【摘 要】
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无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)技术指的是将能量通过发射器转换为其他形式中继，隔空传输一段距离后，再通过接收器将中继能量转换为电能，实现非接触式能量传输。电场耦合式无线电能传输(Electric-field coupling wireless power transfer，ECPT)是无线电能传输技术的一个新兴领域，它具有功率损耗低，电磁干扰小，能够穿越金属障
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无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)技术指的是将能量通过发射器转换为其他形式中继，隔空传输一段距离后，再通过接收器将中继能量转换为电能，实现非接触式能量传输。电场耦合式无线电能传输(Electric-field coupling wireless power transfer，ECPT)是无线电能传输技术的一个新兴领域，它具有功率损耗低，电磁干扰小，能够穿越金属障碍物等优点，使得ECPT系统正在成为无线电能传输系统的新方向。随着自主水下航行器的发展，AUV的续航一直是个难题，而无线电能传输技术有望成为解决这个难题的关键技术。
本文研究的是海洋环境下的无线电能传输问题，设计思想是基于电场耦合的相关理论。主要工作有以下几个方面：
首先，查阅了ECPT技术的国内外最新研究进展，了解了有关水下无线电能传输技术的研究现状与技术难点，并详细地介绍了ECPT系统的组成及工作原理，突出其在水下无线电能传输应用中的优势。
其次，对ECPT系统的耦合机构进行设计。介绍了几种常见的耦合机构，利用有限元仿真软件研究了电场强度分布规律、电容值计算以及交叉耦合现象，分析了其能量密度与电介质损耗。建立了水下耦合电容器的等效模型，针对水下应用场景，设计了两种不同的耦合机构：平板型电容器与圆筒型电容器。
最后，利用阻抗分析建模方法建立了描述其传输性能的电压增益模型，分析了品质因数Q、归一化频率μ、电容比值a和电阻比值b等参数对电压增益的影响规律并对其进行了实验验证。搭建了水下无线电能传输系统的实验环境，研究了传输距离d与不同耦合机构对ECPT系统传输能力的影响。实验表明，圆筒型耦合电容器比平板型耦合器更适于用作海水中的耦合机构，在电容值相近的情况下，输出功率更高，电磁干扰也相对较小。
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