伍 帆，吉 方，刘广民，吴祉群

(中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，绵阳 621900)

0 引 言

在众多热电转换装置中，斯特林直线发电机具有适用热源广泛，可靠性高，工作寿命长的优点,已经在航天深空探索、军事便携供电、光热发电和微型热电联供等方面得到应用。如美国宇航局与能源部合作的Kilopower项目就是由核燃料裂变产生热量，再通过斯特林直线发电机完成热电转换[1]。在斯特林直线发电机方面，国外具有代表性的公司有美国Sunpower公司和以色列Qnergy公司，它们已进入商业化生产阶段[2]。而在国内，中国电子科技集团公司第十六研究所、中国科学院理化研究所、东南大学、沈阳工业大学等单位也展开了研究试验[3]。

与旋转发电机有所不同，直线发电机的应用场合是海浪发电[4]、对接各类活塞发动机发电[5]以及一般振动发电[6]，其动子通常并非做匀速直线运动，而是更接近简谐振动。此时会出现输出电压波形不规则的问题，为后处理带来困难。文献[5,7]主要从阻抗匹配的角度对直线发电机进行分析，重点在于功率和效率的均衡。文献[8]描述了简谐运动时的不规则电动势波形，但没有给出解决方案。文献[9-10]主要通过后处理电路对电输出进行改善。文献[11]使用异形永磁体组成Halbach阵列，在小振幅下产生较理想的感应电动势，但没有分析波形与振幅的关系。文献[12]针对简谐运动的条件，分析了海浪发电中直线发电机的幅频特性，说明了调节振幅的方法。本文通过分析和仿真发现，在简谐振动条件下，运动规律与磁场分布存在匹配较优的区间，通过选择合适的振动区间，可以有效改善电动势波形，提升输出性能。……