斯特林直线发电机是一种热电转换装置,在航天探索、军事便携供电、微型热电联产等方面有所应用,正处于发展之中。斯特林直线发电机包括斯特林直线发动机(自由活塞式或热回声式)和直线发电机:作直线运动的活塞与发电机动子相连,直驱发电。由于没有附加的传动装置,斯特林直线发电机结构更紧凑,摩擦损耗少,理论上效率更高。但在实际研制中,斯特林发动机在耐高温材料、动密封等方面还有很大困难,直线发电机则由于其结构与运动方式的特殊性,在设计制造、发电与受力特性等方面有待优化改进。本文针对面向航天的斯特林发电系统,对圆筒型直线发电机的发电特性、受力情况进行了研究,设计组装了结构较为简化、定位力小、容易启动的小功率样机,通过实验了解了直线发电机的发电与运行特性,为斯特林发电整机的研制提供了参考。经过调研,当前直线发电机主要存在几大问题难点:结构特殊难以制造,定位力对运行不利,振动下输出的电波形不规则。首先,本文对比各类直线发电机,初步确定了总体构型。参考国内外现有设备的性能参数,设定了直线发电机的相关参数指标。其次,本文使用电磁有限元仿真软件ANSYS Maxwell建立直线发电机的电磁模型,对其在简谐振动下的感应电势、功率等进行了研究,发现在小幅简谐振动下,单相型直线发电机的综合输出性能更优。定位力和功率与结构有关,分数槽结构的定位力小但功率小,整距结构的定位力大但功率大。振动中心的稳定性与动子在振中附近的受力有关。弹簧在整机系统中具有重要作用。然后,本文使用机械建模软件UG对直线发电机的定子和动子结构进行了详细设计,选取了用于样机试验的动力源以及运动转换装置,搭建了直线发电机实验系统。对调试中发现的问题进行了分析,对实验装置做出改进。最后,本文进行了实验测试,对直线发电机的定位力、空载电势波形、输出功率等特性进行了测量与分析,对样机的总体性能进行了评价总结,指出未来研究改进的方向。