伴随人类物质生活和国民经济的提升，世界对能源的需求量日益增加。能源的消耗肯定会引起环境的污染，能源的极大消耗最终会制约人类经济的发展和进步。风力发电以清洁、储量丰富、可再生等优势受到越来越多关注，而风力发电机的发展水平直接关系到风能的利用，当前永磁直接驱动风机和双馈异步风机主导着风机类型。永磁直接驱动风机在电网电压较低时穿越此电压能力较强且安全稳定。由于永磁材料价格昂贵，导致电机成本较高；异步双馈风机的齿轮箱、电刷和集电环为易出现故障部件，导致系统的可靠性较低，另外其低电压穿越能力较低，虽然发电成本低，但其发出的电能并网存在较大风险。本课题设计的高速永磁风机和永磁直接驱动风机具有一样电磁特点，但其成本较低，与异步双馈风机对比，其安全可靠，且其具有较高的设备置换性，即直接用永磁风机替换相同中心高的异步双馈风机，而不需要更换配套设施，这样可以降低成本，节省更换设备时间，并且该类型电机的低电压穿越能力较强，并网的风险较低；又因永磁风机的功率密度相对异步双馈风机高，此2.1MW电机比1.5MW异步双馈风机的重量轻300Kg。因此，目前一些风电发电机厂将视其为今后重点发展对象。为解决异步双馈风机低电压穿越能力低的问题，急需设计出具有机械置换性的高速永磁风力发电机，以上海电机厂独立研发的项目为平台，设计一台高速永磁风力发电机，其功率为2.1MW，转速是1800rpm。在参考ABB公司相关产品的基础上，本课题对高速永磁风力发电机进行设计和研究。首先对转子结构进行设计，其采用冲片结构，相对于极靴结构能够极大降低涡流损耗、减轻电机散热负担；设计的磁桥为竖向结构，而常规电机的磁桥为平向结构，这样在电机工作时产生竖向的风力，进入定子散热孔，达到提高电机散热能力的目的，且磁桥在外侧边角处设置圆倒角，这样可以降低风摩损失；电机磁钢采用分块方式，为保证转子的机械强度，需增加几根加强筋；对转子几种磁路结构形式进行分析，基于永磁风力发电机工作环境复杂、永磁工作点高的特点，确定转子的磁路设计结构。然后对定子电枢绕组进行设计，基于谐波最小化，基波磁通最大化的分析，确定电枢绕组采用双层短距分布式绕组，计算出其基波分布因数；最后对电机结构尺寸进行设计，首先给出电机总的设计原则，在此基础上确定电机设计的主要尺寸及气隙的长度，根据设计原则确定永磁体的尺寸。由于永磁同步电机本身特性，相比于异步双馈电机，其在未通电时已存在齿槽转矩，而齿槽转矩能够引起转矩脉动，从而加剧电机的振动和噪声，而本课题研究的电机气隙取8mm，而一般的电机气隙为3～5mm，这样设计可以极大降低因齿、槽间气隙的不同引起的电机振动、噪声以及谐波的干扰；另外采取永磁体分块和非均匀气隙来削弱齿槽转矩，利用有限元仿真计算分析齿槽转矩的削弱情况，同时永磁体采用分块方法能够降低永磁体的安装难度，但永磁体分块会影响到转子结构的机械特性，需在第四章中对转子在超速旋转时进行接触应力分析，确保电机的安全；利用有限元方法对电机的关键参数进行计算，包括电机的极弧系数、漏磁系数、永磁体的工作点计算、空载电压波形畸变率的分析；对永磁体进行抗去磁性能研究，采用稳态去磁电流来校核永磁体，利用Ansoft软件对电枢三相绕组短路进行仿真，保证永磁体处于最坏条件下不会发生不可逆退磁；另外，本文设计的冲片结构的电机与常规结构的电机进行仿真对比分析，比较两者的涡流损耗情况，得到冲片转子结构的电机涡流损耗明显降低。本文利用有限元仿真软件ANSYS对转子结构进行应力仿真分析，得到转子加强筋在超速2400rpm时的应力、应变情况，确定是否在材料的屈服强度范围内，在此需要进行不同情况下的对比分析。首先保持单块磁钢尺寸、转子加强筋总尺寸不变的前提下，在不同磁钢分块数（加强筋个数不同），即单个加强筋尺寸不同时对接触应力进行分析，最后得出五根加强筋的尺寸分别为2mm、3mm、2mm、3mm和2mm满足机械强度要求，为较佳尺寸。最后对研制的样机进行出厂试验，验证其符合工业要求以及设计目的。