横向磁通永磁直线电机兼具永磁电机与横向磁通结构的优点,具有推力密度大、设计自由度高、各相解耦、容错性能好等优点,在油田开采、轨道运输等低速大推力领域具有广阔应用前景。由于我国渤海油田机采方式面临低产低效的困境,需要大推力直驱采油系统来提高采油效率,因此本文根据往复式潜油电泵系统对驱动电机的应用要求,设计了一种横向磁通结构的永磁潜油直线电机,并对其基本电磁性能、结构参数优化、电磁振动特性展开研究。针对往复式潜油电泵系统对直线电机低速、推力密度大的设计需求,通过对不同绕组排列方式、永磁体安放位置、充磁方式等对比研究,初步确定了圆筒状交替极型横向磁通永磁潜油直线电机基本结构,阐述了该电机的运行原理,分别利用磁路法与气隙磁导分组叠加的解析方法计算气隙磁密,总结了两种方法的差异,推导了磁场、反电势、定位力、推力密度、功率尺寸方程的数学表达式。为验证理论分析的正确性,建立电机三维有限元模型,通过仿真计算说明了电机的三维磁场与漏磁场的分布特征,分析了电机空载磁链、反电势、定位力与推力的波形特征及其谐波分布,研究了永磁体高度、永磁体轴向方向长度等关键尺寸参数对磁链、反电势、定位力的影响规律,得到各结构参数的取值范围。为提高电机的综合电磁性能,对电机的关键尺寸参数进行多目标优化设计,采用代理模型结合遗传算法寻优的研究方法,通过最佳空间填充设计方法安排实验,由实验结果构建Kriging代理模型,利用多目标遗传算法对代理模型进行迭代寻优,优化结果表明优化后的电机推力密度提高,定位力峰峰值降低,同时与传统纵向磁通永磁潜油直线电机的推力密度对比,结果表明在保证相同初、次级外径的条件下,横向磁通结构永磁体推力密度更大。针对潜油直线电机运行过程中出现的振动问题,对优化后的电机结构展开电磁振动分析,在研究电机的径向电磁力波的时空分布特性与频谱特性的基础上,分析次级静偏心故障下对径向电磁力与轴向电磁力的影响规律,并对电机初级进行模态与谐响应分析,给出了初级前4阶振型及频率,通过谐响应分析得到在电磁力作用下初级齿部及外表面的振动响应。