磁谐振式无线电能传输技术利用电路谐振与电磁场耦合,实现了在中等距离上的高功率高效率电能传输,具有许多独特的优点,成为近年来的研究热点之一。作为能量传输的媒介,电磁场在磁谐振无线电能传输系统中,扮演着举足轻重的角色。因此,通过仿真或解析方法,分析电磁场在空间中的耦合规律,以及坡印廷矢量在空间中的分布特性,对研究系统的能量传输机理具有重大意义。同时,随着研究的进展,磁谐振WPT的功率不断提升,但该功率明显不可能无限地增加下去,必然存在某种上限值。考虑到电磁安全问题,本文研究了基于人体电磁安全限值条件下的功率限值分析,预测计算了所允许的最大传输功率,为无线电能传输系统的优化改进,提供一个清晰明确的目标。所以,研究磁谐振无线电能传输系统的电磁场分布特性与功率限值问题,具有一定的实际意义。主要工作有:本文首先介绍了WPT系统的电路原理及电磁场原理,得到谐振时的电路状态参数,以及空间中不同场区的坡印廷矢量特点,为研究WPT的电磁场分布、计算功率限值奠定基础;然后通过仿真分析了单线圈的几何构造对线圈电学参数的影响,并对双线圈之间的互感进行了研究;其次,利用软件Maxwell 3D仿真了磁谐振WPT的场路耦合模型,验证谐振时的线圈电流关系,并分析空间电磁场、坡印廷矢量的分布规律。之后,基于一般形式的麦克斯韦方程组,解析计算了WPT系统空间电场磁场的表达式,求得在电场安全限值条件下的最大激励电流,并推导了系统坡印廷矢量的表达式,得到对应的最大传输功率,并与仿真情况进行了对比;然后研究了频率、负载、距离等参数对功率限值的影响;其次,基于实际应用情景,研究了线圈错位、旋转时的电磁场分布、功率限值问题。最后,通过实验对功率限值计算过程中的关键步骤及结论进行了验证。首先测量了双线圈之间互感的变化规律;然后验证了谐振时的线圈电流关系;之后,测量一个平面上的电场幅值相位分布,并与仿真对比;最后,测量一条直线上的磁场幅值相位,以计算坡印廷矢量,并与理论仿真对比。测量结果与仿真结果在趋势上非常吻合,数值上的误差也在可接受范围内,证明了基于电场安全限值,通过反演的思路来计算功率限值是可行的。