无线功率传输（WPT）技术传输能够有效解决传统线缆供电带来的线路老化、尖端放电、产生电火花等众多问题,具有更高安全性、可靠性、灵活性等特点,因此成为广泛研究的对象。其中磁谐振式无线功率传输能进行中程距离传输并具有较高的传输效率,在电动汽车、智能家居、水下设备、植入式医疗设备和无线传感器网络的无线充电中具有广泛应用。近年来,磁谐振式无线功率传输技术在关键技术和难点上都取得了一定的进展,但距离实际大规模应用还有较大的差距,仍存在一些值得进一步深入探讨、研究的问题。本文主要在磁谐振式WPT系统性能最优化和稳定性两个方面开展了较为深入的研究,主要创新性工作如下:首先,提出一种基于二端口网络和等效电路理论的WPT系统性能最优化的设计方法。对WPT系统进行二端口网络建模分析,推导WPT系统性能最优化负载阻抗的理论计算公式,为实际应用提供了指导意义。同时分析多端口网络的优化设计,给出多发射端或多接收端WPT系统的负载设计表达式,并通过仿真和实验进行验证。其次,针对WPT系统稳定性问题,进行基于频率选择技术的WPT系统稳定性研究。对WPT系统实现性能稳定输出所对应的工作条件进行具体推导分析,提出了次级谐振频率的概念,并证明在该次级谐振频率处系统可以保持稳定的传输效率和负载接收功率。然后针对负载变化的情况,利用ABCD矩阵进行系统性能表征,提出了四种负载独立工作方式。通过开展仿真和实验对理论进行验证,结果表明在理论所提出的工作条件处能够实现系统输出恒定的电压。然后,研究WPT系统的两种阻抗匹配技术。探讨通过引入阻抗匹配网络或中继线圈结构实现端口的阻抗匹配。研究通过对三种功率增益进行同时优化,得出了WPT系统实现极限增益的条件。在此基础上,推导阻抗匹配网络中元件的参数表达式。通过对比单端口、双端口匹配及理想镜像共轭匹配,证明双端口匹配的可行性,并开展了实验进行验证。另一方面通过引入中继线圈实现匹配,探索了三线圈结构和四线圈结构对应的情况,推导了中间线圈与发射线圈和接收线圈之间的耦合度的理论设计表达式。研究发现三线圈结构只能实现单边匹配效果,而四线圈结构在一定条件下能够实现双端匹配效果。最后,探索了具有抗偏移能力的无线功率传输。针对植入医疗设备应用场景存在的问题,首先提出具有抗偏移能力的平面WPT系统,该系统采用平面式混合型阵列线圈结构,通过分析其磁场分布从而阐述其工作机制。实验结果表明该结构可以实现植入式接收设备在较大的平面偏移范围稳定的传输效率。经过进一步研究,提出可适应空间角度变化的具有抗偏移能力的3D WPT系统。该系统可应用于胶囊内窥镜中,利用两个维度的接收可以实现胶囊内窥镜在大角度偏移范围内稳定的接收效率,具有重量轻、效率高、抗偏移能力强等特点。其实验结果也进一步证明该系统能提高无线能量传输系统的抗角度偏移能力。