低风速地区的风能资源在我国分布十分广泛,约占全国可利用风能面积的68%。但低风速地区的风能资源几乎都没有得到开发利用,这无疑是对风能资源大大地浪费。因此,合理有效地开发利用低风速地区风能资源对风能资源的就地转化和利用、补充化石能源的短缺以及合理地调整我国能源结构具有重要意义。垂直轴风力机因无需偏航装置,启动风速低、安装简便等优势,已经在中小功率等级风力机中得以应用。而磁悬浮垂直轴风力机因为无机械摩擦,可大大地降低启动阻力矩,因而可以进一步降低启动风速,尤其适合低风速地区风能资源的开发利用。因此,研发出一种低风速磁悬浮垂直轴风力机用以解决低风速地区风能资源长期得不到有效利用的问题具有重要的现实意义。本文设计了一台低风速磁悬浮垂直轴风力机结构中的风轮和永磁直驱型风力发电机。首先,通过垂直轴风力机风轮参数的设计,初步设计了一台1 kW垂直轴风力机的风轮。同时,使用由双多流管模型的计算步骤编写的Matlab程序代码预测了初步设计的1 kW垂直轴风力机风轮的气动性能。结果表明,初步设计的1 kW垂直轴风力机风轮可达到1 kW的输出功率和相应的风能利用率要求。其次,通过对初步设计的1 kW垂直轴风力机风轮进行数值模拟研究。结果表明,初步设计的1 kW垂直轴风力机风轮不满足低风速启动的设计要求。为此,本文采用将叶片翼型优化和风轮结构参数优化相结合的方法对初步设计的1 kW垂直轴风力机风轮进行了优化,优化后的垂直轴风力机风轮大大提高了启动转矩和风能利用率并有效降低了启动风速和风轮的重量,最终达到了低风速磁悬浮垂直轴风力机结构中风轮的设计要求。最后,本文设计了一台与1 kW垂直轴风力机的风轮相匹配的永磁直驱型风力发电机。首先依据传统电机的经验公式和永磁发电机算例,对发电机进行参数设计、电磁计算以确定发电机基本参数,然后在RMxprt模块中建立电机的基本模型,最后将其导入Maxwell 2D中进行静态磁场、瞬态磁场分析。经过综合分析,所设计的1 kW垂直轴风力机用永磁直驱型风力发电机设计比较合理。