[發(fā)明專利]一種航天器交會(huì)對(duì)接并網(wǎng)供電的無線電能及信號(hào)傳輸系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710119516.1
• 申請(qǐng)日: 2017-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN106787251B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭偉峰;熊曉英;陳琦;蔡曉東;劉治鋼;陸亞東;梁中堅(jiān)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部
• 主分類號(hào): H02J50/12
• 分類號(hào): H02J50/12;H04B5/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明公開一種航天器交會(huì)對(duì)接并網(wǎng)供電的無線電能及信號(hào)傳輸系統(tǒng)，通過在航天器交會(huì)對(duì)接機(jī)構(gòu)上配置一組或若干組無線電能傳輸單元，每組傳輸單元由電能發(fā)送裝置和電能接收裝置組成，采用基于電磁感應(yīng)原理的技術(shù)實(shí)現(xiàn)電能及信號(hào)的無線傳輸，在傳輸相同功率的條件下，系統(tǒng)的重量、尺寸與有線電能傳輸方式相當(dāng)，效率大于85％，高于有線傳輸方式?？山鉀Q傳統(tǒng)電連接器供電模式存在的對(duì)接精度要求高，對(duì)接接口設(shè)計(jì)復(fù)雜，觸點(diǎn)金屬裸露、存在打火隱患等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器電源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無線并網(wǎng)供電裝置。

背景技術(shù)

現(xiàn)有航天器交會(huì)對(duì)接時(shí)的并網(wǎng)供電是通過一臺(tái)并網(wǎng)控制器和4套浮動(dòng)電連接器的有線電能傳輸方式來實(shí)現(xiàn)。并網(wǎng)供電時(shí)首先通過安裝在對(duì)接結(jié)構(gòu)周邊的4個(gè)電路浮動(dòng)斷接器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)航天器的電氣連接，每個(gè)電路浮動(dòng)斷接器的芯數(shù)為55芯，其外包絡(luò)尺寸為37.5mm×37.5mm，連接器插合時(shí)的粗定位由對(duì)接機(jī)構(gòu)完成，精確定位由連接器自身導(dǎo)向結(jié)構(gòu)完成；然后并網(wǎng)控制器工作實(shí)現(xiàn)兩個(gè)航天器之間母線電壓的匹配及功率傳輸，傳輸功率為500W，傳輸效率約為80％。由于該方式通過電連接器插針、插孔對(duì)接實(shí)現(xiàn)二個(gè)航天器之間的并網(wǎng)供電，對(duì)航天器器間對(duì)接的控制精度要求很高，多次交會(huì)對(duì)接的情況下，容易發(fā)生電連接器插針、插孔損壞；電連接器卡死無法斷開；此外由于電連接器的金屬插針是裸露的，存在打火隱患及金屬腐蝕的問題。

“高效率遠(yuǎn)距離激光無線能量傳輸方案設(shè)計(jì)”(程坤等，航天器工程第24卷第1期，2015年2月)、“激光無線能量傳輸技術(shù)應(yīng)用及其發(fā)展趨勢(shì)”(李向陽等，航天器工程第24卷第1期，2015年2月)2篇文獻(xiàn)中提出一種用于航天器間激光無線能量傳輸系統(tǒng)，可以避免上述有線電能傳輸存在的缺點(diǎn)。但該系統(tǒng)存在以下幾點(diǎn)問題：1、系統(tǒng)組成單元多，控制復(fù)雜。系統(tǒng)由能量發(fā)射機(jī)和能量接收機(jī)組成，能量發(fā)射機(jī)包括能量激光器、發(fā)射天線、發(fā)射端轉(zhuǎn)臺(tái)、發(fā)射端轉(zhuǎn)臺(tái)伺服單元、發(fā)射端主控計(jì)算機(jī)和發(fā)射端數(shù)據(jù)中繼單元。能量接收機(jī)包括光電轉(zhuǎn)換模塊、接收端轉(zhuǎn)臺(tái)、接收端轉(zhuǎn)臺(tái)伺服單元、蓄能電池模塊、接收端主控計(jì)算機(jī)和接收端數(shù)據(jù)中繼單元。2、系統(tǒng)的傳輸功率和效率較低，傳輸功率小于50W，效率小于20％。3、傳輸相同功率的條件下，系統(tǒng)的重量重和尺寸大。該系統(tǒng)無法滿足航天器交會(huì)對(duì)接時(shí)的并網(wǎng)供電需求。

現(xiàn)有技術(shù)中未提出涉及航天器的無線電能傳輸?shù)南嚓P(guān)內(nèi)容，所提出的無線通信系統(tǒng)僅用于實(shí)現(xiàn)單個(gè)衛(wèi)星內(nèi)部的信號(hào)傳輸，不涉及二個(gè)航天器間的信號(hào)傳輸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種航天器交會(huì)對(duì)接并網(wǎng)供電的無線電能及信號(hào)傳輸系統(tǒng)，采用基于電磁感應(yīng)原理的技術(shù)實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸，在傳輸相同功率的條件下，系統(tǒng)的重量、尺寸與有線電能傳輸方式相當(dāng)，效率大于85％，高于有線傳輸方式；可解決傳統(tǒng)電連接器供電模式存在的對(duì)接精度要求高，對(duì)接接口設(shè)計(jì)復(fù)雜，觸點(diǎn)金屬裸露、存在打火隱患等問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案：一種航天器交會(huì)對(duì)接并網(wǎng)供電的無線電能及信號(hào)傳輸系統(tǒng)，包括：N組無線電能傳輸單元；無線電能傳輸單元包括無線電能發(fā)送器、無線電能接收器；每個(gè)無線電能發(fā)送器分別與一個(gè)無線電能接收器對(duì)應(yīng)；其中，N為正整數(shù)；

無線電能發(fā)送器包括高頻逆變電源、原邊線圈及諧振補(bǔ)償電路、原邊控制電路；高頻逆變電源將服務(wù)航天器母線提供的直流電壓u_dc1變換為高頻的交流電壓u_ac1，并實(shí)現(xiàn)交流電壓u_ac1的頻率f₁和有效值U_ac1的調(diào)節(jié)；原邊線圈及諧振補(bǔ)償電路將高頻逆變電源的輸出交流電壓u_ac1轉(zhuǎn)換為原邊線圈中的高頻電流i_ac1，驅(qū)動(dòng)原邊線圈產(chǎn)生高頻磁場并向無線電能接收器提供高頻能量，實(shí)現(xiàn)電能發(fā)送；原邊控制電路接收服務(wù)航天器數(shù)管系統(tǒng)發(fā)送的指令，實(shí)現(xiàn)高頻逆變電路的啟動(dòng)/停止控制；原邊控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻逆變電源的控制、故障保護(hù)控制、信號(hào)采集、與服務(wù)航天器的有線通信及與無線電能接收器的無線通信；