目前,磁耦合无线电能传输系统主要以线性电感和线性电容构成的LC电路为基础,通过发射侧线性LC电路与接收侧线性LC电路的磁场耦合实现电能传输,其动力学本质为两自由度耦合线性谐振子的受迫振荡。实际上,LC电路也可以由非线性电感、电容元件构成,并且发射侧LC电路也可以由受控电源供电,近年来出现的宇称-时间对称无线电能传输系统就是其中一个范例,它通过受电容电压控制的负电阻为发射侧LC电路供电,实现了传输效率、输出功率在一定传输距离范围内恒定输出,一定程度上解决了现有磁耦合无线电能传输系统传输效率、输出功率随距离变化而急剧变化的问题。与线性电路相比,非线性电路或系统特有的振荡、高效耦合机理十分丰富,如非线性LC电路构成非线性谐振子,其固有频率随振荡幅值大小而变化、以及非线性耦合系统存在内共振现象等,都为磁耦合无线电能传输系统的进一步发展提供了新的思路。本文尝试在现有磁耦合无线电能传输系统中引入非线性元件,构建基于非线性电路的磁耦合无线电能传输系统,研究耦合非线性谐振子的能量传递机制,探索发展新的非线性无线电能传输机理,以期望突破现有基于线性电路的无线电能传输机理,提高无线电能传输性能,促进磁耦合无线电能传输系统向实用化方向发展。本文具体以基于非线性受控电压源、非线性谐振子的磁耦合无线电能传输系统为研究对象,开展了以下工作:(1)研究了与外界无能量交换时两自由度耦合非线性谐振子之间的能量传输特性,探明了非线性谐振子之间高效耦合的完全能量传递条件。在高效耦合谐振子系统基础上,引入以谐振子电流为控制量的非线性受控电压源,分析了非线性受控电源对发射侧与接收侧LC谐振子之间能量传输的影响,揭示了非线性受控电压源能够使系统自动跟随本征频率运行的机制;同时,考虑将线性谐振子替换为非线性电容构成的非线性谐振子,非线性谐振子的固有频率与谐振子能量有关,进而探讨了非线性谐振子影响谐振子之间能量传输的机制。(2)应用电力电子变换器实现非线性受控电压源,构造出一种基于非线性受控电压源的磁耦合无线电能传输系统,并利用耦合模理论建立了其数学模型,分析了系统的传输效率、输出功率与参数之间的关系,进行了仿真和实验研究。研究结果表明,构建的系统与现有宇称-时间对称无线电能传输系统相比,不仅能在一定传输距离范围内保持传输效率、输出功率恒定,且突破了传输功率受负电阻饱和电压的限制,将其传输功率从毫瓦级拓展到可实际应用的功率等级。由于采用电力电子变换器构造非线性受控电压源,系统容量将取决于电力电子变换器,因而该系统可以进一步推广应用到中大功率场合。(3)构造出一种基于非线性谐振子的磁耦合无线电能传输系统,并根据耦合模模型推导了系统输出功率最大的共振条件。研究发现,与基于线性谐振子的磁耦合无线电能传输系统不同,其共振条件与谐振子能量有关,系统能够克服高品质因数线性谐振子频带窄的问题,系统的输出功率不再随频率失谐的增大而急剧下降;同时,系统输出功率频率特性存在与线性谐振子系统完全不同的参数约束关系,从而抑制了输出功率的频率分裂现象。(4)构造出一种基于非线性受控电压源、仅发射侧为非线性谐振子的磁耦合无线电能传输系统,建立了系统的耦合模模型,分析了耦合变化、频率偏移和电源电压对传输特性的影响。研究发现,耦合谐振子之间的内共振机制使得发射侧谐振子存在幅值饱和特性,抵消了耦合变化和频率偏移变化对传输特性的不利影响。与此同时,提出了一种非线性电容构造方法,进一步通过实验验证了系统发生频率偏移时,仍能实现一定传输距离范围内稳定的输出功率和传输效率。(5)构造出一种基于非线性受控电压源、发射和接收两侧均为非线性谐振子的磁耦合无线电能传输系统,在其耦合模模型基础上,分析了谐振匹配和频率偏移两种情况下的系统传输特性。研究发现,与基于非线性受控电压源的磁耦合无线电能传输系统相比,该系统除能在一定传输距离范围内保持传输效率、输出功率恒定外,系统的传输特性不再随频率偏移的增大而急剧变化,具有一定的抗频率偏移能力。