无线充电作为一种新兴的电能传输方式,具有占地面积少、安全便捷、无机械磨损、抗腐蚀氧化性好、无火花触电危险、应用灵活、环境适应能力强等优势,已经成为国内外各研究机构、企业的研究热点。本文开展了对磁感应耦合式无线电能传输系统的研究。在线圈设计方面,平面矩形线圈具有节约成本、结构紧凑、空间利用率高、控制简单、抗偏移能力强等特点,因此本文对采用平面矩形线圈的松耦合变压器进行研究,并总结了一种新的松耦合变压器设计迭代方法。以减小耦合线圈尺寸为原则,尽可能将线圈绕满,得出匝间距和线圈外径、匝数的关系,根据经验公式计算出尺寸,进行绘制、仿真,并与期望自感值对比,进行匝数和尺寸的增减,最后得到线圈的参数。利用Ansys Maxwell有限元仿真,分析了匝数、线圈大小、铁芯面积、距离等对线圈自感、互感和耦合系数的影响。在补偿网络方面,LCC-S拓扑结构的副边体积和重量较小,可实现原边线圈恒流、副边恒压输出,轻载特性良好,补偿网络参数不受互感、负载等因素的影响,系统具有良好的鲁棒性。因此,本文对LCC-S谐振补偿网络结构进行研究,建立了系统损耗模型,得出效率公式,进而将效率优化分为两阶段:参数设计阶段和运行阶段。在参数设计阶段,通过效率公式设计了一套谐振参数优化设计的方法,与传统参数计算方案相比,优化参数方案损耗低、效率高、元件应力更小。这套参数优化方法充分考虑了整个系统的效率,便于在参数设计阶段计算出实现系统最大效率运行的谐振参数值。对于一个谐振参数确定的系统,通过仿真验证了负载和耦合系数对效率的影响,效率随着负载的增大而增大,达到最大值后,继续增大负载效率会降低;而效率随着耦合系数的增大而增大,并趋于一个稳定值。因此,在运行阶段,可通过调整耦合系数以匹配不同的负载,进一步实现系统的效率优化。本文对系统的各项输出性能都进行了Matlab仿真,得到了系统的原边线圈恒流、副边恒压,增益不受负载影响、随耦合系数呈单调递增的趋势,输出功率随负载增大而减小等输出特性,与理论分析结论相吻合。最后,本文搭建了3kW静态无线电能传输实验平台,实现了输入电压375V时满功率无线电能传输,并验证了负载、线圈距离、位置的变化对系统输出的影响。