波浪能作为一种具有战略意义的可再生新能源,波浪能发电技术受到世界各国的极大关注。目前的波浪能发电装置的基本原理是将波浪能转换为气压能、液压能或势能,然后传递给气轮机、水轮机、或齿轮箱带动旋转发电机发电。这些发电系统的特点是传动较为复杂,体积大,投资大。采用直线发电机由波浪的上下往复运动直接驱动发电避免了复杂的传动系统,其具有结构简单、维护方便、损耗小、成本低等优点。直线发电机直驱式发电的缺点是动子运动速度较慢,发电效率低,运行不稳定。当波浪较小时,目前的发电方案的成本及对波浪能的转换效率均比较差。为克服目前的发电技术对小波浪适应性较差的缺点及实现发电装置的小型化,本课题提出一种海洋波能转换微型直线发电机,该发电机采用气压驱动,结构为动圈式以减小动子质量提高运行速度,采用空气铁芯线圈以减轻线圈重量,并减小了线圈与磁铁之间的相互作用力。论文首先对气动驱动式直线发电机进行了结构设计,然后利用有限元法进行了数值建模分析,最后设计了样机对其发电性能进行了实验研究。主要研究内容包括:直线发电机的工作机理;直线发电机的结构设计;气压驱动控制系统设计;直线发电机的相关电磁场理论及有限元数值建模分析;结构参数对电磁场性能影响的分析;发电性能的摸底试验。研究结果表明:无杆气缸可以良好地驱动动子线圈稳定高速运行发电,发电机结构紧凑;空气铁芯线圈显著减小了动子与磁场的用力,线圈动子运行阻力小,运行平稳;减小磁铁间距可以优化磁场波形,减少谐波分量;气缸工作在气体膨胀阶段时气压会逐渐下降,从而引起动子的运动速度会下降,导致发电电压降低。本文的创新性研究及贡献主要表现为:直线发电机的动子采用无杆气缸驱动,运行速度和发电效率高,使得发电机体积小、结构紧凑;采用矢量磁位有限元法对直线发电机进行了建模分析,分析了结构参数对磁场分布特性的影响,特别是对磁场的轴向和径向分量进行了分析。