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该文以在机器人自动装配领域中有着广泛应用的直线步进电机为对象开展研究.平面驱动装置可以用直线电机作为动力源.该文首先提出了一种圆筒型错片结构直线步进电动机方案.在介绍了其结构和工作原理基础上,应用线性等值磁路模型对该电机进行了解析分析.该结构电机的主要特点是采用径向分相方式.针对该电机的结构特点,通过不同的定子铁心的设计,实现了齿层参数的优化;建立了考虑轴向气隙的轴向磁网络模型,对轴向磁场分布进行了计算;研制了模型样机,分析了电机有关参数对轴向磁场分布影响的规律;对模型样机进行了实验研究,并与解析计算结果进行了分析对比.在分析单自由度直线步进电动机的基础上,该文提出了一种混合式(HB型)共永磁体的新结构二自由度平面直线电机方案.介绍了该电机的结构,分析了电机磁路特点,阐述了电机的工作原理,对电机不同通电方式时电磁推力进行了解析分析,并对电机在两个运动方向控制绕组同时通电时的磁干涉问题进行了研究.对实际样机进行了实验测试,并给出了测试结果.研究表明,用一台电机通过合理的磁系统设计可实现二自由度平面直线驱动,既减小了电机的体积,同时又具有行程大和高位移精度等特点.直线步进电动机常用的分析方法有气隙比磁导法和齿层比磁导法,气隙比磁导法常用于电机的线性解析分析,但由于没有考虑电机的饱和问题而使分析结果存在一定偏差,往往需要经验修正;齿层比磁导法考虑了电机气隙中和定转子齿内磁场分布的复杂性,采用电磁场数值计算的方法计算并建立齿层比磁导数据库,通过非线性磁网络模型求解电机的性能,这种方法虽然具有较高的计算精度,但计算量大、计算过程烦琐.实质上,气隙比磁导是齿层比磁导在齿层磁场未饱和时的一个特例.该文采用函数化处理的方法,将通过数值计算得到的齿层比磁导分解为恒定分量和各次谐波分量,分析了齿层参数及齿层磁势对齿层比磁导各次分量的影响规律.这为采用解析方法计算直线步进电动机的性能以及直线步进电动机的优化设计提供了依据.最后,运用齿层比磁导函数化方法对直线步进电动机的最大电磁推力特性进行了定量研究,分析了永磁体参数、齿层参数对混合式直线步进电动机永磁体工作点的影响,分别计算了不同永磁体参数和齿层参数时的最大电磁推力特性.对三相混合式直线步进电动机定位力进行了解析分析,分析了影响定位力的主要因素.根据齿层比磁导函数化结果,对定位力进行了量化计算,并对不同永磁体参数和齿层参数时的定位力的计算结果进行分析比较,得到了定位力的变化规律.