近年,随着大气污染问题的日益严重,传统化石能源开采量逐年缩减,清洁能源在我国能源总量中占比逐年提升,而风能是取之不尽,用之不竭的清洁能源,因此,研究如何最大限度的开发利用风能,成为了风电领域的研究热点。风力机是捕获风能的一种重要机械设备,它能将自然界中的风能转换为日常生活所需的电能,并且它的特性直接影响风电转换效率。近40年来风电行业发展迅速,除传统水平轴风力机(HAWTs)以外各种类型的风力发电机竞相出现,垂直轴风力机(VAWTs)以其结构简单、无需对风、无需增速齿轮机构、易于起动、安装地点灵活、维护方便和成本低廉等独特的优势成为风电行业的又一研究方向,受到广泛关注。未来风电的大体方向必然是以大型水平轴风力机发电为主,小型化垂直轴风力机为辅;水平轴电能供电入网,垂直轴离网运行、电能现发现用,二者相辅相成,达到风电供需平衡。本文主要基于一种新型塞内加尔(Senegal)式垂直轴风力机为研究对象,以风力机系统的电磁场和流体场两个方向展开分别从理论推导和有限元仿真计算两个角度对风力发电机系统进行分析。在风力机系统的电磁场方面,主要基于定积分的微元法分析了盘式风力发电机的基本电磁关系并推导得到电磁转矩和电磁功率基本公式,确定了盘式风力发电机主磁路。进而从实际应用角度出发根据盘式发电机的基本特点,对其额定电压、额定功率、齿槽数、极对数、定转子尺寸和结构形状等参数进行选择并确定,提出了一种聚磁盘式无铁芯风力发电机模型。基于有限元软件Ansoft Maxwell16.0 3D磁场计算模块,分析了该发电机的静态和瞬态空载基本特性,然后将蓄电池作为发电机负载,分析了该发电机的瞬态负载特性,得出各种参数特性曲线关系。在风力机系统的流体场方面,基于贝茨理论和叶素理论对风力机进行计算流体动力学(CFD)分析,推导得到风力机风轮的最大功率和受力情况。基于计算流体动力学(CFD)分析方法,将本文提到的塞内加尔(Senegal)式垂直轴风力机导入ANSYS CFX大型流场计算模块,对垂直轴风力机整体进行流场计算分析,得到最佳风轮结构和风力机下游尾流场分布。针对单台机组尾流分布的特点,确定多台机组的最佳间距并设计了十台机组小型风电场,通过风电场的综合流场计算,得到新型垂直轴机组间的最佳布局。本文以Senegal式垂直轴风力机为主线,从电磁学和流场学角度综合分析了整个风力发电机系统,所得结果为该类垂直轴风力机的研究和发展提供借鉴和参考。