含扇形永磁体的直动式电磁机构因其可靠性高、驱动快速等特点被广泛应用于各行各业,尤其在航空航天领域,含直动式电磁机构的电磁阀是飞行控制系统的关键执行元器件,输出力与保持力是其重要的技术指标。如何获得更大的输出力与保持力,实现产品的稳健一直是该领域的研究重点。当前含扇形永磁体的直动式电磁机构在总体设计阶段主要依靠研究与设计人员的经验,针对性系统性的设计指导思想缺失;在参数、容差优化设计阶段通常使用有限元为代表的数值法和集中参数模型为代表的磁路法计算核心的电磁机构电磁吸力,其中有限元法在计算精度方面具有较大优势,但耗费计算资源多,计算周期较长,而集中参数建模方法尽管具有计算周期短的优点,但计算精度低,在应对以万次计的稳健设计过程中,以上两种方法均难以达到计算效率与计算精度的平衡,导致目前针对该类电器的稳健性设计效率较低。因此,本文针对电磁阀等电器电磁机构总体设计落后、稳健设计效率低的问题,开展含扇形永磁的直动式电磁机构设计方法与分布参数计算模型研究。首先,提出了基于工作气隙分析的直动式电磁机构设计方法。分析以电磁阀中电磁机构为代表的典型传统电磁式与含永磁体电磁机构的结构特点,对电磁阀电磁机构进行分类;根据各类电磁机构工作气隙磁阻特点,分析吸力特性曲线规律。给出基于工作气隙分析的电磁机构设计方法。然后基于电磁机构工作气隙分析,建立吸力特性计算模型,研究电磁机构衔铁在释放位置处吸力与线圈安匝数的关系;运用基于工作气隙分析的直动式电磁阀电磁机构设计方法,进行高性能直动式电磁阀电磁机构的新结构设计,通过有限元仿真与样机实测,对设计方案进行了验证。其次,建立了扇形永磁体电磁机构分布参数模型。基于有限元仿真结果对扇形永磁体磁力线的分布特征进行分析,确定永磁体在直角坐标系下各向中心磁场的划分依据;根据磁力线分布特征,建立基于磁力线分布的开路扇形永磁体分布参数模型;将开路扇形永磁体分布参数建模方法应用于电磁机构中,建立典型含扇形永磁体直动式电磁机构分布参数模型,给出永磁体各段磁感应强度的求解方法。以典型含扇形永磁体直动式电磁机构为例,使用分布参数模型求解电磁机构各分段位置处的磁感应强度以及电磁机构产生的吸力,验证了含扇形永磁体电磁机构分布参数模型的准确性。再次,提出了基于Kriging基函数预判的电磁机构分布参数模型计算精度提升方法。以Kriging插值方法为基础,通过调整基函数来适应电磁机构漏磁导误差变化,将基函数漏磁导计算数据与误差变化量数据对比以选择合适的基函数。在得到Kriging插值基函数之后,确定误差项、衔铁行程与Kriging插值方法修正误差之间的函数关系,得到对漏磁导误差项进行补偿的方法。使用PIP（Predictive Identification Program）方法优选Kriging基函数类型,对漏磁导误差数据进行预判,进一步提升运算效率。将经过误差修正的漏磁导与软磁磁阻数据代入电磁机构分布参数模型进行吸力计算,验证了该方法对电磁机构分布参数模型计算精度的提升效果。最后,研究基于分布参数模型的含扇形永磁体电磁机构稳健设计方法。通过电磁机构分布参数模型,采用基于小生境的多目标粒子群算法以及遗传算法,对扇形永磁直动式电磁机构进行多目标参数优化设计;对典型电磁阀中的直动式电磁机构进行稳健参数设计与容差设计,分别通过信噪比、灵敏度及贡献率分析,确定关键设计参数的最佳组合值及其公差大小。随机生成稳健参数设计与容差设计前后的虚拟样本,计算保持力与输出力分布并与设计前性能参数进行比较,经过稳健参数设计与容差设计后,直动式电磁机构的保持力与输出力的稳定性均得到明显提升,验证了基于分布参数模型的稳健设计方法计算效率。本研究对于电磁阀等机电元件中含扇形永磁体直动式电磁机构的设计、分析和优化具有理论意义和实用价值,其分布参数模型的建模思想亦可应用于其它直动式电磁机构建模分析与设计过程中。