磁耦合无线电能传输（Wireless Power Transfer,WPT）技术是指综合应用电工理论、电力电子技术、控制理论,利用磁场实现电能从电网或电池以非电气接触的方式传输至用电设备的技术。传统WPT系统中的电磁耦合机构通常由一对圆形或矩形线圈组成,当接收线圈与发射线圈之间发生位置或角度偏移时,系统的输出能效急剧下降,甚至导致系统不能正常工作。为解决该问题,全方位WPT技术应运而生,其具有良好的位置和角度适应性。全方位WPT系统可分为二维和三维全方位WPT系统,为实现高性能全方位无线传能,复合型电磁耦合机构优化设计和全方位磁场方向调控是两个关键问题。在电磁耦合机构优化设计方面,根据全方位磁能发射机构产生的磁场分布维度不同,可以将其分为具备二维和三维全方位磁能发射能力的发射机构。根据发射机构的不同结构,可以分为二维平面型结构和三维立体型结构。二维平面型发射机构可节省发射侧安装空间,但在采用单个平面型接收线圈的前提下仅能实现二维全方位无线传能。三维立体型发射机构通常具有三维全方位磁能发射能力,但存在占用较大发射侧安装空间的问题。为实现三维全方位无线传能的同时使耦合机构更加紧凑,迫切需研究具有三维全方位磁能发射能力的二维平面型发射机构。在磁场方向调控方面,旋转磁场和靶向磁场调控是实现全方位磁场的主要方式。大多研究都通过在两个正交线圈中激励具有90°相位差的电流以产生二维旋转磁场,缺乏研究激励电流相位差对旋转磁场均匀性以及接收线圈方位发生改变时输出电压平稳性的影响。另外,大多研究仅实现了二维旋转磁场,单个平面型接收线圈在二维旋转磁场中仅能实现二维全方位无线传能。为实现三维全方位无线传能,迫切需研究三维旋转磁场及其调控方法。靶向磁场方式可减小耦合机构漏磁并提升效率,而目前缺乏有效识别接收线圈的方位并调控激励电流的方法,迫切需研究一种有效的靶向磁场调控方法。针对上述问题,结合不同应用场合的特定需求,本文主要围绕实现高性能全方位无线传能的复合型磁耦合机构及磁场调控方法展开研究,主要研究工作如下:（1）基于柱状曲面线圈及二维旋转磁场的全方位WPT系统。面向柱体空间内部电气设备的应用,提出基于柱状曲面线圈及二维旋转磁场的全方位WPT系统。为减小接收线圈方位发生改变时的输出电压波动,基于三相LCC-S谐振补偿网络建立系统的电路模型,推导系统输出电压与互感及激励电流相位差的关系。基于毕奥萨伐尔定律建立柱状曲面线圈的磁场数学模型,分析激励电流相位差对磁场分布特性的影响,在此基础上,从二维旋转磁场均匀性的角度优化激励电流相位差,并揭示输出电压平稳的本质。最后通过仿真与实验验证了优化激励电流相位差以获得均匀旋转磁场以及平稳输出电压的正确性。（2）基于环形偶极线圈及三维旋转磁场的全方位WPT系统。面向对发射机构体积限制严格的应用,提出具有三维全方位磁能发射能力并且为二维平面型结构的环形偶极线圈。为使接收线圈在任意方位均能捕获磁能,给出可使环形偶极线圈产生三维旋转磁场的激励电流表达式,在此基础上,提出基于三逆变器移相的三维旋转磁场调控方法。为减小接收线圈方位发生改变时的输出功率波动,给出环形偶极线圈及其耦合机构参数设计方法。最后通过实验验证了提出的环形偶极线圈及其三维旋转磁场调控方法以二维型平面发射线圈结构实现三维全方位无线传能的有效性。（3）基于网状平面线圈及三维旋转磁场的多拾取全方位WPT系统。面向多拾取的应用,提出适用于多拾取且具有三维全方位磁能发射能力的网状平面线圈。为使多个接收线圈在任意方位均能捕获磁能,研究激励电流对磁场分布特性的影响,给出可使网状平面线圈产生三维旋转磁场的激励电流表达式,在此基础上,提出基于四逆变器移相的三维旋转磁场调控方法。为获得更强且更均匀的磁场分布,给出网格宽度设计方法。最后通过实验验证了提出的网状平面线圈及其三维旋转磁场调控方法以二维平面型发射线圈结构实现多拾取三维全方位无线传能的有效性。（4）基于复合平面线圈及靶向磁场的全方位WPT系统。为提升效率,提出基于复合平面线圈及靶向磁场的全方位WPT系统。为使接收线圈在任意方位均能实现高效率无线传能,给出复合平面线圈产生靶向磁场的激励电流计算方法。为实现靶向无线传能的同时且避免使用角度检测以及通信环节,建立基于三个独立逆变器及LCC谐振补偿网络的电路模型,推导耦合机构效率与互感及移相角的关系,在此基础上,提出基于互感识别及移相角优化的靶向磁场调控方法。最后通过实验验证了提出的靶向磁场调控方法以实现磁场定向传输并提升效率的有效性。