- 頭條具有重大應用價值的前沿科技：水下無線電能傳輸技術2019-08-30 作者：吳旭升、孫盼 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語水下無線電能傳輸技術解除了電路間的物理連接，可以從根本上解決有線傳輸在安全性、可靠性、靈活性和隱蔽性等方面的弊端，是破解水下設備能源問題的重要手段，具有光明的發展和應用前景。
進入21世紀，對海洋的探測、開發與利用已經成為各國科學家的重要活動。然而，海洋水下設備的能源供給問題始終沒有得到徹底解決，在動力電池能量密度無法取得突破性進展的條件下，傳統的電能補給方式主要有兩種：一種是將水下設備打撈上岸，更換新電池或采用有線方式給電池充電；另一種是在船舶、海底基站等供電平臺通過電纜系統向水下設備進行水下濕插拔式充電。
第一種方式需要人工操作，自動化程度低，充電隱蔽性差，易造成水下軍事設備暴露目標；濕插拔方式操作維護過程復雜，成本昂貴，由于插拔力較大，導致接口磨損嚴重，易產生漏電事故，可靠性和安全性不高。傳統的電能補給方式限制了水下設備的續航力和執行任務能力，人類必須探索新型電能補給方式。
近年來，無線電能傳輸技術（Wireless Power Transfer, WPT）受到了全世界的廣泛關注，它打破了傳統有線電能傳輸的固有格局，擺脫了冗雜電線的束縛，使得供電電源和充電設備完全隔離，供電電路和充電電路實現獨立封裝，較好地解決了有線電能傳輸存在的電線裸露、易產生接觸火花、可移動性差等問題，在某些極端環境和特殊條件下具有獨特的優勢，在電動汽車、工業生產、生物醫療、航空航天、海洋、高山海島等多個領域具有廣闊的應用前景。
無線電能傳輸技術應用在海洋領域，能夠提高水下設備的充電安全性、可靠性、靈活性和隱蔽性，增強水下設備的工作能力，其典型應用案例是水下自主航行器（Autonomous Underwater Vehicle, AUV）與海底基站或母船對接充電，以及海洋觀測網絡中的機電設備供電。然而，水下無線電能傳輸通過海水這一特殊電磁介質進行能量傳遞，特殊的傳輸介質增加了水下無線電能傳輸技術的難度。
海水具有良好的導電性，高頻電磁場將在海水中引起電渦流損耗，降低能量傳輸效率，影響系統傳輸性能；深海條件下的巨大海水壓力造成“壓磁效應”，鐵氧體磁導率下降，引起系統參數突變，耦合性能降低；海水水流沖擊會造成電磁耦合器兩個磁心軸線偏移，系統耦合狀態變化，系統穩定性下降；海水溫度、鹽度、殼體附著微生物等變量的擾動都將引起系統參數的微變，改變系統的耦合系數，影響供電穩定性。
作為無線電能傳輸的一個重要領域，國外對水下無線電能傳輸技術的研究已經比較深入，取得了一系列研究成果，并成功在多型軍民用產品中推廣應用，但國內在此方面的研究還不完善，采用無線電能傳輸技術的水下產品并不多。水下無線電能傳輸技術解除了電路間的物理連接，可以從根本上解決有線傳輸在安全性、可靠性、靈活性和隱蔽性等方面的弊端，是破解水下設備能源問題的重要手段，具有光明的發展和應用前景。
無線電能傳輸技術已進入快速發展階段，無需接觸就可供電的特點使其在水下設備的應用具有重要意義和廣闊前景，是解決水下機電設備能源問題的重要途徑。雖然目前該項研究只處于初級階段，還有很多理論和實際問題需要突破和解決，但相信在廣大科技工作者的努力下，這些問題都將迎刃而解，水下無線電能傳輸一定會迎來美好的明天。
（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
