基于磁耦合谐振的无线能量传输(WPT)一直吸引着研究人员和工程师们极大的关注,在这方面的应用也层出不穷,例如无线电动汽车充电系统、植入生物医学装置、消费电子无线充电系统、无线传感器网络等等。不同于传统的感应耦合功率传输系统,磁耦合谐振式系统能够在相当大的距离(两倍以上的线圈直径)以更高的效率传输电能(可达80%以上)。目前单一源单接收单元的无线传输系统的研究不论是理论上还是工程实践上已经受到了较广泛的关注,而更接近实际应用的单一源到多目标接收单元则成为了亟待研究和解决的课题,另外中继的引入为远距离无线能量传输提供了高效的解决方案。因此,本论文围绕单一源到多接收单元的无线传输系统以及新型中继结构等热点问题展开研究,推动无线能量传输向实际应用领域的转化。首先,论文概述了单一源单接收单元(四线圈结构)无线能量传输系统的基本结构和建模方法,简要阐述该系统的能量传输机理,并与其他无线能量传输技术进行对比分析,列举出该技术的优势及应用前景。研究其基于耦合模理论和电路理论的建模方法,论证了电路模型和耦合模模型在系统设计优化上的等效性,并且在电路理论基础之上给出系统关键参数有针对性的理论分析,建立了四线圈结构无线能量传输系统的优化设计流程。接着,论文研究讨论了单一源多接收单元的磁耦合谐振式无线能量传输系统。建立了具有单一源和多个目标接收单元的无线能量传输系统的集总参数等效电路模型。通过节点方程推导出该无线能量传输系统在有耗情况下的系统最大总传输效率、最优化负载条件以及关键参数的计算表达式,并且利用最优化负载条件构建出使得系统效率最大化的参数优化方法。通过对比公开发表文献中的测量数据以及利用电路仿真软件Agilent ADS给出的系统设计实例,验证了所建立的等效电路模型及其参数优化方法的有效性。然后,论文探索研究了基于磁耦合谐振原理的无线能量传输增强技术。介绍了无线能量传输中的几种距离扩展技术,引出应用中继线圈的无线能量传输增强技术,分析了一般中继系统的基本理论模型,并就目前的研究热点多米诺形式的中继系统进行了简单的介绍和分析。针对室内无线电力传输的实际应用场景,提出了一种新型垂直双中继无线能量传输系统,给出系统的模型及关键参数的理论公式,通过自行搭建的实验装置对这种垂直双中继系统的性能及相关物理特性展开研究,并与其他中继系统进行了对比测试。而后,论文又提出一种垂直双中继级联的系统结构,该结构具有多对垂直于发射线圈的双中继谐振线圈,适合于室内大场地的远距离无线能量传输。给出了电路模型以及关键参数的计算方法,并利用仿真软件进行了对比验证。对影响级联系统功率传输效率的诸多因素进行展开研究,分析了谐振线圈的交流电阻、中继线圈的位置以及谐振频率等因素对系统功率传输效率的影响,通过研究分析总结出提升该垂直双中继级联系统性能的优化设计方法。最后,论文对上述工作作了总结和扩展,指出了工作的不足以及未来探索的方向。