传统直线作动器多为“滚珠丝杠”等中间执行机构与旋转电机结合构成,新型直线电机作动器运用电磁原理,相较于传统直线作动器具有结构简单、高动态特性、低噪声、高效率等优点。随着永磁材料的不断发展,控制技术及算法的深入研究与不断优化,永磁直线电机技术在高精密机床、汽车主动悬架、电磁导弹弹射、磁悬浮列车等领域得到了广泛且成功的应用,显现出传统直线作动器无法比拟的优势。本文综述了永磁材料的研究现状和直线电机的特点及发展,对比传统直线作动器,设计了一款结构简单,具有大推力,高加速度与速度的双边型长初级短次级结构的有铁心永磁同步直线电机。本文主要内容如下:首先,根据直线电机的初始设计目标,对直线电机进行了结构设计。主要包括,对初级硅钢片的结构尺寸,初级的槽和齿,绕组绕线及其相关参数进行设计;对次级结构尺寸,永磁体选择及其相关尺寸参数进行设计;对气隙进行设计等。通过理论分析,为满足设计要求,给出了双边长次级有铁心永磁同步直线电机的初始设计方案。其次,在设计过程中,基于麦克斯韦方程组,采用永磁体的等效替代,引入矢量磁位,对双边长次级有铁心永磁同步直线电机进行了物理建模,对模型优化后进行磁场解析;此外对直线电机受到的磁阻力,即端部力与齿槽力进行了分析与优化设计。阐述了电磁仿真基本理论与方法,使用有限元软件Maxwell对所设计的双边长次级有铁心永磁同步直线电机进行了电磁场仿真,包括对静磁场、磁阻力、端部力、空载、负载的仿真分析;说明了传热学基本定理,创建了直线电机的温度模型,进行温升计算分析,并使用有限元软件Ansys对直线电机进行温度场与电磁场的耦合仿真分析。最后,经过理论分析与有限元仿真,试制并组装了一台双边长次级有铁心永磁同步直线电机原理样机,完成了试验平台的搭建,对电机进行空载速度试验和负载推力试验,验证电机符合速度和推力的设计要求,阐明电机理论分析与设计方法的正确性与合理性。