双定子直线旋转永磁(Double stator linear and rotary permanent magnet,DSLRPM)电机是一种新型两自由度直线旋转电机,该电机结合了永磁旋转电机和永磁直线电机的优点,实现了直线、旋转和螺旋运动,具有结构简单紧凑、机械集成度高、体积小、功率密度高、定位精度高和易于加工制造等特点,在高精度要求的汽车自动换挡变速箱、多座标加工中心、机械手臂等领域具有广阔的应用前景。本文以DSLRPM电机为研究对象,分别对其设计理论、电磁特性、结构参数优化、磁场和电磁推力/电磁转矩解析分析、数学建模与控制策略、实验平台等关键理论和技术进行全面深入的研究,并通过仿真与实验进行验证,为DSLRPM电机在机器人、加工机床等工业领域的应用提供一定的理论与技术基础。论文研究内容主要包括以下几个方面:1.详细分析DSLRPM电机结构、电动和发电运行工作原理,在此基础上推导DSLRPM电机的功率尺寸方程、永磁磁势及电磁推力和电磁转矩的一般关系。根据功率方程,提出DSLRPM电机的初始设计方案,为DSLRPM电机的通用设计奠定理论基础。2.基于三维有限元方法,研究9/8极和12/10极DSLRPM电机的电磁特性和负载特性,包括磁场分布、气隙磁密、空载永磁磁链、感应电动势、绕组电感、齿槽转矩与定位力、输出转矩和推力、输出功率等,比较有限元计算与理论分析结果,验证DSLRPM电机电磁设计方法的正确性。3.研究端部和正交磁场对DSLRPM电机性能的影响。对于DSLRPM电机长动子短定子结构,分析端部磁场畸变对电机静态和动态性能的影响,得到最优端部结构。对于DSLRPM电机动子铁芯中存在的正交磁场,建立正交磁场影响分析的有限元模型,研究正交磁场下铁芯的磁化特性,并通过实验比较验证有限元和理论分析的有效性和正确性;在此基础上结合2D有限元方法,建立基于正交磁场铁芯磁化特性的DSLRPM电机等效2D有限元模型,优化动子轭和永磁体厚度,为合理利用DSLRPM电机空间和提高电机功率密度奠定理论基础。4.基于直角坐标系,通过求解Maxwell方程、保角变换和等效磁路方程,提出考虑正交磁场影响的DSLRPM电机解析计算方法,并对DSLRPM电机的气隙磁场、齿槽转矩、定位力、电磁推力及电磁转矩等进行解析计算,比较解析计算与有限元分析结果,验证解析计算模型的准确性和有效性。5.建立DSLRPM电机在定、转子坐标系下的数学模型,提出DSLRPM电机矢量控制策略。基于MATLAB/Simulink软件建立DSLRPM电机控制系统的仿真模型并进行矢量控制仿真研究,验证数学模型和控制策略的正确性。6.设计开发DSLRPM电机电动和发电运行控制系统硬件电路,包括主功率电路、控制电路、检测电路、保护电路和驱动电路,在此基础上,设计研发电动和发电运行的控制软件,为搭建和测试DSLRPM电机运行系统奠定硬件和软件基础。7.构建DSLRPM电机电动和发电运行系统实验平台,对DSLRPM电机电磁特性、矢量控制策略和发电运行特性进行实验研究,验证DSLRPM电机设计和分析理论及其控制系统的有效性和正确性,为DSLRPM电机的进一步深入研究和工业领域应用奠定基础。