随着科学技术的革新以及工业的发展趋势,制造装备对其驱动和传动装置提出了更高的要求。利用直线电机直接驱动进给系统能极大的简化设备整体结构,提高传动效率以及控制精度。但传统直线电机在动力、成本和可靠性之间存在一定的制约关系,尤其在长行程,大推力,多轴驱动等应用场合,传统永磁直线电机的高成本极大制约其推广应用范围。近年来,一种新型的永磁直线电机——开关磁通永磁电机受到广泛的关注,该电机的永磁体和电枢线圈均放置在初级,次级只存在凸极铁心。短初级长次级的结构能使电机整体造价大大降低,尤其适用于大推力、长行程的进给系统,但该电机目前尚未得到广泛应用。本课题组在前期工作中设计了一种用于数控机床进给系统的开关磁通直线电机,在此基础上,本文结合理论分析,有限元数值仿真,实验研究,对该电机的动态特性进行研究。主要工作如下:首先对课题组所设计的一种互补型开关磁通永磁直线电机进行电磁场特性分析。根据确定的样机设计参数,建立电机二维瞬态电磁场有限元模型。分析电机空载情况下的空载反电动势、绕组匝链磁通;通过对模型加载不同电流密度和给定不同的运行速度,分析电机负载情况下的输出推力、铁心损耗,绕组铜耗等特性。然后对该开关磁通永磁直线电机的热特性进行研究。根据传热学的基本理论,建立开关磁通永磁直线电机的等效热路模型,对电机的各部分损耗以及温升进行理论计算。基于Ansys workbench软件平台,对该直线电机进行电磁—热耦合场有限元仿真,分析不同电流载荷下的温度场分布情况。研究各类电机的冷却系统,在此基础上设计三种开关磁通直线电机的冷却方式,比较其优缺点。对该开关磁通直线电机的驱动控制进行分析。建立电机的数学模型,确定电机的采用“i_d=0”磁场定向控制方法。由此建立电机驱动系统的整体结构,并设计其伺服控制器,采用前馈控制器提高响应速度;采用模糊滑模控制提高系统鲁棒性。结合Maxwell电磁场有限元模型,Simplorer驱动电路仿真模型,和Simulink控制电路仿真模型,对整体进给系统进行场路耦合仿真分析。最后对开关磁通直线电机的动态特性进行实验研究。在加工制造的样机基础上搭建其驱动控制系统,分析不同运行速度和负载下进给系统的驱动响应性能。建立开关磁通直线电机的温度检测系统,测试不同运行速度和负载下电机连续运行的温升变化情况,并设置端部风冷却装置测试其冷却效果。由此验证了课题组所设计的开关磁通永磁直线电机进给系统具有较高的功率密度,快速的动态响应性能和良好的跟踪控制精度。