以直线电机为核心的直驱系统能直接将电能转换为直线运动机械能,高度适配于有直线运动需求的领域。直驱系统取消了电机到工作台之间的中间传动机构,有效提高了系统的整体效率和集成度。而圆筒型直线电机具有易克服单边磁拉力、无横向边端效应和绕组利用效率高等优点,特别适合用作无杆采油系统中潜油螺杆泵的动力源。但是由于直线电机本身的结构特点,其存在推力波动较大的缺陷,这是由边端效应、齿槽效应和绕组参数三相不对称等因素共同导致的。本文以无杆采油系统为研究背景,对潜油式圆筒型永磁同步直线电机的极槽配合、推力波动来源与削弱措施、电机的多目标优化等关键问题进行研究,主要包括以下内容:首先,研究了圆筒型永磁同步直线电机的极槽配合及绕组分布。基于单元电机理论对圆筒型永磁同步直线电机极槽配合的可选范围进行了研究。针对圆筒型直线电机特殊的饼状绕组,通过槽电动势星形图研究了其分相方法和绕组系数计算方法,并分析了影响绕组系数的主要因素。最后通过有限元分析对不同极槽配合的直线电机模型进行了仿真,验证了理论分析的正确性。其次,研究了圆筒型永磁同步直线电机推力波动的来源及削弱措施。与旋转电机相比,圆筒型直线电机不仅存在由电动势谐波和齿槽力引起的推力波动,同时也存在由定子铁心开断和定子绕组参数三相不对称引起的推力波动。本文对推力波动的各种来源进行了理论分析,并针对各个来源提出了相应的削弱方法。针对电动势谐波产生的推力波动,采用优化极槽配合、定子铁心分段和不均匀气隙等方法加以削弱;针对齿槽力采用优化极弧系数、定子铁心轴向分段和分数槽等方法加以削弱;针对边端力采用优化定子铁心长度的方式加以削弱;针对绕组三相不对称通过添加边端齿来加以改善。最后以36槽直线电机为例,搭建了12极、13极、14极、15极和16极五种极槽配合的有限元模型,验证了各种推力波动抑制方法的有效性。最后,对一台油田柱塞泵专用的12极36槽潜油式圆筒型永磁同步直线电机进行了样机实验。针对该直线电机在实际应用过程中存在着推力波动过大的问题,通过改变极槽配合和采用多目标遗传算法（NSGA-Ⅱ）对模型进行了多目标优化设计,在不减小平均推力的前提下,将推力波动减小到5%以内。