无线电能传输技术是电气工程领域的一项前沿技术,志在解决传统电缆线供电方式的线路老化、尖端放电、产生电火花等不足。无线供电方式主要是通过磁场来传输电能,发射端和接收端完全摆脱了对导线的依赖,非常适合在极端环境下的安全、智能供电。但由于无线电能传输系统的传输效率较低,严重阻碍了该技术的推广及应用。在提高系统的传输效率方面存在许多技术难题,亟需突破。本文首先介绍了无线电能传输技术的几种方式及无线电能传输技术对现代工业的重要性,选取磁耦合谐振式无线电能传输技术为本文的研究对象。其次,从国内外磁耦合谐振式无线电能传输技术的研究现状出发,提炼出效率是无线电能传输系统的一个关键问题。最后,针对不同工况下的系统效率优化问题,本论文结合国家“自然科学基金项目”,从系统的结构设计和优化方法两方面重点开展了以下几个方面的研究工作:(1)针对电磁耦合谐振式无线电能传输系统的发射线圈与接收线圈非同轴放置时系统的传输效率过低的问题,运用耦合模理论,推导出了系统的效率表达式。并以此为基础,分析了发射线圈与接收线圈非同轴放置时系统传输效率的变化规律。为解决发射线圈与接收线圈之间非同轴放置时系统效率过低的问题,提出了一种基于混沌优化算法的参数动态调节方法,该方法能使系统几个关键参数实现最优匹配,有效提高系统的传输效率。最后,研制了一套磁耦合谐振式无线电能传输系统装置。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。(2)针对磁耦合谐振式无线电能传输系统频率会发生分裂导致系统在原谐振频率处效率很低的问题。运用等效电路理论,推导出了效率、输入阻抗与频率的关系表达式,并以此为基础,分析了频率分裂现象,得到了影响系统频率分裂和效率的几个关键参数。提出了一种调节系统关键参数的方法,为了调节系统参数,提出了使用L型阻抗匹配网络来调节等效负载电阻的方法。通过使用所提出的方法,可以有效的抑制系统的频率分裂现象以及提高系统效率,仿真和实验结果验证了该方法的有效性与正确性。(3)在传统四线圈结构的基础上,提出了一种带中继线圈的无线电能传输结构。运用耦合模理论,推导出了该结构的效率表达式。针对提出的系统结构,提出了通过三种优化方法来提高系统的效率。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。(4)为了提高传统四线圈结构源线圈与发射线圈、接收线圈与负载线圈之间的耦合系数以及源线圈和负载线圈的品质因数。提出了一种新型四线圈结构,该结构不但提高了线圈之间的耦合系数,而且还提供了额外的能量流通路径。针对新型四线圈结构,提出了一种优化工作频率与负载电阻来提高效率的方法。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。(5)针对频率发生漂移时会导致系统失谐及效率下降的问题,提出了一种频率跟踪方法。运用等效电路理论,推导出了系统效率与输入阻抗表达式,根据输入阻抗表达式,得到了系统新的谐振频率。通过分析谐振频率表达式,得出了谐振频率不但和线圈的参数(电感、电容和寄生电阻)有关,同时还与负载的大小有关。当系统发生频率漂移时,使用提出的方法,系统可以重新操作在谐振状态,同时提高了系统的效率,通过仿真和实验证明了该方法的正确性。最后归纳了本论文的主要研究工作和创新性成果,并对进一步的研究工作提出了一些建议。