优化设计参数以提升平面电磁致动器性能

基于直线电机原理的平面电磁致动器广泛应用于微纳定位应用。这些致动器通常采用由共面电磁线圈驱动的平面磁平台。虽然这些致动器提供大范围运动和高定位分辨率，但由于电磁刚度相对较小，其致动带宽受到限制。我们报告了对电磁线圈和磁组件设计参数的优化，以最大化电磁力和刚度。首先，我们推导了电磁力和刚度的闭式表达式，使我们能够将这些量表示为致动器设计参数的函数。其次，基于这些推导出的表达式，我们估算了最大化力和刚度的设计参数最优值。值得注意的是，对于最优设计参数，通过将电磁线圈的节距减小 10 倍，单位体积的力和刚度可分别提高两个和三个数量级。最后，我们开发了一种电磁致动器，并使用基于微机电系统 (MEMS) 的力传感器评估其性能。通过在反馈回路中操作力传感器，我们精确测量了不同致动器设计参数下产生的电磁力。获得的实验结果与分析值高度一致，误差小于 15%。