随着全球能源危机的不断加剧,风力发电、太阳能光伏发电、海浪波能发电、太阳能热发电等清洁可再生能源发电已成为研究热点。本文所研究的主要内容就是与太阳能热发电系统所配套使用的一种圆筒型永磁直线发电机。在碟式斯特林太阳能热发电系统中,永磁直线发电机作为机电能量转换装置,对整个太阳能热发电系统的发电效率和输出电能质量有着重要影响。本文对圆筒型永磁直线发电机进行了相关的分析、设计、优化的工作。文章对直线电机的研究与发展状况、结构、分类和工作原理进行了简单的阐述与说明,并设计了一种圆筒型永磁直线发电机,利用有限元分析软件Ansoft Maxwell对电机进行了模型的建立与电磁分析。分析了发电机的空载特性,并对该电机的轴向、径向充磁永磁体轴向长度比例、永磁体厚度、定子齿宽度等主要参数进行了分析,确定了发电机反电动势幅值和反电动势波形畸变率随参数的变化情况。由于上述分析并未考虑主要参数共同变化的情况下对发电机反电动势幅值及其波形畸变率的影响,以反电动势波形畸变率最小为优化目标,采用正交优化方法对参数进行了优化。对优化后发电机的输出电压以及输出功率随负载的变化情况进行了分析,得到了发电机的输出电压和功率曲线图,为下一步发电机输出电能转换奠定了基础。在校验永磁电机设计的合理性、运行性能仿真以及基于d-q坐标系的控制算法时都需要准确得到交直轴电感、磁链等稳态参数,而上述参数又受到交叉饱和效应的影响,常规方法无法准确计算。本文运用有限元方法,以冻结磁导率法为手段,将非线性场线性化,计算得到了电机的直轴、交轴电枢反应电感参数随直轴、交轴电流的变化趋势,得到了直轴反应电感、交轴反应电感随交直轴电流的变化曲面。本文还分析了电机中所存在的定位力的问题。论述了永磁直线电机定位力产生的原因,推导了边端力和齿槽力的表达式,并且讨论了减少边端力和齿槽力的措施和方法。随后从改变电机定子轴向长度和边端齿高度的角度着手,对发电机模型进行了定位力的有限元仿真分析,得到了上述参数在不同尺寸下对应的定位力变化情况,得出了参数的最优尺寸值。