风能是可再生能源,世界各国越来越重视风能的开发和利用.小型风力发电系统的应用在中国已经相当普遍,目前依然有很大的应用前景.该文针对小型风力发电系统所用的发电机,提出了一种新型结构的永磁无刷直流风力发电机.文中对小型风力发电机的设计理论、方法做了探讨.对风力发电机的额定数据、电磁负荷的选取,定转子结构的设计等做了定性分析;据此研制了一台新型结构的永磁无刷直流风力发电机.经实验验证,发电机的性能优良,达到了设计要求.对于无刷直流风力发电机的工作原理,该文做了论述.以分析电枢绕组电势为基础,依据多相整流理论分析了发电机的电压波形、空载电势计算以及二极管断路和短路两种故障工况下的电压波形.计算了二极管工作电流和所承受的最大反向电压,以此作为选用二极管的依据.为了计算电机磁路设计中所关心的一些参数,文中采用有限元计算软件Ansoft Maxwell对无刷直流发电机进行了静态场计算;讨论了极弧系数、漏磁系数、气隙系数等几个重要参数的计算.采用Ansoft Empulse软件对无刷直流风力发电机进行了仿真研究,重点分析了磁性槽楔、永磁材料、转子结构等对发电机性能的影响.此外还仿真研究了二极管断路,短路两种故障工况;仿真研究了二极管的开通截止过程.小型风力发电机提出了起动阻力矩的概念,该文对起动阻力矩进行了定性分析和定量计算.对永磁风力发电机起动阻力矩的主要成分——齿槽转矩的计算方法做了探讨,采用有限元法和公式法分别计算了文中所设计的永磁无刷直流发电机的齿槽转矩.最后对无刷直流风力发电机进行了实验研究,进一步验证了文中所采用的设计、分析方法的正确性.