水下無線電能傳輸技術(shù)由陸上無線電能傳輸技術(shù)衍生而來，二者在傳輸原理與系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)上是一致的，但由于海水介質(zhì)及水下設(shè)備的特殊性質(zhì)，使得水下無線電能傳輸系統(tǒng)面臨著諸多特有的問題。

1 磁耦合諧振下的海水電渦流損耗計算

當(dāng)諧振頻率變高時，渦流損耗會急劇增大。在海洋環(huán)境中進行磁耦合諧振式電能傳輸方式時，交變電流產(chǎn)生交變磁場，交變磁場又會在海水中產(chǎn)生渦旋電場，由于海水具有較大的電導(dǎo)率，其產(chǎn)生的電渦流損耗較大，會降低海水中電能傳輸效率，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

國內(nèi)外的研究大部分只是提到在海水中進行非接觸式電能傳輸時，存在電渦流損耗，但大都沒有理論推導(dǎo)，也沒有具體的數(shù)學(xué)表達式，文獻[39]中假定線圈間隙磁場為均勻分布，得到了間隙渦流損耗的近似表達式，該表達式可用于渦流損耗的定性分析，但無法精確計算渦流損耗，難以對系統(tǒng)效率的優(yōu)化設(shè)計進行理論指導(dǎo)，因此，需要對電渦流損耗進行精確定量分析，研究其產(chǎn)生機理及影響因素，為提升水下無線電能傳輸?shù)男侍峁├碚摶A(chǔ)。

2 水下電磁兼容與電磁隱身問題

水下無線電能傳輸系統(tǒng)向機電設(shè)備供電時，將產(chǎn)生高頻強電磁干擾，通過導(dǎo)線和空間傳導(dǎo)向四周發(fā)射，將干擾水下機電設(shè)備中的各類電氣與電子設(shè)備，影響功能正常發(fā)揮，甚至造成設(shè)備損傷，高強度電磁輻射還將威脅人員、電磁武器的安全。因此對水下無線電能傳輸系統(tǒng)，需要開展針對性的水下電磁兼容設(shè)計，采取抑制措施來減小電磁傳導(dǎo)干擾源和電磁輻射干擾源。

反過來，電氣與電子設(shè)備工作產(chǎn)生的高次諧波也會對水下無線電能傳輸系統(tǒng)造成干擾，二者頻率越接近，干擾將越嚴重，無線電能傳輸系統(tǒng)傳輸效率就越低。關(guān)于水下無線電能傳輸系統(tǒng)的電磁兼容問題，文獻[40]中采用的罐形磁心可降低線圈工作時對外界產(chǎn)生的磁干擾，但對于受電設(shè)備本身無法形成有效防護。總而言之，目前國內(nèi)外研究成果較少，還沒有明確的研究結(jié)論和設(shè)計方法，值得廣大研究人員進行深入研究。

水下軍用裝備的電磁隱身性能是發(fā)揮戰(zhàn)術(shù)性能和確保自身安全的關(guān)鍵性能之一。作為水下軍用裝備的電源，水下無線電能傳輸系統(tǒng)的電磁隱身性能極其重要，要減少向外輻射電磁波，還要盡量吸收敵方的雷達探測電磁波，做到“電磁隱身”。一直以來水下裝備的電磁隱身設(shè)計都是世界各軍事強國的研究重點，出于保密要求，公開的技術(shù)資料幾乎沒有。

一方面要盡可能減少電磁干擾，降低向系統(tǒng)外輻射電磁波的強度，另一方面可借鑒先進材料技術(shù)，將超材料引入水下無線電能傳輸系統(tǒng)設(shè)計之中，設(shè)計滿足水下電磁隱身的復(fù)合型吸波材料，從而降低水下無線電能傳輸系統(tǒng)的雷達散射面積，提高其生存防御能力和總體作戰(zhàn)性能。

3 多環(huán)境變量擾動引起系統(tǒng)性能下降

水下無線電能傳輸系統(tǒng)不僅受海水導(dǎo)電性的影響，還會因為海水壓力、溫度、鹽度、海流速度和附著微生物的影響，改變系統(tǒng)周圍的磁路，引起系統(tǒng)參數(shù)和性能的改變。目前環(huán)境變量擾動的研究多側(cè)重于單個變量，如耦合角度問題、水平偏移變化、溫度、鹽度等，而對多環(huán)境變量擾動的研究非常少且不深入。

可在單個變量研究的基礎(chǔ)上，開展多環(huán)境變量擾動的綜合仿真，建立基于有限元的電磁場、溫度場、應(yīng)力場和流體場多場耦合仿真模型，模擬動態(tài)海洋環(huán)境，得到多環(huán)境變量擾動下的系統(tǒng)性能變化規(guī)律。

4 傳輸距離與耦合器體積的矛盾

水下無線電能傳輸系統(tǒng)的工作機理決定了其傳輸距離，加之水下復(fù)雜的工作環(huán)境及其帶來的損耗進一步限制了傳輸距離的擴大。對于感應(yīng)式無線電能傳輸方式，其傳輸距離通常在mm級，一次線圈經(jīng)過防水抗壓封裝后，其間隙距離會進一步縮小。當(dāng)要求較大的傳輸距離時，必須以增加線圈半徑作為代價，水下設(shè)備的設(shè)計一般都較為緊湊，一味增加線圈半徑會占用水下設(shè)備中寶貴的空間。

如何在不影響設(shè)備體積的情況下進一步提高水下無線傳輸距離，是水下無線電能傳輸技術(shù)在實際應(yīng)用中的一大難點。文獻[42]提出的諧振中繼技術(shù)在不改變傳輸線圈結(jié)構(gòu)的情況下，通過在線圈間隙添加輔助線圈有效提升了傳輸距離，該方式對結(jié)構(gòu)安裝及使用要求較為苛刻，但為解決這一難題提供了一個新的思路。

（摘編自《電工技術(shù)學(xué)報》，原文標題為“水下無線電能傳輸技術(shù)及應(yīng)用研究綜述”，作者為吳旭升、孫盼等。）水下無線電能傳輸技術(shù)及應(yīng)用研究綜述