由于高温超导技术能够推动电动机实现高效化和小型化,很早就被应用到电动机技术中。在旋转电机领域,现有研究成果已经证明了它的优越性。直线电动机追求高效,因而将高温超导技术应用到高推力直线电动机中更有必要。现有的高温超导直线电动机有各种不同的设计方案,有学者研究使用高温超导带材替代铜线制作直线电动机电枢,此类研究大幅减小了电枢的体积,但交流损耗问题也会影响到电动机的性能。也有学者研究使用高温超导块材或高温超导线圈制作同步直线电动机的磁极改善电动机的性能。这些研究大多局限于扁平型直线电动机,很少有研究圆筒型直线电动机的。而圆筒型直线电动机在约束条件下有着广泛应用,例如油泵、机床等方面。因此对其进行研究很有意义。现在对圆筒型直线电动机的实验研究仅限于使用高温超导绕组制作电枢,而使用高温超导材料制作圆筒型直线电动机的磁极仅有学者提出相关概念。本论文的研究就依照这样的概念,设计制作了由铜线绕制的圆筒型三相直线绕组与高温超导块材或高温超导线圈磁极构成的电动机模型。然后通过实验和仿真研究其力学特性。首先,测量了行波磁场以及高温超导块材的俘获磁场特性,实验研究了高温超导块材磁体在行波磁场作用下所受静态推力状况。在77 K时,一块YBCO块材以40 A的充磁电流磁化后,在电枢交流电有效值为10 A、频率为20 Hz时,可测得27.2 N的推力峰值。文中讨论了电枢交流电有效值和频率、充磁电流、运行时间、添加导磁体等因素对推力产生的影响,并且针对多块高温超导块材磁体所受推力和单块高温超导块材磁体所受感应推力进行研究。此外,也通过实验研究了高温超导块材磁体的运动状况。其次,介绍了高温超导线圈磁体的设计参数,实验研究了高温超导线圈磁体在行波磁场作用下所受静态推力状况。在77 K时,一个YBCO单饼线圈和一个YBCO双饼线圈在通40A的励磁电流后,在电枢交流电有效值为10A、频率为20 Hz时,可分别测得2.1 N和3.8 N的推力峰值。文中讨论了电枢交流电有效值和频率、励磁电流、运行时间、添加导磁体以及导磁体之间的间隙对推力产生的的影响,并且针对多个高温超导线圈磁体所受推力和单个闭合高温超导线圈磁体所受感应推力进行研究。此外,也通过实验研究了闭合高温超导线圈磁体的运动状况。最后,对高温超导磁极圆筒型三相直线电动机进行了理论分析和仿真计算。先是使用解析法对电动机进行分析,然后使用有限元法对电动机建模、计算,再将理论、仿真计算结果与实验结果对比,实现了对理论和仿真模型有效性的验证。通过该仿真模型还研究了高温超导线圈磁体结构参数对推力的影响,包括线圈匝数与高度,导磁体的尺寸等。此外,也通过仿真研究了圆筒型三相直线绕组类型对推力的影响。本论文为高温超导直线电动机技术的深入发展开拓了新的研究方向,为高温超导圆筒型直线电动机提供了设计依据,推动此类型电动机大型化和实用化的研究进程。