目前,微型管道机器人能量获取方式有导线供电与电池供电两种,很大程度上限制了管道机器人的工作范围。采用磁耦合谐振式无线能量传输技术进行无线供电,一方面接收端可以在一定范围内获取足够的功率,另一方面即使有微小位移也不会导致效率的急剧下降,因此该技术成为对微型管道机器人供电的可行方式之一。本文针对超磁致伸缩材料(GMM)在微型管道机器人领域中的无线供电问题,展开基于超磁致伸缩材料和磁耦合谐振无线能量传输技术的电磁-机械同步共振系统的研究。本文的主要研究内容包括:(1)分析磁耦合谐振式无线电能传输系统的组成和工作原理,建立两线圈结构电容补偿电路漏感模型,研究不同补偿结构下耦合系数、负载品质因数以及谐振电容补偿系数对系统性能的影响,以此作为系统补偿方式的选择依据;(2)根据等效电路理论,建立多场耦合下GMM阻抗模型以及电-磁-机耦合下MCR WPT电路模型,研究系统发射线圈与接收线圈在空间不同相对位置下的传输特性;(3)超磁致伸缩执行器结构设计,包括GMM棒尺寸、电磁结构、预压力系统以及冷却系统,构建其整体三维模型,并对主要部件GMM棒区域的磁场进行有限元仿真分析校核;(4)MCR WPT电磁-机械同步共振系统设计,包括逆变电路设计、驱动电路设计、耦合线圈结构的分析与设计以及谐振电容的设计;(5)搭建试验平台,通过试验结果与理论分析对比,验证GMM阻抗模型以及系统传输功率理论分析的正确性,提出通过高采样率、高精度的激光位移传感器对GMM棒高频振动位移进行实时采样与测量,证明MCR WPT电磁-机械同步共振的可行性。本文研究成果可为电能-机械能的传输、转换与控制提供一种解决方案,并为不易拖带电线的微型管道机器人供能提供便利,具有重要的理论和应用价值。