水下无线电能传输技术由陆上无线电能传输技术衍生而来，二者在传输原理与系统基本结构上是一致的，但由于海水介质及水下设备的特殊性质，使得水下无线电能传输系统面临着诸多特有的问题。

1 磁耦合谐振下的海水电涡流损耗计算

当谐振频率变高时，涡流损耗会急剧增大。在海洋环境中进行磁耦合谐振式电能传输方式时，交变电流产生交变磁场，交变磁场又会在海水中产生涡旋电场，由于海水具有较大的电导率，其产生的电涡流损耗较大，会降低海水中电能传输效率，增加了系统的复杂程度。

国内外的研究大部分只是提到在海水中进行非接触式电能传输时，存在电涡流损耗，但大都没有理论推导，也没有具体的数学表达式，文献[39]中假定线圈间隙磁场为均匀分布，得到了间隙涡流损耗的近似表达式，该表达式可用于涡流损耗的定性分析，但无法精确计算涡流损耗，难以对系统效率的优化设计进行理论指导，因此，需要对电涡流损耗进行精确定量分析，研究其产生机理及影响因素，为提升水下无线电能传输的效率提供理论基础。

2 水下电磁兼容与电磁隐身问题

水下无线电能传输系统向机电设备供电时，将产生高频强电磁干扰，通过导线和空间传导向四周发射，将干扰水下机电设备中的各类电气与电子设备，影响功能正常发挥，甚至造成设备损伤，高强度电磁辐射还将威胁人员、电磁武器的安全。因此对水下无线电能传输系统，需要开展针对性的水下电磁兼容设计，采取抑制措施来减小电磁传导干扰源和电磁辐射干扰源。

反过来，电气与电子设备工作产生的高次谐波也会对水下无线电能传输系统造成干扰，二者频率越接近，干扰将越严重，无线电能传输系统传输效率就越低。关于水下无线电能传输系统的电磁兼容问题，文献[40]中采用的罐形磁心可降低线圈工作时对外界产生的磁干扰，但对于受电设备本身无法形成有效防护。总而言之，目前国内外研究成果较少，还没有明确的研究结论和设计方法，值得广大研究人员进行深入研究。

水下军用装备的电磁隐身性能是发挥战术性能和确保自身安全的关键性能之一。作为水下军用装备的电源，水下无线电能传输系统的电磁隐身性能极其重要，要减少向外辐射电磁波，还要尽量吸收敌方的雷达探测电磁波，做到“电磁隐身”。一直以来水下装备的电磁隐身设计都是世界各军事强国的研究重点，出于保密要求，公开的技术资料几乎没有。

一方面要尽可能减少电磁干扰，降低向系统外辐射电磁波的强度，另一方面可借鉴先进材料技术，将超材料引入水下无线电能传输系统设计之中，设计满足水下电磁隐身的复合型吸波材料，从而降低水下无线电能传输系统的雷达散射面积，提高其生存防御能力和总体作战性能。

3 多环境变量扰动引起系统性能下降

水下无线电能传输系统不仅受海水导电性的影响，还会因为海水压力、温度、盐度、海流速度和附着微生物的影响，改变系统周围的磁路，引起系统参数和性能的改变。目前环境变量扰动的研究多侧重于单个变量，如耦合角度问题、水平偏移变化、温度、盐度等，而对多环境变量扰动的研究非常少且不深入。

可在单个变量研究的基础上，开展多环境变量扰动的综合仿真，建立基于有限元的电磁场、温度场、应力场和流体场多场耦合仿真模型，模拟动态海洋环境，得到多环境变量扰动下的系统性能变化规律。

4 传输距离与耦合器体积的矛盾

水下无线电能传输系统的工作机理决定了其传输距离，加之水下复杂的工作环境及其带来的损耗进一步限制了传输距离的扩大。对于感应式无线电能传输方式，其传输距离通常在mm级，一次线圈经过防水抗压封装后，其间隙距离会进一步缩小。当要求较大的传输距离时，必须以增加线圈半径作为代价，水下设备的设计一般都较为紧凑，一味增加线圈半径会占用水下设备中宝贵的空间。

如何在不影响设备体积的情况下进一步提高水下无线传输距离，是水下无线电能传输技术在实际应用中的一大难点。文献[42]提出的谐振中继技术在不改变传输线圈结构的情况下，通过在线圈间隙添加辅助线圈有效提升了传输距离，该方式对结构安装及使用要求较为苛刻，但为解决这一难题提供了一个新的思路。

（摘编自《电工技术学报》，原文标题为“水下无线电能传输技术及应用研究综述”，作者为吴旭升、孙盼等。）水下无线电能传输技术及应用研究综述