无线电能传输技术是目前市场及科研研究的热点技术之一。现有无线充电产品仅能够实现短距离、定点能量传输,不适用于多自由度、中远距离的无线电能传输应用场合。本文基于磁耦合谐振式无线电能传输技术,分别从无线电能传输的补偿网络参数设计、高频激励源设计及磁耦合结构设计三个方面,以提升无线电能传输系统的自由度为目的研究探讨,具体内容包括:首先,针对补偿网络设计,本文基于变压器T网络模型对现有补偿网络的结构及参数设计方法进行了总结和统一,并提出和分析了基于漏感补偿的可调恒压/恒流输出补偿网络参数确定方法。针对多自由度WPT应用场合,分析了具有发射侧电流负载无关的LCC/S补偿网络,得出其能够有效降低逆变器电流,具有恒压源输出特性、补偿网络易于调节等优点。提出一种Kf设计法,该方法综合考虑了谐振式无线电能传输系统的频率、耦合系数与传输效率的影响,揭示了不同频率下谐振式无线电能传输系统的共通处,使系统具有较优的综合性能。其次,磁耦合结构作为关键功率传输部件,通过无线电能传输基础电磁理论分析得到通过改变发射线圈电流的大小、频率、相位可以控制特定点磁场大小。利用电磁场有限元仿真软件分析了两正交线圈的三维磁场分布特点,发现两正交发射线圈在通具有相位差的电流时能够产生沿着正交线圈中心轴旋转的磁感应强度规律变化着的磁场,并且针对该特性提出了移相及微错频控制方案,该方案可以改善两线圈通同大小同相位电流存在空间磁场的死区问题,适用于多自由度的无线电能传输系统。第三,硬件设计介绍了高频逆变源、高频整流桥等电路设计。为了配合所提出的磁耦合系统方案提出采用宽负载调制E类功率放大器作为WPT系统的激励源。通过理论分析了宽负载调制E类放大器与传统标准E类放大器的异同点,得出了宽负载调制度E类功率放大器能够实现额定负载至空载情况下的软开关,有效提高了系统的稳定性。仿真结果验证了宽负载调制度E类功放的可行性。最后实验分别验证了基于漏感补偿的可调恒压、恒流补偿网络设计方法的正确性,并且深入验证了其频率偏移和受线圈电阻影响的特性。设计制作了宽负载调制度E类功率放大器样机,能够在负载11Ω至空载范围内实现ZVS,额定情况下系统效率88.5%。构造了基于LCC/S补偿网络的两正交发射线圈的无线电能传输系统,分别验证了发射线圈通相同电流有传输死区,微错频方案能够提升基于两正交发射线圈的无线电能传输系统自由度的结论。