目前，混合动力汽车基本以内燃机和电机结合来对汽车提供所需的动力，而本文的自由活塞发电系统非常适用于混合动力车辆。在混合动力车辆系统中，直线发电机可以直接和自由活塞发动机连接，直接把燃料的热能高效率地转化为电能，同时再加上自由活塞的诸多优点，更加扩宽了直线发电系统的应用领域。传统的混合动力汽车一般需要外加由传统内燃机和旋转电机构成的外加动力装置，这使整个动力装置的质量和体积大大增加，同时也增加了动力装置的制造和维修成本。直线发电系统质量轻、体积小、制造成本低，逐渐成为混合动力发动装置界的新宠儿。

    在环境日益恶化排放法规日益严苛的今天，自由活塞直线发电系统具有非常鲜明的优点和可实现性。相比于常规常规车辆中动力装置20%左右的最终利用率，预计直线发电动力集成系统的混合动力电动汽车的燃油经济性将会得到很大的提升。因此自由活塞直线发电动力装置将有望发展成新一代的节能环保性能优益、同时燃油经济性和性价比均非常高的新型动力装置，而且可广泛运用于其他可发电电源之中。

1。2  国内外直线电机发展现状

1。2。1  国外直线电机发展概述

1。2。2  国内直线电机发展现状

1。3  本文研究的主要内容与结构 

    自由活塞内燃机具有很多的优点，直线电机具有很大的发展潜能，综合两个可以得到更好的实验效果，所以本文就是研究和自由活塞相连接的直线电机工作。在直线电机研究设计过程中需要进行一定的分析和仿真优化过程，首先要确定电机的基本结构形式包括：直线电机的类型、电机的动子选择、电机的基本外形等一系列参数；再根据相关的仿真分析工具对电机进行仿真研究工作，使所设计的产品可以达到最佳的工作使用性能[18]。在本文中就是通过这种基本的设计研究方法来对直线电机进行设计分析的，为了是所设计的直线电机可以表现出很好的性能，在本文中参考了指导老师之前所设计的直线电机，其简图如图1。5所示。

图1。5  参考直线电机

    在设计时不但要考虑满足给定的数值条件，同时还要进行最优化处理。设计完成之后则需对所设计的发电机进行仿真处理，首先，在一定的假设条件下，使用JMAG软件建立电机仿真模型，进行对电机性能包括磁场分布和线圈受力等的分析工作；接着对所设计的主控电路用MATLAB进行仿真，得出电路的效率及各种参数；最后使用Simulink软件对直线发电系统进行系统仿真，得出整个系统的工作特性数据，分析系统耦合连接情况。然后依据仿真得到的结果对电机进行技术分析，同时改进发电机不合理之处，最终使设计的电机达到最优的结果。文献综述

2  直线电机的方案设计

2。1  直线电机基本结构的选择

2。1。1  磁场和电流类型

    直线电机按其励磁方式的不同，一般可分为永磁电机和励磁电机：永磁励磁方式是指电机直接通过永磁体来产生所需要的磁场；励磁电机的磁场不是由永磁体产生，而是由通电的电流来产生所需的磁场。这两种方法可以进行相互替换，即：一种永磁电机都会有一种相应的励磁电机可以对其进行替换。一般而言，励磁电机具有更大的灵活性，可以通过改变励磁电流的大小很方便地改变磁场的大小和分布；同时还可产生很强的磁场，气隙磁场强度可以达到1T以上，具有非常大的推力密度可以产生很大的电磁推力；但是需要外加电流产生磁场，励磁电流消耗功率为无功功率，降低电机系统的效率。永磁电机使用永磁材料，虽然不能够产生非常强的磁场，通常气隙磁场强度低于1T；但是永磁电机不需要外加电流，无电流损耗；而且还可以通过改变磁体的磁路结构和形状实现对磁场的控制。近些年，永磁材料飞速发展，出现了很多性能优异永磁材料，而且国内外电机大多使用永磁材料。本文中直线电机不需要非常强的磁场强度，永磁材料完全可以达到要求，为了降低线圈的无功损耗，本文采用永磁材料产生磁场。