高精密机床等高端精密装备通常采用无铁芯直线电机作为动力源,虽然无铁芯直线电机与有铁芯直线电机相比具有推力波动小、动态性能好、定位精度高等优点。但是其仍然存在一定的缺点,例如其推力较低,且其推力波动也仍有继续改进的余地。在高精密机床的应用背景下,高精度的加工指标也要求无铁芯直线电机可以提供较高的定位精度,故其推力波动应该非常小。为了达到本文所预期实现的目的,本文从以下几个方面进行了了研究。建立了无铁芯直线电机基于等效磁势法与等效磁化强度法的数学模型,分别推导出了电机内部气隙磁场的解析公式。选取了更接近于有限元计算结果的求解算法,并基于此算法研究了当无铁芯直线电机采用不同参数时,电机气隙处磁场谐波含量的变化情况。分析了无铁芯直线电机采用叠式与非叠式等不同绕组结构的特点,推导出了其推力公式,并根据推力公式求得了无铁芯直线电机推力密度的分布情况。对比了采用不同绕组结构对电机推力密度的影响,对影响电机推力谐波成分与含量的因素做出了研究。对采用常规磁极布置的无铁芯直线电机气隙磁场波形幅值较小,正弦性不够好的缺点,提出一种新型磁极结构布置方案。利用Ansoft Maxwell软件做出了无铁芯直线电机的仿真计算,结果说明采用该新型磁极布置的无铁芯直线电机比采用常规磁极布置的无铁芯直线电机推力更大,推力波动更小,且此新型磁极布置的方式在工艺上也易于实现。给出了无铁芯直线电机设计的大致方案与加工参数,对该电机所采用的永磁体材料做出了性能的对比与加工。对直线电机中的背轭与U型槽进行了强度校核,完成了样机的制作。给出了无铁芯直线电机重复定位精度测试的实验方法,并在实验平台上做出了实验测试。本文所研制的新型磁极布置的无铁芯直线电机,经过实验测试,发现其比常规磁极布置下的无铁芯直线电机的定位性能更优越,这对提高其在机床中应用有十分积极的影响。