电场耦合无线电能传输(Electric-field Coupled Power Transfer,ECPT)技术是一种以高频电场作为能量传输介质,并综合利用电力电子技术、谐振补偿与控制等技术,实现无直接电气连接的电能传输技术。该技术的耦合机构轻便成本低且柔韧性好,并具有对周围导体不会产生涡流损耗以及电磁兼容性较好等诸多优点,目前已受到国内外专家学者的高度关注。在ECPT系统的实际应用中,有的用电设备要求ECPT系统的输出具有恒压或恒流特性;有的设备则要求系统输出能够根据实际需求运行在恒压或恒流状态;此外,一些实际应用需要同时对多个用电设备供电,其中有的设备需要系统输出具有恒压或恒流特性、有的设备要求系统输出能根据需要运行在恒压和恒流状态、还有的则不要求系统输出电压或电流恒定,对于这种应用需求,除了要确保系统的传输特性不会受负载变化的影响以外,还要保证拾取电路的随机投入切除不会影响到系统的输出。围绕这三类应用需求,本文首先采用二端口理论分析了二阶、三阶及四阶谐振网络的输出恒定一般性条件,在此基础上提出了三种适用于不同应用场合的系统拓扑。在无需增设额外通信与控制电路的条件下,所提出的拓扑能够实现系统输出电压或电流基本不会随着负载的变化而改变,同时又能保证系统始终运行在ZPA(Zero Phase Angle)状态,而且还具有较高的谐波抑制能力以及参数鲁棒性。具体而言,本文主要做了以下研究工作:围绕现有谐振网络的多种拓扑形式,建立了谐振网络的二端口传输模型,给出了电压控电压、电压控电流、电流控电流、电流控电压四种情况下谐振网络输出具有恒压或恒流特性的条件,给出了二阶、三阶及四阶谐振网络实现恒定输出的参数关系,在此基础上给出了具有恒定输出的电路形式。另外,针对谐振网络的传输特性对参数变化较敏感的问题,基于阻抗变换原理建立了基于反向-T谐振网络的ECPT系统的电压增益模型,给出了负载品质因数、电感比值及电容比值对系统电压增益的影响规律,并通过仿真与实验验证了电压增益模型和参数选值区间。所给出的谐振网络输出恒定的参数条件以及谐振网络的参数敏感性研究为后续的拓扑研究提供了理论依据。针对需要ECPT系统的输出具有恒压特性的单拾取应用场合,提出了一种基于T-Π复合谐振网络的拓扑,实现了系统输出电压基本不会随着负载变化而改变,同时始终运行在ZPA状态。围绕系统中Π-CLC和T-LCL网络的支路电抗的特点,建立了两种网络的传输模型,分析了不同参数配置方法下Π和T网络的阻抗特性、输出电压/电流增益以及两种网络的输出恒定条件。研究了不同参数配置方法下,Π和T网络的全谐波畸变率,进而给出了具有最低逆变器输出电流畸变率和整流桥输入电压畸变率的配置方式。分析了谐振频率与品质因数对谐振网络的阻抗特性影响,给出了在指定输出电压偏差率内相应的负载变化范围,并在前面的分析基础上给出了系统参数设计方法。系统的恒压输出特性、谐波抑制能力以及参数设计方法的准确性在仿真和实验中得到了验证。围绕用电设备要求ECPT系统的输出特性在不同运行阶段具有不同恒定特性的应用场合,提出了一种基于F-F/T变拓扑谐振网络的ECPT拓扑,并给出了F/T拓扑的切换方法,实现了系统输出能够根据需求运行在恒压或恒流状态。根据基波近似原理以及网络的阻抗特性,建立了网络的传输模型,在此基础上研究了FLCLC和F-CLCL网络的输出增益及输出恒压的参数条件,分析了两种谐振网络的输入阻抗特性对频率和品质因数变化的敏感性,给出了T-CLC网络的传输特性以及恒流输出条件,并结合三阶T网络和四阶F型网络两者的拓扑特点,给出了TCLC和F-CLCL网络的相互转换方法。在此基础上分析了所提系统的恒定输出的负载变化范围,给出了系统的参数设计流程。最后建立了系统的仿真模型并搭建了实验装置来验证了所提系统的恒压/恒流输出特性、两种状态相互切换方法的有效性以及系统参数设计方法的可行性。针对需要ECPT系统的输出同时具有恒压、恒流、恒压/恒流以及不需要恒压或恒流多种特性的多拾取应用场合,提出了一种发射端采用F-LCLC谐振网络,拾取端根据需求采用相应谐振拓扑形式的ECPT系统,给出了系统参数的配置方法以及耦合机构的调谐控制方法,实现了负载的自身变化基本不会影响到系统的输出,同时其他拾取电路的随机投切也基本不会影响到系统的输出特性。根据傅里叶展开级数,求解了空载状态下发射端F-LCLC网络的输入谐波电流的表达式,给出了谐波与基波电流幅值比关于谐波阶数的变化规律。给出了耦合机构的无级调谐电路,依据磁通量等效原理建立了等效电感的模型,介绍了所采用的调谐控制算法,并结合谐振网络的传输特性给出了系统参数的设计方法。最后通过仿真和实验验证了系统参数设计方法的正确性以及在拾取电路随机投切情况下负载输出的恒定特性。