无线电能传输（wireless power transfer,WPT）技术因其具有安全性高、灵活性强等优点,被广泛应用于便携式消费电子产品、电动汽车等不同领域。然而,传统的二维平面型无线电能传输系统的传输性能易受接收线圈位置影响,存在传输自由度低、抗偏移性能差等问题。空间无线电能传输系统能够在整个空间中产生更均匀的磁场分布,在发射线圈与接收线圈位置产生相对变化时,依然能够实现高效、稳定的无线电能传输。为此,本文对空间无线电能传输技术的磁耦合机构及其控制方法进行研究,旨在设计一种具有多自由度、高可靠性的空间无线电能传输系统。首先,提出一种三相圆台型线圈结构作为发射线圈;对比分析几种典型补偿网络的优缺点以及输出特性,发射与接收端均采用串联谐振补偿作为本文的补偿网络;完成对空间无线电能传输系统的电路建模,对系统传输性能进行理论分析,得到影响系统传输性能的主要参数。其次,对发射线圈的磁场特性展开分析。计算三相圆台型、圆柱型两种发射线圈在空间不同位置产生的磁感应强度大小;利用Maxwell有限元仿真软件对两种发射线圈的磁场分布进行仿真对比,并优化所加激励的相位控制策略以改善空间磁场分布,通过磁场仿真初步验证三相圆台型发射线圈的优越性,确定发射线圈激励的控制策略为正序控制。再次,分析耦合机构之间的互感特性。建立三相圆台型、圆柱型发射线圈分别与圆形、矩形接收线圈之间的数理模型,分析接收线圈位于空间不同位置时线圈之间的互感变化;通过电路仿真研究发射与接收线圈之间互感对空间无线电能传输系统性能的影响,验证三相圆台型空间无线电能传输系统的优越性。最后,搭建三相圆台型空间无线电能传输系统实验平台,并与三相圆柱型无线电能传输系统进行对比,分别从内部纵向移动、内部轴向旋转、外部轴向旋转三种情况展开对两种无线电能传输系统的实验研究。结果表明,在输入电压为12V、工作频率为85k Hz条件下,三相圆台型空间无线电能传输系统的内部效率最高可达55.2%。