随着电动汽车(EV)的普及与推广,EV的电池充电问题成为其发展的主要限制因素。在城市中大规模充电桩的使用将会占用较多的城市用地,同时也对电网有较大的冲击。磁耦合谐振式电能无线传输技术(MCR-WPT)的出现为电动汽车的充电提供了新的方式。目前,国内外研究者对MCR-WPT系统展开多方面的研究,主要针对磁耦合线圈的设计和电路拓扑的优化,已取得一定的成果。然而,该技术仍然存在许多问题亟待解决,如耦合线圈优化的问题、电动汽车停车充电时耦合线圈偏离最优传输距离造成系统充电不稳定的问题。本文针对上述问题展开研究,对耦合线圈进行优化设计并解决充电不稳定的问题。首先,本文利用耦合模理论对系统的数学模型进行分析,找出影响系统能量传输性能的因素。利用电路谐振理论对SS、SP、PS、PP四种基本的谐振补偿拓扑进行了补偿特性与输出特性的对比分析,选择适合于课题的谐振拓扑。对几种常用的变流电路进行对比分析,选择适合于MCR-WPT系统的高频电源,并且利用PSIM软件对系统模型进行仿真分析。然后,借助Matlab和ANSYS有限元对系统的耦合线圈进行了设计与优化:分别从线圈的形状、品质因数Q、几何参数和磁芯结构四个方面对线圈进行设计与优化。针对EV在停车充电时接收线圈发生偏移造成系统充电不稳定的问题,提出了一种基于原边电压电流基波相位式锁相环的解决方案来跟踪系统谐振频率,使系统在较高的传输效率下保持最大的传输功率。通过ANSYS对线圈偏移的现象做了仿真分析,并通过PSIM对锁相环进行仿真验证。最后,根据理论分析与仿真结果制作了耦合线圈实物装置并搭建了系统的试验平台。在开环和闭环两种情况下分别进行测试:接收线圈在偏移最佳传输距离(轴向偏移)时,系统的传输功率与充电效率;接收线圈在不同水平偏移时,系统的传输功率与充电功率。试验结果显示系统在最佳传输距离下有较高的传输效率,证明了本系统线圈设计的合理性;同时验证了系统在频率跟踪下发生线圈偏移时还能够保持较高的充电效率和最大传输功率,证明了基于原边电压电流相位式锁相环方案的可行性。