随着科学技术的发展以及人们生活水平的不断提高,各式各样的消费类电子产品出现并广泛应用于人们的生活,电子产品已经成为我们生活中不可或缺的一部分。一方面,由于部分电子产品续航能力的不足,碎片化充电方式将在未来一段时间成为常态,另一方面,为了摆脱各种电线缠绕,并且满足人们对防水性能的追求。无线充电标准应运而生,它期望全世界拥有一套通用的无线充电标准,其中基于谐振感应耦合无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术的Qi标准以效率较高、价格低廉、易于实现等优点被广泛应用于消费类电子产品中。然而,传统Qi标准无线充电系统具有传输距离较近、充电自由度较低等缺点,大大的限制了应用场景,从而无法实现真正意义的无线电能传输。针对传统Qi标准无线充电系统传输距离近和充电自由度低的缺点,本文研究了一套基于中继线圈的磁耦合谐振WPT系统,为了使系统具有更好的兼容性,系统基于Qi无线充电标准。受接收端线圈尺寸的限制,针对中等传输距离下大尺寸发射线圈、小尺寸接收线圈系统传输效率较低的问题,本文提出了一种三线圈耦合谐振传输模型,即在发射线圈与接收线圈之间添加一个中继线圈,在提升传输距离及充电自由度的同时致力于优化系统性能指标。本系统设计基于低频磁耦合谐振WPT技术,以开发出一套具有商用价值的系统为目标,具体研究内容如下:首先,本文介绍了选题的研究背景及意义、WPT技术的相关分类以及国内外研究现状。同时,对传统双线圈耦合谐振传输模型以及本文所使用三线圈耦合谐振传输模型进行了理论建模分析,通过对系统传输效率进行推导对比分析,理论验证了三线圈传输模型的可行性。其次,通过大量软件仿真实验,总结了一套线圈设计流程,并根据此流程利用ANSYS Maxwell电磁仿真软件对发射线圈和中继线圈进行匹配设计,在仿真设计中利用一种特殊的线圈建模方法,其仿真速度更快。同时,通过对传输模型进行磁场分析,设计了一种磁屏蔽结构,克服电能接收端由于大面积暴露在磁场中会产生较高温升的问题。另外,对线圈线材以及磁片材料进行了调查分析选型,并且通过绕制实物线圈对仿真结果进行了测试验证。再次,对系统软硬件主要模块进行了分析设计,硬件部分主要包括逆变电路功率控制方案、谐振网络结构、通信解调电路、辅助电源及系统保护电路等,软件部分主要包括系统状态机、通信软件解包架构设计、功率控制算法以及物体检测算法等。同时也对系统控制核心以及部分电子元器件进行了选型。最后,在分析PSIM系统电路仿真结果后,搭建了一台以GD32E230G8为控制核心的基于中继线圈的磁耦合谐振WPT系统实验样机,并对系统各关键点波形进行了测试分析,验证了系统设计的合理性。同时,还对系统的性能指标进行了测试,评估了系统的性能。