无线电能传输技术是借助空间无形软介质(如磁场、电场、激光、微波等)实现将电能由能量发射端通过无直接电气连接的形式传递至能量拾取端,这种全新电能传输技术消除了传统接触式供电方式所带来的固有缺陷。基于电场耦合方式的电容能量传输(capacitive power transfer,CPT)采用高频交变电场传递能量,仅用轻薄廉价的铝板或铜板作为发射接收极,且在周围存在金属物体时,泄露电场不会在其中引起涡流损耗,对位置偏移具有很好的鲁棒性。在动态供电、电动汽车充电等方面有特有的优势,逐渐引起了国内外各方研究团队对其展开研究。本文主要对CPT系统的电路拓扑及无源谐振元件电压优化进行研究,首先通过理论计算结合MAXWELL有限元仿真软件对水平式、垂直式、重叠式三种常用耦合机构的等效结构、等效互容、互容变化率、传输能力、辐射范围等方面进行了研究。然后在分析了CPT系统两种常用拓扑结构基础上,针对LC串联型拓扑存在传输功率小、传输距离近的缺陷以及双边LCLC型拓扑无源谐振元件较多的问题,提出一种结构较为简单且具有恒压输出特性的CLLC-L拓扑,通过Y-△变换的方法简化拓扑使其等效为CLC-LCL谐振网络级联的形式。电场耦合式无线电能传输系统由于其耦合电容较小,工作频率偏高,在运行过程中无源谐振元件往往承受较大电压。特别是在系统最大功率点,较大的电压可能会击穿元件,导致系统失谐,甚至引起安全问题。针对这一问题,本文提出一种可优化系统无源谐振元件电压的方法。该方法基于CLLC-L拓扑结构,通过合理配置无源谐振元件参数,降低了谐振元件所承受的最大电压。基于所提理论,本文设计了传输距离为150mm,等效耦合电容仅为13pF的电场耦合式无线电能传输系统,在其传输2.12-kW功率时,直流到直流效率达89%。最优参数下无源谐振元件实验电压与计算电压基本吻合,且最大实验电压小于对比组最大实验电压的实验结果表明,本文所提出的电压优化方法可有效限制无源谐振元件的最大电压,从而提高系统安全裕度。