风能是一种储量丰富、近乎无尽、分布广泛的清洁、安全、可再生能源,随着化石能源的逐渐枯竭,其受到越来越广泛的关注,并在风力发电领域有着长足的发展,取得了令人瞩目的成果。近年来,风力发电机正朝着永磁化和单机容量大型化发展,而且对运行性能的要求越来越高。本文针对5MW永磁同步风力发电机的设计要求,完成了对电机的设计和结构的优化,并对其电磁性能进行了分析和验证,主要工作如下：1、根据设计要求,完成对永磁同步风力发电机的选型,确定其基本磁路,即采用径向内置式转子结构。从已知电机技术参数和设计原理出发,确定了电机的主要尺寸,如定子内外径、电机轴向长度等。通过对电机的一些关键结构和参数如定子槽、电枢绕组、气隙长度、永磁体以及隔磁措施等进行分析和仿真,得到了5MW永磁同步风力发电机基本设计方案。2、永磁电机在运行过程中存在转矩的波动,并且伴随着振动和噪声,其产生的主要原因之一就是永磁体和开槽电枢之间相互作用而产生的齿槽转矩。在高性能永磁电机设计中,必须对齿槽转矩加以削弱。本文通过对电机模型进行等效和假设,结合能量法和傅里叶变换对齿槽转矩进行了解析分析并得到了其一般表达式。通过解析式分析了齿槽转矩的变化规律和影响齿槽转矩的主要因素。针对本文电机,分别分析了改变槽口宽、改变极弧系数、改变气隙比以及转子静态偏心等对齿槽转矩的影响,并通过有限元仿真进行了对比和验证,为电机结构的进一步优化提供了依据。3、通过对电机结构优化设计,确定了最终设计方案,并利用Ansoft Maxwell有限元仿真软件分别对空载、额定负载等工况进行了分析计算。分析表明,电机齿槽转矩、电磁转矩波动以及电压波形畸变率均小于2%,符合设计要求。带额定负载时,电机额定功率为5429kW,同样满足设计要求。最后,分别对三相短路、两相接地短路和两相短路进行了仿真分析,得到了不同短路故障下退磁情况,分析表明,短路时永磁体只有端部极小区域发生退磁。