1979年，美国学者Klaus Halbach提出一种新的阵列结构，它是一种将径向与切向阵列结合在一起的永磁体排列方式。后来被称为Halbach阵列结构。它在电机应用中有如下优点：

1）它的自屏蔽作用可使磁钢一边的磁场明显增强，而另一边的磁场明显减弱。在永磁电机设计中采用Halbach阵列，可使气隙侧的磁通密度大幅增加，而转子轭部磁通减小，最适合采用表贴式永磁体的内转子或外转子结构。从而可降低电机的体积和重量，有效提升电机的功率密度。如图6-4所示，每个磁极为由三片不同磁化方向磁片组成的Halbach阵列结构，显示转子内孔磁场已经很弱。

2）由于转子轭部磁通显著减小，可减小转子轭部铁磁材料厚度，甚至不用转子磁轭，可降低转子重量和转动惯量，提升系统快速响应性。

3）磁体以不同方向磁化导致工作点较高，一般超过0.9，提升了永磁材料的利用率。

4）另外一个特点是使气隙中的磁通密度分布近似于正弦波，有助于降低齿槽转矩和转矩波动。谐波含量低，可采用分数槽集中绕组，定子不必采用斜槽。

有限元磁场分析与样机实验结果表明，Halbach阵列结构是提高永磁电机磁负荷与力能密度的一项有效措施，对于大功率多极永磁电动机，其效果尤为显著。

图6-4 一个8极内转子Halbach阵列结构的磁场(www.daowen.com)

下面是一个12极内转子无刷直流电动机采用Halbach磁化阵列结构和一般表贴式结构比较的例子。该无刷电动机有相同的18槽定子，外径为90mm，内径为55mm，轴向长度为13mm，气隙长度为0.5mm，磁片厚为2.4mm，采用分数槽集中绕组。对电机转子Halbach阵列，每极分别分割为由2、3、4、5片磁片组成情况下进行有限元分析，研究它们的齿槽转矩和反电动势波形。随着分割数增加，电机的相反电动势和线反电动势波形逐步接近正弦波。从图6-5给出的每极有3片磁片的Halbach阵列结构气隙磁通密度分布和反电动势波形就清楚体现出来。采用Halbach阵列结构的齿槽转矩也得到改善。

作为对比，图6-6给出有相同尺寸一般表贴式结构18槽12极电机的气隙磁通密度分布和反电动势波形。它的气隙磁通密度分布接近于梯形波（左图），由于q=1/2，相反电动势波形（细线）呈现梯形波，但是线反电动势波形（粗线）已经不是梯形波，与正弦波的差距也很远^[1]。

图6-5 每极3磁片Halbach阵列结构的气隙磁通密度分布和反电动势波形

图6-6 18槽12极表贴式转子结构的气隙磁通密度分布和反电动势波形