一种航天器间无线配电系统及控制方法技术方案

技术编号:22172321 阅读:26 留言:0更新日期:2019-09-21 13:06
本发明专利技术涉及了一种航天器间无线配电系统,基于传统LCC拓扑结构改进,其发射端LCC补偿电路包括原边补偿电感、原边第一串联补偿电容和原边并联补偿电容,接收端LCC补偿电路包括副边第一串联补偿电容、副边并联补偿电容和副边补偿电感,还包括与原边补偿电感串联的第一开关、相互串联的第二开关和原边第二串联补偿电容、与副边补偿电感串联的第三开关以及相互串联的第四开关和副边第二串联补偿电容,且第二开关和原边第二串联补偿电容的串联支路与第一开关、原边补偿电感和原边第一串联补偿电容的串联支路并联,第四开关和副边第二串联补偿电容的串联支路与第三开关、副边补偿电感和副边第一串联补偿电容的串联支路并联,兼顾传输距离与能量传输效率。

A Wireless Distribution System and Control Method Between Spacecraft

【技术实现步骤摘要】
一种航天器间无线配电系统及控制方法
本专利技术涉及无线配电
,具体涉及一种航天器间无线配电系统及控制方法。
技术介绍
随着我国航天技术的发展以及对外层空间未知领域的探索日益加深,各种航天器的功能逐步完善,应用于航天器间的无线配电系统也正变得日益复杂化和多样化,除了传统的有线供电方式之外,无线配电或者说无线能量传输技术的方式也逐渐成为航天器间供电方式之一,无线配电技术在高效蓄能电池技术外,可以为航天器提供一种新型的能量供给方式,为提高航天器的续航能力提供了有效的解决方法。无线配电主要是利用无线充电技术,是利用一种特殊的设备将电能转变为电磁波或者其他形式的能量,从而能够实现在非接触的情况下,仍可以为相应的电气设备充电。现有技术通常包括两大类无线充电技术方案:1)电磁感应式无线充电,是指以一定频率的交流电通入初级线圈,利用电磁感应原理在次级线圈中产生一定的电流,以此来实现电能的无线传输;2)磁共振式无线充电,其原理和电磁感应式无线充电的电磁感应原理基本类似,只是其要求发射端和接收端的功率信号的频率一致,即让发射端和接收端工作在相同频率,达到谐振点,通过电磁耦合原理实现电能的无线传输。两种无线充电技术方案均摆脱了传统有线充电形式的困扰使得充电操作方便快捷,但是两者也各有缺陷。磁谐振式无线充电技术中,发射线圈和接收线圈之间通常采用SS型基本谐振补偿结构,适应于传输距离较远,而不适应于传输距离近的情况。磁感应式无线充电技术中,发射线圈和接收线圈之间采用了LCC型谐振补偿结构,适应传输距离较近的情况,这就导致二者只能特定地应用于符合特定传输距离的航天器之间,并且不能兼顾传输距离和能量传输效率。而对于有些航天器,可能会根据航天任务情况进行变轨,或者存在靠近或远离的动态变化间距的航天器之间产生进行无线充电的需求的情况,上述二者技术方案就明显不再适用。
技术实现思路
本专利技术针对现有无线充电技术中不能兼顾传输距离与能量传输效率的问题提供了一种航天器间无线配电系统,该系统在现有技术基础上巧妙地进行改进,增设了开关组合和补偿电容,成功将LCC补偿结构和SS补偿结构进行了结合,并且仅通过开关组合的控制就能够实现两种补偿形式的切换,由此兼顾到了传输距离和能量传输效率,结构简单可靠且操作便捷,还能适用于动态变化间距的航天器之间的无线配电过程中,实用性强。本专利技术还提供了一种航天器间无线配电系统的控制方法。本专利技术的技术方案如下:一种航天器间无线配电系统,包括依次连接的发射端电源、高频逆变电路、发射端LCC补偿电路、发射线圈、接收线圈、接收端LCC补偿电路、整流电路和接收端负载,所述发射线圈与所述接收线圈为非接触式连接,所述发射端LCC补偿电路包括相互串并联耦合的原边补偿电感、原边第一串联补偿电容和原边并联补偿电容,所述接收端LCC补偿电路包括相互串并联耦合的副边第一串联补偿电容、副边并联补偿电容和副边补偿电感,系统还包括与原边补偿电感串联的第一开关、相互串联的第二开关和原边第二串联补偿电容、与副边补偿电感串联的第三开关以及相互串联的第四开关和副边第二串联补偿电容,且第二开关和原边第二串联补偿电容形成的串联支路与第一开关、原边补偿电感和原边第一串联补偿电容形成的串联支路相互并联,第四开关和副边第二串联补偿电容形成的串联支路与第三开关、副边补偿电感和副边第一串联补偿电容形成的串联支路相互并联。优选地,所述航天器间无线配电系统,还包括监测并控制系统各种状态信息参数的主控制器,四个开关均与所述主控制器相连,所述主控制器手动或自动发送指令控制四个开关的闭合与断开。优选地,所述航天器间无线配电系统,还包括与主控制器相连的距离监测装置,所述距离监测装置监测两航天器之间的实际距离并将信息数据传输给主控制器,主控制器根据距离监测装置的信息数据自动发送指令控制四个开关的闭合与断开,在实际距离大于距离阈值时控制第一开关、第三开关断开同时第二开关、第四开关闭合,在实际距离小于距离阈值时控制第一开关、第三开关闭合同时第二开关、第四开关断开。优选地,所述发射端电源直接由航天器母线电压供直流电。优选地,发射端和接收端通过非接触式的Zigbee无线通信单元进行无线通信以传输工作信号或状态信息。一种根据上述的航天器间无线配电系统的控制方法,所述方法首先监测航空空间内航天器自身的电源状态,当若干航天器之间需要有电能传输时,再监测航天器间的距离关系,对满足距离关系的两个航天器间无线配电系统进行控制,在距离关系大于距离阈值时,控制第一开关、第三开关断开同时第二开关、第四开关闭合,电路补偿拓扑为SS串联型,实现磁共振式无线传能;在距离关系小于距离阈值时,控制第一开关、第三开关闭合同时第二开关、第四开关断开,电路补偿拓扑为LCC型,实现磁感应式无线传能;通过控制第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的闭合和断开状态进而控制系统工作形式的切换以满足不同间距下无线电能传输的需求。优选地,所述控制方法,还在系统中设置监测并控制系统各种状态信息参数的主控制器,利用所述主控制器手动或自动发送指令控制四个开关的闭合与断开。优选地,所述控制方法,还设置与主控制器相连的距离监测装置,利用所述距离监测装置监测两航天器之间的实际距离并将信息数据传输给主控制器,再利用主控制器根据距离监测装置的信息数据自动发送指令控制四个开关的闭合与断开,在实际距离大于距离阈值时控制第一开关、第三开关断开同时第二开关、第四开关闭合,系统进入SS补偿网络拓扑结构形式工作以实现远距离无线电能传输,在实际距离小于距离阈值时控制第一开关、第三开关闭合同时第二开关、第四开关断开,系统进入LCC补偿网络拓扑结构形式工作以实现近距离无线电能传输。优选地,在无线电能传输过程中,利用航天器母线电压对无线配电系统的发射端电源进行直流供电。优选地,在无线电能传输过程中,无线配电系统的发射端和接收端通过非接触式的Zigbee无线通信单元进行无线通信以传输工作信号或状态信息。本专利技术的技术效果如下:本专利技术涉及了一种航天器间无线配电系统,适用于航天器间的无线配电场景,尤其适用于动态变化间距的航天器之间的无线配电过程中,在现有技术基础上巧妙地进行改进,增设了第一开关、第二开关、第三开关、第四开关这些开关组合以及原边第二串联补偿电容和副边第二串联补偿电容,使得LCC补偿结构和SS补偿结构进行了完美结合,该系统结构紧凑,其既可以适应谐振耦合,同时可用于磁感应耦合,并且仅通过开关组合的控制就能够实现两种补偿形式的切换,结构简单可靠且操作便捷,既可以应用在远距离航天器间无线配电(远距离是相对于近距离而言的,其也可对应实际情况下航天器间的中长距离),又可以应用于近距离航天器间无线配电(近距离也可称为短距离),解决了现有无线充电技术中不能兼顾传输距离与能量传输效率的问题,适配性强,整体上大大提升了系统工作质量与工作效率,且有效降低了太空环境下的无线配电经济成本。本专利技术还涉及了一种航天器间无线配电系统的控制方法,是针对上述航天器间无线配电系统的控制方法,适用于航天器间的无线配电场景,首先监测航空空间内航天器自身的电源状态,当若干航天器之间需要有电能传输时,监测航天器间的距离关系,对满足距离关系的两个航天器间无线配电系统进行控制,通过控制第一开关、第二开本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种航天器间无线配电系统,包括依次连接的发射端电源、高频逆变电路、发射端LCC补偿电路、发射线圈、接收线圈、接收端LCC补偿电路、整流电路和接收端负载,所述发射线圈与所述接收线圈为非接触式连接,所述发射端LCC补偿电路包括相互串并联耦合的原边补偿电感、原边第一串联补偿电容和原边并联补偿电容,所述接收端LCC补偿电路包括相互串并联耦合的副边第一串联补偿电容、副边并联补偿电容和副边补偿电感,其特征在于,系统还包括与原边补偿电感串联的第一开关、相互串联的第二开关和原边第二串联补偿电容、与副边补偿电感串联的第三开关以及相互串联的第四开关和副边第二串联补偿电容,且第二开关和原边第二串联补偿电容形成的串联支路与第一开关、原边补偿电感和原边第一串联补偿电容形成的串联支路相互并联,第四开关和副边第二串联补偿电容形成的串联支路与第三开关、副边补偿电感和副边第一串联补偿电容形成的串联支路相互并联。

【技术特征摘要】
1.一种航天器间无线配电系统,包括依次连接的发射端电源、高频逆变电路、发射端LCC补偿电路、发射线圈、接收线圈、接收端LCC补偿电路、整流电路和接收端负载,所述发射线圈与所述接收线圈为非接触式连接,所述发射端LCC补偿电路包括相互串并联耦合的原边补偿电感、原边第一串联补偿电容和原边并联补偿电容,所述接收端LCC补偿电路包括相互串并联耦合的副边第一串联补偿电容、副边并联补偿电容和副边补偿电感,其特征在于,系统还包括与原边补偿电感串联的第一开关、相互串联的第二开关和原边第二串联补偿电容、与副边补偿电感串联的第三开关以及相互串联的第四开关和副边第二串联补偿电容,且第二开关和原边第二串联补偿电容形成的串联支路与第一开关、原边补偿电感和原边第一串联补偿电容形成的串联支路相互并联,第四开关和副边第二串联补偿电容形成的串联支路与第三开关、副边补偿电感和副边第一串联补偿电容形成的串联支路相互并联。2.根据权利要求1所述的航天器间无线配电系统,其特征在于,还包括监测并控制系统各种状态信息参数的主控制器,四个开关均与所述主控制器相连,所述主控制器手动或自动发送指令控制四个开关的闭合与断开。3.根据权利要求2所述的航天器间无线配电系统,其特征在于,还包括与主控制器相连的距离监测装置,所述距离监测装置监测两航天器之间的实际距离并将信息数据传输给主控制器,主控制器根据距离监测装置的信息数据自动发送指令控制四个开关的闭合与断开,在实际距离大于距离阈值时控制第一开关、第三开关断开同时第二开关、第四开关闭合,在实际距离小于距离阈值时控制第一开关、第三开关闭合同时第二开关、第四开关断开。4.根据权利要求1-3之一所述的航天器间无线配电系统,其特征在于,所述发射端电源直接由航天器母线电压供直流电。5.根据权利要求4所述的航天器间无线配电系统,其特征在于,发射端和接收端通过非接触式的Zigbee无线通信单元进行无线通信以传输工...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱立颖刘治钢杨世春闫啸宇刘卿君张晓峰马亮陈琦
申请(专利权)人:北京航空航天大学北京空间飞行器总体设计部
类型:发明
国别省市:北京,11

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