本书聚焦无铁芯永磁同步平面电机技术，系统阐述其设计理论、关键技术及工程应用。针对光刻等前沿领域对多自由度高精度运动平台的需求，梳理磁浮平面电机从一维到二维磁钢阵列的技术演进，剖析典型构型特点与应用场景。重点围绕建模、驱动、控制三大环节，构建二维周期与非周期磁场下的统一推力模型，探讨刚体/柔体动力学电流分配策略、计算驱动方法及多轴解耦控制技术，并通过大行程模块化电机与动磁式电机并行优化设计实例，展现理论与工程实践的结合。

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1979~1983年，北京师范大学，无线电电子学专业，获理学学士学位 1988~1993年，中国矿业大学，计算机技术与应用专业，获工学硕士学位 1998~2001年，中国矿业大学，机械设计及理论，获工学博士学位1983~1996年，中国矿业大学讲师 1997~2004年：中国矿业大学副教授 2004~2007年：清华大学，副教授 2008~至今：清华大学，（长聘）教授，博导精密仪器发表学术论文200余篇，其中高影响因子论文60余篇，被SCI他引超过1000余次；申请发明专利200余项、授权发明专利150余项。北京华卓精科科技股份有限公司首席科学家

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 应用需求 1
1.2 磁浮平面电机发展历史 3
1.2.1 基于一维磁钢阵列的平面电机研究 5
1.2.2 基于二维磁钢阵列的平面电机研究 6
1.2.3 动圈式与动磁式平面电机对比分析 7
1.2.4 磁浮平面电机的产业应用 9
1.3 磁浮平面电机关键技术 11
1.3.1 平面电机设计方法 11
1.3.2 平面电机驱动及控制方法 15
1.4 本书大纲 19
参考文献 20
第2章 基于二维周期磁场的无铁芯永磁平面电机建模 25
2.1 引言 25
2.2 二维周期磁场下的平面电机 25
2.3 平面电机二维周期磁场建模 26
2.4 统一推力模型 27
2.4.1 线圈位置与形状姿态的解耦特性 27
2.4.2 统一模型的形式 30
2.4.3 统一模型的一般性 32
2.5 统一推力模型的建模应用 38
2.5.1 适用于任意线圈的快速建模方法 38
2.5.2 适用于任意绕制闭环线圈的建模方法 39
2.6 统一推力模型实例 42
参考文献 46
第3章 基于二维非周期磁场的无铁芯永磁平面电机推力建模 47
3.1 引言 47
3.2 基于周期磁场假设建模方法存在的问题 47
3.3 二维非周期磁场下的平面电机 48
iv 无铁芯永磁同步平面电机设计与应用
3.4 平面电机二维非周期磁场建模 49
3.4.1 二维非周期区域剩磁函数表达 49
3.4.2 平面电机二维非周期磁场求解 59
3.4.3 平面电机二维非周期磁场验证 61
3.5 扩展统一推力模型构建 63
3.6 扩展统一推力模型实例 66
参考文献 68
第4章 无铁芯永磁平面电机的电流分配方法 70
4.1 引言 70
4.2 电流分配基本概念 70
4.3 基于刚体动力学的电流分配方法 71
4.3.1 D-Q电流分配方法 71
4.3.2 最小二乘法电流分配方法 73
4.4 基于柔体动力学的电流分配方法 77
4.4.1 动圈式平面电机 78
4.4.2 动磁式平面电机 79
参考文献 80
第5章 无铁芯永磁平面电机计算驱动方法 82
5.1 引言 82
5.2 计算驱动理论框架 82
5.3 电机动力学模型构建 83
5.4 推力系数辨识 87
5.4.1 推力系数离线辨识 88
5.4.2 推力系数在线辨识 92
5.5 精准电流计算 96
5.6 仿真与实验验证 99
5.6.1 直线电机仿真与实验验证 99
5.6.2 平面电机仿真验证 107
参考文献 110
第6章 无铁芯永磁平面电机多轴解耦控制 112
6.1 引言 112
6.2 多轴耦合效应产生机理 112
6.2.1 数学定义 112
6.2.2 耦合效应机理建模 114
6.3 基于悬浮出力的模型偏差标定 117
6.3.1 磁心标定过程 119
6.3.2 质心标定过程 120
6.3.3 标定过程小结 121
6.4 多轴解耦控制实验 122
6.4.1 实验设置 122
6.4.2 磁心标定实验 125
6.4.3 质心标定实验 126
参考文献 129
第7章 大行程可旋转模块化磁浮平面电机 130
7.1 引言 130
7.2 模块化磁浮平面电机基础 130
7.3 平面电机样机设计 132
7.3.1 平面电机构型优化设计 132
7.3.2 平面电机参数优化设计 136
7.3.3 平面电机整机结构设计 139
7.4 系统性能测试 143
7.4.1 大行程大角度旋转实验 143
7.4.2 电流分配实验 145
第8章 动磁式平面电机并行优化设计 150
8.1 引言 150
8.2 平面电机并行优化 150
8.2.1 整体电磁性能优化 150
8.2.2 刚度性能计算框架 153
8.2.3 电磁性能与刚度性能并行优化框架 155
8.2.4 并行优化结果 156
8.3 超精密测量系统设计 157
8.4 系统性能验证 159
8.4.1 并行优化性能验证 159
8.4.2 百毫米级行程纳米级精度验证 160
参考文献 162
第9章 未来展望 163
9.1 引言 163
9.2 建模与仿真技术的深化 163
9.2.1 下一代力/推力模型的探索 163
9.2.2 多物理场耦合仿真与数字孪生技术的应用 164
9.2.3 复杂几何结构与系统动力学先进仿真工具 164
9.3 驱动、控制与执行智能化的革新 164
9.3.1 计算驱动技术的持续演进 164
9.3.2 智能化电流分配与多轴协同控制 165
9.3.3 先进测量技术与多传感器信息融合 165
9.3.4 分布式驱动与多传感融合控制的智能体技术展望 165
9.4 新一代设计、制造与系统集成理念 166
9.4.1 整体化与并行优化设计策略的深化 166
9.4.2 模块化与可重构平面电机技术的发展 166
9.4.3 新型材料与先进制造技术的探索与应用 166
9.4.4 高效智能热管理解决方案的革新 166
9.5 拓展应用领域与新兴市场机遇 167
9.6 总结与展望 167
参考文献 168