在感应式无线能量传输（inductive wireless power transfer,IPT）系统中,较高的工作频率、紧密绕制的线圈会放大寄生电容的影响,导致损耗增大。研究人员为了减轻这种影响常常采用增大线圈匝间距的方法,但这样会导致相同体积下的线圈互感大大减小,降低远距离传输能力。为了消除高频条件下紧密绕制线圈的寄生电容的影响,提升IPT系统的远距离传输能力,本文提出了基于分段补偿的高距径比（距径比,传输距离与线圈直径之比）感应式无线能量传输系统,对磁耦合机构优化设计、线圈分布参数模型及其分段补偿方法和四线圈补偿拓扑进行研究。尽管传统的螺线管耦合机构具备较高的耦合系数,但线圈匝间距较大,匝数较少,自感和互感较小,难以适应大功率无线电能传输场景。基于此,本文先通过对磁耦合机构偏磁力线分布的分析,提出了紧密绕制的多层螺线管型耦合机构,在保持强耦合能力的同时自感和互感显著增加,线圈的功率传输能力得到提升。随后,以耦合系数、体积等为优化目标,各外尺寸参数为待优化变量,将线圈结构参数设计问题抽象为多目标优化数学模型,利用改进的多目标遗传算法进行求解,完成了耦合机构的结构参数优化设计。为了防止线圈漏磁场干扰,采用相似的优化思路设计了磁屏蔽装置,使得磁耦合机构在保留原有优异性能的同时具备了电磁屏蔽功能。于是,本文得到了耦合系数最优,体积成本较小,漏磁场较小的多层方形螺线管磁耦合机构。紧密绕制的多层螺线管耦合机构在高频条件下,线圈寄生电容的影响极为显著。因此,需要对寄生电容的作用机理进行分析,以消除其负面效应。建立了考虑分段电感、分布电容和等效电阻的分布参数线圈模型,并对其进行参数和阻抗分析。基于有限元仿真得到线圈的分布参数后,结合所提模型计算各段线圈所需的补偿电容,从而得到线圈的分段串联补偿方法。将传统端部补偿和所提分段补偿两种不同方式下流经寄生电容的电流进行对比,从理论上验证了分段补偿方式的有效性。基于提出的线圈分布参数模型,本文建立了比传统补偿方式效率更高的分段串联补偿方法,该方法能有效消除线圈寄生电容的影响提升IPT系统的传输能力。为了在功率等级保持不变的条件下调节线圈电流大小,充分利用线圈的功率传输能力,本文采用四线圈串联补偿拓扑结构进行能量无线传输。磁耦合机构优化设计完成并得到其电磁参数后,采用分段串联方式进行补偿并基于此建立高距径比IPT系统的四线圈补偿拓扑模型。利用搭建的系统模型进行输入输出特性分析,总结了系统的基本特性。同时,为了确保系统高效安全运行,对四线圈拓扑进行了效率最优/功率最大的阻抗匹配分析和电压电流应力分析,给出了电源线圈和负载线圈的调节范围。至此,高距径比IPT系统的耦合机构优化设计、线圈分段串联补偿方法设计和四线圈拓扑阻抗匹配设计完成。最后,基于前文的理论分析,本文搭建了一台最大输出功率为100 W的IPT系统样机,原副边耦合机构均采用多层线圈紧密绕制,线圈直径为100mm。当原副边耦合机构相距200mm时,25Ω阻抗匹配条件下输出功率为47W,传输效率为38.9%。