低温制冷机由于振动低、可靠性高及长寿命等自身优势,在航天、军事等领域具有重要应用价值。小型斯特林制冷机以及斯特林型脉管制冷机的重量与尺寸的小型化是其主要的发展方向之一,这对于节约航天器以及武器设备的空间资源、提升反应速度有重要意义。直线压缩机作为低温制冷机的压力波发生源,其外形尺寸决定了制冷机的整体尺寸,压缩机的小型化对制冷机整机小型化具有重要意义。直线压缩机的核心部件—直线电机的性能研究对于提升压缩机性能至关重要,本文以直线电机的二维模型为主要研究对象,通过有限元分析方法,进行了详尽的分析与研究,并进行了实验验证与分析,主要开展了以下工作。整理介绍了直线压缩机的主要类型以及发展历史,指出了动圈式与动磁式直线压缩机的特性与优缺点及其成因。对制冷机冷指制冷特性进行了理论分析,将冷指气体负载进行等效简化,形成与压缩机匹配的接口参数,有助于简化压缩机与冷指之间的匹配分析。以制冷机整机谐振状态为目标,进行动力系统参数的设计与优化。介绍了制冷机小型化的主要理论与研究思路,包括运行频率与充气压力的协同关系、制冷机的线性缩放法则等。在电机磁路结构研究中,以磁路解析法为理论依据,通过有限元分析的方法,对直线电机的材料性能、结构尺寸等参数对电机性能的影响做了详尽的研究与分析。文中的动磁式直线电机在线圈匝数小于410匝时,径向匝数增多会引起电机功耗降低、功率因子降低、电机效率升高。而线圈轴向匝数增多时,功率因子与电机效率都升高。内轭铁的厚度在4mm以内增加时对电机性能提升效果十分明显,外轭铁厚度在大于1mm之后电机性能变化已不再明显,而电机气隙高度的增高会导致功率因子的降低,外轭铁拐角厚度的增加对于电机性能参数的影响不显著,但可以改善自身磁饱和现象。指出了动磁式直线电机的磁弹簧效应原因以及改善方法。通过实验样机的验证,在额定制冷工况下该压缩机能够完全达到性能指标要求,与120Hz高频脉管冷指相匹配时,在34W输入功下达到1W@80K冷量,功率因子0.87,电机效率84.1%。与120Hz气动斯特林冷指匹配时,34W输入功时达到1W@80K制冷量,功率因子0.72,电机效率84.7%。进行了压缩机铁损测试实验,对电机功耗损失进行了明确,并证明该测试方法有较高准确性。在该压缩机的基础上,通过减小电机直径进一步对制冷机进行小型化改进设计。通过与冷指的设计相结合,能够在保持较高效率的条件下减小制冷机的尺寸。