随着资源与环境间的矛盾日益加剧,清洁能源的开发和利用愈来愈受到人们的关注。在众多能源中,因为风能具有无污染和可再生的特点,所以风力发电技术研究已成为热门课题。本文以一台三段式U型磁钢半直驱永磁同步发电机为例,进行基于FEM的磁钢排列优化研究。首先,分析了永磁同步发电机转子结构,根据实际工程问题,选择合适的半直驱永磁风力发电机转子结构,分析了内置式永磁同步发电机U型磁钢排布磁路模型,给出了三段式U型磁钢永磁同步发电机磁路模型、隔磁桥处漏磁通计算方法并推导主磁通计算公式。其次,运用CAD建模软件完成U型磁钢半直驱永磁同步发电机的转子结构建模,利用有限元软件Ansoft Maxwell中Rmxpt建立U型磁钢半直驱永磁同步发电机定子结构模型,由此完成U型磁钢半直驱永磁同步发电机定转子整体结构模型建立。再次,采用局部优化设计方法,在三段式U型磁钢尺寸不变的前提下,改变三段式U型磁钢排列夹角建立多种工况物理模型,利用有限元软件设置合理剖分网格对上述多种工况进行有限元仿真计算。最后,应用FEM仿真分析了三段式U型磁钢排列对电机空载特性、负载特性、短路特性的影响。其中,空载特性计算,包括空载感应电势、电压波形正弦性畸变率、铁耗的计算,并着重分析了三段式U型磁钢排列夹角对空载气隙磁密、隔磁桥处磁通及齿槽转矩的影响。负载及短路特性计算得出端电压、端电流、纹波转矩和短路电流随U型磁钢排列夹角变化的情况。同时分析了斜槽对空载气隙磁密的影响。