近几年伴随着国内环境日益恶化,全球范围的能源危机越发严重,针对可再生能源的研究也越来越得到广泛关注。可再生能源中以风力发电应用最为广泛而且相对成熟。风力发电也在朝着大功率、高效率的方向发展。结构简单、维护成本低、具有较好低速特性的永磁电机也越来越多地应用在风力发电中,大型级永磁直驱以及半直驱式风力发电机的设计、研发与制造,仍是各国发展风力发电至关重要的一环,也被作为领先技术重点研究。本文在传统大型永磁直驱和半直驱风力发电机的基础上,加入新型磁体阵列,对其静态场和瞬态场分别进行了大量的研究。首先,根据基本的电磁理论以及前人的研究和经验,学习传统的永磁电机建模方式,简单地对Halbach阵列磁场进行数学推导,通过推导分析得知应用Halbach阵列的永磁风机电磁场的影响因素。由分析式可知,应用Halbach阵列永磁体的气隙磁密与永磁体厚度、充磁强度、风力发电机的极弧系数、极对数、电机半径等均有密切关系,并简单地对永磁材料的涡流损耗进行建模与数学分析。其次,根据基础电磁理论、有限元分析法以及ANSYS Maxwell软件基本建模方法,分别建立MW级永磁直驱和半直驱风力发电机的二维有限元模型,并根据Halbach阵列的特性,建立相应的Halbach阵列永磁直驱式和半直驱式风力发电机的二维有限元模型,同时,对四种不同的电机进行大量的静态场以及瞬态场的仿真计算。最后,通过大量的有限元仿真数据,对不同的结果进行综合分析。通过对比传统永磁风力发电机与Halbach阵列永磁风力发电机的磁感应强度分布、磁力线分布,可知Halbach阵列应用在大型永磁风力发电机中仍有良好的单边聚磁效果;通过对比传统永磁风力发电机和Halbach阵列永磁风力发电机的气隙磁密波形,可知Halbach阵列可减小气隙磁密波形畸变;通过对比基于Halbach阵列的直驱和半直驱永磁风力发电机,可知尺寸较小的电机,在采用Halbach阵列后气隙磁密增加的更多;根据对永磁体材料涡流损耗的计算得知,Halbach阵列有减少永磁体涡流损耗的作用,从而有利于设备散热,提高了风力发电机效率;根据对不同极对数Halbach阵列的仿真得知,若想充分发挥Halbach阵列的最佳效果需要充分考虑电机的齿槽匹配;同时分析得出,Halbach阵列充磁偏角与气隙磁密曲线的波形关系密切,较小的偏角,其气隙磁密曲线波峰较高,波峰宽度较窄。本文通过大量的二维有限元建模与计算,总结和归纳了基于Halbach阵列的大型永磁直驱式和半直驱式风力发电机电磁场规律,给新型兆瓦级永磁风力发电机的设计与研究提供有意义的研究经验,具有一定的参考价值。