Halbach永磁陣列的概念最早是由美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的K1aus Halbach教授提出^[1]，并在20世紀(jì)90年代被國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)相繼成功應(yīng)用于新一代的粒子加速器、自由電子激光裝置、同步輻射裝置等高能物理領(lǐng)域中。

 Halbach陣列是一種新型永磁體排列方式，它將不同磁化方向的永磁體按照一定的順序排列，使得陣列一邊的磁場(chǎng)顯著增強(qiáng)而另一邊顯著減弱，且很容易得到在空間較理想正弦分布的磁場(chǎng)。Halbach陣列的這些特性使其在永磁電機(jī)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景，Halbach陣列在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都受到了廣泛的關(guān)注。近十幾年來，在權(quán)威期刊和國際會(huì)議上，有很多與Halbach陣列相關(guān)的文獻(xiàn)出現(xiàn)。有些知名大學(xué)(如MIT、東京大學(xué))已經(jīng)對(duì)Hal—bach陣列的應(yīng)用進(jìn)行了卓有成效的研究口^[2,3]。

本課題組目前正在開展基于Halbach陣列的高精度平面電機(jī)的研究，即在設(shè)計(jì)和制造出平面Hal—bach磁陣列的基礎(chǔ)之上，研制一套高精度平面電機(jī)系統(tǒng)。研究的第一步就是在電磁理論指導(dǎo)下設(shè)計(jì)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Halbach永磁陣列，并通過解析和仿真的手段來分析陣列的特性。

  參考國內(nèi)外高精度平面電機(jī)的結(jié)構(gòu)，課題組最終選擇永磁直線電機(jī)作為執(zhí)行器，直線電機(jī)的永磁陣列采用一維Halbach陣列。本文中，首先對(duì)Halbach陣列的磁場(chǎng)進(jìn)行了解析求解，并對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行了諧波分析，利用ANSYS和MATLAB軟件對(duì)陣列磁場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了Halbach陣列的優(yōu)良特性。

MIT的Kim博士在文獻(xiàn)[2]中提出了一種永磁陣列的通用解析算法。下文首先介紹該算法，接著利用它來分析如圖1所示的陣列。