磁耦合谐振无线能量传输技术因传输效率高、传输距离远和对生物无辐射等优点得到广泛的应用。其在植入式医疗系统中的应用,为人类提供安全、可靠、舒适的医疗服务,具有很好的产业前景。耦合线圈作为无线能量传输系统的关键器件,其耦合性能直接影响系统的传输效率和负载功率。在植入式应用中,由于植入部分体积很小,无线能量传输系统的初、次级线圈物理尺寸相差很大,系统的传输效率低,植入深度很浅。因此,本文主要针对植入式设备中次级线圈尺寸小、性能差等问题,研究高品质因数、强耦合的线圈结构,提高系统传输效率和植入深度。本文采用理论分析、仿真模拟和实验验证相结合的方法开展研究工作,主要包括:首先,依据电路理论,研究了串-串谐振式磁耦合系统的传输效率和输出功率,分析了传输效率与线圈品质因数和耦合系数的关系,讨论了负载、工作频率和耦合系数等方面对系统性能的影响。为了提高线圈载流量,在PCB平面螺旋线圈结构的基础上提出了多层堆叠式线圈结构,并建立多层堆叠式线圈的等效电路模型。分析了线圈的电特性与其物理尺寸的关系,为线圈结构的设计和优化提供了理论依据。其次,在堆叠式线圈结构基础上构建了高效率无线能量传输系统。采用HFSS有限元仿真软件对所设计的耦合线圈进行了仿真和优化,并以优化后的线圈参数搭建仿真电路,研究了工作频率、负载对系统传输效率的影响。在此过程中,总结了磁耦合谐振系统的线圈设计方法,提出了最优耦合系统的构建方法。最后,为了验证研究工作的正确性,本文在实验室采用所设计的耦合线圈,搭建了磁耦合谐振系统实验平台,验证系统性能。实验数据与仿真分析吻合度很好,表明了本文工作的正确性;同时,为了验证研究工作的有效性,本文还开展了所设计系统与同体积约束下平面螺旋线圈作为耦合元件的无线能量传输系统的对比试验。实验结果表明,在系统参数配置和次级线圈体积相同条件下,次级线圈采用堆叠式结构的耦合系统在线圈间距为15mm处耦合效率可提高23.9%,传输效率可提高19.56%。这说明了本文工作的有效性。