海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員吳旭升、孫盼、楊深欽、何笠、蔡進(jìn)，在2019年第8期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文指出，為了解決設(shè)備的能源供給問題，無線電能傳輸技術(shù)正成為新型的水下電能傳輸方式，它具有傳統(tǒng)的電能補(bǔ)給方式不可比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可有效提高水下設(shè)備的供電安全性、可靠性、便捷性和隱蔽性。

無線電能傳輸技術(shù)是一種利用電磁能、電磁波在物理空間中的分布或傳播特性，采取非導(dǎo)線接觸的方式，實(shí)現(xiàn)電能由電源側(cè)傳遞至負(fù)載側(cè)的技術(shù)。采用無線電能傳輸技術(shù)對(duì)水下設(shè)備進(jìn)行能源補(bǔ)充，目前國(guó)內(nèi)外采用的主要方式有電磁感應(yīng)式無線電能傳輸（mm級(jí)）、磁耦合諧振式無線電能傳輸（cm級(jí)）和超聲波耦合式無線電能傳輸（m級(jí)）。

（1）電磁感應(yīng)式無線電能傳輸

電磁感應(yīng)式無線電能傳輸采用松耦合變壓器裝置來實(shí)現(xiàn)電能的傳輸，發(fā)射線圈相當(dāng)于變壓器的一次側(cè)，接收線圈相當(dāng)于變壓器的二次側(cè)。電磁感應(yīng)的距離是很近的，在水下應(yīng)用時(shí)，其有效傳輸距離限于線圈直徑長(zhǎng)度1/10左右范圍內(nèi)，即mm級(jí)，傳輸功率可達(dá)幾百瓦，甚至數(shù)千瓦。為了增大系統(tǒng)的功率因數(shù)，提高其電能傳輸能力，通常會(huì)在線圈兩側(cè)添加補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行諧振補(bǔ)償。

它的局限性在于：感應(yīng)耦合環(huán)節(jié)的功率傳輸效率是整個(gè)系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，由于氣隙的存在使得感應(yīng)耦合變低，從而成為影響整個(gè)系統(tǒng)功率傳輸效率提高的一個(gè)瓶頸。氣隙越大，效率越低，因此電磁感應(yīng)式傳輸方式只適合近距離傳輸應(yīng)用，發(fā)射與接收線圈之間不能有障礙物，并且要求兩線圈保持同軸。電磁感應(yīng)式的無線電能傳輸實(shí)質(zhì)上是“準(zhǔn)接觸”。

（2）磁耦合諧振式無線電能傳輸

磁耦合諧振式無線電能傳輸是一種近磁場(chǎng)的強(qiáng)耦合方式，能在整個(gè)近場(chǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行電能傳輸，近場(chǎng)距離為c/(2f )（c、f分別為光速和諧振頻率），當(dāng)發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)具有相同的振動(dòng)頻率時(shí)，二者處于強(qiáng)耦合狀態(tài)，能量傳輸損耗和振動(dòng)體自身?yè)p耗變得非常小，共振體的能量傳輸效率將大大提高。

通過發(fā)射線圈與接收線圈的同頻諧振，一個(gè)發(fā)射線圈可以給多個(gè)接收線圈供電，并且磁耦合諧振可以越過某些非磁性材料和金屬障礙物的影響實(shí)現(xiàn)非定向傳輸，這一特性是磁耦合諧振的巨大優(yōu)勢(shì)，拓展了其應(yīng)用場(chǎng)合。磁耦合諧振式無線電能傳輸對(duì)環(huán)境穩(wěn)定性要求較高，一旦環(huán)境變化使其諧振點(diǎn)發(fā)生偏離，其傳輸效率會(huì)急劇降低，這是當(dāng)前限制磁耦合諧振式無線電能傳輸在水下運(yùn)用的一個(gè)重要因素。

（3）超聲波耦合式無線電能傳輸

超聲波耦合式無線電能傳輸是在高效電聲能量轉(zhuǎn)換、換能器與電路匹配、聲學(xué)匹配、聲波能量匯聚等機(jī)理的基礎(chǔ)上建立起來的水下遠(yuǎn)距離無線電能傳輸技術(shù)，其水下傳輸距離可達(dá)到m級(jí)。與電磁感應(yīng)式和磁耦合諧振式相比，該方式不對(duì)外界產(chǎn)生電磁干擾，也不受電磁干擾的影響，而且由于超聲波頻率高、波長(zhǎng)短，傳輸方向性好。超聲波耦合式無線電能傳輸雖然實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的水下無線能量傳輸，但是傳輸功率小，不適用于水下自主航行器等大功率充電場(chǎng)合。

摘編自《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，原文標(biāo)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。