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环境污染与能源短缺等问题让人们开始意识到节能减排的重要性,自由活塞内燃发电机作为一种新型动力装置,可用于混合动力汽车中,因而有助于缓解能源与环境的压力。自由活塞内燃发电机由自由活塞发动机和直线电机耦合而成,可实现机械能与电能的转换。作为该动力装置中的重要组成部分,直线电机的性能会影响整个系统的稳定运行及能量转换效率,对该装置中直线电机的研究具有重要意义。本文首先总结了设计适合于自由活塞内燃发电用的直线电机时应考虑的因素,确定采用永磁式轴向磁通直线电机,且电机为长次级短初级结构,在此基础上,本文分析了不同充磁方式下电机的性能,结果表明,混合充磁的空载反电势幅值比径向充磁增加14.66%,但却多使用了23.76%的永磁体材料,而且其定位力幅值比径向充磁增加34.32%,轴向充磁的空载反电势幅值比径向充磁减少75.90%,且波形畸变率高达11.01%,径向充磁方式在空载反电势幅值、波形畸变率、定位力幅值、永磁体用量方面能有较好的兼顾,因此确定选用径向充磁方式。接着,本文对圆筒型及平板型直线电机的空载及负载性能进行对比,分析表明圆筒型直线电机的空载反电势幅值比平板型大21.36%,波形畸变率小60.96%。负载时圆筒型直线电机最大输出功率、最大功率密度及最大功率密度下的效率均比平板型高,运动部分的质量及总质量均比平板型小,因此圆筒型直线电机的空载及负载性能更优,更适合自由活塞内燃发电机系统。然后,本文研究了永磁体表贴和嵌入两种方式下电机的空载及负载特性,结果表明嵌入式永磁直线电机的空载反电势幅值比表贴式减少8.41%。相同负载时,表贴式永磁直线电机的输出功率及功率密度比嵌入式大,最大输出功率比嵌入式高19.05%,最大功率密度均比嵌入式高23.34%,因此本文选择永磁体贴装于圆筒型直线电机动子铁芯表面的方式。最后本文对电机的定位力展开研究,分析了齿槽宽度、辅助槽、边端齿高度、极弧系数、气隙宽度、初级铁芯长度对定位力的影响,并基于正交试验法对电机的极弧系数、气隙宽度、凸初级长度进行优化,结果表明,极弧系数取0.85,气隙宽度取1mm,凸初级长度取6.25mm是最优的参数组合,在降低定位力的同时可以兼顾反电势幅值。优化后电机的定位力幅值减少76.83%,反电势幅值增加2.72%。