永磁同步直线电机（Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,简称PMLSM）因其结构简单,动态特性好,力能指标高,推力密度大等特点越来越成为了直线电机领域的研究主流。但是,PMLSM中存在齿槽力和端部铁心开端造成的端部力,造成运行时具有推力波动,这会影响电机在运行时定位精度;同时,长次级结构的PMLSM永磁材料用量多,电机成本高,这影响了电机的推广应用。基于此,本文以降低PMLSM的推力波动与制造成本为目标,对电机开展全面的优化设计研究,论文中的主要工作如下:1、分析了交替极和Halbach磁极这两种特殊的磁极结构在电机中的发展和应用。为结合交替极磁体阵列高永磁利用率和Halbach磁体阵列聚磁的特性,提出一种采用Halbach交替极磁极结构的PMLSM。首先介绍了Halbach交替极的拓扑结构,并对其磁路进行分析,随后,建立有限元模型,全面对比分析同尺寸参数下9槽8极PMLSM在分别采用传统NS磁极结构与Halbach交替极结构时电机的齿槽力、端部力、反电动势、输出推力、效率与功率因数等基本性能参数,得到Halbach交替极PMLSM（Halbach Consequent Pole Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,简称HCP-PMLSM）的性能特点。2、针对HCP-PMLSM的复杂性,对其结构参数展开全面优化,首先分析其初级绕组结构与绕组系数,然后分析对比不同槽极配合下HCP-PMLSM的性能表现,选取符合大推力,低推力波动,适合低速长行程场景的槽极配合为研究对象,最后以高推力,低推力波动为优化目标对其次级的各磁极结构参数展开多目标优化。3、与传统NS磁极的PMLSM（NS-PMLSM）相比,HCP-PMLSM齿槽力大、反电动势谐波多,最终造成推力波动偏大,这将影响电机的控制性能和运动的平顺性。针对HCP-PMLSM推力波动偏大的缺点,提出一种适用于HCP-PMLSM的多台互补拓扑结构,可以在不降低电机输出推力的同时大幅降低推力波动。首先,介绍了其拓扑构成,然后通过理论分析与有限元分析研究推力波动的抑制原理,最后,分别探讨了应用边与双边互补结构时对HCP-PMLSM的推力波动抑制效果。4、研制HCP-PMLSM样机,设计并搭建实验平台,对HCP-PMLSM样机进行了空载反电势、定位力、静推力的测试,以验证文中理论分析与有限元仿真的正确性。