本文的研究对象是一种新型的动力装置——电力约束活塞发动机。这种装置主要应用于混合动力汽车，是在对混合动力汽车原有动力源存在的问题进行总结分析的基础上提出来的。它将传统的内燃机和直线发电机集成，结构简单、小型轻量，节能、节材及动力提高效果明显，改善了现有发动机—发电机组结构笨重复杂，匹配不合理，能源浪费严重等问题。本文首先对内燃机—发电机组合系统、电力自由活塞发动机及电力约束活塞发动机三种热—电转换系统各自的优缺点进行了分析比较。分析表明电力约束活塞发动机能简单、高效、方便地将燃料燃烧释放的热能直接转变成电能，是一种新型节能环保的热—电转换系统。然后介绍了单缸电力约束活塞发动机的结构、工作机理，建立了运动学、动力学模型，并对其空载特性进行了理论推导、仿真分析和试验研究。结果显示，该发动机与传统发动机—发电机系统相比，可以发出正弦电，空载时最大电压可达210伏。且实验结果与理论仿真结果基本相符。用有限元方法可以得出电机磁场为定值的结论，进一步证明了经典理论推导以及空载试验研究的正确性。最后，对单缸ECPE进行了试验研究，分析其空载特性和外特性。研究表明该电机的各种特性与交流发电机基本相似，且其空载和负载情况下都能发出类似于正弦的交流电，可以并入电网使用。