无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)具有较高的便捷性、美观性和安全性得到了广泛研究,但较低的功率密度影响了其在航空航天、工业生产和医疗等行业的应用。本课题将研究高功率密度WPT系统样机的设计方法,并研制一台高功率密度WPT样机。首先,分析WPT系统基本结构与工作原理,利用互感模型建立感应式WPT系统的数学模型,获得串联-串联(Series-Series,SS)与串联-并联(Series-Parallel,SP)补偿拓扑系统输出功率和效率表达式,在此基础上根据指标要求,设计补偿网络拓扑、阻抗匹配电路拓扑和系统安装结构等,完成高功率密度WPT样机总体方案。其次,研究高功率密度磁耦合结构以提高WPT样机功率密度。分析WPT系统特性,并证明提高磁耦合结构互感可有效提高传输效率,以实现提高功率密度的目标。针对现有平板型磁耦合结构的剩余空间,提出一种凸起型磁耦合结构。利用特征函数展开法求出两种磁耦合结构互感模型,对比分析得出凸起型磁耦合结构具有更大互感;仿真和实验表明凸起型磁芯互感较高,能够有效的提高系统传输效率。再次,为不增加WPT系统体积情况下改善系统控制性能,提出了一种原副边自治控制方法。建立系统小信号数学模型,获得系统传递函数后降阶处理,并利用MCP-PID方法设计PI控制器参数,仿真和实验表明所设计的控制器具有较好的动态性能,验证了原副边自治控制方法的可行性。最后,根据指标要求,设计WPT样机屏蔽层以实现电磁隔离,计算散热功率并设计主电路散热片,以保证系统长期稳定可靠运行,基于上述研究完成高功率密度WPT系统样机研制工作,实验验证样机满足指标要求,并获得了较高的WPT系统功率密度。