水下探测和运载设备技术的提升大力推动了我国海底资源的开发利用。水下自主航行器作为重要的海洋探测技术装备,为解决其续航问题,需考虑新的电能补给方式。无线电能传输技术由于安全,可靠,灵活和隐蔽等优点正受到越来越多的关注。海水介质特性与空气有明显的差别,加上水下应用环境的复杂性,水下无线电能传输技术面临更多的问题。本文针对双D正交型水下无线电能传输系统进行设计与优化。海水环境下磁耦合机构的等效电路模型是探究水下无线电能传输特性的基础。本文通过电磁场模型推导得出了更为精确的水下磁耦合机构集中参数等效电路模型,充分考虑了涡流损耗等效自电阻和互电阻的影响因素。通过仿真和实验验证了该模型具有良好的精确度和通用性,为磁耦合机构的补偿拓扑的设计奠定了基础。海水环境下的磁耦合机构由于增加了涡流损耗导致效率降低,同时水下复杂的环境对其抗偏移性能也提出了要求。本文采用了一种双D正交型磁耦合机构,从磁路角度以最大传输效率和最大面积传能密度为优化目标,实现了其结构参数优化。搭建了实验平台验证了优化后的磁耦合机构具有良好的耦合性能和抗偏移性能、较高的能量密度。补偿拓扑在水下无线电能传输系统中,直接参与谐振网络内无功的补偿和有功的处理,影响系统的输出性能。本文充分考虑了海水环境磁耦合机构的等效电路模型的差异,以恒压源输入,恒流源输出的谐振网络为设计对象,以效率最优为目标对磁耦合机构的补偿拓扑的参数进行了优化。通过仿真和实验验证了优化后的补偿拓扑能够保证系统实现高效稳定的能量传输。受海水扰动的影响,磁耦合机构的发射端与接收端之间不可避免存在一定的偏移,引起系统传输功率和传输效率下降的问题。本文以双D正交型无线电能传输系统为对象,提出了一种效率优化控制方法,通过调整谐振网络输入电压幅值比,控制输出功率的同时一定程度提高效率。实验表明在耦合系数变化范围较大的情况下,系统仍然能够保持稳定高效的功率传输,验证了控制方法的有效性。