磁耦合无线电能传输（Wireless Power Transfer,WPT）系统通过电磁场或电磁波载能/传能原理,结合谐振技术可以在一个较远的距离内为用电设备无线供电,具有安全无接触的优点,耦合机构是WPT的关键。然而,耦合机构的传能性能对于能量接收（拾取）机构的位置姿态都较为敏感,偏差较大时就会导致输出功率大幅下降。对于一些需要在空间中移动或转动的用电设备的无线供电,传统的耦合机构模式对能量传输功率、效率以及传能综合性能会有很大的影响。发展空间全方向无线电能传输技术及系统,已经成为当下无线传能系统的重要的研发内容和目标。本文首先归纳并总结国内外关于全方向或多自由度的磁耦合无线电能传输技术的研究现状,明确全方向耦合机构研究的重要意义。建立传统的两线圈耦合机构及其无线电能传输系统等效电路模型,介绍四种基本谐振补偿拓扑的电路特性,在此基础上对全方向无线电能传输系统进行建模分析,确定耦合机构的参数对系统性能的影响,为全方向耦合机构的设计提供理论支撑。然后,对耦合机构进行设计,设计的重点是接收机构,并通过仿真软件COMSOL Multiphysics对耦合机构进行分析以辅助设计。对于接收机构,提出了一种扁平的D字型磁芯结构,通过比较当前多种软磁材料的特点,选择了合适的磁芯材料。根据磁芯在仿真软件中各种姿态下的磁场分布特点,将接收线圈设计为三组正交独立的线圈结构,分析了磁芯的宽度与厚度等结构参数对耦合机构性能的影响。将接收线圈的输出方式设计为线圈整流之后串联输出的方式,再介绍了趋肤效应和邻近效应对线圈电阻的影响。最后,通过仿真和实验的方式分析并比较了本文提出的耦合机构与现有结构相近的耦合机构之间的等效互感,结果显示本文提出的耦合机构在同等条件下等效互感值更大,并对耦合机构组成的全方向无线电能传输系统的输出特性进行了实验。