Halbach阵列因其特殊的充磁方式，具有磁场分布正弦度好、磁密幅值高、磁屏蔽等特性，在电机等电磁工程领域得到广泛应用。磁场是电机实现能量转换的媒介，了解并预测电机内磁场分布对认识与理解电机工作机制、分析与研究电机电磁性能、设计与优化电机结构具有重要意义。本文针对分段式Halbach阵列永磁同步电机，分析其主磁场与电枢磁场分布，研究齿槽效应对气隙磁场分布的影响，并提出稳健性优化设计方案。本文根据磁场解析基本理论，建立分段式Halbach阵列永磁同步电机空载气隙磁场解析模型。为便于分析应用，根据电机定、转子相对位置及转子芯材料属性对解析模型整理化简，有限元分析表明，解析模型能较好地描述气隙磁场分布。在此基础上，研究气隙磁密随电机结构尺寸、材料属性等参数的变化规律。永磁同步电机电枢铁芯上通常分布有齿、槽，致使气隙磁密波形畸变加重，电机运行性能恶化。为研究齿槽效应，基于子域模型法，建立电枢开槽情况下空载气隙磁场解析模型，并分析电机空载反电动势和齿槽转矩特性。有限元分析结果表明，解析模型能够真实反映电枢开槽对气隙磁场的影响，经与理想气隙磁密波形相比，电枢开槽后波形畸变更加严重。永磁同步电机正常运行时，电枢磁场将对主磁场产生影响。为研究电枢反应，相继建立电枢无槽和开槽时电枢磁场解析模型，有限元分析表明，解析模型预测电枢磁场分布准确性较好，且齿槽效应同样导致电枢磁场波形畸变严重。在此基础上，将主磁场与电枢磁场相结合，研究电机电磁转矩特性。Taguchi法是参数设计的有效工具，通过配置参数确保设计方案的稳健性。据此，利用Taguchi法确定电机结构尺寸、材料属性等参数最佳配置，改善气隙磁场分布，并检验各参数影响的显著性程度。研究结果表明，各参数的显著性程度因输出特性的不同而变化，且存在不同的最佳参数组合，具体确定时应权衡利弊，综合选择。粒子群优化技术是一种基于群智能理论的全局优化技术，其调节参数少，易于实现。由于算法性能优劣与参数配置合理性有关，首先利用Taguchi法对其进行参数设计，继而引入自调节与自进化机制，提高算法收敛速率和求解精度。最后，基于该优化技术对分段式Halbach阵列永磁同步电机进行优化设计，为有效抑制齿槽转矩提供稳健性设计方案。