双次级无铁芯永磁同步直线电机(permanent magnet synchronous linear motor,PMSLM)具有推力密度大、损耗低、响应快、结构简单且不受齿槽力、铁芯开断的影响等优点,被广泛应用于在激光切割机等高精密领域,应用前景广阔。然而该类型直线电机由于推力波动的存在,也会产生使得电机产生噪声、振动等问题,严重影响了其运行特性,降低了加工精度。因此,开展对PMSLM推力波动抑制的研究具有重要的理论和实践意义。本文以PMSLM为研究对象,在传统矩形线圈电机结构的基础上对线圈进行改进设计出V型线圈PMSLM并对其结构参数进行优化以达到抑制推力波动的效果。按照直线电机的拓扑结构、运行方式、解析结果分析等,设计了 V型线圈PMSLM,建立其有限元仿真模型;以解析模型结果选取结构参数为基础,有限元仿真提供数据,采用SVM建模方法建立精确的计算模型,以“推力不削弱、推力波动最小”作为优化目标,采用优化算法优化直线电机结构使得直线电机结构达到最优;通过试制样机搭建实验用直线电机,并在不同工况下对样机进行实验,实验结果验证了所设计V型线圈PMSLM抑制推力波动的有效性。就本文所设计的电机结构,具体进行了如下几个方面的研究:(1)分析V型线圈PMSLM的结构组成及特点并对该电机结构进行设计。介绍直线电机结构组成部分、V型线圈的演变过程,采用等效磁化强度法建立矩形线圈PMSLM的气隙磁场解析模型,研究V型线圈结构在矩形线圈结构变化的基础上以及变化对解析形式产生的影响,对V型线圈PMSLM的气隙磁场、感应电动势、推力、推力波动等进行解析分析,更直观的表示出各参数的变化对推力、推力波动等产生的影响。(2)直线电机结构参数不同程度的改变会对推力、推力波动等结果产生不同程度的影响,选取对直线电机性能有较大影响的参数可以为后续参数优化提供基础。分析了线圈角度、线圈端部大小、永磁体宽度和厚度、极距等结构参数对V型线圈永磁同步直线电机推力及推力波动的影响,给出参数的可优化范围,将这些参数当作优化基础,为之后的优化研究做准备。(3)采用有限元分析的方法建立V型线圈PMSLM的精确模型,对直线电机的模型进行有限元计算,以相关结构参数为设计变量,采用支持向量机(support vector machine,SVM)方法建立精确计算模型,拟合出直线电机精确的输入与输出关系。以“推力不削弱、推力波动最小”为目标,采用蚁群算法对V型线圈PMSLM的相关结构参数优化迭代,得到一组最优的结构参数,实现推力波动最小的目标。(4)为验证本文所设计直线电机抑制推力波动的有效性,搭建实验样机及测试平台。通过试制样机和搭建实验平台,验证V型线圈PMSLM在不同速度下和不同负载条件下的适应性,并将其与矩形线圈PMSLM在同等实验条件下对比。对实验结果进行分析,验证了本文所设计的V型线圈PMSLM抑制推力波动的正确性。论文的主要创新性工作如下:(1)设计了一种V型线圈永磁同步直线电机动子结构,所设计电机能够有效抑制推力波动。(2)建立了直线电机更加完善的解析模型,分析端部尺寸及各优化参数对直线电机输出性能的影响,为电机的建模与优化奠定基础。(3)由于搭建电机使用的材料种类与对比电机材料种类相同,节约了选材的时间成本,且无需重新搭建控制平台,亦节约了物料成本。