近年来,直驱永磁风力发电机的市场不断扩大、需求连年提升。这种风力发电机尺寸大、磁极多,受限于传统预充磁工艺流程上的限制,生产效率很难提高。传统预充磁的组装工艺在生产大型电机时,工人需要面对数千具有强磁性的永磁块,其组装难度甚高、危险甚大、容错率极低、效率极低,迫切需要替代的工艺方案。整体充磁技术采用先组装后充磁的方式,永磁体在组装过程中不具有强磁性,从而规避上述问题,能够有效提高生产效率、降低制造成本、保障人身安全,具有良好的应用前景。本文针对湘潭电机厂2 MW型号直驱永磁风力发电机转子的整体充磁系统工程需求,研究了倾斜充退磁场对永磁材料充退磁的影响,运用拓扑优化方法实现了线圈的电磁设计,并提出了相应的冷却和加固方案,完成了样机制造和测试。考虑整体充磁时可能发生的倾斜充退磁问题,本文进行了相应钕铁硼永磁材料磁性能测试,并依据测试结果拟合了相应的饱和磁化和退磁判定曲线。本文采用变密度法的有限元模型和移动渐近线优化算法,在满足饱和磁化场的约束条件和磁场能量最小化的原则下,进行了线圈的初步优化;考虑转子背板结构上的涡流影响,进一步优化了充磁线圈磁场位形和电容器型电源参数,通过合理设计导电截面积和续流电阻,降低了线圈的温升。为解决线圈高频放电提出的冷却问题,本文采用中空导线水冷的冷却方案,通过理论计算和仿真验证了方案的冷却性能和外部可行性。针对高场线圈放电时产生的强大电磁力,本文采用环径双向加固方法,保证了线圈结构的稳定性;采用弹性材料自适应填充,保证了转子结构的安全性。在系统的工程实践中,本文设计了单水道和三水道两套跑道形充磁线圈并完成了样机制造。使用本文设计线圈搭建的整体充磁系统成功实现了一台2.5 MW永磁风机转子的饱和充磁,并在电机型式试验中取得了与传统制造方案一致的测试结果。