传统结构的永磁直线同步电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,简称PMLSM)普遍存在着动子质量大的缺陷,在很大程度上影响了动子的响应能力,此外由于传统结构磁路的限制,推力密度和效率进一步提升的空间有效,以上缺陷成为直线电机系统设计的瓶颈问题。本文通过合理的电磁设计,改变电机内的磁路,取消了定子和动子的轭部,形成了无轭型PMLSM,在大幅提升推力密度的同时,有效降低了动子铁心的重量,提高了动子的快速响应能力。本文建立了无轭型PMLSM的磁场解析模型,通过磁场解析模型求解了电机内各区域的磁场分布;基于保角变换法推导铁心开槽时的气隙相对磁导分布函数,从而得到铁心开槽时的的气隙磁场分布;在磁场解析模型的基础上,进一步得到绕组的磁链、反电动势,电机的推力等参数。分析了梯形、Halbach阵列永磁体对电机推力的影响,在定性分析的基础上,使用有限元数值法定量分析了永磁体结构参数对推力的影响,最后得到电机采用单层绕组和双层绕组时永磁体结构参数使得推力波动最小的方案。结合解析公式与有限元数值计算对无轭型PMLSM的定位力进行了优化,分析了定位力的组成成分;基于叠加原理,推导得出端部力与齿槽力的解析公式,得到最小化端部力与齿槽力的方法;通过改变铁心长的方法消除了定位力的基波,又通过双边定子错位的方法消除了定位力的二次谐波,并分析了错位位移对推力和法向力的影响。优化后的电机推力波动显著降低。将无轭电机与传统有轭电机进行了对比,凸显了无轭电机推力大、动子质量小、效率高的优点。参考传统有轭PMLSM的设计思路,总结了无轭型PMLSM的设计流程;进行了铁心、铁心绕组、定子永磁体的电磁设计、机械设计和实物制作;搭建了样机的静态特性测试平台,测试了样机的反电动势、定位力、静态力,实验结果与有限元计算结果基本吻合,达到预期设计目标。