风能作为一种清洁能源越来越受到人们的青睐,风能具有可再生、环保、洁净等优点。因此,近年来,风力发电受到了世界各地的极大关注,风力发电装机容量迅速增长。轴向磁通无铁心永磁同步发电机具有结构紧凑、功率密度高、体积小、重量轻等优点,非常适合风力发电机组的发电机。本文设计了一台功率为3kW的双转子内定子式轴向磁通无铁心永磁同步发电机作为直驱风力发电系统的发电机。本文介绍了轴向磁通永磁电机的四大拓扑结构,由于电机采用非叠集中线圈绕组,文章研究了电机的极槽配合问题。分析了轴向磁通无铁心永磁同步发电机的磁路特点和漏磁分布,并作了永磁磁极设计和绕组设计等方面的研究。本文对空载电动势谐波抑制采用两种方法进行了分析,一种是采用正弦形永磁体,另一种是通过采用曲面响应的方法对电机进行优化设计。第一种方案中,建立正弦形永磁体励磁磁场的电机有限元模型,计算电机的气隙磁密和空载电动势,并研究和分析极弧系数对电机气隙磁密和空载电动势的谐波抑制效果。第二种方案中,假定永磁体用量和绕组线圈边截面面积一定,以永磁极弧系数和绕组线圈边截面宽度为变量,以空载电动势基波幅值最大化、空载电动势基波含量最小化为优化目标,建立相应有限元模型计算并整理计算结果,最终获得最优电机电磁设计参数来降低发电机的空载电动势谐波含量。采用第一种方案,气隙磁密谐波含量更低,永磁体用量更少,但是永磁体制造难度较大。采用第二种方案,永磁体依然矩形永磁体,可以降低永磁体制造难度,但是优化方法采用响应曲面的方法,需要建立相当数量的有限元模型。因此,本文有一定的研究价值。