随着科学技术的迅猛发展,无线通信技术已被诸多平台广泛应用,如无线传感网络、无线医疗机器人、强辐射环境工作机器人等,上述应用特殊的工作环境限制了有线电能传输方式的使用,这就需要发展无线电能传输技术为上述应用提供能量供给。在各种无线电能传输技术当中,通过交变磁场进行能量传输的电磁感应电能传输(inductive power transfer,IPT)技术,具有功率容量大、受电介质影响小、传输过程安全可靠、环境适应力强以及接入方式灵活等优点,近年来引起了国内外学术界的广泛关注。其应用包括:移动电子设备的无感充电、医用植入式设备的能量供应、电动汽车的静态与动态充电以及各种特殊复杂场合的非接触式供电等。基于传统方法设计的IPT系统的有效传输距离非常近,很难在实际应用中使用,因此,目前关于IPT技术研究的重点是提高其传输性能,即在一定传输距离下提高无线能量传输效率或在保证一定传输效率的前提下提高其传输距离。现有的提高IPT传输性能的方法主要有三种:(1)提高传输系统的工作频率;(2)提高发射端线圈和接收端线圈之间的互感;(3)降低线圈及其外围补偿电路中的损耗。但上述三种提高IPT系统效率的方法各有其不足,使得其对系统性能的提高有限。本文从研究不同频率馈源激励下线圈上电流分布的规律出发,首先提出了一种新型的交替反绕螺旋线圈结构,该结构的工作频率高于线圈的自谐振频率。该结构具有不需要补偿电路即可实现高效无线电能传输的特点,从根本上杜绝了由补偿电路引起的热损耗。其次,本文提出了交替反绕螺旋线圈结构的等效电路,利用电路理论分析了由这种线圈构成的IPT系统的传输效率、输入阻抗以及最佳负载阻抗等。再次,本文对可能降低由交替反绕螺旋线圈构成的IPT系统传输效率的因素进行了详细的分析,为该系统的设计提供理论指导。最后,搭建了相关的测试系统进行无限能量传输试验,实验结果与理论分析吻合较好。作为一种尝试,本文构造了一种能将电磁能量束缚在一定空间内做周向涡旋形式运动的结构,与只具有轨道角动量、通常意义上的涡旋电磁波不同,本文这种涡旋电磁波具有周向运动的坡印廷矢量。在此基础上,本文设计了将涡旋电磁场用于无线能量传输的实验。实验结果表明:(1)当接收装置处于涡旋电磁场内部,系统可以获得较为稳定的能量传输;(2)涡旋电磁场能较好地将电磁能量束缚在结构的内部而不向外辐射。据此,涡旋电磁场在无线能量传输领域具有一定的应用潜力。