无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）作为重要的探测装备,现已在军事侦查和民事检测等领域都得到了广泛的应用。受自身容量和承载能力的限制,UAV搭载电池容量小、工作范围受限已成为制约UAV进一步发展的瓶颈之一。无线充电技术以其安全可靠、无需耗费人力等诸多优势有望成为解决UAV充电问题,实现UAV全自动化目标的有效手段。因此,本文从系统电路设计、磁耦合装置、容错位性能改善和闭环系统实现四方面展开研究,设计了一款适用于UAV的三相无线充电系统。为便于平衡控制三相逆变输出电流,选取三个独立的单相逆变电路作为三相逆变电路,原边三相耦合线圈采用三相独立的连接方式。针对输出恒压源特性的要求,选择LCL-S的补偿结构,并分析系统工作性能。建立三相无线充电系统各个部分的电路模型,获取系统各部分的稳态数学描述。在系统传输功率为50-120W以及系统传输效率大于70%的范围内,采用MATLAB软件进行三维扫描的方式确定系统电感参数的变化范围。在PSpice软件中搭建电路仿真,分析系统输出特性和工作性能,仿真结果证实了所设计的三相无线充电系统的稳定性和电路模型的准确性。针对UAV内部空间小、自身承载能力弱、降落精度有限和内部精密设备较多等特殊限制,提出一种基于三相非对称耦合磁场的磁耦合装置。利用ANSYS Maxwell软件分析耦合磁场的分布规律,对三相非对称磁耦合装置进行结构设计。建立磁耦合装置三相非对称的磁路模型,研究系统电能传输机理,获取磁耦合装置电感参数与尺寸参数之间的数学描述。根据电路参数与电感参数的设计指标,利用参数迭代的方法优化磁耦合装置的尺寸参数。将优化后的磁耦合装置尺寸参数所对应的电感参数计算的理论值与LCR阻抗分析仪测量的实际值进行比较,两者最大误差仅为16.773%,相差较小,证实了所建立的磁路模型的准确性,同时也间接说明了所提出的优化方法的实用性。为拓展UAV的充电区域,消除充电平台上的充电盲区,铺设发射线圈以覆盖整个充电平台,构成阵列式磁耦合装置。研究单体磁耦合装置在不同错位情况下的容错位性能,分析错位对系统电感参数和电能传输能力的影响规律。针对阵列式磁耦合装置的接收线圈位置检测问题,提出一种原副边配合通信的检测方法,控制无线平面供电网络中各组发射线圈的开关管,准确开通离接收线圈最近的三个发射线圈,构成一组单体磁耦合装置为UAV充电。研究阵列式磁耦合装置在不同错位情况下的容错位性能,并与单体磁耦合装置的仿真结果进行比较。比较结果表明,阵列式磁耦合装置保证UAV在充电平台的任何位置都能正常充电,实现UAV全自动化的目标。为了验证本文设计方案的可行性,搭建功率等级为70W的UAV三相无线充电系统实验平台,在变负载和错位的条件下分析系统性能。开环仿真结果表明,在变负载情况下系统能够很好地保持恒压源的输出特性,在恒流转恒压充电阶段,系统输出功率大于70W,DC-DC效率大于70%,满足设计指标的要求,在错位情况下整流输出电压的波动范围能够满足锂电池充电的要求。闭环仿真结果表明,所搭建的闭环系统在锂电池等效电阻变化和允许错位的范围内可以实现对锂电池先恒流再恒压的阶段充电。