直线电机具有精度高、加速快、长行程等特点,并可实现数控机床伺服系统‘零传动’。相比其他类型直线电机,永磁直线同步电机作为伺服电机有其很大的优势,但存在的法向力波动的问题,尤其用于高速高精度机床伺服进给系统时会使进给工作台产生振动或共振,而影响整个伺服系统的性能。本文对减小法向力波动幅值的方法进行了系统的研究。本文介绍了永磁直线同步电机的基本结构、设计原理以及应用于永磁直线同步电机的各类绕组结构进行分类研究。通过推导永磁直线同步电机气隙磁密、推力与法向力计算公式,论证磁阻力是产生法向力波动的原因,并对磁阻力各分量进行研究,为减小磁阻力的优化方案提供理论基础。采用斜极或V型极的方法优化永磁体结构。采用傅里叶回归分析法对离散端部力进行拟合计算,通过求出的傅里叶级数形式的端部力计算公式推导出初级优化长度值。采用有限枚举方法计算出端齿斜角优化的尺寸值。通过仿真计算论证优化设计的有效性。基于单元电机移相理论,并针对单元电机法向力波形主要以二次谐波为主的特点,采用对单元电机相互移相120度电角度方法减小法向力波动的目的。通过修改原6极36永磁直线同步电机尺寸,并对其中某些特定齿之间用隔磁材料加长达到移相的优化目的。采用在一对极下以6段永磁体拼接的Halbach阵列优化6极36槽永磁直线同步电机次级永磁体,应用该优化设计可实现减小气隙磁场的谐波分量,进而削弱法向力的波动幅值。