前言

第 1章 概述 1

1.1 无铁平面电机的研究意义 2

1.2 无铁平面电机的研究现状 2

第2章 平面电机关键技术 5

2.1 永磁和绕组阵列 5

2.2 电磁执行器 10

2.3 悬浮和轴承 11

2.4 位置传感器 12

第3章 平面电机的设计和工艺 13

3.1 结构设计 13

3.2 电磁部分设计和工艺 15

3.3 机械部分设计和工艺 22

第4章 磁场分析方法研究 28

4.1 相关电磁理论 28

4.2 基于傅里叶分解的磁场谐波分析法 30

4.3 表面等效磁荷分析法 36

第5章 直线执行器电磁建模 42

5.1 麦克斯韦应力张量法 42

5.2 虚功法和洛伦兹力法 55

5.3 各类电磁力建模方法对比 72

5.4 电路建模 78

第6章 直线执行器控制研究 85

6.1 Halbach直线执行器设计 85

6.2 基于dq变换的电磁力解耦控制模型 89

6.3 执行器电流控制策略 90

6.4 执行器控制实验 91

第7章 磁悬浮平面电机控制研究 97

7.1 基于模式力的动力学建模 97

7.2 基于小信号分析的运动控制方程 100

7.3 基于模式力的运动控制策略 103

第8章 平面电机控制系统设计 111

8.1 控制系统硬件设计 111

8.2 软件设计 130

第9章 三自由度平面电机运动控制实验 142

9.1 解耦和控制策略 143

9.2 平面电机定位实验 145

参考文献 153

在许多高新技术领域，如集成电路制造、微型机械装配、生物细胞作业、超精密加工及测量等，都需要具有高速度和高精度的两维定位装置。然而，传统的叠加式二维定位平台无法摆脱机械式传动机构和摩擦所带来的固有缺点，包括定位精度较低、动子部件质量较大、响应速度慢、制造成本高等。因此基于直接驱动的磁浮/气浮平面直接驱动电机被提出来实现高速度和高精度定位，因动子平台在一个近似平面的空间范围内运动，业界称为平面电机。与传统的两维定位装置相比，平面电机具有直接驱动、无摩擦、无反冲、功耗小、定位精度高等优点。

　　本书结合编者所在东南大学参与的多个平面电机相关的科技项目和社会实践，从平面直接驱动技术的现状、无铁平面电机的关键技术综述、平面电机的电磁力建模方法、平面电机的设计原则和案例、用于平面驱动的直线执行器的建模、直线执行器的控制策略、磁悬浮平面电机建模、平面电机控制系统设计、平面电机的三自由度运动控制策略等方面，全面阐述了平面电机的基本原理、建模方法、设计原则和控制策略，并以一种由四组直线电机驱动的平面电机为例，给出了平面电机控制器的设计方案和控制效果。

　　本书共分9章，主要内容包括平面电机关键技术、平面电机的设计和工艺、磁场分析方法研究、直线执行器电磁建模、直线执行器控制研究、磁悬浮平面电机控制研究、平面电机控制系统设计、三自由度平面电机运动控制实验。本书内容理论系统全面、可读性强、实用性高，可供从事直线和平面高精度伺服驱动的工程技术人员学习使用，也可供高等院校的机电类专业师生参考。

　　本书受“东南大学出版基金”资助，在此表示衷心的感谢。感谢导师黄学良教授对本书部分研究内容的指导和建议，感谢张前、谭力、程永飞、孙立成等研究生对书稿资料搜集和整理做出的贡献。

　　由于作者水平和时间所限，书中不妥和错误之处在所难免，作者真诚地希望广大读者对本书的各个方面给以批评指正（电子邮箱：zhougan2002@seu.edu.cn）。

　　

　　 作 者

　　 2015年6月