水下自主航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)无论在民用还是军事领域都具有重要的经济和科学价值。由于受到自身体积与电池技术的限制,AUV不能长时间在水下工作,在电量耗尽前必须返回基站或母船进行充电。这种方式不够便捷灵活,降低了AUV的工作效率和隐蔽性。而水下无线充电技术,可以提高AUV获取能量的灵活性、高效性和隐蔽性。针对上述问题与需求,首先搭建采用感应耦合技术的无线充电系统电路模型,分析各参数对于系统性能的影响,发现耦合能力的增强,可提高传输功率和效率。通过磁路建模、有限元仿真研究磁路的分布规律,并结合AUV的弧形壳体特征,设计一种新磁芯(ε型磁芯)的耦合装置,减小其原副边的气隙,提高了耦合能力。针对AUV的特殊需求,研究一种对耦合装置优化的设计方法,对占用体面积、自身重量、功率传输能力等多方面进行寻优。采用遗传算法对磁芯的尺寸参数进行初步设计,再受空间限制、面积乘积和耦合系数要求进行迭代,并结合有限元分析确定出优化的尺寸参数。在此基础上,通过Matlab绘制三维图组研究功率效率随原副边电感和负载电阻的变化趋势,为原副边电感参数的设计和最佳负载阻值的选取提供指导,并在数学模型中得到了初步验证。研究错位情况对耦合装置性能的影响规律及应对的措施。在Maxwell中搭建了耦合装置的磁场模型对可能出现的错位(偏移角变化、前后错位以及气隙变化)进行仿真。通过径向以1mm为步长、轴向以2mm为步长和角度以1o为步长的偏移仿真,获得了耦合系数的数据并研究其变化规律,发现AUV对于径向偏移较为敏感。因此,本文设计出一种环形对接装置去降低径向偏移对耦合装置性能的影响,并详细分析了其设计思路及工作过程。为了验证新型耦合装置的优点及其有效性,在OrCAD中对应用于AUV的无线充电系统进行了仿真分析,并研究了谐振电路对输出波形的影响。通过电气及机械对接装置的设计与制作,搭建了一台600W整体原理样机,进行了耦合能力测试、不同介质实验、错位性能实验和负载变化实验。实验结果表明,在对接良好时传输功率为605.9W,效率为91.312%,单位面积传输功率约为0.2W/mm~2。对于角度偏移±7o,前后错位±28mm,该系统都可正常工作,新型耦合装置的容错位能力较强。