风力发电、石油钻井、卫星雷达等应用场景中需要通过导电滑环对处于旋转状态工作设备进行供电。导电滑环由于接触式供电方式不可避免存在接触不良、滑环短路、滑环击穿等问题,降低供电可靠性和滑环使用寿命,增加维修成本与人力损耗。旋转型无线电能传输技术由于其非接触、安全可靠的特点,可作为有效解决导电滑环供电问题的方法。本文以嵌套式磁耦合机构为主要研究对象,从频率设定和结构形式、解析模型、多参数优化等方面展开研究。针对传统磁耦合机构不适用于高功率密度场合的问题,论文提出了磁极式磁耦合机构的新式结构。磁极式磁芯构型Ⅱ不仅继承了磁极式磁芯构型Ⅰ的削弱自耦合现象的优点,而且可在不降低功率密度的前提下有效地削弱端部边缘效应。论文分析了磁靴宽度、磁靴高度、磁板宽度、磁板高度等磁极参数对互感、耦合系数的影响规律。针对强耦合条件下电流波形畸变的问题,论文研究了电流波形畸变的产生机理。研究发现电流波形畸变的原因:当频率设定为电源频率=固有频率时,电流增益的高频段整体升高,而方波激励存在3次谐波,两者相互作用引起线圈电流的3次谐波含量增加。论文提出了解决措施—f=f2频率设定。f=f2频率设定下系统功效特性对互感和耦合系数变化呈恒定平稳特点;若要保证电流谐波含量在可容许范围内,不同工作频率下互感均存在一下限。为了提出较为精准的互感解析计算方法,论文以磁极式磁耦合机构为研究对象从磁路分析、磁阻计算、修正优化等方面展开了研究,总结了互感解析计算方法的数学表达式,并在实际案例中应用了互感解析计算方法,实现计算方法的宽范围参数适应性。验证发现:修正优化后互感解析计算方法的计算误差降低至5%以内。针对磁极式磁耦合机构多目标优化问题,论文提出了基于枚举法的功率密度和效率最优的磁耦合机构多目标优化方法,对实际案例运用了多目标优化分析方法,分析了约束条件对基于加权和的磁耦合机构多目标优化设计的影响。发现:约束条件导致优化结果数量减少,优化算法性能变差。设计制作了磁极式磁耦合机构样机,搭建了无线供电实验平台。通过实验验证了论文理论分析和设计方法的正确性。