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由于磁性齿轮结构在波浪发电中具备良好的应用前景和研究意义，本文重点研究同轴磁性齿轮(Coaxial Magnetic Gear, CMG)和磁性齿轮永磁同步电机(Magnetic-gear Permanent Magnetic Synchronous Generator, MG-PMSG)的设计与优化问题。以CMG和MG-PMSG为研究对象，对其工作原理，电磁模型的建立，CMG拓扑结构的优化，以及MG-PMSG齿槽转矩的削弱进行深入研究和分析，具体研究内容主要包括：
(1)CMG的基本原理。首先对CMG的基本结构进行介绍，从磁场调制的角度详细阐述CMG的运行原理，并分析调磁环对CMG的调制作用；通过有限元分析方法，对CMG气隙磁密分布、工作转矩进行分析，为CMG的优化奠定理论基础。
(2)CMG的优化设计。利用表面响应法和粒子群算法(Particle Swarm Optimization，PSO)，对CMG进行拓扑结构优化，主要分为四个步骤：确定初始样本点，并对初始样本点进行实验设计；接着利用多项式函数确定拟合目标和约束响应面；再通过PSO算法寻找当前响应面的最优值；最后对优化后的CMG进行有限元仿真验证。
(3)MG-PMSG设计。首先介绍MG-PMSG的结构和工作原理，参照传统永磁同步发电机的设计经验，给出该电机的设计方法；最后采用有限元分析方法，对MG-PSMG进行空载性能和负载性能分析，基本满足设计要求。
(4)MG-PMSG的齿槽转矩优化。首先对MG-PMSG的齿槽转矩机理进行分析，分别研究定子槽口宽度、定子齿开辅助槽和定子斜槽对齿槽转矩的影响，并研究Halbach充磁对齿槽转矩的影响；然后采取“定子齿开辅助槽+定子斜槽+Halbach充磁”的组合方法对电机进行优化设计，并与上述几种方法进行分析比较，证明组合设计方法十分有效且优化效果明显。
(1)CMG的基本原理。首先对CMG的基本结构进行介绍，从磁场调制的角度详细阐述CMG的运行原理，并分析调磁环对CMG的调制作用；通过有限元分析方法，对CMG气隙磁密分布、工作转矩进行分析，为CMG的优化奠定理论基础。
(2)CMG的优化设计。利用表面响应法和粒子群算法(Particle Swarm Optimization，PSO)，对CMG进行拓扑结构优化，主要分为四个步骤：确定初始样本点，并对初始样本点进行实验设计；接着利用多项式函数确定拟合目标和约束响应面；再通过PSO算法寻找当前响应面的最优值；最后对优化后的CMG进行有限元仿真验证。
(3)MG-PMSG设计。首先介绍MG-PMSG的结构和工作原理，参照传统永磁同步发电机的设计经验，给出该电机的设计方法；最后采用有限元分析方法，对MG-PSMG进行空载性能和负载性能分析，基本满足设计要求。
(4)MG-PMSG的齿槽转矩优化。首先对MG-PMSG的齿槽转矩机理进行分析，分别研究定子槽口宽度、定子齿开辅助槽和定子斜槽对齿槽转矩的影响，并研究Halbach充磁对齿槽转矩的影响；然后采取“定子齿开辅助槽+定子斜槽+Halbach充磁”的组合方法对电机进行优化设计，并与上述几种方法进行分析比较，证明组合设计方法十分有效且优化效果明显。