Halbach阵列同心式磁力齿轮依靠磁场作用传递转矩，其输入和输出之间非接触性传递使它具有转矩密度高、运行效率高和过载保护等优点。此种磁力齿轮内外转子采用同心式结构，有效地提高了永磁体的利用率，其转矩密度和运行效率较传统结构有较大的提高，因此具有较好的应用前景。本课题是国家自然科学基金项目“磁通解耦型磁力变速永磁无刷电机研究”(51177097)的研究内容之一，对新型结构的磁力传动装置进行研究。本文采用矢量磁位全局解析法对Halbach阵列同心式磁力齿轮展开研究，具体做了以下几方面的研究：第一，采用二维全局解析法计算同心式磁力齿轮气隙磁场。求解场域划分为内外转子永磁体、内外两层气隙和调磁定子的槽形区域，3类子区域的拉普拉斯方程和泊松方程通过边界连续条件建立联系。得到内外两层气隙区域的矢量磁位磁通密度解析表达式，计算了内、外两层气隙磁场；利用Maxwell应力张量法计算了内外转子电磁转矩；将气隙磁场波形和内外转子电磁转矩波形分别与二维有限元FEMM软件计算波形作比较，两者结果一致性好；在此基础上，分析了两层气隙的谐波磁场和电磁转矩的静态特性。第二，根据Halbach阵列充磁原理，推导出Halbach阵列充磁下的数学模型，也是采用全局解析法计算Halbach阵列同心式磁力齿轮内、外气隙磁场及其转矩，分析对比了两种充磁方式下磁力线的分布，将全局解析法计算结果与有限元软件FEMM计算结果进行了比较；同时也对两种充磁方式下气隙谐波大小和转矩做了比较。两种充磁方式下计算的波形与有限元计算结果的吻合也为磁力齿轮的参数优化设计奠定了基础。第三，从提高磁力齿轮的转矩密度出发，首次将MATLAB优化工具箱中的遗传算法运用到磁力齿轮优化设计中，在优化的过程中，不再进行人工干预，较有限元法优化设计方便、快捷。根据所选模型的优化目标，选取对优化目标影响较大的参数作为优化变量，选择合适的算子及概率，同时根据各参数和静态转矩之间的关系确定各参数的取值范围；用全局解析法计算优化后磁力齿轮电磁转矩，并且与磁力齿轮优化前电磁转矩作比较，结果明显优于优化前，计算结果表明，该优化算法是正确的和有效的。第四，根据优化设计参数，画出图纸，制造了一台传动比为-4.25:1的Halbach阵列同心式磁力齿轮，磁力齿轮的铁损耗是其主要损耗，空载试验对其铁损耗进行了分析；而负载试验进行的是磁力齿轮传动装置在某一固定转速时，整个负载区间磁力齿轮传动装置的传递效率问题。从实验结果看，样机的电磁转矩密度和传递效率均较高，具有推广应用的价值。同心式磁力齿轮在采用Halbach阵列充磁方式下，气隙磁场相互迭加使得一侧的磁场强度大幅度提升，可以提高转矩密度；并且气隙磁场正弦分布程度较高，谐波含量小。为研究低转速大转矩磁力齿轮复合电机提供了可能。