随着稀土永磁材料钕铁硼的发现和电机控制技术的发展与完善,在某些需要高精度、高速度、高加速度等直线运动场景中,永磁直线电机已经体现出其他电机所无法比拟的优势。从直线电机本体设计角度看,以往科研工作者的研究重点通常集中在输出推力较小的单边永磁同步直线电机及其推力波动的优化,而本文的侧重点是在双边永磁直线电机设计上,可以简要概括为:介绍了直线电机的优缺点及各个发展阶段,对比了目前国内外主要厂家最新直线电机产品性能,总结了国内外科研机构关于直线电机的最新研究成果;也重点介绍了国内外专家和学者对减小直线电机推力波动提出的结构与控制方面的新方法与新理论。详细阐述了用解析法设计每双边永磁直线电机的过程,包括两种双边有铁芯直线电机和一种双边U型无铁芯永磁直线电机;对于双边有铁芯直线电机分别进行了初级硅钢片齿与槽、线圈排列方式的设计,对于次级则进行了永磁体和磁轭的设计;分类讨论双边无铁芯U型直线电机各种类型绕组。通过引入电机内部电磁场定理,将第一种双边有铁芯直线电机的磁场模型简化为单边永磁直线电机磁场模型,得出了这种直线电机内部各个组成结构的磁通密度数学表达式;对于双边无铁芯永磁直线电机则分别采用了等效磁化电流法和等效磁势法,给出了初级与次级间气隙的磁通密度数学表达式。使用电机常用有限元分析软件ANSYS Maxwell,分析电机的空载与负载输出推力、磁场分布、磁通路径、铁损、铜损等;简要阐述了传热学基本理论,给出了电机各个部分材料的导热系数和等效导热系数及电机与空气之间的换热系数,同时使用ANSYS workbench中内置的Maxwell和Steady-thermal模块,对每种电机进行了电磁学和热力学的耦合仿真,得出了电机在稳定工况下各个部分的温度值。组装了一台双边U型无铁芯永磁直线电机,并测量了在额定电流时的推力大小,并与有限元法得到的值做了对比,证明了这种电机设计过程合理性;用高斯计测出了各个部分磁通密度值大小。