隨著的迅猛發(fā)展，自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸成為了發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向，它是由壓縮空氣或者燃油驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)自由活塞和直線發(fā)電機(jī)組成的熱能一機(jī)械能一電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及發(fā)電效率高。直線發(fā)電機(jī)作為自由活塞直線發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換核心裝置，發(fā)電機(jī)的性能將很大程度上影響著整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電穩(wěn)定性和發(fā)電效率，因此對(duì)直線發(fā)電機(jī)的研究很有必要，且意義重大。文便是對(duì)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)用永磁直線發(fā)電機(jī)進(jìn)行了研究分析。

    首先，為了研究發(fā)電機(jī)動(dòng)子的速度變化趨勢(shì)以及驗(yàn)證有限元仿真方法的準(zhǔn)確性與可行性，對(duì)一扁平型永磁直線發(fā)電機(jī)樣機(jī)進(jìn)行了工況實(shí)驗(yàn)，得到了工況下發(fā)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度曲線。同時(shí)，通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，驗(yàn)證了有限元仿真方法的準(zhǔn)確性與可行性。

    根據(jù)設(shè)計(jì)要求，利用場(chǎng)路結(jié)合的方法設(shè)計(jì)了一臺(tái)圓筒型永磁直線發(fā)電機(jī)，提出了一種新型的永磁體結(jié)構(gòu)一工形結(jié)構(gòu)，分別對(duì)新型工形永磁體與傳統(tǒng)矩形永磁體結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)進(jìn)行了建模與有限元分析。分析結(jié)果表明，新型工形永磁體結(jié)構(gòu)發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)的矩形永磁體結(jié)構(gòu)發(fā)電機(jī)相比，恒速運(yùn)動(dòng)時(shí)，整體性能更優(yōu)越，其中氣隙磁密諧波分量更少;空載感應(yīng)電勢(shì)諧波畸變率更低達(dá)到了2._5 3 070，降低了2.16070;電壓調(diào)整率更低達(dá)到9._59 070，降低了_5.2070;電機(jī)功率密度更高。變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其感應(yīng)電勢(shì)波形更好，輸出功率更大。對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中瞬時(shí)功率的研究表明，速度升高過(guò)程中瞬時(shí)功率比下降過(guò)程中相同速度時(shí)的瞬時(shí)功率小。

    分析了發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)力特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)矩形結(jié)構(gòu)永磁體發(fā)電機(jī)相比，工形結(jié)構(gòu)永磁體發(fā)電機(jī)的空載定位力和負(fù)載時(shí)電磁力波動(dòng)都更小。且適當(dāng)?shù)恼{(diào)整極弧系數(shù)、邊端永磁體長(zhǎng)度可以有效降低電機(jī)定位力，減小電磁力波動(dòng)，有利于電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。