实际意义。首先本文根据卫星激光通信设备尺寸及性能的具体需求,从基于材料优化的直驱式永磁力矩电机轻型化技术入手,对于电机的轻型化策略进行分析。其次,对材料的机理特性进行分析,并依据电机的应用特点选取相应的磁性材料。同时对于电机定转子材料及永磁磁钢材料对于电机轻型化的影响度进行了研究,并在此基础上对于电机主要尺寸的变动等方面对电机轻型化效果的影响进行研究。最终,综合考虑各因素对于电机轻型化的影响程度,从而给出了相应的电机优化设计方案。在得到了轻型化整体铁钴铁芯电机结构的电机设计方案后,由于轻型化设计方案中的电机定转子由新型特殊材料加工而成,但所用材料较脆,不易通过传统叠片的方式进行加工,且考虑到传统叠片式工序繁多,易造成加工缺陷,从而最终对卫星激光通信设备的可靠性造成不可忽视的影响。因此作者针对本文电机的特殊应用场合研究了轻型化电机采用新型整体加工与传统叠片式加工两者在铁芯损耗方面对于激光通信平台用永磁力矩电机的影响。最终研究结果表明,新型整体加工方式可以替代传统叠片加工方式,简化了加工工艺,提高了结构可靠性。同时,由于本文所研究的激光通信平台用直驱式永磁力矩电机主要应用于航天领域,而深空环境中高真空的特点将直接影响电机运行过程中的热量散失方式。因此有必要去研究电机内部温度场及电机性能参数变化的关系。另外,电机运行时也会造成电机内部温度呈大范围的梯度分布,由此导致电机定转子结构产生较大的热应力,进而影响机械结构的可靠性。基于以上考虑,本文首先将着重对轻型化电机运行过程中的电机内部温度变化进行研究,分析电机各状态下由于温升所造成的性能参数改变情况,相应给出电机在各状态下的最大工作时长。其次,本文结合温度场的研究结果,得到了电机各运行状态下的热应力关系。基于文中对采用新型特殊材料设计方案中电机的一系列独立物理场研究结果,综合考虑电机的实际运行环境,即同时处于多个物理场共同作用下。本文采用温升热应力与机械应力相结合的全应力综合物理场的方式对激光通信平台用轻型化电机机械结构的可靠性进行了全面细致的研究及评估,并根据相应的力学准则进一步确定了电机在各运行状态下的工作时长。为了验证本文所设计研究的激光通信平台用永磁力矩电机轻型化方案的合理性,研制了样机并搭建了测试平台,分别对样机进行了反电势、输出转矩、损耗和温升等方面的测试,并改进和给出了实验测试方法。特别是针对激光通信平台用永磁力矩电机的特殊工作环境,在最大程度的利用现有实验条件的基础上对电机实际运行进行模拟,实验结果与数值计算结果基本一致,互相验证,进一步验证了本研究的科学性与正确性。