随着社会的发展和科学的进步,能源问题变得越来越严重,一方面传统化石能源的储存量逐渐告急,另一方使用化石能源带来的环境污染,也影响着人民的身体健康。我国提出了多项政策,用于发展可再生能源替代传统化石能源,其中,水能以其存储量丰富、发电方式多元化、重复利用等优点被广泛关注。本着万众创业大众创新的精神,发现挖掘楼宇下水道的利用价值,将下水道污水用于发电,为节能减排的政策做出贡献。本文分析研究了当前用于下水道的发电设备,根据应用的环境情况,提出了一种用于楼宇下水道的直线发电机结构,这种结构相比于传统发电结构,其特点为无转动装置,避免了水轮机存在管道堵塞的问题。根据当前楼宇下水道的尺寸结构,初步设定了直线发电机的设计指标和相关结构的尺寸,通过ANSYS Maxwell软件进行了仿真分析,并且在不同动子运动速度下,分析感应电动势的变化情况,验证其结构的合理性。在直线发电机初步尺寸的基础上,进行了动子部分相关参数的优化分析,首先对传统Halbach充磁阵列的永磁体布局尺寸进行了优化,通过改变径向充磁占比,来分析气隙磁通密度的变化。其次,在动子直径和永磁体厚度之间进行了优化分析,通过改变两者的尺寸,观察电机的输出功率和效率等参数的变化趋势。最后,对传统Halbach充磁阵列存在着非气隙侧漏磁现象进行了优化,通过对永磁体Halbach充磁结构的三种变体进行分析,来改善非气隙侧的漏磁,提高单边聚磁能力。在保持动子部分尺寸不变的情况下,对直线发电机定子部分的相关参数进行了优化分析,一方面对定子齿槽结构和槽口尺寸、定子轭部高度的相关参数进行仿真分析,探究了在不同尺寸下,电机的输出电压和功率的变化关系。另一方面,针对在下水道可能存在水流速度慢的问题,根据磁齿轮传动原理,将磁场调制效应加入到永磁直线发电机中。动子在运动过程通过改变定子绕组中的磁场变化率,来解决下水道污水不足、动子运动慢,导致感应电动势变小的情况,通过仿真分析,这种结构的直线发电机可以提高感应电压的幅值和频率。