在集成电路制造领域,为实现对硅片的加工和检测,运动台需要承载硅片进行三自由度大行程运动,包括沿x、y轴的大行程平动和绕z轴的大角度旋转。针对上述运动需求,本文以圆形线圈无铁心永磁平面电机为研究对象,利用圆形线圈的旋转不变性,采用洛伦兹法则对其进行电磁建模,得出满足平面电机运动控制需求的实时解析模型。然后,利用基于Moore-Penrose伪逆法的电磁力和力矩解耦策略,以电机连续最大功耗最小为评价指标,对平面电机参数进行优化设计。依据设计结果,加工制作了实验样机,并基于样机平台对本文提出的实时电磁模型进行了验证,模型计算结果与实验结果一致;电机进行电磁力和力矩解耦时,最大出力误差小于6%。最后,利用样机实现了100 mm×100 mm的面内大行程平动和绕z轴360°转动,验证了电磁模型与电机结构的有效性。