在科技日益发达的21世纪,科技改善生活的理念逐步成为科学研究的主要指导思想。在电子设备使用如此频繁的现代社会,各种各样的充电方式也自然而然的成为了科学研究的主要内容。作为一种新兴的充电方式,无线能量传输成为现代电子设备充电方式的主要研究方向。相对于传统的插电式的有线充电方式,无线充电具有以下的优点:无需外部的物理连接,使得充电过程方便快捷;没有外部裸露的金属,保证充电过程安全可靠;没有了金属的物理接触,减少了金属的氧化和腐蚀;此外,恶劣的天气情况会影响室外充电桩的使用,而无线充电就不会存在这样的问题。基于以上的优点,越来越多的电子设备都加入了无线充电的功能,而且随着无线充电技术的日益成熟,越来越多的无线充电设备进入人们日常的生活中。从科技改善人类生活的角度出发,对无线充电的研究具有很重要的实际意义,值得广大学者做一些更深入的研究。本文首先分析了应用在不同场合下的不同形状线圈的互感。在分析圆形线圈互感的过程中,发现了前学者Kim推导的互感的计算公式(后文简称为Kim公式)的错误,当发射线圈和接收线圈发生水平偏移时,Kim公式的计算结果与Neumann公式和F.W.Grover公式的计算结果有明显的不同,因此,我们基于磁矢量位的方法,重新推导了圆形线圈之间的互感公式,找出了Kim公式的错误根源,并对Kim公式进行了修正,修正之后的公式的计算结果与Neumann公式和F.W.Grover公式的计算结果一致。在此基础上,应用Neumann公式、F.W.Grover公式、Kim公式和修正的Kim公式,并结合电流丝方法计算同一模型的互感,结果表明修正的Kim公式的正确性和高效性。对于其它各种形状的线圈以及在不同的轴向距离和水平偏移情况下,理论计算和软件仿真的互感值都表明了很好的一致性,从而为无线能量传输中效率的改进奠定了基础。其次,在分析线圈之间的互感对能量传输效率和负载功率的影响之后,可知线圈之间互感的稳定性对系统的能量传输效率和负载功率至关重要。因此,本文用串联和并联相结合的绕制方式代替传统的串联绕制方式,对发射线圈进行了优化,优化后的线圈可以使发射线圈和接收线圈在发生一定水平偏移的情况下,仍然可以保持互感的稳定性,从而维持系统稳定的传输效率和负载功率。最后,为了进一步提高无线能量传输的效率,本文将磁负结构的电磁超材料引入到无线能量传输系统中。在详细阐述电磁超材料参数反演过程的基础上,根据参数反演过程,设计出了一种混合型电磁超材料,并将其应用在无线能量传输系统中,仿真结果表明:本文设计的混合型电磁超材料可以将发射线圈和接收线圈相距为20cm的无线能量传输系统中的能量传输效率由12.50%提高到40.87%。