无线电能传输技术经过近年来的高速发展,得到了深入研究,日益成熟,同时也面临着许多机遇和挑战。传统的无线电能传输系统对耦合系数的变化敏感,当线圈的位置状态变化时,易导致充电效率低、使用不方便等问题。这要求实际的无线电能传输系统具备较强的抗位移和传输方向偏移的性能,能够在一定的空间范围内,主动对抗由于线圈位置改变给系统带来的不利影响。因此,本文针对位置自由度高、实用性强等要求,基于宇称时间对称理论,提出具有高效率、低成本的全方向无线电能传输系统。本文的主要研究内容如下:首先,阐述了全方向无线电能传输技术的发展现状,论述了利用现有无线电能传输技术实现全方向供电的局限性,以及需要从能量传输机理的层面探索全方向无线供电的可行性,进而提出本文的研究意义和目的。然后,阐述了宇称时间对称理论的定义及负电阻的构造方法,进而论述将PT对称理论应用在无线电能传输中的物理意义。阐述了耦合模建模的基本理论,并用两个LC耦合振荡电路阐释了耦合模方程与SS型无线电能传输系统中各电路参数间的关系。接着,考虑发射侧和接收侧线圈之间位置关系的变化,在线圈轴向对称放置的静态系统中加入方向变化量,建立基于线圈方向偏移角的两线圈SS型WPT动态耦合模模型,并对其传输特性进行分析研究,提出利用PT对称原理可实现全方向的无线电能传输。同时,考虑实际应用中金属异物易对WPT系统造成不利影响,从发射线圈参数、耦合磁场分布和系统谐振频率三个方面研究了金属异物的介入在WPT系统传输特性上的体现,并利用Maxwell软件进行了相应的有限元仿真分析,从而进一步探讨WPT系统的实用性。最后,利用理论分析的结果对所提系统的各个环节进行设计,着重阐述了负电阻的实现过程和耦合线圈的设计方法,搭建了输出功率为150W的全方向无线电能传输系统仿真模型和实验样机,结果证明本文所提基于PT对称原理的WPT系统能够在一定空间范围内实现与线圈位置无关的全方向无线电能传输,且传输效率高达90%并保持不变,验证了本文理论分析的正确性。