无线电能传输由于具有良好的灵活性、安全性、可靠性和便捷性,已成为国内外的研究热点。磁耦合器是无线电能传输系统的关键部件,但目前基于铁氧体屏蔽层或铁氧体加铝板屏蔽层构成的磁耦合器存在体积大、重量重和成本高等问题,严重制约了无线电能传输技术的进一步发展和应用。为此,本文围绕磁耦合器的线圈特性和屏蔽层优化设计展开研究,提出了一种新型磁芯结构和一种新型混合屏蔽层结构,具体工作如下:首先,分析磁耦合器优化设计的理论基础。建立磁耦合器的电路和磁路模型,分析磁耦合器的电气参数对系统输出功率和效率的影响。论述电磁屏蔽的必要性,分析电磁屏蔽的原理及其对磁耦合器电气参数和磁场分布的影响。其次,归纳了无线电能传输系统常用的线圈结构,深入研究自由空间下圆形线圈和双D线圈的电气参数特性、磁场分布特性和偏移特性,以及铁氧体屏蔽层和铁氧体加铝板屏蔽层对线圈特性的影响。给出了磁耦合器线圈的设计流程,并以无线供电果蔬机的磁耦合器接收线圈为例进行了设计。再次,为了在提高系统耦合性能的同时减少铁氧体用量,研究磁芯形状对磁耦合器的电气参数特性、磁场分布特性和偏移特性的影响,提出一种新型磁芯结构并优化其结构参数。为了有效减少漏磁、提高系统的耦合性能,分析铁氧体加铝板屏蔽层的结构对磁耦合器特性的影响,提出一种新型混合屏蔽层结构并优化其结构参数。最后,根据有限元仿真设计的参数制作磁耦合器,进行实验验证。实验结果表明,凹形磁芯对系统耦合系数的提升效果比圆盘形磁芯高6%,且铁氧体用量减少了34%;新型混合屏蔽层对系统耦合系数的提升效果比圆盘型屏蔽层高11.36%,在额定输出情况下,指定位置的漏磁低于27μT。验证了新型磁芯结构和新型混合屏蔽层结构的正确性和可行性。