音圈电机是一种基于安培力原理而设计的直流直线电机,具有结构简单、体积小、响应速度快、无齿槽效应等优点。但音圈电机存在明显的端部效应,会导致其推力密度减少和推力波动增加。本文为抑制直线冲击系统用音圈电机的端部效应,提出了新的电机结构,并为提高其推力密度和动态冲击性能,做出了相应的结构改进。本文的主要工作包括:根据直线冲击系统的实际需求,确定了音圈电机的结构选型。通过对其磁场分布的分析,提出了无端部铁芯结构。根据建立的无端部铁芯音圈电机等效磁路模型,用解析法研究了平均推力与永磁体长度比之间存在的关系,发现平均推力与永磁体长度比的关系曲线存在极大值点,指明了电机推力特性的优化方向。随后使用有限元计算比较了不同永磁体长度比下的磁场分布和推力特性,以获得相对较优的电机结构。针对Halbach型音圈电机,在移除端部铁芯的同时,还进行了永磁体排列方式的重新排布和径向充磁永磁体长度比的调整。之后进行了静态推力实验验证。另外,本文所研究的音圈电机应用场合为直线冲击系统,因此还分析了无端部铁芯结构对该电机动态冲击性能的影响。通过建立音圈电机的动态冲击模型,比较分析了改进前后电机的动态冲击性能,提出优化隔磁环长度比以前移推力曲线的方式进一步提升无端部铁芯音圈电机的冲击效率。之后进行了动态冲击实验验证。分析和实验结果均表明,在电机质量和体积得到明显减小的前提下,传统型音圈电机和Halbach型音圈电机引入无端部铁芯结构可有效抑制端部的反向磁通,电机由原本的“三磁路”结构转为了“两磁路”结构,且通过永磁体长度比的调整,获得了更高的推力密度和更低的推力波动。此外,无端部铁芯音圈电机还具有较好的动态冲击性能,在调整推力曲线后,获得了更为优良的起动性能和更高的冲击效率。