用於太空飛行器的功率調節結構的製作方法
2023-07-03 07:26:21 1
專利名稱：用於太空飛行器的功率調節結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及運載工具的功率調節結構，所述結構包括依靠功率總線而耦合到多個負載中的多個功率源。
背景技術：
在現有技術中，這種其中使用一些功率源的功率調節結構已經為大家所知，例如圖1中所示的用於太空飛行器的功率調節結構。其中，功率源(SAi...SAj；Battm...Battn)輸出的所有能量匯聚到公共的功率總線(BUS)，在所述總線的末端，它們被分配到不同的總線用戶或者運載工具的負載(LOADS)。
在這種已知的集中功率調節結構中，功率總線在技術上是敏感的。當必須將相對高的功率傳遞給負載時，這點特別地正確。例如在位於公共功率總線的輸入端的電流集中點(CP)，用一個或幾個螺栓而相互連接的笨重的銅件或銅條，被用於處理高輸出電流。這種已知的笨重的結構還相對地昂貴，並且在整個使用期間其傳導率，特別在相互連接點，是變化的。
發明內容
本發明的一個目的是提供上面的已知類型的、但卻避免了其中的公共功率總線上電流集中的問題的功率調節結構。
根據本發明，達到這個目的是由於這樣的事實，即所述功率總線包括帶有彼此相互連接的分散節點的網絡結構，並且所述多個功率源點的功率源以分布的方式被耦合到所述節點。
通過在整個網絡結構中分散功率源，也分配了通過功率總線傳輸的能量。由於減小了流過功率總線的電流，現有技術的笨重的用螺栓固定的銅件可以被較輕的連接裝置如電線或者印刷電路板的線路所代替。
本發明的另一個有特點的實施例是所述多個負載點的負載以分布的方式連接到所述分散的節點。
通過在整個網絡結構中分散負載和功率源，顯著地減小了節點間流過的電流。這通過在公共功率總線上減少更多的電流集中而增強了本發明的優點。當功率源和負載適合於採用這種結構分配時，就得到了最佳的效果。這樣，在網絡結構的節點間只有相對低的電流流過。
本發明的再一個有特點的實施例是所述功率源通過電壓和功率控制設備被耦合到所述網絡結構的分散的節點中。
電壓和功率控制設備的主要目的是連接或者斷開功率源與節點，並且當連接時，將功率源的輸出電壓調節為功率總線上的電壓。
在一個優選實施例中，本發明進一步的特徵在於所述網絡結構安裝在至少一個包括所述電壓和功率控制設備以及所述節點的功率調節和分配單元中。
這樣，帶有所有節點的整個網絡結構是在所有負載所連接的功率調節和分配單元之中。
在另一個優選實施例中，本發明的特徵在於所述節點在閉環中相互連接。
這樣，網絡結構的分支上的任何開路故障不會對本功率調節結構的運轉產生消極的影響。
本發明的再一個有特點的實施例是所述結構包括至少三個功率源。
這使得能夠更容易地在功率調節結構上分配能量。
當所述運載工具是太空飛行器時，本發明更加特別地具有優勢。
在太空飛行器中，重量是個關鍵問題，並且為了避免眾所周知的電暈效應，電壓不能超過預定值。那麼，分配高功率的唯一可能就是加大電流。由於功率源的分布式結構，即使對於相對高的功率傳遞，電流也可以保持在可以接受的限度內，並且可以去掉上述的笨重的銅件。
本發明還有另一個有特點的實施例是所述多個功率源包括太陽能電池陣列和電池。
在本功率調節結構中可以使用不同類型的功率源，主要依賴於運載工具的類型。在優選的太空飛行器的例子裡，太陽能電池陣列被用作電池的補充。對於將來的外層空間的使命，可能會採用原子能功率變換器源。也可以考慮其它的自主的運載工具，例如潛水艇。
應該注意的是用在權利要求中的術語「包括」不應該解釋為僅限於其後列出的裝置。這樣，表達方式「包括裝置A和B的設備」的範圍不限於只包括組件A和B的設備。這意味就本發明而言，唯一的相關設備組件是A和B。
同樣，應該注意的是，同樣權利要求中所用的術語「耦合」不應該解釋為僅限於直接連接。這樣，表達方式「設備A耦合到設備B」不限於設備A的輸出直接連接到設備B的輸入的設備或者系統。它意味著在A的輸出和B的輸入間存在一條通道，所述通道可能是包括其它設備或者裝置的通道。
與附圖一起參考下面的對實施例的描述，可以更明顯地看出本發明的上述及其它的目的和特徵，並且將可以最好地理解本發明本身，其中圖1示出了作為已知技術用在太空飛行器中的功率調節結構；並且圖2示出了根據本發明的改進的功率調節結構。
具體實施例方式
圖1所示的功率調節結構是現有技術中已知的，並且適合應用在能量由不同功率源提供且必需被分配到不同用戶負載的運載工具中。儘管可用於某些運輸工具，例如潛水艇或者甚至汽車，所示的功率調節結構特別適合用在太空飛行器中。其中，可以使用兩種功率源-若干電池，例如Battm和Battn，當沒有陽光時使用，並且-約40個太陽能電池陣列，例如SAi和SAj，用於在太陽光模式下提供必需的能量。
太空飛行器上可用功率源的調節和隨後向用戶的功率分配一般在集中式的結構下進行。這意味著來自於功率源的電流匯聚到單個的電流集中點CP，在這裡進行DC電壓調整並且從這裡建立到總線用戶LOADS的電流分配。更詳細地說，功率源SAi-SAj和Battm-Battn通過各自的功率控制電子裝置PCEi-PCEj和PCEm-PCEn連接到公共功率總線BUS的一端CP。該BUS的另一端連接到不同的用戶負載LOADS。這個結構還包括電壓控制電子裝置VCE，該裝置具有與端CP相連接的輸入並且控制不同的功率控制電子裝置PCEi-PCEj和PCEm-PCEn。
儘管這種結構減輕了功率總線電壓的控制，但是它卻使得整個太空飛行器的電流(例如對於10KW的太空飛行器來說100A)集中到單個的導線BUS中。因此，典型地是由笨重的需要螺栓固定而相互連接的銅條組成這種導線。更加不可容忍的情形是，就當前用於通信衛星適用的功率在穩步增加。
根據本發明並且在圖2中示出的功率調節結構旨在採用網絡結構LINE作為已知公共功率總線的替代物。在這種結構中，功率源SAi-SAj和Battm-Battn以及總線用戶LOADS分散在太空飛行器上。因此，用一些相互連接的節點Ni，Nj，Nk，Nl，Nm，Nn裝備網絡LINE，功率源、太陽能電池陣列SAi-SAj和電池Battm-Battn等通過相關的電壓和功率控制設備VPCEi、VPCEj-VPCEm、VPCEn耦合到所述節點。不同的總線用戶LOADS也連接到這些節點Ni-Nj。結果，能量不再集中到公共功率總線上，而是在網絡結構LINE的不同相互連接或者分支上分配。這樣，電線以及甚至印刷電路板的線路可以優選地替代已知功率調節結構的笨重的銅條和用螺栓固定的相互連接。
每個電壓和功率控制設備VPCEi，VPCEj-VPCEm，VPCEn都相應於一個功率控制電子裝置PCEi-PCEj和PCEm-PCEn，如圖1中所示，並且有一個上述電壓控制電子裝置VCE的等同物與其相關。電壓和功率控制設備VPCEi，VPCEj-VPCEm，VPCEn的主要用途是連接或者斷開相關的功率源SAi，SAj-Battm，Battn和節點Ni，Nj，Nm，Nn，並且當連接時，將功率源的輸出電壓調節到功率總線上的電壓。電壓和功率控制設備包括它自身的總線電壓誤差放大器用於調節到節點的輸出電壓，以使得它不依賴於任何外部的組件。
在一個優選實施例中，節點Ni，Nj，Nk，Nl，Nm，Nn在閉環中相互連接。因此，這種結構可以防止任何開路單一故障，例如在網絡的一個分支上的故障。
還要說明的是，整個結構可以安裝在功率調節和分配單元[PCDU]中，作為現有技術所知的高功率GEO衛星的功率控制單元[PCU]，或者作為高功率LEO衛星的功率調節和分配單元。因而，功率調節和分配單元包括電壓和功率控制設備VPCEi，VPCEj-VPCEm，VPCEn和其所連接的內部節點Ni，Nj，Nm，Nn，以及連接到總線用戶LOADS的外部可用的節點Nk，Nl。顯然，外部可用的節點可與至少部分的內部節點是相同的。
為了使得在本功率調節結構上有效的分配能量，功率源的數目優選地等於或者大於3。
應該說明的是，象上面所描述的具有分散功率源和負載的網絡結構在(地球)地面上用於電流的生產和分配是已知的。但是，本發明卻採用便利的電壓調整供給方式而獲得了與網絡概念兼容的太空飛行器功率調節單元以防止可能的節點電壓參考失衡。
還要說明的是，儘管上述描述是關於太空飛行器的，但是仍有可能在其它種類的運載工具中實現本發明，例如潛水艇，在潛水艇中太陽能電池陣列將被原子能功率源所代替。
最後說明的是，上面是按照功能模塊來描述本發明的實施例的。從上面給出的這些模塊的功能描述，對於電子設備設計本領域的技術人員，如何使用廣為人知的電子組件來製造這些模塊是顯而易見的。因此，沒有給出功能模塊的內容的詳細結構。
雖然已經就特定的裝置描述了本發明的原理，但是應當清楚，這些描述僅僅是通過例子給出的，並不像所附權利要求那樣作為對本發明範圍的限定。
權利要求
1.用於運載工具的功率調節結構，所述結構包括通過功率總線耦合到多個負載(LOADS)的多個功率源(SAi...SAj；Battm...Battn)，其特徵在於所述功率總線(LINE)包括帶有彼此相互連接的分散節點(Ni...Nn)的網絡結構，並且所述多個功率源(SAi...SAj；Battm...Battn)的功率源以分布的方式耦合到所述節點。
2.根據權利要求1的功率調節結構，其特徵在於所述多個負載(LOADS)的負載以分布的方式連接到所述分散節點(Ni...Nn)。
3.根據權利要求1的功率調節結構，其特徵在於所述功率源(SAi...SAj；Battm...Battn)通過電壓和功率控制設備(VPCEi...VPCEn)耦合到所述網絡結構的分散節點(Ni...Nn)。
4.根據權利要求3的功率調節結構，其特徵在於所述網絡結構安裝在至少一個包括所述電壓和功率控制設備(VPCEi...VPCEn)以及所述節點(Ni...Nn)的功率調節和分配單元中。
5.根據權利要求1的功率調節結構，其特徵在於所述節點(Ni...Nn)在閉環中相互連接(LINE)。
6.根據權利要求1的功率調節結構，其特徵在於所述節點(Ni...Nn)分散在所述運載工具中。
7.根據權利要求1的功率調節結構，其特徵在於所述結構包括至少三個功率源(SAi...SAj；Battm...Battn)。
8.根據權利要求1的功率調節結構，其特徵在於所述運載工具是太空飛行器。
9.根據權利要求8的功率調節結構，其特徵在於所述多個功率源包括太陽能電池陣列(SAi...SAj)和電池(Battm...Battn)。
10.根據權利要求8的功率調節結構，其特徵在於所述太空飛行器包括至少三個太陽能電池陣列(SAi...SAj)。
全文摘要
一種功率調節結構用於運載工具，優選地是太空飛行器，裝備了一些功率源，例如電池(Batt
文檔編號B64G1/42GK1572655SQ20041003479
公開日2005年2月2日 申請日期2004年5月17日 優先權日2003年5月28日
發明者C·J·J·德勒波 申請人:阿爾卡特公司