磁齿轮作为一种非接触式传动装置具有振动小、噪声低、可靠性高、自适应过载保护等优势,有望应用于机器人、新能源汽车、化工和医药等领域。然而,传统磁齿轮转矩密度相比机械齿轮有较大差距,限制了其工业应用。本文在现有少极差磁齿轮研究工作的基础上,为了提升转矩密度,提出了一种聚磁Halbach少极差磁齿轮（Flux focusing Halbach magnetic gear with small poles difference,FFHMGSPD）结构,然而由于存在参数众多和运动形式复杂等问题,基于此本文提出FFHMGSPD优化设计方法和运行特性仿真研究。本文主要研究内容有:（1）针对转矩密度有待提高的问题,提出了FFHMGSPD新结构,并对其原理进行了介绍分析。首先,介绍了少极差磁齿轮的一般拓扑结构和两种高传动比工作模式。其次,对聚磁永磁体阵列和Halbach永磁体阵列进行结合提出FFHMGSPD新结构。最后,解析分析了FFHMGSPD的气隙磁场,从磁场的角度进一步阐述了工作原理,并使用有限元法对解析分析进行了验证。（2）针对FFHMGSPD结构设计参数与输出转矩关系复杂等问题,利用单/双参数扫描和遗传算法,实现了FFHMGSPD的优化设计。首先,根据设计要求对FFHMGSPD进行了主要尺寸计算。其次,利用控制变量法对关键结构参数进行了单/双参数扫描,分析了各参数与输出转矩的关系。最后,利用遗传算法,以输出转矩为优化目标,对FFHMGSPD进行了全局优化。（3）针对FFHMGSPD运动形式复杂,稳态性能难以仿真的问题,提出等效运动模型,实现有限元暂态场仿真,揭示稳态电磁性能。首先,建立不同运行模式的等效运动模型,并对等效运动模型的正确性进行了验证。其次,利用等效运动模型分析了第三章所设计的FFHMGSPD稳态时的磁场、转矩和涡流损耗。最后,对比FFHMGSPD和普通聚磁少极差磁齿轮的气隙磁场,揭示了新结构的优势。（4）为了分析FFHMGSPD动态响应能力,根据机械结构建立了新结构磁齿轮的动力学模型,实现对FFHMGSPD动态特性的仿真。首先,对FFHMGSPD进行主要受力部件的强度校核和机械结构设计。其次,根据机械传动结构建立了新结构磁齿轮动力学模型。最后,利用动力学模型对磁齿轮动态运行特性进行了分析。论文研究成果为磁齿轮的转矩密度提高做出了一定贡献,也为FFHMGSPD电磁设计、机械结构设计以及运行特性分析提供了研究思路。