空载磁场永磁电机空载时，气隙磁场由永磁体单独激励产生。是在位移x为零时，由永磁体单独产生的空载磁场。

　　4位移x=0（m）时的空载磁场是在位移x在某个位置，动子向左端移动时，由永磁体单独产生的空载磁场。对磁场进行分析可知，对于一台材料和磁路结构都已确定的电机，在温度不变的条件下，永磁体磁通和气隙磁通皆为定值，整个磁场分布和强度是一个稳定场。但是交链动磁体的气隙磁通，却因动磁体所在位置的不同而不同。因而，空载气隙磁通是动磁体位移x的函数。

　　空载电动势是电机最基本也是最重要的参数，对电机的磁拉力、额定电流等性能指标有直接的影响，因此准确计算出电机的空载电动势波形是电机设计和性能分析的基础。本文利用有限元分析法计算直线永磁往复式发电机的空载电动势波形，提高了计算精度，避免了复杂的三维分析。

　　5位移x在某位置时的空载磁场在电机磁场的分析中，电机的动子磁极形状、定子齿槽形状、气隙大小以及铁磁材料均已确定，但是当动子相对于定子齿槽的位置不同时，其计算结果也不相同。为此，需要对动子在不同位置时分别进行计算。电势的计算方法很多，可以用e=N×dφ/dt求取，也可以通过e=blv求得。对于前者来说，通常要先选定一个很小的时间增量，然后计算出这两个时间之间磁通之差，这样就需要两个有限元解，因此运算量较大。而且因为本样机动子的位移在时间上呈正弦规律变化，这样在相等的时间增量里，动子的位移相差很大，给计算带来了不便，所以本文采用后者的计算方法。

　　通过电磁场的计算结果求出电机绕组磁密随动子位移变化的关系，然后根据绕组的磁密求出电机绕组的电势e1，即e1=2pNBil0vj（5）式中，N―定子绕组串连匝数；p―极对数；Bi―动子在不同位置时的绕组磁密；l0―气隙轴向计算长度；vj―导线相对磁场运动的线速度。根据以上分析，采用有限元分析并求解，得到动子移动一个周期的电动势，电动势波形e1如线1所示。

　　采用有限元法计算空载电动势波形时，必须计算一系列动子不同位置的气隙磁场。本波形共有采样点37个，并且相邻两次采样的时间间隔都相等，为时间常数ΔT。因此，可以根据一个周期内采样瞬时值及每周期采样点数计算电动势的有效值，即E=1NΣNi=1ei2（6）通过以上分析，计算得到样机空载电动势的有效值E=181。

　　7692V.经过与测试值比较可知，其结果与测试值基本一致，误差不到1%.

　　利用有限元软件的便利性，在前面的基础上改变动子模型，把永磁体加宽2mm，依照同样的方法，得到的电动势波形如线2所示。由此可知，改变永磁体的宽度，可以在对幅值影响很小的情况下，使电动势的波形死区变窄，更接近正弦波。这为以后的设计、改进提供了可靠的理论依据。

　　负载磁场动磁体在原动机带动下工作时，定子线圈切割磁场产生交流电，永磁体磁场与交链线圈的径向磁场相互作用产生轴向电磁反拉力Fx。因为电机是双边型对称结构，作用于动磁体Y轴上下两部分的电磁力Fy大小相等且方向相反，在合理设计结构的前提下可以使Y方向的电磁力Fy数值很小，对电机动作不会产生不良影响。此时与永磁体交链的磁场是由动子永磁体和线圈电流共同产生的负载磁场。与空载磁场的最大区别是，磁场的分布和强度还与线圈电流有关，线圈电流的存在会使永磁体在退磁曲线上的等效工作点产生移动，使负载磁场中永磁体磁通、线圈磁通和漏磁通皆是动磁体位移和电流的函数。

　　负载时气隙磁场由动子永磁体及定子线圈电流共同作用产生，因为永磁体产生的气隙磁密已由上面的空载分析得到，所以负载分析只需在前面的基础上分析线圈电流产生的磁场即可。

　　结论本文以新研制的样机作为分析实例，介绍了一种直线永磁往复式发电机的结构及其工作原理，建立了电机的实体模型，并对模型进行了剖分和有限元分析。通过对样机空载和负载磁场的分析，得到了样机的空载电动势和负载电磁力，并且与测试值进行了比较，结果比较合理，误差很小，证明了该样机设计合理，体积小，结构简单，是一种新型的发电装置。