在永磁旋转电机中，当三相绕组中通入对称正弦电流后，会在气隙中产生按正弦分布的旋转磁场。与此类似，在永磁直线电机中通入三相电流后，也会在气隙中产生磁场，忽略端部效应，磁场在直线方向也呈正弦分布，只是磁场是平移的行波磁场，见图1。行波磁场与次级磁场相互作用便产生电磁推力，使初级和次级产生水平直线相对运动。产生电磁力的部分是初级与次级耦合的部分［2］。
永磁直线电机的结构与推力的关系永磁直线电机的推力密度在材料和冷却条件一定的情况下，设计合理的旋转电机其额定力矩基本上跟电机的体积成正比。直线电机的额定推力也一样，将电机的额定推力FN和有效体积V（即初级和次级耦合部分的体积）比定义为推力密度
F：F＝FXV（1）F存在一个极大值，如果一台电机的推力密度达到该极限值，则该电机的磁路参数为*佳参数。对于本文讨论的短初级永磁直线电机来说（见图2），有效宽度a是初级与次级磁钢的耦合宽度部分。有效长度b是初级铁心的长度。有效高度h包括初级铁心高度、次级磁钢厚度和气隙大小。
有效宽度a和推力稀土永磁直线电机的结构在y向（宽度方向）上具有对称性。次级磁钢采用y向均匀充磁，如果不考虑磁钢y向形状的微小变化和端部漏磁，其内磁场的分布可以认为是沿y向不变的。
即电机的推力跟横向宽度a成正比。可以在宽度方向上截取直线电机的一个纵向截面进行分析，得到的是有效宽度为单位长度的直线电机的结果。计算结果再乘以电机的实际有效宽度即为电机的实际分析结果。因此，直线电机额定推力大小可以由式（2）表示：F＝a△Fa（2）式中a为电机横向有效宽度，△Fa为单位横向有效宽度的直线电机的额定推力。
有效长度b和推力有效长度b可以采用电机极数p为单位来衡量。设计电机采用单层绕组结构，忽略端部效应的情况下，增加初级极数，并不会造成磁路参数和磁场分布特征的改变，也就是说电机的*优化磁路参数并没有改变。基于永磁直线电机的这种结构特点，如果只增加初级的极数，则电机的推力将线性增加，并且能保持磁路参数的*优化。
电机推力与电机极数基本成正比。可以表示为：F＝P2△Fx（3）式中P为电机的极数，△Fx为单位横向宽度两极电机的额定推力。随着电机级数的增加，公式（3）的误差越来越大，当电机极数为16的时候，误差率在1.44％。但是综合来讲，公式误差率较小，可以用于电机的初步设计。
有效高度h和推力有效高度h包括初级铁心高度、次级磁钢厚度和气隙大小。其中铁心高度和次级磁钢厚度越大，代表磁能材料的越多，推力也就越大。而气隙是初级与次级能量交换的场所，气隙越大，推力就越小。有效高度h与电机推力关系密切，没有简单的规律可循，一般需要对有效高度h进行优化设计。
永磁直线电机的设计方法永磁直线电机的常规设计方法参考永磁旋转电机的设计方法，设计中首先要确定基本条件，包括额定电压U、频率f、*大电流容量I。还需要明确通过电机设计所要达到的性能指标：额定推力FN、*大推力Fmax等。
然后根据给定条件和目标，确定电机初级、次级、气隙的具体参数，整个设计过程比较复杂。根据第3节的分析，引入两极单元直线电机的概念，简化电机设计过程。
结语通过类比旋转电机推力密度的概念，对平板式永磁直线电机几何尺寸对电机推力的影响进行了分析。在此基础上，提出了两极单元直线电机的设计方法，简化了平板式永磁直线电机的设计过程，为将来直线电机的系列化设计提供了依据。*后按照该设计方法完成了一台额定推力为3000N的样机设计。通过推力与定位力的实验测试，样机的性能与设计性能基本相符。
