[发明专利]具有强抗偏移性能的多中继多负载双向无线电能传输系统

说明书

具有强抗偏移性能的多中继多负载双向无线电能传输系统，属于无线电能传输技术领域。本发明了解决现有多级火箭箭上各级间供电系统复杂、笨重、可靠性低的问题，本发明地面供电单元用于向一级供电单元供电；一级供电单元用于利用地面供电单元提供的电能进行自身充电，同时向二级供电单元和一级负载供电；二级供电单元用于利用一级供电单元提供的电能进行自身充电，同时向三级供电单元和二级负载供电；三级供电单元用于利用二级供电单元提供的电能进行自身充电，同时向三级负载供电。本发明适用于多级火箭供电使用。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种具有强抗偏移性能的多中继多负载双向无线电能传输系统。

背景技术

多级火箭的供电系统非常复杂，箭地间和箭上各级间通过专门设计的机械接口进行电能传输，为保证飞行过程中供电系统的可靠性，箭上各级间的机械接口通常较重，降低了火箭的有效载荷，增加了火箭的发射成本。在发射过程中，火箭先离开地面，继而各推进器逐级脱落，在离开地面以及各推进器脱落过程中，一旦发生机械接口无法脱落的情况，将对火箭飞行造成灾难性的影响。

无线电能传输技术具有灵活方便、电气隔离、无机械接触、环境适应性好等优点，将其应用于多级火箭箭地间和箭上各级间的供电，可以很好地解决上述问题。但是，传统的无线电能传输系统只包含原边和副边电路，无法满足多级系统的供电需求。

实际应用中，箭地间和箭上各级间都存在较大的相对位移，导致输出电压波动很大，在负载和电池前加入Buck或Boost变换器无法实现全范围稳压的要求。现有的多级火箭箭上各级间供电系统存在结构复杂、笨重、可靠性低的问题。

发明内容

本发明为了解决现有的多级火箭箭上各级间供电系统存在结构复杂、笨重、可靠性低的问题，提出了一种具有强抗偏移性能的多中继多负载双向无线电能传输系统。

本发明所述的具有强抗偏移性能的多中继多负载双向无线电能传输系统，包括地面供电单元1、一级供电单元2、二级供电单元3和三级供电单元4；所述地面供电单元1与一级供电单元2之间通过耦合机构MC₁耦合连接，一级供电单元2与二级供电单元3之间通过耦合机构MC₂耦合连接，二级供电单元3与三级供电单元4之间通过耦合机构MC₃耦合连接；

地面供电单元1用于向一级供电单元2供电；

一级供电单元2用于利用地面供电单元1提供的电能进行自身充电，同时向二级供电单元3和一级负载供电；

二级供电单元3用于利用一级供电单元2提供的电能进行自身充电，同时向三级供电单元4和二级负载供电；

三级供电单元4用于利用二级供电单元3提供的电能进行自身充电，同时向三级负载供电。

进一步地，地面供电单元1包括交流电源101、地面电能变换器102和第一补偿拓扑结构103；交流电源101用于为整个系统提供交流电信号；地面电能变换器102用于将交流电信号整流成直流信号，再将直流信号转换为高频交流信号；所述地面电能变换器102的高频交流信号输出端连接第一补偿拓扑结构103的交流信号输入端，所述第一补偿拓扑结构103用于利用高频交流信号驱动耦合机构MC₁的发射端向接收端感应供电；

一级供电单元2包括第二补偿拓扑结构201、第三补偿拓扑结构202、继电开关K₁、第一功率变换单元203、继电开关K₃、继电开关K₄和一级蓄电池204；

所述第二补偿拓扑结构201一侧的两个电源端与耦合机构MC₁接收线圈的两端连接；所述第二补偿拓扑结构201另一侧的两个电源端端通过继电开关K₁连接第一功率变换单元203的正向电源输入端，所述第一功率变换单元203的正向电源输入端还连接第三补偿拓扑结构202一侧正向电源端；