隨著的迅猛發(fā)展，自由活塞發(fā)動機逐漸成為了發(fā)動機的發(fā)展方向，它是由壓縮空氣或者燃油驅(qū)動，并通過自由活塞和直線發(fā)電機組成的熱能一機械能一電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單及發(fā)電效率高。直線發(fā)電機作為自由活塞直線發(fā)動機系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換核心裝置，發(fā)電機的性能將很大程度上影響著整個系統(tǒng)的發(fā)電穩(wěn)定性和發(fā)電效率，因此對直線發(fā)電機的研究很有必要，且意義重大。文便是對自由活塞發(fā)動機系統(tǒng)用永磁直線發(fā)電機進行了研究分析。

    首先，為了研究發(fā)電機動子的速度變化趨勢以及驗證有限元仿真方法的準確性與可行性，對一扁平型永磁直線發(fā)電機樣機進行了工況實驗，得到了工況下發(fā)電機的運動速度曲線。同時，通過仿真與實驗結(jié)果對比分析，驗證了有限元仿真方法的準確性與可行性。

    根據(jù)設計要求，利用場路結(jié)合的方法設計了一臺圓筒型永磁直線發(fā)電機，提出了一種新型的永磁體結(jié)構(gòu)一工形結(jié)構(gòu)，分別對新型工形永磁體與傳統(tǒng)矩形永磁體結(jié)構(gòu)的發(fā)電機進行了建模與有限元分析。分析結(jié)果表明，新型工形永磁體結(jié)構(gòu)發(fā)電機與傳統(tǒng)的矩形永磁體結(jié)構(gòu)發(fā)電機相比，恒速運動時，整體性能更優(yōu)越，其中氣隙磁密諧波分量更少;空載感應電勢諧波畸變率更低達到了2._5 3 070，降低了2.16070;電壓調(diào)整率更低達到9._59 070，降低了_5.2070;電機功率密度更高。變速運動時，其感應電勢波形更好，輸出功率更大。對發(fā)電機運動過程中瞬時功率的研究表明，速度升高過程中瞬時功率比下降過程中相同速度時的瞬時功率小。

    分析了發(fā)電機結(jié)構(gòu)參數(shù)對力特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)矩形結(jié)構(gòu)永磁體發(fā)電機相比，工形結(jié)構(gòu)永磁體發(fā)電機的空載定位力和負載時電磁力波動都更小。且適當?shù)恼{(diào)整極弧系數(shù)、邊端永磁體長度可以有效降低電機定位力，減小電磁力波動，有利于電機穩(wěn)定運行。