永磁同步直线电机作为新型直线运动单元,其自驱动,无中间传动环节的结构使得本身具有定位精度高,速度快等优点。随着制造业的发展,直线电机已经成为现代装备中的主要功能部件。但是特殊结构所产生的端部效应和齿槽效应却对输出性能有很大影响,研究这些扰动因素的影响并加以优化,可以使得电机在更低的成本下获得好的性能。本文从直线电机的结构出发,分析其纵向磁阻力的主要影响因素,得出影响端部效应力和齿槽效应力的主要结构参数。并通过有限元仿真建模方法,重点分析空载情况下,端部效应和齿槽效应的分布特性。根据电机学理论,提出改善空载推力波动的方法。另一方面,基于移相叠加的原理和减少控制成本的考虑,设计了一种新型的圆筒型直线电机结构,并进行有限元仿真,观测其对推力性能的优化效果。借鉴永磁旋转电机的直接转矩控制方法,建立了永磁同步直线电机的直接推力控制模型,并在simulink模块中搭建系统,得到初步的响应值,验证其控制性能的可行性。最后利用已有的直线电机设备,设计试验平台和试验方案,验证推力的实际特性和新结构的效果。本文的主要创新点在于:在对永磁直线电机的推力性能的分析的基础上,利用移相叠加的思想,设计出了一种新型的圆筒型结构的直线电机。通过用有限元模型仿真证明,同普通平板型直线电机相比,在相同电流下其推力更大,波动力更小,结构更紧凑,体积更小。这样可以在保证精度的前提下,减少控制成本。在实际工业生产中,有着广阔的应用前景,本文研究的成果可作为普通的机床装备的驱动模块,在不增加成本的前提下提高机床的性能。