由于永磁电机具有体积小、效率高、功率密度大和可靠性高等特点,能够非常广泛地应用于各种领域。近年随着各类新能源产业的迅猛发展,对永磁电机的结构设计和电机控制方面的研究更加热门与深入。本文主要研究表面插入式永磁电机的本体设计及结构优化,以提高该类永磁电机的性能,具有理论价值和工程实践意义。针对传统的表面插入式永磁电机,使用了有限奇/偶数段的Halbach阵列,对其二维模型进行分析,基于简化的子域模型法对其无槽结构电机性能进行了计算,并使用改进的卡特系数法对有等厚齿尖平行槽的表面插入式电机的性能进行了计算。同时,以表面插入式永磁电机空载感应电动势基波幅值最大值作为目标函数,经优化求解,得出各段磁极极弧系数和磁化角度的最优组合,最终获得表面插入式永磁电机的感应电动势幅值和电磁转矩幅值的提高。使用有限元法对优化结果进行了验证,表明了解析算法的准确性和优化方案的合理性。在上述基础上,进一步提出了有限段不等剩磁的Halbach阵列的表面插入式永磁电机,基于简化的子域模型法和改进的卡特系数法对其进行了二维建模分析。同时,以气隙磁密基波幅值与气隙磁密THD的比值最大作为目标函数,经优化求解,得到各段磁极剩磁量和磁化角度的最优组合,最终获得表面插入式永磁电机的感应电动势幅值和电磁转矩幅值的提高,并且其感应电动势的THD有显著减小。使用有限元法对优化结果进行了验证,表明了解析算法的准确性和优化方案的合理性。最后,提出了一种使用Halbach阵列的新型双层半插入式交替极永磁电机模型。该电机是由传统表面插入式永磁电机改进而来,其转子内层结构为Halbach阵列的表面插入式交替极,转子外层结构为表贴式Halbach阵列。运用精确子域模型进行了二维建模分析,计算并优化得到其电磁性能。此外,给出一个与其用磁量相同的传统表面插入式永磁电机模型,将二者进行对比结果表明,新型电机具有更优的电磁性能。并使用有限元法对优化结果进行了验证,验证了新型电机结构的可行性和解析算法的正确性。