中文摘要：

全面研究一类低成本高推力密度开关磁链永磁直线电机及其驱动系统，提出多种新型结构，具有成本低、推力密度高、容错性好、弱磁能力强、隔磁方便、结构模块化等优点，非常适用于高速长行程直线运动场合。通过系统分析圆筒型、平面型等不同开关磁链永磁直线电机，以减小永磁体用量和增大推力密度为优化目标，提出每极多齿、辅助齿、大槽式、混合励磁、多相绕组、定子模块化等创新结构，并研究其实用技术；基于集中参数磁路法与有限元法，建立电机与驱动控制整体分析模型，系统研究槽数/极数配合、绕组型式、结构尺寸对电机性能的影响，建立该类电机优化设计通用理论；建立磁场温度场耦合的分析模型，计算铁芯与永磁体的涡流损耗，研究永磁体内温度场分布，提出结构优化措施避免出现局部失磁；建立电机闭环控制系统，研究矢量控制、直接推力控制等控制策略，提出推力波动补偿措施，提高系统动静态性能；制造2种典型样机并应用于实际工业设备。

结论摘要：

针对长行程直线运动场合，全面研究一类开关磁链永磁直线电机及其驱动系统，提出每极多齿、横向磁通、辅助齿与大槽式等新型结构，系统具有低成本、大推力密度、高容错性、强弱磁能力、隔磁方便与结构模块化等优点。项目制造了2种典型样机，发表杂志论文21篇(其中SCI收录8篇，EI收录11篇)，国际学术会议论文5篇(EI收录4篇)，授权发明专利2项，申请发明专利1项，培养中青年人才1名、毕业博士4名与硕士2名，作为主要组织者协助举办国际会议(LDIA2013)。 主要内容基于减小永磁体用量，提出每极多齿、辅助齿与大槽式新型开关磁链永磁直线电机，系统分析在圆筒型与平面型中的具体结构与设计方法，突出其与旋转式结构的不同之处及实用技术；基于有限元计算不同槽数/极数配合与绕组型式时电机的反电势与推力等电磁性能，系统研究槽数/极数配合、绕组型式、结构尺寸对电机性能的影响，分析电机推力波动的主要因素及抵制措施，重点讨论了采用端部辅助齿与调节端部齿位置与大小的抵制方法;以高推力密度与低推力波动为目标，选择出优化方案，建立该类电机优化设计通用理论；建立磁场温度场间接耦合的分析模型并计算电机的主要损耗，研究电机各部分温度场分布，尤其是永磁体内的温度，优化结构并合理选择额定参数来避免出现局部失磁；基于集中参数磁路法，建立电机与驱动一体的闭环控制整体分析模型，仿真分析矢量控制、直接推力控制等控制策略时电机的性能，并与同容量普通永磁直线电机进行对比，找出该类电机的参数特点以及功率因数低的原因，并给出推力波动补偿措施，提高系统动静态性能，制造了同推力大小的每极多齿开关磁链永磁直线电机与普通永磁直线电机，两者进行了详细的对比实验，并将应用于磨床、捣固机与立体车库平移机构这三种实际设备。