无线电能传输技术,尤其是近年来发展迅速的共振磁耦合无线输电技术,已经应用于各种领域的充电应用中,例如电动汽车、机器人、无人机等。在大多数为移动式用电设备供电过程中,无线充电最常见的问题之一是发射线圈和接收线圈之间常常产生位置偏移,导致输出功率波动,影响机器人、电动汽车等用电设备无线充电的稳定性。因此,本文以自主移动机器人无线充电应用为例,以提升移动机器人在有效充电区域内充电稳定性为根本目标,围绕机器人无线充电的核心结构展开研究,对无线充电耦合线圈与补偿拓扑进行分析与优化设计。本文工作主要如下:（1）基于互感理论,分析了两线圈无线输电系统基本传输特性,耦合线圈的品质因数与谐振频率及线圈自身参数的变化关系,对比分析了四种基本补偿拓扑输入阻抗及谐振电容与系统参数的关系。（2）针对机器人无线充电应用,分析了机器人无线充电的特点,通过有限元仿真分析,对基本耦合线圈与磁芯结构进行了优化设计;结合电路仿真,对比分析了采用常见复合型补偿拓扑LCL-S和SS基本补偿拓扑的无线充电系统发射端电流与传输特性。（3）在上述分析基础上得出,实现发射线圈磁场均匀分布是提升无线输电系统在线圈偏移情况下,互感及传输性能稳定性的根本方式。基于单匝线电流方形线圈磁场分布规律,分析了不同高度下,单匝线圈磁场峰值位置与其尺寸关系。提出利用磁场峰值的削峰填谷规律来改善原始集中式线圈的磁场分布,通过在原始线圈内部添加同向附加绕组优化有效充电区域磁场强度垂直分量的分布均匀度,通过在原始线圈外部添加同向附加绕组来削弱线圈外部较大的反向磁场,从根本上提升发射线圈磁场分布均匀度及发射线圈与接收线圈的耦合稳定性。（4）在经验优化的基础上,建立以磁场分布均匀度与发射线圈外部反向磁场为目标函数的多目标优化模型,基于遗传算法多目标优化,通过磁场分布、线圈位置偏移下的互感、自感、及系统负载功率、整体效率的对比分析,最终选出了一个最优解作为发射线圈的优化设计参数,从而提升耦合线圈存在位置偏移时,机器人无线充电系统负载功率与整体效率的稳定性。