音圈电机（Voice Coil Motor,VCM）是一种结构形式简单的永磁直线直流电机。电机基于安培力原理且线圈绕组为无铁心结构,具有简单的控制策略和稳定的推力输出特性,在直线驱动系统中应用广泛。由于音圈电机面临输出推力密度小的问题,较大的电负荷会使得电机绕组过热,导致绕组绝缘破坏及永磁材料退磁等问题。本文以提高电机推力密度为目的,对音圈电机的电磁特性进行分析及合理的优化,运用一种改进的自适应遗传算法进一步优化电机的多个结构参数。首先,根据音圈电机的结构类型,结合相关的研究基础和工程实际要求选择出一种适合高推力密度运用场合的圆筒音圈电机。在此基础上建立电机的等效磁路模型,通过非线性磁路计算出电机的工作气隙磁通密度,根据电机的工作原理进一步计算出电机的推力密度。采用有限元仿真软件建立电机的二维仿真模型,分析电机的静态磁场分布,与磁路模型进行综合分析。通过仿真结果发现,基于等效磁路模型计算电机的推力密度与有限元仿真结果相近,满足计算精度要求,能够应用于优化算法中作为目标函数进行计算,为后文的电机结构推力密度优化计算过程奠定基础。其次,为了提高电机的推力密度,本文提出了一种应用于圆筒音圈电机的半闭口结构。建立电机的有限元模型,验证了新结构的有效性。通过与原模型对比发现,半闭口结构改善了电机端部的磁回路,约束了电机端部工作气隙的反向磁通,使电机的推力密度得到有效提升。接着在结构改进的基础上,以电机输出的推力密度为目标,对电机的关键结构参数进行了灵敏度分析,研究各结构尺寸大小对电机性能的影响。制作了半闭口音圈电机的样机,搭建实验平台进行了静态推力测试。实验结果表明半闭口音圈电机的动子在不同位置的静态推力大小与理论计算结果接近,且较改进前电机的推力密度明显增加。最后,研究了遗传算法及自适应改进策略。由于传统的电机单一结构参数调整方法具有局部收敛的缺陷性,本文将遗传算法用于电机多个结构参数的优化。针对基础的遗传算法在优化过程中容易局部收敛的问题,本文将基础遗传算法的交叉和变异概率进行线性和非线性调整以提高算法的性能。采用改进的自适应遗传算法对半闭口音圈电机进行结构优化以找到最优方案。通过多次计算比较各种算法的性能,发现改进的自适应遗传算法具有更优的稳定性和计算结果。将优化方案代入有限元进行验证,仿真计算电机的推力密度较优化前有一定提高。