永磁同步平面电机是一种能够利用电磁能控制动子在平面进行多自由度运动的新型电机,与传统的平面运动机构相比,具有结构简单、出力稳定、运动精度高、损耗小等优点,在集成电路设计、精密仪器加工制造、精密测量等行业都有着广泛的应用,成为近年来各个国家争相研究的热门方向。平面电机的典型应用为光刻机,平面电机作为光刻机驱动单元的重要组成部分,其运动稳定性、定位精度、响应速度等指标直接决定了光刻机的性能。本文将介绍一种永磁平面电机的机械结构、工作原理、电磁分布、驱动设计及整体控制等,并通过仿真对研究结果进行分析。首先,本文介绍了该平面电机的整体结构,包括动子平台结构、定子平台结构、驱动单元结构、线圈绕组等,分析平面电机的工作原理。采用一种直线型Halbach永磁阵列提供气隙磁场,并通过有限元仿真分析永磁阵列产生的气隙磁场分布,对气隙磁场的水平和竖直分量进行分析,并讨论了永磁体厚度、排列方式等因素对磁场分布的影响。其次,为了得到平面电机各个位置的磁场强度,建立Halbach永磁阵列的物理模型,采用等效电流法推导了其空间磁场分布公式,并根据空间磁场分布公式计算电磁推力与运动线圈的反电动势,之后又对瞬态和稳态下的电压和推力平衡方程式进行了推导,最后在ansoft软件中搭建平面电机驱动单元的三维模型,通过三维有限元仿真查看永磁阵列产生的空间磁场分布,并对通电绕组在不同位置下的电磁推力进行仿真,将仿真结果进行拟合,得到了驱动线圈绕组提供的水平推力与竖直推力之间的关系。再次,根据平面电机驱动单元的结构,设计平面电机的驱动电路,为了减小电流纹波,实现较高的定位精度,驱动电路的开关频率较大,因此带来不少的高频谐波,采用RC低通滤波器对其进行滤波,同时提出了一种基于时间权重系数的电流切换方法,与直接切换法相比,大大减小了切换带来的线圈电流波动。最后,本文结合平面电机的整体控制模型,对平面电机的电磁推力和线圈电流进行解耦分配,分析了由平面电机位置到电磁推力再到线圈绕组电流的控制过程,并建立平面电机动力学模型,对平面电机各自由度的定位情况进行了仿真。