利用旋转电机和滚珠丝杠实现直线运动的方式,已难以满足高速和高精度的进给系统要求,而直线电机却可以很好地胜任。本文研究的开关磁通永磁直线电机具有功率密度高、次级结构简单和鲁棒性强的优点,可解决传统永磁直线电机在长行程进给系统应用中存在的材料浪费现象。但是开关磁通永磁直线电机边端效应的存在带来了推力波动大的问题。通常削弱边端效应的方法是引入辅助齿,这种方法设计复杂,时间成本高,因此研究一种简单有效的削弱边端效应的方法具有重要意义。并且传统的U型铁心由于多模块和相邻永磁体间存在的强大斥力会带来制造和装配上的困难,所以采用一种新的铁心形状设计也十分有必要。本文首先介绍了国内外文献中关于开关磁通永磁直线电机在结构优化和分析方法上的研究现状;深入研究了一种新的削弱直线电机边端效应的优化方法,该方法仅需优化端部永磁体的宽度;采用了一种有磁桥结构的初级铁心形状设计,可使得初级铁心为一个整体,解决了加工和装配上的困难;引入了磁路互补设计,削弱了三相绕组反电动势的谐波。其次,对开关磁通永磁直线电机的工作原理和平均推力方程进行了推导,计算得到了初始电机参数;建立了电机的等效磁路模型,并用有限元方法验证了不同气隙长度、不同铁心叠厚等情况下该模型的正确性;建立了电机的有限元模型,通过单参数有限元方法得到了削弱边端效应的最优端部永磁体宽度,通过有限元方法和响应面方法的联合,得到了永磁体宽度、初级齿宽和次级齿宽的最优值,不仅电磁性能达到了设计要求,还大大减少了永磁体的使用量。最后,进行了样机结构设计和加工装配,分别搭建了空载和负载的实验平台;测量了不同运行速度时三相空载反电动势的波形,以及不同负载情况下电磁推力的波形,并与有限元的仿真结果进行对比,验证了本文对开关磁通永磁直线电机电磁特性优化设计方法研究的正确性。