近年来,随着智能手机、智能手表等消费电子产品市场普及率的不断提高,人们对电子产品充电自由度的要求也越来越高。相比于传统有线拔插式充电方式,无线充电因其便捷、安全和美观的特点,而被越来越多地应用于消费电子产品。目前,多数的无线电能传输（Wireless Power Transmission,WPT）终端产品采用平面结构,利用的是低频的磁感应耦合技术,用户在充电时需要将设备对准指定的能量接收方向,并紧靠充电终端。这种方式实际上降低了用户的操作自由度。为提高无线充电自由度,课题通过采用6.78 MHz磁耦合谐振技术,对全向WPT装置进行设计和研究。本文主要内容如下:本文先对传统的一对一结构WPT系统进行了工作原理的分析,得出了影响系统能量传输效率和功率的主要因素。继而,对空间三正交发射线圈和平面接收线圈（3Tx-1Rx）结构的全向WPT耦合机构进行了设计,分析了三正交发射线圈内激励电流的合成磁场矢量以及接收线圈的相对位置对系统传输性能的影响。为了提高耦合机构的磁场分布,研究了铁磁板和导电金属板对磁场的整形作用。综合考虑整形效果,选择铝导电金属板作为发射线圈的整形材料。在有限元仿真软件中搭建3Tx-1Rx型耦合机构模型,观察并分析发射线圈的磁场分布。根据实测优化线圈结构。搭建起耦合机构的实物,并利用阻抗分析仪扫频实测线圈的相关参数。为克服高频条件下传统硬开关功耗较大的缺点,使用由E类功率放大器和E类整流器组成的Class E~2 DC-DC变换器进行能量的发送和接收,并使用新型宽禁带材料氮化镓（Ga N）开关器件来实现6.78 MHz开关工作。论文分别进行了E类整流器、磁耦合机构、E类功率放大器的工作过程分析,并进行电路参数计算。在仿真软件ADS和LTspice中,对含阻抗匹配网络的Class E~2 DC-DC变换器电路进行参数仿真优化,较好地实现了软开关特性。最终,搭建起全向WPT系统实验样机,对系统各部分电路进行了调试。通过对接收线圈设置多组位置和角度,对系统进行功能实测,验证了该全向WPT系统的可行性。