自然界中蕴藏的煤、石油、天然气等化石燃料在燃烧过程中产生的热能除了直接供给人们生活和工业应用外,相当一部分作为废热散失到大气中,不仅造成能源浪费,也对大气产生热污染。为此,一些国家花费了大量的人力和物力开展废热回收和利用的研究工作,有的是废热直接回收,有的是将废热变为机械能或电能。本文以斯特林循环为基础,建立了热/机/电连续转换模型及微电能储存系统,可实现将分散存在的热能、甚至是低温热能有效地转换为电能并加以存储,其特点是:通过自由活塞式斯特林发动机与永磁直线发电机配套组成联合发电系统,经由中间升压储能环节,实现微电能存储。本文对热/机转换系统、机/电转换系统及储能回路进行设计与研究,并对各部分的性能开展仿真及实验验证工作,结果表明该系统可以将小功率热能转换成电能并存储于蓄电池中。主要研究内容如下:在热/机转换系统及其性能研究中,根据中低温分散式热源的特点,设计、搭建和仿真分析了一台单相自由活塞式斯特林发动机的原型装置,它的适用温度与汽车尾气及太阳能收集到的热量温度相一致。在几何尺寸上,考虑了其与后续的直线式机/电转换模型的匹配连接的特点。同时,为保障这一小功率斯特林发动机的成功启动并提高其转换效率,设计了一磁性弹簧共振配气活塞子系统,这一磁路不仅可以提供系统运动所需的直线刚度需求,并且能够为斯特林发动机的启动和运行进行内部工质调压。在此模型中,动力活塞不是设计成与配气活塞构成机械上的连接,它与发动机内部工质气体弹簧组成质量弹簧共振子系统,并且和配气活塞相配合,具有相同的共振频率(等于系统的公称频率)。在此基础上,进行了热力学和动力学仿真,分析了影响斯特林发动机模型运行品质特性的因素,得到了相关的p-V图,其输出功率大约为11W,转换效率约为10%。该低功率斯特林发动机模型的设计可以清楚的展示斯特林循环的各个运行过程,从而可为更高功率的斯特林发动机的开发研究提供思路。另外,这种通过样机验证的分析方法对斯特林循环系统的研究也具有参考价值。在机/电转换系统及其性能分析中,为了直接利用自由活塞式斯特林发动机模型动力活塞所输出的直线往复运动机械能,设计了一种基于电磁感应定律的圆筒型永磁直线发电模型,通过理论分析与计算确定了动子阵列结构、最优尺寸及其与定子绕组个数和尺寸的对应关系。其中动子结构采用了一准Halbach充磁方式,即永磁体通过铁磁圆环同极相连,这不仅增加了气隙磁场强度及其不均匀度,而且获得了近似正弦的电压输出波形。此外,通过Ansoft仿真分析了该模型空载磁场分布、负载电压电流波形特性。计算了负载时发电模型的输出功率和效率,得出平均功率为0.103W,绕组的平均铜耗为0.0465W,不计算其它损耗时的效率可达68.9%,固有频率约为11Hz,最大空载感应电动势为1.3V。在微电存储系统设计中,针对热/电转换模型输出的微电能特性,设计了升压储能系统。该系统主要通过由电容充电泵组成的启动电路完成一次升压储能,将热/电转换模型整流后的输出电压由0.5V提高到1V以上,作为直流升压DC-DC变换器的输入启动电压,经升压变换器后升至5V,可实现蓄电池储能。在此设计的基础上,通过HSPICE软件对各储能单元进行仿真,验证了所设计储能系统的功能特性。通过对微电能存储回路的仿真分析,在整流分压回路中加入一0.0096F电容,与热/电转换模型内部感抗实现RLC串联谐振,使分压电阻分得电压幅值达到最大,经升压后进一步促进储能系统运行的可靠性,提高能量有效利用率及储能系统的稳定性,实现了对其系统的改进与优化。