本文提出一种新结构的横向磁通永磁直线电机(TFPLM),该电机应用在混合动力汽车上的自由活塞式内燃电机系统中。其主要优势为:一、该电机能够满足自由活塞式内燃电机系统低速、大推力的要求;二、该电机与内燃机整合可以获得很高的效率,同时利于环境的保护;三、该电机解决了当今横向磁通永磁电机(TFPM)功率因数低、结构工艺复杂的难题。首先,在对Z式TFPLM漏磁较大的原因进行深入分析的基础上,提出一种新结构的圆筒型无重叠式横向磁通永磁直线电机,并具体提出轴向三相和周向三相两种结构;分析了这种电机的工作原理。其次,为简化计算复杂性和节省计算时间,建立了圆筒型无重叠式TFPLM两种结构的简化有限元模型;漏磁系数作为TFPM的重要参数,首先优化了定子长齿铁心轴向厚度和极弧系数以获得最优漏磁系数;两种结构电机的漏磁系数与Z式TFPLM漏磁系数的对比结果显示:相邻定子极铁心齿部无重叠在减小电枢纵向漏磁上的效果显著;通过两种结构电机的空载性能和负载性能的对比分析,结果显示轴向三相结构具有更大的优势。再次,以圆筒型无重叠式TFPLM推力波动分析为基础,以功率因数和力密度与结构参数关系式为指导,以电机的两个结构参数:定子长齿铁心轴向厚度和极弧系数为优化目标,通过有限元方法,获得电机的最佳空载性能和负载性能,最终确定了定子长齿铁心轴向厚度和极弧系数。最后,研究了提高力密度和提高功率因数之间的制约关系;研究了匝数与轴向长度的配合、气隙长度与轴向长度的配合、及相邻定子极铁心齿部重叠面积等因素对上述性能的影响规律,并得到一台效率大于0.88,电机功率因数达到0.52,力密度达到2.17×10~5N/m~3的电机方案。