随着便携式电子设备的发展,对于便捷的无线电能传输提出了更高的要求。空间多自由度无线电能传输系统能够实现空间中电子设备的无线充(供)电,具备更好的偏移容忍度,相比于有线供电的方式和传统的无线充电方式更加便捷,能够更好的满足用户需要。本文首先对磁耦合无线电能传输系统进行了建模。分析了松耦合变压器等效建模的原理,研究了线圈交流内阻的计算方法,分析了不同逆变电路和谐振网络的特性。根据上述分析,搭建了基于LCC-S补偿的磁耦合无线电能传输系统模型。然后,对常规平面螺旋方形和双D型线圈的磁场分布进行了仿真分析,并研究了对称结构和非对称结构下,平面线圈的偏移特性。基于磁场分析结果和应用需求,针对工作空间多自由度无线电能传输系统,提出了新型的三维发射线圈。与传统正交三维线圈的磁场分布相比较,新型的三维发射线圈一方面能够不占用工作空间,另一方面可以强化整个充电空间的磁场强度,提升系统的偏移容忍度。通过不同工况下的线圈耦合情况的仿真结果,对新型线圈的结构和尺寸进行了优化。针对室内无线电能传输系统,分析了亥姆霍兹线圈内部磁场分布特点,计算了磁场均匀分布的结构条件,并通过磁场仿真对理论分析进行了验证。根据上述理论分析和磁场仿真结果,基于两种系统的应用需求,设计了两套发射线圈和三个不同尺寸的接收线圈。根据集肤深度,对利兹线的单股线径和股数进行了选型。基于LCC-S补偿电路的谐振关系,设计了相应的补偿电感、电容,基于设计参数,设计并制作了满足耐压、耐流要求的补偿电容器和补偿线圈。最后,根据上述设计搭建了相应的实验平台。针对工作空间多自由度无线电能传输系统,对副边不同的偏移工况下,系统的传输功率和效率进行了测试,系统最高效率77.9%,平均效率26.6%,在线圈覆盖区域,实现了类棱台区域内的多自由度的无线电能传输。针对室内空间无线电能传输系统,通过实验验证了发射线圈磁场均匀性和多负载供电能力,在发射线圈中间,产生了一个1m×1m×1m的三维空间供电区域。在该区域内,系统具备良好的位置偏移容忍度和多负载同时供电的能力。