与传统电磁感应式无线电能传输相比,磁谐振无线电能传输方式具有供电距离较远、传输效率高的优点,可广泛应用于电动汽车充电、体内医疗装置供电和家用电器供电等领域。在磁谐振无线电能传输系统中,收发谐振器的耦合程度随传输距离的增加而减弱,当传输距离较远时,谐振器间的弱耦合将导致系统传输效率下降,无法满足远距离供电的实际需求。铁氧体高磁导率材料的引入可以增强谐振器的磁耦合程度,实现能量的远距离高效率传输。然而,铁氧体磁芯存在磁化退磁磁场、磁芯损耗等问题,限制了其对磁耦合程度的提升能力。因此,本文对铁氧体磁芯的退磁机理进行分析,提出一种基于磁聚集效应和退磁抑制机理的无线电能传输系统谐振器结构优化设计方法,在增强谐振器磁聚集能力的同时减弱磁芯退磁磁场,进而提高磁谐振无线电能传输系统在远距离处的传输效率。具体研究内容如下:首先,从等效电路角度出发,分别对基于空气芯的磁谐振无线电能传输系统和基于铁氧体磁芯的磁谐振无线电能传输系统进行建模分析,推导了系统传输效率的数学表达式;分析了铁氧体磁芯系统负载特性,给出加入铁氧体磁芯后系统传输效率提高的负载条件,为谐振器结构的优化设计奠定了理论基础。其次,针对传统圆柱体磁芯退磁磁场较大的问题,分析了铁氧体磁芯的退磁机理,推导了圆柱体磁芯的退磁因子表达式,并阐明影响退磁因子的主要因素,进而提出基于磁聚集效应和退磁抑制机理的谐振器结构优化设计方法。分析不同谐振器结构下的线圈互感,研究接收线圈缠绕方式和磁芯结构参数对系统传输性能的影响,进而给出最优绕线方式和磁芯结构参数。进一步对比分析了圆柱体磁芯结构系统和新型磁芯结构系统的鲁棒特性和磁芯损耗,其中,鲁棒特性包括:线圈间距变化、径向偏移和负载变化。最后,搭建系统实验平台,分别对空气芯线圈谐振器结构、圆柱体磁芯谐振器结构和所提磁芯谐振器结构进行互感特性、传输效率特性和负载电压实验分析,进一步验证了所提磁芯谐振器结构在改善磁谐振无线电能传输系统传输性能上的优越性。实验结果表明,在10~100 mm的传输距离范围内,相比于圆柱体磁芯谐振器结构,所提基于磁芯结构谐振器的无线电能传输系统平均电能传输效率提升了80%;相比于空气芯线圈谐振器系统,所提磁芯结构系统的平均电能传输效率提高了200%。