直线电机定位精度高、动态响应好、传动结构简单,在装备制造、轨道交通、国防军事等各个领域正在得到越来越广泛的应用。直线电机在绝大多数使用场合中与负载直接相连,因此在设计中既需要限制电机动子体积避免整个运动单元过大,又要尽量降低动子重量使得推力一定时动态响应能力最佳。所以,如何大幅提升直线电机推力密度一直是直线电机研究最为主要的课题之一。磁场调制永磁直线电机（Flux-Modulation Linear Permanent Magnet Machine,FMLPMM）采用类似“磁齿轮”工作原理产生推力,具有大幅提升推力密度的潜力,且结构上与常规直线电机差别不大,因此具有很好的研究意义及工程应用价值。FMLPMM被提出不久,相关研究刚刚起步。尽管电机学术与工业界研究人员在基础理论、新型拓扑、设计方法、控制策略等多个方面已经有了一定成果,但相比于传统永磁直线电机,仍有如内在电磁特性等问题有待解决,推力密度、推力波动等力能指标的潜力尚待进一步挖掘。本文将以提高FMLPMM的推力密度为目标,提出励磁增强、多工作磁密等提升有效磁负荷的拓扑研发思路,提出系列新型高推力密度磁场调制永磁直线电机拓扑,并通过解析推导、有限元仿真及样机实验测试等手段对其电磁性能进行深入的研究,并取得了阶段性研究成果,具体如下:1.对现有FMLPMM的研究工作进行梳理和总结。根据磁场调制原理,将现有FMLPMM分类为调制单元静止型与励磁单元静止型两大类,简要分析相关研究的发展脉络与作用。通过对已有电机拓扑结构的性能对比,总结了两类FMLPMM的特点。借助经典磁场调制原理,利用磁动势磁导模型解析推导了FMLPMM电磁特性的计算公式,包括永磁体磁动势、气隙磁密、空载反电势以及电磁推力的表达式,完善了此类电机电磁特性分析与设计的理论框架。2.通过对多个永磁直线电机拓扑性能的比较以及对FMLPMM电感、功率因数、端部效应、齿槽效应的特性分析,提出了以提高推力密度为主,改善功率因数、削弱反电势不对称为辅的性能提升策略。结合实际工程应用需求,提出了三个研究目标,即最大程度提高推力密度、减少永磁体用量的同时提高推力密度、不增加永磁体用量的前提下提高推力密度。针对上述研究目标,分别提出了励磁增强、复合调制、谐波利用的三个研究方向。3.以最大程度提高推力密度为目标,从励磁增强的角度,提出了利用具有增强磁动势基波幅值、削弱高次谐波作用的永磁体阵列的推力密度提升方法。基于这一方法,设计出三段式Halbach游标永磁直线电机和双边动子Spoke游标永磁直线电机两种新型拓扑,提升了30%的推力密度。此外,引入三段式绕组换位和磁路串联的优化方法,有效降低了反电势不对称带来的推力波动、改善了电机低功率因数,使相关拓扑具有更好的综合性能。针对三段式Halbach游标永磁直线电机,加工制造了一台2000 N样机并进行了相关实验测试,结果表明提出的性能提升方法行之有效、提出的拓扑部分性能指标达到国际先进水平。4.以减少永磁体用量的同时提高推力密度为目标,从复合调制的角度,提出了基于交替极次级结构的双调制工作方法,并解析推导了该方法的工作原理。在此基础上,提出了模块化双调制游标永磁直线电机和改进型开关磁链式双调制游标永磁直线电机两种新型拓扑。由于采用了双调制法,两台电机在永磁体用量减少一半的前提下仍然提升10%以上的推力密度。此外,设计制造了一台200 N模块化双调制游标永磁直线电机,通过实验测试验证了双调制方法的可行性。5.以不增加永磁体用量的前提下提高推力密度为目标,从谐波利用的角度,提出了引入多磁动势工作谐波的推力提升方法。针对该方法,通过解析推导阐述了其工作原理,并通过有限元仿真分析了该方法对于具有不同极槽配合的电机的性能提升效果。基于此,提出了一种双边模块化多磁动势谐波磁通反向永磁直线电机,该电机在不增加永磁体用量和电磁负荷的前提下,仅依靠对谐波的设计和利用,达到了推力密度提升的效果,具有极佳的应用价值。