磁谐振无线电能传输是一种利用谐振在近场进行能量传输的方式,是世界上电能传输领域的前沿课题。磁耦合结构是磁谐振无线电能传输系统的核心关键部分,对系统的传输距离、传输效率等关键性能指标和稳定性有重要影响。由于印刷电路板PCB线圈具有体积小、制作工艺简单、制作成本低、批量化生产的线圈参数一致性高等优点,因此本文选择PCB线圈作为系统的磁耦合结构。通过与感应耦合无线电能传输和微波无线电能传输相比,磁谐振无线电能传输能较好的解决中压电气设备高压侧的无线传感节点的供电问题,既能从低压侧向高压侧源源不断的发射电能,又满足高压的绝缘要求,具有重要的理论和应用价值。首先,本文分析了磁谐振无线电能传输机理,利用电路理论建立了其等效电路模型,分析了影响系统传输效率的关键因素,并深入分析了系统的最大传输效率。由于高压开关柜内部结构紧凑,使线圈结构的尺寸受到很大限制,因此本文以传输效率为优化目标,提出了一种在有限尺寸空间下的PCB线圈优化设计方法,通过合理调节线圈的优化目标参数,对线圈的品质因数和互感耦合系数有较大的提高,从而提高线圈结构的传输效率。由于开关柜内部金属物较多,本文深入研究了周边金属物对磁谐振无线电能传输的影响,因为高频磁场穿过良导体会产生较大的涡流损耗,本文提出采用导磁膜来减小高频磁场向金属物的扩散,以提高传输效率。其次,根据开关柜内部结构、高电压的绝缘距离、无线传感节点的供电电源等要求,确定样机关键指标、系统方案、电路拓扑,结合上述分析结论,设计了一个磁谐振无线供电系统,包括:高频功率放大电路、AC/DC稳压电路、高频整流稳压电路。最后,搭建了一个实验平台,对相应的理沦分析结论进行了实验验证。以高压侧的在线监测模块为供电目标,研制了一台基于PCB线圈的磁谐振无线供电系统的样机,并对样机的关键波形和数据进行了测试,各波形稳定,表明系统工作正常,有良好的推广应用价值。