目前有效解决能源与环境问题的方法是加快新型清洁能源的发展,在各种新能源中直驱永磁风力发电属于重要领域,它可以作为分布式电源给牧区、渔船、城镇、道路等提供动力电源。轴向磁通永磁发电机为扁平状,结构简单紧凑、功率密度高,特别是定子无铁芯结构有效消除齿槽转矩和定子铁耗,效率高,启动转矩低。发电机外转子可以直接和风机固定,减少了传动结构,安装和维护方便,尤其适合低风速、直驱式垂直轴风力发电。轴向磁通永磁电机的主磁场呈轴向分布,其建模过程复杂、求解所需时间长,并且对计算机性能要求较高。无铁芯轴向磁通永磁电机优化是一个多变量、多目标的过程,并且不同优化变量可能会影响同一优化目标。本文依据传统圆柱式电机电磁计算过程,初步确定轴向磁通永磁电机主要参数。采用田口-响应曲面法对无铁芯轴向磁通永磁发电机初步参数进行多目标优化,利用有限元验证多目标优化的有效性。本文将轴向磁通永磁电机阶梯形磁钢复杂的三维模型简化为二维模型,采用分层模型法将磁场进行叠加,并计算电机的气隙磁场、感应电动势、电磁转矩和效率。结合轴向磁通永磁电机结构特点,根据传热学原理,计算电机各部分损耗和热源密度,建立电机三维电磁场和温度场有限元模型,通过仿真得到电机负载状况下,电机稳态运行时各部分温升情况。其结果表明本文优化设计的电机温升满足实际工程需要。根据优化参数制造了一台300W无铁芯轴向磁通永磁样机,并按技术要求搭建了实验平台。分别对样机进行空载和负载实验,结果表明样机输出电压谐波含量低,效率高,样机输出稳定,满足设计要求。