无线电能传输作为一种新型的电能传输技术,近些年在工业生产、医疗救助、轨道交通和便携式移动设备中得到了广泛的应用,而磁耦合谐振式无线电能传输又是目前最具热度的研究方向,对其的研究颇为丰富,也取得了很大进展,但是仍然有一些问题丞待解决,例如传输功率低、传输损耗大等。经研究发现耦合线圈的结构是产生该问题的原因之一,本文正是基于此对系统特性和线圈优化展开研究的。首先利用耦合模理论对传输系统建立等效模型,通过对振荡系统耦合模方程仿真求解,分析了无线电能传输的一般规律和提高传输效率的条件;通过互感理论建立简化电路模型,给出简化电路的方程式,验证耦合模理论的正确性,求解方程得到负载侧的归一化电压表达式和磁耦合谐振式无线电能传输系统的频率响应,即频率分裂特性和规律;对基于互感理论的电容补偿方式进行研究,通过理论推导和仿真选择最佳补偿方案;结合以上理论研究,对磁耦合谐振式无线电能传输全系统进行仿真。通过麦克斯韦方程的推导建立耦合线圈电磁场模型;利用有限元分析的方法对导体的高频效应进行分析,然后用有限元仿真软件Ansoft Maxwell对导体通以高频电流时的趋肤效应和邻近效应仿真,结果表明传统单股绕制的耦合线圈在无线电能传输过程中受高频效应影响严重,致使线圈发热严重,损耗增加,故本文将多股利兹线结构引入到耦合线圈中,并用Ansoft Maxwell软件对采用利兹线结构的线圈和传统单股线圈时的涡流场、电流密度、电阻损耗进行仿真,对比证明在磁耦合谐振式无线电能传输系统中采用利兹线绕制的收发线圈,能减小系统损耗;后续实验发现高频磁场对周围电子元件产生了干扰,经分析是由于高频磁场泄露造成的,故本文又在耦合线圈中加入按一定规则分布的磁性材料,经仿真研究发现,加入磁性材料不仅改善了屏蔽效果,还提高了传输区域的磁感应强度和线圈自身参数。最后根据线圈优化结果,设计制作了有屏蔽的利兹线圈和磁耦合谐振式无线电能传输系统,通过搭建的实验装置获取系统数据并比较,表明优化线圈结构后的系统,其传输效率提高了18.3%。