CN112072802A - 一种飞行器舱内无线供电装置 - Google Patents

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申维和
潘明健
郭心怡
张伯炜
刘箭言
薛志超
李霄
蒋海
王亨
武春飞
赵爱红
郑晓刚
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Abstract

本发明涉及一种飞行器舱内无线供电装置，包括原级电能变换模块、原边谐振网络模块、副边谐振网络模块以及次级电能变换模块；原级电能变换模块将输入工频交流电变换为高频交流电，高频交流电在原边谐振网络模块中激发出高频交变磁场；副边谐振网络模块接收高频交变磁场，从高频交变磁场中感应出同频电流，提供给次级电能变换模块；次级电能变换模块将高频交流电变换为负载需要的直流电压，提供给后级负载。本发明的装置基于电磁耦合原理实现，可实现飞行器内部电能无线供给，大幅度降低飞行器内部电线电缆的复杂程度，提升飞行器组装效率，有效降低飞行器非载荷设备质量。

Description

一种飞行器舱内无线供电装置
技术领域
本发明涉及航空航天领域，特别涉及一种飞行器舱内无线供电装置。
背景技术
近年来，随着航天技术的发展和飞行器任务的多样化，对飞行器上电子设备提出了高性能、高可靠、智能化、集成化、小型化等方面的新要求。其中，飞行器非电量测量最具代表性。以临近空间飞行器测量为例，其特点如下：测量参数多、测点分布广、线缆连接杂、接插数量多。
要求的提升也带来了更多的问题，如重量增加：接插件一个从十几克到几公斤，电缆网重量从几公斤到几十公斤，固定金属件多且重；空间紧张：电缆主要分支粗、分支多，接插件个头大、数量多；安装不便：电缆网布线不易，不好固定，分支长度过长；以及易出故障：线挤压、挂断，接插件问题等等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供一种飞行器舱内无线供电装置，该装置基于电磁耦合原理实现，可实现飞行器内部电能无线供给，大幅度降低飞行器内部电线电缆的复杂程度，提升飞行器组装效率，有效降低飞行器非载荷设备质量，能够提高电气系统的可靠性、适应性、稳定性等各项性能。该装置实现了导弹武器系统电气系统全面实现无缆化，模块化。
本发明所采用的技术方案是：一种飞行器舱内无线供电装置，包括原级电能变换模块、原边谐振网络模块、副边谐振网络模块以及次级电能变换模块；
原级电能变换模块将输入工频交流电变换为高频交流电，高频交流电在原边谐振网络模块中激发出高频交变磁场；副边谐振网络模块接收高频交变磁场，从高频交变磁场中感应出同频电流，提供给次级电能变换模块；次级电能变换模块将高频交流电变换为负载需要的直流电压，提供给后级负载。
原级电能变换模块中，输入工频交流市电经过EMC滤波、整流滤波、直流斩波及高频逆变变换为10～100kHz高频交流电。
原边谐振网络包括原边线圈及原边线圈的调谐电容，调谐电容补偿线圈的无功功率，原边线圈是高频交流电的载体，高频交流电在原边线圈周围产生高频交变磁场。
副边谐振网络模块包括原边线圈及其调谐电容，调谐电容补偿线圈的无功功率，副边线圈利用电磁感应原理，从高频交变磁场中感应出同频电流，提供给次级电能变换模块。
次级电能变换模块将副边线圈感应到的高频交流电经高频整流滤波、直流斩波变换为负载需要的直流电压，提供给后级负载使用。
无线供电装置的输入电压为5VDC，电流不小于100mA，输出电压为3.3VDC，电流不小于40mA。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明采用基于电磁感应原理及磁场耦合原理的设计方案，实现了飞行器内部无线供电，打破了数十年来飞行器内部均使用有线电缆进行供电的局面；本发明采用小型化设计，大幅度降低产品质量，实现飞行器内部轻质稳定可靠的电能无线传输；本发明采用了模块化设计，大大提升了无线供电模块在其他设备间使用的可能性，为后续全弹无线供电的拓展预留了极大的可能性。
(2)本发明引入磁场耦合原理实现弹上无线供电，大幅度提高了电能供给端与电能获取端的作用距离，改善了现有技术供给端与获取段必须接触才可供电的现状。
(3)本发明采用小型化及模块化设计，且实现了端与端之间的非接触供电，使得产品便于安装，极大的丰富了安装方式，并简化了对于飞行器内结构设计的复杂程度。本发明采用一个电能供给端对应多个电能获取端的设计方式，提高了电能的利用效率，也实现了弹上结构电气一体化设计。
(4)本发明的无线电能传输用于解决用电设备自由移动的灵活性差、取电点接触的可靠性不佳、由于接触点的不可靠连接导致的危害以及有些场合不能实现持续的外供电能接入等问题。无线供电装置借助磁场介质实现电能从电源系统到用电设备的无电气接触传输，彻底摆脱了导体连接的束缚，具有电能接入灵活、便捷，并做到免维护或少维护运行。无线供电装置为磁场耦合无线电能传输装置，基于电磁感应及耦合原理，综合利用现代电力电子电能变换技术(包括谐振变换技术等)，实现电能的非接触传递。
附图说明
图1为基于电磁感应及磁场耦合的无线供电原理框图；
图2为无线供电装置电能发射线圈与接收线圈间的磁场分布图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1
如图1所示，无线供电装置解决用电设备以非接触方式接入问题，其可以帮助弹上电气设备摒除供电电池，通过加装无线供电模块的接收端即可实现非接触方式的电能供给，是实现弹上电气系统无缆化的重要步骤。无线供电装置的输入电压为5VDC，电流不小于100mA，输出电压为3.3VDC，电流不小于40mA。
无线供电装置通过实现原级电能变换模块、原边谐振网络模块、副边谐振网络模块以及次级电能变换模块四个模块的各项功能，实现飞行器内无线供电的功能。
原级电能变换模块将输入工频交流电经EMC滤波，整流滤波，直流斩波及高频逆变四个环节变换为高频交流电，以在原边线圈上激发出高频磁场。将输入工频交流市电变换为高频交流电。
原级电能变换模块的功能为将输入工频交流市电(220V)变换为高频交流电(10～100kHz)。即：输入工频交流市电经过EMC滤波，整流滤波(即交直流AC-DC变换)，直流斩波(DC-DC变换)及高频逆变(DC-HFAC变换)四个环节变换为高频交流电，使得无线供电装置能够在原边线圈上激发出高频磁场。在基于磁耦合的无线电能传输系统中，高频电能变换环节主要担负着为产生功率磁场的线圈提供稳定高频电流的任务，即将直流电经过该变换电路变换后给功率磁场激励线圈提供10～100kHz高频正弦波电流。作为系统高频电磁能转换的关键环节，该部分的工作效率、稳定性及可靠性直接决定整个系统的工作性能。
原边谐振网络模块功能为发射高频磁场，原边谐振网络由原边线圈及其调谐电容组成，调谐电容用以补偿线圈的无功功率，提升系统功率传输能力。原边线圈是高频电流的主要载体，此高频电流用以在线圈周围产生高频交变磁场。
副边谐振网络模块用于接收高频磁场，由原边线圈及其调谐电容组成，调谐电容用以补偿线圈的无功功率，提升系统的功率传输能力。副边线圈利用电磁感应原理，从高频交变磁场中感应出同频电流，提供给次级电能变换模块。
次级电能变换模块的功能为将高频交流电变换为负载需要的直流电压，即副边线圈感应到的高频交流电经高频整流滤波、直流斩波两个环节变换为负载需要的直流电压，提供给后级负载。
次级电能变换模块的主要功能为将高频交流电变换为负载需要的直流电压。即将副边线圈感应到的高频交流电经高频整流滤波(HFAC-DC变换)，直流斩波(DC-DC变换)两个环节变换为负载需要的直流电压，用以提供给后级负载使用。
无线供电装置将电磁耦合机构设计分为结构设计以及参数设计两个部分。在结构设计过程中，根据实际系统需求，合理利用不同线圈形式的供电特性，设计出满足系统需求的结构形式。在结构设计完成之后进行参数设计，考虑实际系统的性能指标，如工作频率、激励电流值、输出功率等级及能量传输效率等。
图2为电能发射线圈与接收线圈间的磁场分布图，可以看到发射端与接收端之间磁场分布良好，表明供电效果良好。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种飞行器舱内无线供电装置，其特征在于，包括原级电能变换模块、原边谐振网络模块、副边谐振网络模块以及次级电能变换模块；
原级电能变换模块将输入工频交流电变换为高频交流电，高频交流电在原边谐振网络模块中激发出高频交变磁场；副边谐振网络模块接收高频交变磁场，从高频交变磁场中感应出同频电流，提供给次级电能变换模块；次级电能变换模块将高频交流电变换为负载需要的直流电压，提供给后级负载。
2.根据权利要求1所述的一种飞行器舱内无线供电装置，其特征在于，原级电能变换模块中，输入工频交流市电经过EMC滤波、整流滤波、直流斩波及高频逆变变换为10～100kHz高频交流电。
3.根据权利要求1或2所述的一种飞行器舱内无线供电装置，其特征在于，原边谐振网络模块包括原边线圈及原边线圈的调谐电容，调谐电容补偿线圈的无功功率，原边线圈是高频交流电的载体，高频交流电在原边线圈周围产生高频交变磁场。
4.根据权利要求3所述的一种飞行器舱内无线供电装置，其特征在于，副边谐振网络模块包括原边线圈及其调谐电容，调谐电容补偿线圈的无功功率，副边线圈利用电磁感应原理，从高频交变磁场中感应出同频电流，提供给次级电能变换模块。
5.根据权利要求4所述的一种飞行器舱内无线供电装置，其特征在于，次级电能变换模块将副边线圈感应到的高频交流电经高频整流滤波、直流斩波变换为负载需要的直流电压，提供给后级负载使用。
6.根据权利要求5所述的一种飞行器舱内无线供电装置，其特征在于，无线供电装置的输入电压为5VDC，电流不小于100mA，输出电压为3.3VDC，电流不小于40mA。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106340975A (zh) * 2016-09-30 2017-01-18 上海空间电源研究所 一种无线电能传输电路及其设计方法
CN107852029A (zh) * 2015-05-04 2018-03-27 科罗拉多州立大学董事会公司实体 无线电力传输
CN108808886A (zh) * 2018-01-10 2018-11-13 深圳市思坎普科技有限公司 无线供电系统的发射设备、无线供电系统和无线照明系统
CN109888894A (zh) * 2019-03-11 2019-06-14 太原理工大学 一种无线充电高频电源
CN110143138A (zh) * 2019-05-24 2019-08-20 刘溯奇 电动汽车动态无线充电系统及电磁耦合机构
CN111049243A (zh) * 2020-01-06 2020-04-21 北京航天自动控制研究所 无线供电系统和飞行器
CN210867293U (zh) * 2019-10-17 2020-06-26 江苏信息职业技术学院 一种基于uc2845的新型无线充电电路

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107852029A (zh) * 2015-05-04 2018-03-27 科罗拉多州立大学董事会公司实体 无线电力传输
CN106340975A (zh) * 2016-09-30 2017-01-18 上海空间电源研究所 一种无线电能传输电路及其设计方法
CN108808886A (zh) * 2018-01-10 2018-11-13 深圳市思坎普科技有限公司 无线供电系统的发射设备、无线供电系统和无线照明系统
CN109888894A (zh) * 2019-03-11 2019-06-14 太原理工大学 一种无线充电高频电源
CN110143138A (zh) * 2019-05-24 2019-08-20 刘溯奇 电动汽车动态无线充电系统及电磁耦合机构
CN210867293U (zh) * 2019-10-17 2020-06-26 江苏信息职业技术学院 一种基于uc2845的新型无线充电电路
CN111049243A (zh) * 2020-01-06 2020-04-21 北京航天自动控制研究所 无线供电系统和飞行器

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