高铁列车是电网中的一种超大功率的特殊负载,具有高安全性、高平顺性、高稳定性、高可靠性、高精确度等五大特点,要确保上述特点的实现,关键是处理好受电弓与接触网之间的关系。随着高铁列车不断提速,通过两者滑动接触获取电能的方式使得高速弓网关系复杂多变,严重制约了高速铁路的发展。而无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术作为一种新型的供电技术不但可以对机车进行高效、大容量的无线供电,而且可以避免受电弓与接触网导线之间材料磨损、弓网电弧等问题,具有十分诱人的应用前景。电磁感应式无线电能传输技术是实现短距离、大功率能量传输的最优途径,在近些年获得了广泛关注。对于感应式传输系统而言,高品质的耦合线圈对系统的传输效率、传输功率和传输距离等有着直接的影响。然而在实际应用中,由于工作空间受限,往往导致线圈尺寸不能过大,这就需要考虑如何在保证传输性能的前提下缩小线圈尺寸;此外,为了设计出适用于轨道交通等大功率、高效率的无线传能系统,非对称耦合线圈与传输特性的优化设计也将是不可回避的问题。本课题以无线电能传输的方式向高速电力机车供电为目标,采用非对称耦合时的电能感应变换单元通用数学模型对现有的无线电能传输耦合结构进行分析和对比,并结合电力机车高速运动中的实际工况将其分解为非对称耦合机构在静止时的纵向和横向的特性进行分析,实现无线电能传输系统容量及效率最大化。首先,分析了非对称耦合机构在静止时的纵向特性,基于此提出了一种非对称“并串”线圈结构。该结构具有较大的功率密度、较小的尺寸和较轻的重量,可以较好地应用于无线供电的有轨电车中。其次,分析了非对称耦合机构在静止时的横向特性,并且基于该问题提出了一种新型的“太极”线圈结构,该结构解决了有轨电车在移动过程中存在的严重的耦合机构偏移现象,提高了系统的传输效率并且加强了传能系统的稳定性。本文通过理论、仿真和实验对新型的“太极”结构的传能性能进行了分析验证,结果表明所提结构在z方向的磁场分布特性优于“双D”结构和传统的平面螺旋型线圈结构,可以获得更好的抗偏移特性。最后,本文将“并串”线圈结构的思想融入“太极”线圈结构中,将非对称耦合机构在静止时的纵向特性和横向特性相结合提出一种“太极并螺旋线圈”的新型结构。该结构既可以在纵向上增加传输效率,也可以提高横向抗偏移能力,为动态有轨列车的高效、稳定运行提供了有力参考价值。