自主式水下航行器的能量补给方式一直是制约其发展的重要因素,相比于导体接触式湿插拔充电,双向无线电能传输系统不仅具有操作简便、无接触火花及漏电、智能化等优点,而且还可以实现能量在水下环境的双向流动,使得搭载该系统的设备既可以通过无线充电获取能量,又可以通过无线放电向其他设备提供应急能源,成为一个移动式电源,提高了水下设备的适应性与可靠性。双向无线电能传输技术在海水中环境中的应用尚不成熟,不同于陆上的无线电能传输,海水中由于水流扰动等因素易引起耦合器线圈相对旋转甚至对位偏移,且海水介质的电特性对线圈阻抗的影响等问题仍是目前研究的重中之重。本文针对自主式水下航行器设计了一套双向无线电能传输系统,研究的主要内容包括海水媒介对双向无线电能传输系统参数的影响、电磁耦合器的设计及分析、涡流损耗的分析以及充放电过程中电池端电压变化对系统的影响。本文介绍了双向无线电能传输系统的工作原理,考虑海水介质的电特性将其等效为由电阻和电感组成的阻抗模型,分析了海水介质对双向无线电能传输系统线圈的阻抗参数产生的影响,在此基础上推导出海水中双向无线电能传输系统的传输功率和效率公式,采用MATLAB编程绘制输出功率、效率与一二次电感、频率和耦合系数的关系曲线,分析了输出功率、效率与一二次电感、频率和耦合系数的关系,给出了双向无线电能传输系统的控制流程。针对水流扰动等因素造成电磁耦合器线圈相对旋转甚至发生对位偏移的问题,本文采用圆筒型电磁耦合器进行能量传输,圆筒型线圈在机械结构上可以抵消相对旋转带来的影响。通过ANSYS Maxwell三维建模仿真分析圆筒型线圈的磁场分布,根据圆筒型线圈的磁场分布对其磁场划分自耦合区和互耦合区,建立圆筒型电磁耦合器的磁路模型,进而给出耦合系数的磁路表达式,为线圈设计及优化做好理论铺垫。对圆筒型线圈的抗偏移特性进行研究,发现无论线圈发生轴向或径向偏移,线圈均具有良好的抗性,尤其是当线圈对位发生径向偏移时,耦合器的耦合系数不降反升使系统的传输效率增加。研究了系统在海水中产生的涡流损耗,推导出海水中涡流损耗的表达式,计算出涡流损耗与激励电流和频率的关系,并且进行了仿真分析,得出涡流损耗的大小及其所占总输出功率的比例与传输距离的关系。考虑到电池在充放电过程中端电压的变化情况,简要介绍了锂电池的充放电原理,定义一二次蓄电池端电压之比为电压增益,推导出电压增益对系统输出功率和效率影响的表达式,通过MATLAB软件编程绘制出系统输出功率和效率与电压增益的关系曲线,并利用Simulink软件进行建模仿真,证明了此理论的正确性。为进一步验证理论分析和仿真的正确性,本文搭建了自主式水下航行器双向无线电能传输系统实验平台,绕制了圆筒型电磁耦合器,在模拟海水环境下进行双向能量传输试验,验证了海水中系统能量双向流动的可行性。除此之外,对圆筒型电磁耦合器的抗偏移特性进行着重研究,分别模拟了线圈对位发生径向偏移、轴向偏移和同时发生径向和轴向偏移时系统的工况,验证了圆筒型线圈的抗偏移特性,与理论及仿真结果一致。