水下無線電能傳輸技術由陸上無線電能傳輸技術衍生而來，二者在傳輸原理與系統基本結構上是一致的，但由于海水介質及水下設備的特殊性質，使得水下無線電能傳輸系統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

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

國內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，也沒有具體的數學表達式，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，難以對系統效率的優化設計進行理論指導，因此，需要對電渦流損耗進行精確定量分析，研究其產生機理及影響因素，為提升水下無線電能傳輸的效率提供理論基礎。

2 水下電磁兼容與電磁隱身問題

水下無線電能傳輸系統向機電設備供電時，將產生高頻強電磁干擾，通過導線和空間傳導向四周發射，將干擾水下機電設備中的各類電氣與電子設備，影響功能正常發揮，甚至造成設備損傷，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，需要開展針對性的水下電磁兼容設計，采取抑制措施來減小電磁傳導干擾源和電磁輻射干擾源。

反過來，電氣與電子設備工作產生的高次諧波也會對水下無線電能傳輸系統造成干擾，二者頻率越接近，干擾將越嚴重，無線電能傳輸系統傳輸效率就越低。關于水下無線電能傳輸系統的電磁兼容問題，文獻[40]中采用的罐形磁心可降低線圈工作時對外界產生的磁干擾，但對于受電設備本身無法形成有效防護。總而言之，目前國內外研究成果較少，還沒有明確的研究結論和設計方法，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揮戰術性能和確保自身安全的關鍵性能之一。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，公開的技術資料幾乎沒有。

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

3 多環境變量擾動引起系統性能下降

水下無線電能傳輸系統不僅受海水導電性的影響，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，改變系統周圍的磁路，引起系統參數和性能的改變。目前環境變量擾動的研究多側重于單個變量，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上，開展多環境變量擾動的綜合仿真，建立基于有限元的電磁場、溫度場、應力場和流體場多場耦合仿真模型，模擬動態海洋環境，得到多環境變量擾動下的系統性能變化規律。

4 傳輸距離與耦合器體積的矛盾

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

如何在不影響設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在實際應用中的一大難點。文獻[42]提出的諧振中繼技術在不改變傳輸線圈結構的情況下，通過在線圈間隙添加輔助線圈有效提升了傳輸距離，該方式對結構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《電工技術學報》，原文標題為“水下無線電能傳輸技術及應用研究綜述”，作者為吳旭升、孫盼等。）水下無線電能傳輸技術及應用研究綜述