随着油层能量的降低和含水量的升高,对往复电潜柱塞泵举升技术的效率、举升力及安全节能等性能提出了越来越高的要求。然而,永磁直线同步电机作为动力机对系统整机性能具有重要影响。为获得往复电潜柱塞泵系统最佳驱动性能,本文以圆筒型潜油永磁直线同步电机为研究目标,结合校企合作项目“潜油永磁直线同步电机驱动柱塞泵采油系统开发”,开展新型直线电机磁极拓扑结构方案分析、电磁及结构设计、结构参数多目标优化设计等几方面研究,主要包括以下内容:(1)结合圆筒型潜油永磁直线同步电机(CSPMLSM)结构及工作原理,开展动子磁极拓扑结构方案分析,提出四种新型Quasi-Halbach永磁体环阵,对比分析了不同磁极结构下闭口槽、半闭口槽电机性能。分析了稳态磁场分布、空载气隙磁密、空载反电动势、定子齿磁密、永磁体涡流损耗、齿槽力波动等性能指标,最终确定以双层复合模块化磁极结构作为潜油永磁直线同步电机动子方案。(2)针对114系列圆筒型潜油永磁直线电机,开展潜油直线电机的设计研究。确定电机总体机构及极槽配合方案,对电机的主要尺寸、定子槽形、电枢绕组及永磁体进行设计。建立极坐标系下模块化Quasi-Halbach阵列空载气隙磁场解析模型,利用分离变量法求解标量磁位的偏微分方程,获得求解域一般表达式。完成永磁同步电机的初步设计后,利用Ansoft软件对设计的电机进行了瞬态磁场仿真分析,对电机的瞬态特性进行了相关分析,为电机的进一步优化设计提供了依据。(3)以电机推力及齿槽力为优化目标,开展电磁参数优化设计。利用DFSS部分析因设计实验方案并进行数据采集,对主要7个电磁结构参数进行显著因子筛选。针对电机性能指标与显著因子之间真实函数关系问题,采用响应面法拟合相应二阶响应模型并判定模型有效性。采用通过多目标遗传算法获得了Pareto最优解并得出最优结构参数组合。优化前后有限元仿真结果表明基于部分析因及响应面优化方法用于研究直线电机电磁结构参数优化是可行的。根据优化结果完成电机结构参数修正。