随着无人机技术的发展和无人作业需求的增加,无人机越来越多的应用到人们生活中的各个领域。但是无人机的续航能力有限,难以完成长时间远距离的作业任务,这是限制无人机应用进一步推广的关键问题。电场耦合传能作为新兴起的无线电能传输技术,本身具备耦合装置重量轻,成本低的优点,并且能跨金属障碍物传能,适合用作搭建无人机无线传能系统。本文从电场耦合装置和谐振补偿网络两个方面,对应用于无人机的电场耦合电能传输系统进行研究。针对于无人机的特异性外形和对容错位性的要求,提出了表贴式四极板耦合装置。对发射极板与接收极板不同面积关系的四极板电场耦合装置分别进行电场分布仿真,对其容错位能力进行对比分析,选取容错位能力强的大发射极板小接收极板作为基础结构;以贴合无人机的特异外形和适应可发生错位的三个维度为目标,对耦合装置发射极板与接收极板的形状进行设计;根据无人机对耦合装置接收侧轻量化和容错位能力的具体要求,利用有限元软件参数扫描方法获得了耦合装置的尺寸参数对耦合电容的影响规律;对耦合装置容错位能力和传能能力综合考虑,得到表贴式四极板耦合装置尺寸参数;对设计的四极板耦合装置的容错位性能进行理论分析,并搭建仿真模型和实物模型进行测试。测试结果表明,设计的表贴式四极板耦合装置能够有效传能,在X、Y轴两个维度的容错位能力基本满足要求,但是在Z轴旋转错位过程中存在盲区。针对于原四极板耦合装置容错位能力不足的问题,提出了增强型四极板耦合装置。对四极板耦合装置错位盲区产生原因进行分析,将原有四极板耦合装置发射侧结构改进为田字型发射装置,得到增强型四极板耦合装置;利用有限元软件参数扫描方法获得增强型耦合装置发射极板尺寸参数对耦合电容的影响规律,根据耦合装置容旋转错位能力要求得到了增强型耦合装置尺寸参数;建立增强型四极板耦合装置电路模型,获得耦合装置测量值与耦合电容间的数学描述,获得传能特性与互容、系统频率与极板电压之间的数学描述;对增强型四极板耦合装置容错位性能进行理论分析,并用有限元分析工具进行仿真测试。测试结果表明设计的增强型耦合装置容错位性能在三个维度均可满足无人机无线传能系统的要求。为了提升电场耦合系统传输功率和效率,设计了基于T-LCL网络的电场耦合谐振补偿网络。对并联电容补偿后的耦合装置的等效T模型入手,构成T-LCL谐振补偿网络,分析其输入阻抗和不同谐振情况下的网络增益;对比T-LCL网络不同谐振情况的输入输出特性,根据无人机系统的输入输出要求,选择T-LCL网络谐振情况一作为系统的谐振补偿方案;给出电场耦合装置谐振补偿网络的参数设计流程,并对谐振网络的参数进行设计;电路仿真结果表明,设计的补偿网络可以使系统工作在谐振状态,具有恒压输入恒流输出特性,并且输出功率在200W以上。为了验证设计的可行性,搭建了电场耦合无线电能传输样机实验平台。对增强型四极板耦合装置进行制作,使用阻抗分析仪测试其容错位能力;对系统硬件的驱动与逆变电路、整流与滤波电路和补偿元件进行设计与制作;先对搭建的电场耦合系统进行对准情况下变电压、变负载测试;再对搭建电场耦合系统进行单维度错位和多维度错位测试。测试结果表明,设计的电场耦合装置接收极板重量仅为26.6g;搭建的电场耦合系统对准情况下输出功率229.78W,整机效率85.869%,输出电流为4.25A;单维度和多维度错位过程中,整机效率始终保持在80%以上,满足设计要求。