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两自由度直线旋转电机(Two-degree-of-freedom Linear and Rotary Motor,2-DOF LRM)是一种新型电机,可替代两个或者多个单自由度电机及其传动机构实现直线运动、旋转运动及螺旋运动,具有体积小、成本低、效率高的优点,在工业领域具有广阔的应用前景,对2-DOF LRM进行研究具有重要的理论意义和实用价值。本文提出一种新型双定子直线旋转两自由度永磁同步电机(Two-degree-of-freedom Linear and Rotary Permanent Magnet Synchronous Motor,2-DOF LRPMSM),对其运行机理、基本结构、电磁设计、静态特性等方面进行研究,主要包括：(1)基于国内外相关文献,分析已有2-DOF LRM电机的结构特点,结合外转子永磁旋转电机和圆筒型永磁直线电机的结构,提出一种新型双定子直线旋转两自由度永磁同步电机,该电机采用径向组合式结构,由外到内依次为直线驱动单元定子、动子(转子)及旋转驱动单元定子,同时具有内外两个气隙。(2)分析2-DOF LRPMSM的运行机理,建立旋转驱动单元和直线驱动单元在定子ABC和转子dq0两个坐标系下的数学模型,总结2-DOF LRPMSM设计特点,推导理论分析公式,并对旋转驱动单元和直线驱动单元进行电磁参数设计。(3)利用有限元计算方法,对旋转驱动单元和直线驱动单元进行二维电磁场和对2-DOF LRPMSM进行三维磁场分析,揭示电机内电磁场的分布规律,分析永磁磁链、感应电势、电感特性和静态转矩／定位力等物理量的变化规律。(4)以减小齿槽转矩和定位力为目标,对2-DOF LRPMSM旋转驱动单元和直线驱动单元的结构参数进行优化,包括极槽配合、极弧系数等,并提出在齿冠开槽的方法来减小齿槽转矩,和增加端部齿宽度的方法来减小定位力。