无线电能传输技术是电气工程领域的研究热点之一,在受电设备摆脱电线束缚提高设备移动灵活性,防止供电线产生电火花和井下水下设备供电方面具有广阔的应用前景。由于磁耦合谐振式无线电能传输技术具有传输效率高、负载功率大、传输距离远等特点,近年来受到了国内外学者的广泛关注。但由于该技术属于新兴技术,在模型的构建、电能传输机理和实验等方面还有许多尚未解决的问题。论文主要针对磁耦合谐振式无线电能传输系统模型的构建、不同拓扑结构的电能传输特性、电能与信号的同步传输以及空间磁场的分布特性等方面开展理论和实验研究,主要研究工作如下。针对当前磁耦合谐振式无线电能传输系统的两种主流的分析方法——耦合模理论和集总电路理论进行了详细的探讨,并分别采用这两种理论建立了系统模型。采用耦合模理论建立无损振荡和有损振荡的描述方程,得出电能传输的必要条件,即收发谐振器之间为强耦合并且其谐振频率一致。为了便于从电路结构上描述磁耦合谐振式无线电能传输系统,建立系统的集总电路模型作为耦合模模型的补充,根据谐振器形成的不同谐振结构,建立了系统四种拓扑结构的电路模型,详细给出了谐振器串联谐振时系统正向传输参数的计算方法,探讨了不同耦合状态下的电能传输特性。根据磁耦合谐振式无线电能传输系统的工作频段,并考虑谐振器的寄生参数,提出采用部分元等效电路方法建立系统的等效模型。将谐振器以匝为单位进行部分元划分,每个剖分单元由其自感和损耗电阻表示,剖分单元之间由互电感和互电容相关联。推导了模型中剖分单元的部分电感、部分电容和部分电阻的计算方法,采用改进的节点电压法对模型进行求解,实现对谐振器固有谐振频率和系统电能传输能力的预测。设计了两种谐振器结构并完成了相关实验,同时在电磁场仿真软件FEKO中对实体结构进行仿真计算,结果表明了部分元建模方法的有效性。针对二线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统的不同馈电方式,分析了其电能传输特性。电能传输线圈采用中点馈电和端点馈电时形成两种不同的谐振结构,对应的电能传输系统具有不同的拓扑结构,从集总等效电路出发,分析不同馈电方式时系统电能传输能力和效率,得到中点馈电时系统具有较高的电能传输能力和效率。构建谐振器实体结构,同时进行部分元建模分析和实验验证,验证了理论分析的正确性。为了在磁耦合谐振式无线电能传输系统中同步传输信号,提出了一种双频谐振器的设计方法,由此种结构的谐振器构成的双频段磁耦合谐振式无线电能传输系统可分别利用其两个频段传输电能和信号。接收端同时接收到电能和信号,为了提取信号,并且不影响系统电能传输效率,提出采用陷波电路实现信号波与电能波的分离方法。设计了双频谐振器并构建了双频段磁耦合谐振式无线电能传输系统,建立等效模型计算系统的电能传输和信号传输特性,同时进行相关实验,结果证明该双频段磁耦合谐振式无线电能传输系统可在接收端有效地提取信号,并且不影响系统电能传输。采用部分元等效模型计算磁耦合谐振式无线电能传输系统的空间磁场分布。将系统看做磁准静态系统,由部分元等效模型计算各个剖分单元上的电流分布,进而计算各个剖分单元的空间磁场分布,然后采用叠加法得到系统周围空间的磁场分布。对比分析了系统谐振状态和失谐状态下的空间磁场分布,同时在FEKO仿真软件中进行验证,证明了该方法的有效性。