CN111342564A - 一种航天器间收发共用近场无线能量传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种航天器间收发共用近场无线能量传输系统，属于航天技术领域。本发明包括航天器电源控制器、收发共用控制单元、收发共用逆变/整流模块、无线通信单元和收发共用发射/接收线圈，其中，航天器电源控制器与收发共用逆变/整流模块相连，包含分别与收发共用控制单元和无线通信单元相连的接口单元，收发共用逆变/整流模块设置在航天器电源控制器和收发共用发射/接收线圈之间，收发共用控制单元根据本地航天器状态和远程航天器状态发送模式控制指令给逆变/整流模块，无线通信单元用于航天器状态信息的传输。本发明的有益效果为：实现航天器的轻量化、模块化、标准化设计，极大缩短研制周期、降低维护成本。

Description

一种航天器间收发共用近场无线能量传输系统
技术领域
本发明涉及航天技术领域，尤其涉及一种航天器间收发共用近场无线能量传输系统。
背景技术
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，提升航天器任务能力、保证航天器空间安全、延长航天器寿命、降低任务成本及失败风险等需求日渐强烈，这对开展航天器在轨接管、在轨组装、在轨维修、替换或拆卸等空间在轨服务与维护技术的研究及发展提出了迫切要求，其中，如何能够确保空间在轨服务与维护任务中航天器之间或设备(功能模块)之间电能传输的安全、可靠、便捷，对空间电源系统发展提出了新的需求。通过交会对接或机械臂抓取、捕获等方式，连通航天器之间的电气接口，组建电源交互通道，电接口会接触或暴露于外太空环境，在等离子体环境中，存在电弧放电风险、误操作风险和机械接口卡死风险，此外对航天器对接精度、机械臂控制精度提出了非常高的要求。
近场无线电能传输技术由于具有无机械连接束缚、无接插环节、无裸露导体、无漏电触电危险等优势，在以无线智能终端设备、人体植入医疗器械、消费电子设备、电动汽车等为代表的民用领域已经逐步发展，并具有较好的市场空间和应用前景。在我国航天领域，近场无线电能传输技术还属于一项较为前沿技术，针对空间在轨服务与维护任务的某些特殊应用需求，尤其是在航天器在轨交会对接应用中具有重大意义。
在航天器间采用近场无线能量传输系统的优势有：
1)可以根据传输功率、电压等级进行无线功率传输接口标准化设计；
2)无线供电接口无需触点连接，没有金属输电裸露在太空环境的问题；
3)无触点连接可显著简化插拔动作，无需精确对接即可完成功率传输，可降低对接精度要求和机械臂末端控制精度的要求；
4)无线电能传输技术在服务对象与被服务对象接近到一定距离时，即可实现电能传输，并且信号与能量可同步传输；
5)无线电能传输技术中供电模块与接收模块无径向方向要求，不存在插错问题；
6)无线电能传输技术没有物理连接，不存在卡死问题。
但是，目前还没有采用同一种电路能够同时支持双向功率输入输出的技术。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供一种航天器间收发共用近场无线能量传输系统。
本发明包括航天器电源控制器、收发共用控制单元、收发共用逆变/整流模块、无线通信单元和收发共用发射/接收线圈，其中，
航天器电源控制器：用于提供航天器能源的输入与输出接口，与收发共用逆变/整流模块相连；包含分别与收发共用控制单元和无线通信单元相连的接口单元，实现本航天器能源状态信息生成与传输握手控制；
收发共用逆变/整流模块：设置在航天器电源控制器和收发共用发射/接收线圈之间，用于能量发射时的高频逆变功能，将直流电变为高频交流电，能量接收时的整流功能，将高频交流电整流为直流电；
收发共用控制单元：用于航天器间接受能量和发射能量的统一控制，收发共用同一个控制单元，根据本地航天器状态和远程航天器状态发送模式控制指令给逆变/整流模块；
收发共用发射/接收线圈：用于交变磁场的发射与接收；
无线通信单元：用于航天器状态信息的传输。
本发明作进一步改进，还包括调压模块，所述调压模块的输入端与收发共用逆变/整流模块的正母线相连，所述调压模块的输出端与航天器电源控制器的母线相连，用于能量接收时的电压调节，将整流后的直流电调节为稳定的航天器母线电压。
本发明作进一步改进，所述航天器电源控制器设有从母线发送能量的输出接口，功率通路串接二极管DT，所述二极管DT阳极连接母线，阴极连接收发共用逆变/整流模块的正母线，同时，设有接收能量至母线的输入接口，功率通路串接二极管DR，所述二极管DR阳极连接调压模块，阴极连接母线，
所述接口单元负责生成航天器状态信息，两个待无线能量传输的航天器的状态进行异或处理，结果为1时，启动所述航天器间收发共用近场无线能量传输系统。
本发明作进一步改进，所述收发共用控制单元包括系统模式控制器、异或单元、第一选择开关、第二选择开关、调压模式控制器、第一关闭模式控制器、整流模式控制器、逆变模式控制器、第二关闭模式控制器，其中，
所述异或单元的输入端接所述接口单元和无线通信单元，所述异或单元的输出端与系统模式控制器的输入端相连，所述系统模式控制器的输出端分别与第一选择开关、第二选择开关的控制端相连，所述第一选择开关的一端输出连接到调压模块MOSFET的四个驱动信号S5-S8，另一端可选择的连接到调压模式控制器或第一关闭模式控制器，所述第二选择开关的一端输出连接到收发逆变/整流模块MOSFET的四个驱动信号S1-S4，另一端可选择的连接到整流模式控制器、逆变模式控制器或第二关闭模式控制器。
本发明作进一步改进，所述系统模式控制器输出两个控制信号模式信号1和模式信号2，分别控制第一选择开关和第二选择开关，其中，
当模式信号1的值为1时，第一选择开关连接到调压模式控制器，当值为2时，连接到第一关闭模式控制，当模式信号2值为1时，第二选择开关连接到整流模式控制器，当值为2时，连接到逆变模式控制器，当值为3时，连接到第二关闭模式控制器，
所述异或单元接收远程航天器状态和本地航天器状态，当异或结果为0时，模式信号1的值为1，模式信号2的值为3；当异或结果为1并且本地航天器状态的值为1时，模式信号1的值为2，模式信号2的值为2；当异或结果为1并且本地航天器状态的值为0时，模式信号1的值为1，模式信号2的值为1。
本发明作进一步改进，所述收发共用逆变/整流模块兼容有源全桥逆变与无源全桥整流，采用S1-S4四个MOSFET开关管组成的全桥型拓扑结构，
发射模式时，高频开关管工作，高频开关管工作于PWM模式，开关管的控制信号由逆变模式控制器提供；每个MOSFET开关管并联一个与寄生二极管同极性的二级管，在接收模式时作为整流二级管工作，开关管工作在同步整流模式，开关管的控制信号由整流模式控制器提供，当异或单元输出的值为0时，开关管的控制信号由第二关闭模式控制器提供，所有开关管为关断状态。
本发明作进一步改进，所述调压模块采用四开关升降压拓扑结构，使用S5-S8四个MOSFET开关管，接收模式时，所述航天器状态信息位为0，调压模块使能，调压模块的控制信号由调压模式控制器提供，开关管工作在PWM模式；发射模式时，所述航天器状态信息位为1，调压模块禁止，调压模块的控制信号由第一关闭模式控制器提供，开关管为关断状态。
本发明作进一步改进，所述收发共用发射/接收线圈包括上盖板、线圈、磁条和下盖，其中，所述线圈设置在靠近上盖板一侧，所述磁条设置在所述线圈和下盖之间，所述线圈上集成谐振电容。
本发明作进一步改进，所述线圈为发射线圈和接收线圈共用，所述线圈为双层平面螺旋线圈设置。
本发明作进一步改进，所述线圈采用利兹线绕制，线圈正面采用聚酰亚胺包覆，线圈四周及背面采用发射装拼接式铁氧体材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：品质受控，两个航天器间可在50cm距离内对等双向传输；具备系统传输效率高(90％)、实施简单、供电可靠性高等特点；采用了收发共用的结构，有利于实现航天器的轻量化、模块化、标准化设计，极大缩短研制周期、降低维护成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明两个航天器之间无线连接及能量传输示意图；
图3为调压模块一实施例电路原理图；
图4为线圈结构示意图；
图5为所述收发共用发射/接收线圈分解结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
无线能量传输是有线能量传输方式在不可、不能、不适应范围内应用的有效替代手段，在航天器间进行能量或功率传输时，无线能量传输相比于有线能量传输在安全性、灵活性及在轨操作等方面具有明显的优势，尤其适用于航天器电源系统间对接场景，可以有效解决航天器交会对接过程中有线对接要求对接精度高、存在机械接口卡死风险，以及对接过程中存在较大的电弧放电风险。近场无线能量传输的实现方式有很多种，如电磁感应式、磁共振式、微波式、电场耦合式等，本发明提出一种基于近场电磁感应式无线能量传输技术的航天器间无线能量传输系统。
如图1和图2所示，本发明包括航天器电源控制器1、收发共用控制单元5、收发共用逆变/整流模块2、无线通信单元4和收发共用发射/接收线圈3，其中，
航天器电源控制器1：用于提供航天器能源的输入与输出接口，与收发共用逆变/整流模块相连；包含分别与收发共用控制单元和无线通信单元相连的接口单元，实现本航天器能源状态信息生成与传输握手控制；
收发共用逆变/整流模块2：设置在航天器电源控制器和收发共用发射/接收线圈之间，用于能量发射时的高频逆变功能，将直流电变为高频交流电，能量接收时的整流功能，将高频交流电整流为直流电；
收发共用控制单元5：用于航天器间接受能量和发射能量的统一控制，收发共用同一个控制单元，根据本地航天器状态和远程航天器状态发送模式控制指令给逆变/整流模块；
收发共用发射/接收线圈3：用于交变磁场的发射与接收；
无线通信单元4：用于航天器状态信息的传输。
本发明还包括调压模块，所述调压模块的输入端与收发共用逆变/整流模块的正母线相连，所述调压模块的输出端与航天器电源控制器的母线相连，用于能量接收时的电压调节，将整流后的直流电调节为稳定的航天器母线电压。
由于航天器重量体积限制苛刻、任务周期紧张、维护成本高的特点，本发明采用了收发共用的结构，接收和发送能量均采用一个逆变整流模块、一个控制单元、一个线圈，有利于实现航天器的轻量化、模块化、标准化设计，极大缩短研制周期、降低维护成本。其中，逆变/整流主电路收发共用，采用全桥拓扑实现逆变与整流，发射/接收线圈采用高电感量和品质因数的功率线圈，收发共用。原副边间采用Zigbee无线通信方式传输状态信息；输出端为稳定的母线电压，直接输出给航天器母线，品质受控，两个航天器间可在50cm距离内对等双向传输。本发明提出的航天器间无线能量传输系统具备系统传输效率高(90％)、实施简单、供电可靠性高等特点。
以下对各个模块进行详细说明：
(1)航天器电源控制器
本例的航天器电源控制器1设有从母线发送能量的输出接口，功率通路串接二极管DT，所述二极管DT阳极连接母线，阴极连接收发共用逆变/整流模块的正母线，同时，设有接收能量至母线的输入接口，功率通路串接二极管DR，所述二极管DR阳极连接调压模块，阴极连接母线，
所述接口单元负责生成航天器状态信息，可以对外发射能量置信息位“1”，需要接收能量置信息位“0”，两个待无线能量传输的航天器的状态进行异或处理，当结果为1时，启动所述航天器间收发共用近场无线能量传输系统。
(2)收发共用控制单元
本例收发共用控制单元5包括系统模式控制器、异或单元、选择开关1、选择开关2、调压模式控制器、关闭模式控制器1、整流模式控制器、逆变模式控制器、关闭模式控制器2，其中，
所述异或单元的输入端接所述接口单元和无线通信单元，输入为本地航天器状态和远程航天器状态，所述异或单元的输出端与系统模式控制器的输入端相连，所述系统模式控制器的输出端分别与选择开关1、选择开关2的控制端相连，输出两个控制信号——模式信号1和模式信号2。
所述选择开关1的一端输出连接到调压模块的MOSFET开关管的四个驱动信号S5-S8，另一端受模式信号1控制，当模式信号1的值为“1”时，选择开关1连接到调压模式控制器，当值为“2”时，选择开关1连接到关闭模式控制器1。
所述选择开关2的一端输出连接到收发共用逆变/整流模块的MOSFET开关管的四个驱动信号S1-S4，另一端受模式信号2控制，当模式信号2的值为“1”时，选择开关2连接到整流模式控制器，当值为“2”时，选择开关2连接到逆变模式控制器，当值为“3”时，选择开关2连接到关闭模式控制器2。
所述异或单元接收远程航天器状态和本地航天器状态，当异或结果为0时，模式信号1的值为1，模式信号2的值为3；当异或结果为1并且本地航天器状态的值为1时，模式信号1的值为2，模式信号2的值为2；当异或结果为1并且本地航天器状态的值为0时，模式信号1的值为1，模式信号2的值为1。
(3)收发共用逆变/整流模块
本例收发共用逆变/整流模块2兼容有源全桥逆变与无源全桥整流，采用S1-S4四个MOSFET开关管组成的全桥型拓扑结构。
发射模式时，高频开关管工作，高频开关管工作于PWM模式，开关管的控制信号由逆变模式控制器提供；每个MOSFET开关管并联一个与寄生二极管同极性的二级管，在接收模式时作为整流二级管工作，开关管工作在同步整流模式，开关管的控制信号由整流模式控制器提供，当异或单元输出的值为0时，开关管的控制信号由第二关闭模式控制器提供，所有开关管为关断状态。
(4)调压模块
如图3所示，本例的调压模块采用四开关Buck-Boost升降压拓扑结构，使用S5-S8四个MOSFET开关管，也可以设置必要的输入电容，可根据接收模式时整流电路输出电压情况，自主采取升压或降压变换，输出稳定的母线电压。接收模式时，所述航天器状态信息位为0，调压模块使能，调压模块的控制信号由调压模式控制器提供，开关管工作在PWM模式；发射模式时，所述航天器状态信息位为1，调压模块禁止，调压模块的控制信号由第一关闭模式控制器提供，开关管为关断状态。
(5)收发共用发射/接收线圈
如图5所示，本例的收发共用发射/接收线圈3包括上盖板31、线圈32、磁条33、谐振电容35和下盖34，其中，所述线圈32设置在靠近上盖板31一侧，所述磁条33设置在所述线圈32和下盖34之间，所述谐振电容35集成在线圈32上。本例的谐振电容35为超薄串联型谐振补偿电容。
本例采用线圈支架将上盖板31、磁条33、谐振电容35和下盖34与线圈32集成，除了线圈支架之外，本例还对作为导磁体的磁条33进行支撑和加固，以及总体结构进行加固。
如图4所示，本例的线圈为发射线圈和接收线圈共用，所述线圈为双层平面螺旋线圈设置。一是在有限的轴向传输空间中，获得最大的空间利用率，减小线圈尺寸；二是采用双层线圈增大自感，降低所需的工作频率，提升系统效率，且不影响总绕线厚度。
本例根据具体的工程参数需求，设计线圈32最大直径，螺旋线中心距离，螺旋线直径，两线圈盘之间距离，线圈总匝数等，设计线圈的串联结构谐振电容，提高线圈品质因数。
优选的，所述线圈32采用利兹线绕制，降低高频电流在传输过程中的集肤效应。本例的线圈32正面采用聚酰亚胺包覆，满足航天器力学强度要求，提高绝缘安全性并保证电磁波传输，线圈32四周及背面采用发射装拼接式高强度铁氧体材料，实现磁场定向，减小对外电磁辐射，提高系统传输效率。
(6)无线通信单元
本例的航天器间使用Zigbee无线通信模块，传输航天器状态信息。Zigbee无线通信模块较适用于本应用场合，使用Zigbee无线通信及相应的控制器实现此功能。
综上，本专利的主要特点有：
1、设计了航天器近场无线能量传输系统，可适用于航天器间电源系统对接、航天器维修、空间机械臂机动作业、多航天器电源系统联网等应用场景。
2、针对航天器的特殊需求，为减小重量与安装体积、提高传输效率，针对发射与接收能量两种模式，采用收发共用逆变/整流模块，收发共用控制单元以收发共用发射/接收线圈。使用有源全桥逆变与无源全桥整流共用主电路的方式，将逆变电路与整流电路集成在一起，既可以发射能量也可以接收能量，实现能量的对等双向传递。采用一个控制器实现两种模式的控制，采用一个线圈实现两种模式的能量传递。
本发明采用了收发共用的结构，有利于实现航天器的轻量化、模块化、标准化设计，极大缩短研制周期、降低维护成本。
3、采用四开关的升降压拓扑实现高效率的调压功能，利用航天器电源控制器集中供电接口实现输出高稳定母线。
4、采用对称结构的SS谐振补偿网络，发射线圈和接收线圈共用，实现能量的对等双向传递。
5、线圈采用双层平面螺旋线圈设计，一是在有限的轴向传输空间中，获得最大的空间利用率，减小线圈尺寸；二是采用双层线圈增大自感，降低所需的工作频率，提升系统效率；三是采用利兹线绕制线圈，降低高频电流在传输过程中的集肤效应。
6、线圈正面采用聚酰亚胺包覆，满足航天器力学环境要求，提高绝缘安全性并保证电磁波传输，线圈四周及背面采用发射装拼接式高强度铁氧体材料，实现磁场定向，在满足航天器力学环境前提下，减小对外电磁辐射，提高系统传输效率。
7、本发明原边采用全桥拓扑，副边采用全桥整流技术、原副边线圈采用高电感量和品质因数的功率线圈，航天器配置一套线圈和主电路，收发共用，原副边间采用Zigbee无线通信方式传输状态信息；输出端为稳定的母线电压，直接输出给航天器母线，品质受控，两个航天器间可在50cm距离内对等双向传输。
本发明与现有技术相比的优点在于：
航天器间近场无线能量传输系统可应用于多种航天器电源系统间对接场景，可有效解决电接口暴露于外太空环境，存在电弧放电风险、误操作风险和机械接口卡死风险，对航天器对接精度、机械臂控制精度要求高等缺点。本发明设计的无线能量传输系统考虑了航天器对小型化、高可靠的需求，对主电路和线圈均采取收发共用设计，在变换效率、体积、重量、可靠性等各方面可满足航天器的应用需求。
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种航天器间收发共用近场无线能量传输系统，其特征在于：包括航天器电源控制器、收发共用控制单元、收发共用逆变/整流模块、无线通信单元和收发共用发射/接收线圈，其中，
航天器电源控制器：用于提供航天器能源的输入与输出接口，与收发共用逆变/整流模块相连；包含分别与收发共用控制单元和无线通信单元相连的接口单元，实现本航天器能源状态信息生成与传输握手控制；
收发共用逆变/整流模块：设置在航天器电源控制器和收发共用发射/接收线圈之间，用于能量发射时的高频逆变功能，将直流电变为高频交流电，能量接收时的整流功能，将高频交流电整流为直流电；
收发共用控制单元：用于航天器间接受能量和发射能量的统一控制，收发共用同一个控制单元，根据本地航天器状态和远程航天器状态发送模式控制指令给逆变/整流模块；
收发共用发射/接收线圈：用于交变磁场的发射与接收；
无线通信单元：用于航天器状态信息的传输。
2.根据权利要求1所述的航天器间收发共用近场无线能量传输系统，其特征在于：还包括调压模块，所述调压模块的输入端与收发共用逆变/整流模块的正母线相连，所述调压模块的输出端与航天器电源控制器的母线相连，用于能量接收时的电压调节，将整流后的直流电调节为稳定的航天器母线电压。
3.根据权利要求2所述的航天器间收发共用近场无线能量传输系统，其特征在于：所述航天器电源控制器设有从母线发送能量的输出接口，功率通路串接二极管DT，所述二极管DT阳极连接母线，阴极连接收发共用逆变/整流模块的正母线，同时，设有接收能量至母线的输入接口，功率通路串接二极管DR，所述二极管DR阳极连接调压模块，阴极连接母线，
所述接口单元负责生成航天器状态信息，两个待无线能量传输的航天器的状态进行异或处理，结果为1时，启动所述航天器间收发共用近场无线能量传输系统。
4.根据权利要求2所述的航天器间收发共用近场无线能量传输系统，其特征在于：所述收发共用控制单元包括系统模式控制器、异或单元、第一选择开关、第二选择开关、调压模式控制器、第一关闭模式控制器、整流模式控制器、逆变模式控制器、第二关闭模式控制器，其中，
所述异或单元的输入端接所述接口单元和无线通信单元，所述异或单元的输出端与系统模式控制器的输入端相连，所述系统模式控制器的输出端分别与第一选择开关、第二选择开关的控制端相连，所述第一选择开关的一端输出连接到调压模块MOSFET的四个驱动信号S5-S8，另一端可选择的连接到调压模式控制器或第一关闭模式控制器，所述第二选择开关的一端输出连接到收发逆变/整流模块MOSFET的四个驱动信号S1-S4，另一端可选择的连接到整流模式控制器、逆变模式控制器或第二关闭模式控制器。
5.根据权利要求4所述的航天器间收发共用近场无线能量传输系统，其特征在于：所述系统模式控制器输出两个控制信号模式信号1和模式信号2，分别控制第一选择开关和第二选择开关，其中，
当模式信号1的值为1时，第一选择开关连接到调压模式控制器，当值为2时，连接到第一关闭模式控制，当模式信号2值为1时，第二选择开关连接到整流模式控制器，当值为2时，连接到逆变模式控制器，当值为3时，连接到第二关闭模式控制器，
所述异或单元接收远程航天器状态和本地航天器状态，当异或结果为0时，模式信号1的值为1，模式信号2的值为3；当异或结果为1并且本地航天器状态的值为1时，模式信号1的值为2，模式信号2的值为2；当异或结果为1并且本地航天器状态的值为0时，模式信号1的值为1，模式信号2的值为1。
6.根据权利要求5所述的航天器间收发共用近场无线能量传输系统，其特征在于：所述收发共用逆变/整流模块兼容有源全桥逆变与无源全桥整流，采用S1-S4四个MOSFET开关管组成的全桥型拓扑结构，
发射模式时，高频开关管工作，高频开关管工作于PWM模式，开关管的控制信号由逆变模式控制器提供；每个MOSFET开关管并联一个与寄生二极管同极性的二级管，在接收模式时作为整流二级管工作，开关管工作在同步整流模式，开关管的控制信号由整流模式控制器提供，当异或单元输出的值为0时，开关管的控制信号由第二关闭模式控制器提供，所有开关管为关断状态。
7.根据权利要求5所述的航天器间收发共用近场无线能量传输系统，其特征在于：所述调压模块采用四开关升降压拓扑结构，使用S5-S8四个MOSFET开关管，接收模式时，所述航天器状态信息位为0，调压模块使能，调压模块的控制信号由调压模式控制器提供，开关管工作在PWM模式；发射模式时，所述航天器状态信息位为1，调压模块禁止，调压模块的控制信号由第一关闭模式控制器提供，开关管为关断状态。
8.根据权利要求1-7任一项所述的航天器间收发共用近场无线能量传输系统，其特征在于：所述收发共用发射/接收线圈包括上盖板、线圈、磁条和下盖，其中，所述线圈设置在靠近上盖板一侧，所述磁条设置在所述线圈和下盖之间，所述线圈上集成谐振电容。
9.根据权利要求8所述的航天器间收发共用近场无线能量传输系统，其特征在于：所述线圈为发射线圈和接收线圈共用，所述线圈为双层平面螺旋线圈设置。
10.根据权利要求9所述的航天器间收发共用近场无线能量传输系统，其特征在于：所述线圈采用利兹线绕制，线圈正面采用聚酰亚胺包覆，线圈四周及背面采用发射装拼接式铁氧体材料。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112290615A (zh) * 2020-09-30 2021-01-29 北京空间飞行器总体设计部 一种在轨可更换的自适应蓄电池系统及其控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160013667A1 (en) * 2013-03-27 2016-01-14 Murata Manufacturing Co., Ltd. Wireless power supply apparatus
US20180061565A1 (en) * 2015-12-17 2018-03-01 Lg Innotek Co., Ltd. Transmission coil module for wireless power transmitter
CN110289699A (zh) * 2019-05-29 2019-09-27 北京航空航天大学 一种航天器间近场无线能量传输系统
CN110401034A (zh) * 2019-08-13 2019-11-01 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种通信导航一体化集成天线
CN106787251B (zh) * 2017-03-02 2019-11-12 北京空间飞行器总体设计部 一种航天器交会对接并网供电的无线电能及信号传输系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160013667A1 (en) * 2013-03-27 2016-01-14 Murata Manufacturing Co., Ltd. Wireless power supply apparatus
US20180061565A1 (en) * 2015-12-17 2018-03-01 Lg Innotek Co., Ltd. Transmission coil module for wireless power transmitter
CN106787251B (zh) * 2017-03-02 2019-11-12 北京空间飞行器总体设计部 一种航天器交会对接并网供电的无线电能及信号传输系统
CN110289699A (zh) * 2019-05-29 2019-09-27 北京航空航天大学 一种航天器间近场无线能量传输系统
CN110401034A (zh) * 2019-08-13 2019-11-01 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种通信导航一体化集成天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
冯伟等: "基于临近空间飞行器的测控通信系统实现", 《通信技术》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112290615A (zh) * 2020-09-30 2021-01-29 北京空间飞行器总体设计部 一种在轨可更换的自适应蓄电池系统及其控制方法

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