随着制造业的转型升级,作为高端装备制造业核心技术之一的工业机器人性能也急需提高。现如今,为实现工业机器人中某些部位的往复运动常采用弧线电机,而传统弧线电机多为转子永磁型电机,永磁体利用率极低。定子永磁型磁通切换永磁电机的永磁体利用率高、安全性好,在有限转角驱动领域具有明显的优势。本文以磁通切换式弧线电机（Arc FSPM）为研究对象,对降低其转矩脉动、增加功率密度等问题进行了研究,对其工程应用具有参考价值。首先,以弧线电机输出转矩平稳为目标,采用多极数、辅助槽结构完成了Arc FSPM基础拓扑结构的设计。采用线圈电势星形图的方法对Arc FSPM电机绕组分相,并在此基础上建立了绕组理论。通过有限元计算,分析不同极槽配合、辅助齿结构对Arc FSPM电机绕组电感的影响;分析辅助齿槽口宽、转子齿形、气隙长度等主要结构参数对Arc FSPM电机转矩波动率的影响,并进行了参数优选。其次,基于磁导函数法建立了空载转矩模型,并分析齿槽转矩以及端部力矩主要谐波含量。提出了一种双转子模块化磁通切换弧线电机（DRMS-Arc FSPM）的新型拓扑结构,推导了抵消转子上端部力矩的最佳定子间隔,并分析了双转子错位角对齿槽转矩主要谐波的影响,研究了定子轭部高度对DRMSArc FSPM内侧与外侧部分耦合程度的影响。基于对顶结构,讨论了对称结构与非对称结构对电磁转矩的影响。有限元分析结果证明了与单侧Arc FSPM相比,新型拓扑结构的永磁体利用率更高、转矩特性更好。再次,针对Arc FSPM电机易发生偏心问题,通过有限元仿真计算,分析了DRMS-Arc FSPM分别在单定子偏心与双定子偏心下不同偏心程度对电机绕组反电势、电磁转矩、定转子所受非平衡磁拉力等性能的影响。基于DRMS-Arc FSPM的定子辅助齿上绕制的探测线圈,提出了一种检测该电机偏心的方法,有限元分析结果证明了此方法的合理性。最后,针对DRMS-Arc FSPM的电机结构建立了其在dq坐标系下的电机数学模型,在该电机数学模型的基础上设计其有限转角驱动控制系统,并进行了仿真验证;搭建了相关实验平台,验证了控制系统的正确性。