近几年来,世界对清洁和可持续能源的需求不断增加,随之而来的是对低成本小型风力发电系统需求的增加,因为小型风力发电机被视为一种经济和灵活的发电解决方案。小型风力发电机的优点是在负荷中心附近发电,因此不需要运行高压输电线路,这非常适合风资源丰富的偏远地区。永磁同步发电机(PMSG)具有转矩大、无需外加励磁电流、具有变速运行能力等优点,因此永磁同步发电机是小型风力发电机的理想选择。此外,外转子永磁同步发电机是直接驱动运行的,它消除了系统中的齿轮箱,从而降低了成本和噪声,提高了系统的整体发电效率。本文主要研究直驱式小型外转子表面嵌装式永磁同步风力发电机的设计与优化。本文首先介绍了常用的风力发电系统,包括PMSG的类型和结构、永磁体的配置和定子绕组的布置。然后,建立了分析模型以确定小型永磁同步发电机永磁体基本电磁特性、主要尺寸、槽参数、槽数、极数和绕组结构。利用所建立的分析模型,在Matlab中开发了一套优化程序,根据给定的设计准则来寻找最优的发电机几何参数。根据优化结果设计了永磁同步发电机的结构。利用有限元法对所建立的模型进行了验证。采用Maxwell 2D有限元法分析了永磁同步发电机的详细特性,包括磁通密度分布、磁力线、空载反电势波形和转矩。然后,分析了定子槽参数和永磁体尺寸对永磁同步发电机性能的影响,主要是对永磁同步发电机的气隙磁通密度、空载反电势波形和齿槽转矩的影响。通过有限元模型与Maxwell Simplorer的联合仿真,验证了发电机的性能。根据有限元模型参数,制作并测试了一台物理发电机。得到了空载反电势波形,绘制了电压-速度曲线。实验测验结果与理论计算结果吻合较好。总之,验证了设计的永磁同步发电机的合理性。