对于应用在电动汽车、高铁或船舶等设备上的大功率无线电能传输系统来说,由于空间耦合磁场和高频电流的相互作用,耦合结构中的线圈及磁屏蔽将受到电磁力的作用而产生振动断裂等情况,同时由于结构的特殊性,在运行过程中易有金属异物进入到耦合区域内,而金属中的感应涡流与磁场相互作用同样会产生电磁力,电磁力的存在会对耦合结构的稳定性及金属异物的存在状态产生影响,从而影响系统的工作运行安全和外界环境安全。因此本文从耦合结构电磁力及金属异物电磁力两个重点研究对象出发,对耦合结构电磁力的分布作用特性、金属异物电磁力的作用机理和金属异物受电磁力影响下的动态特性进行了分析探究。首先,基于传统电磁力计算方法,推导得出耦合结构中线圈和磁屏蔽结构所受电磁力的解析计算模型,并通过有限元计算分别对电磁力的时域特性和频域特性进行了分析,得出了线圈上横向电磁力促使线圈发生形变、纵向电磁力使发射和接收线圈之间相互排斥、磁屏蔽材料上电磁力与线圈电磁力方向相反的作用规律,进一步分析了电磁力稳态分量及周期分量的特性,并通过实验对多功率等级下电磁力的分布特性进行了验证,对提高耦合结构运行稳定性具有重要意义。其次,为探究电磁力对金属异物的作用机理,分别推导了非铁磁性及铁磁性金属异物受到电磁力的解析表达式,探究了电磁力的方向、大小及其作用影响因素,并通过构建电路参数等效模型,得到了计及电磁力作用下的金属异物运动微分方程,并进一步分析了金属异物的运动状态及其稳定性。再次,通过搭建多物理场耦合有限元计算模型,将动力学方程与电磁力方程结合,仿真模拟了金属异物在电磁力作用下的动态特性,并探究了金属材料参数及尺寸对电磁力的影响,以及不同类型、不同尺寸的金属异物在系统中的受力情况和漂浮、振荡、吸附等运动状态,并对金属的运动速度和发热情况给系统外界环境安全带来的影响进行了分析。最后,搭建金属异物动态特性测量实验平台,对金属异物受到电磁力的特性进行实验验证,并对不同类型金属异物的运动位移、加速度和速度等运动情况进行测量分析,验证理论仿真的正确性并进一步探究了金属异物受电磁力作用后对系统外界环境和耦合线圈造成的影响,对提高系统的安全性和可靠性具有积极参考意义。