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一种有源多旋翼无人机供电系统

阅读：434发布：2020-12-01

专利汇可以提供一种有源多旋翼无人机供电系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明专利公开了一种有源多旋翼无人机供电系统，主要由地面供电电源、开关、避雷器接地装置、电缆收放装置、拖拽电缆、无人机上电源变换装置六大部分功能结构组成。一种有源多旋翼无人机供电系统，其具有如下特征：1、由地面电源供电。可以是直流电，也可以是交流电，经拖拽电缆馈电至无人机系统；2、续航滞空时间长。几乎无时间限制；3、起飞重量大。可以生产系列起飞重量的多旋翼无人机，根据任务性质，搭载任务需要的任何设备；4、升限高。升限仅受拖拽的电缆重量及电缆受风力所产生的对无人机飞行安全的影响；5、应用广泛。可广泛用于工农业生产、社会管理、军事国防、科学研究等领域。，下面是一种有源多旋翼无人机供电系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种有源多旋翼无人机供电系统，在原有多旋翼无人机系统上，去掉机载小容量蓄电池，改由地面电源经由馈电电缆供电，采用交流供电电源，馈电缆采用拖拽电缆，其特征在于主要由交流电源、开关、避雷器接地装置、拖拽电缆、电缆收放装置、无人机上直流电源(交流/直流变换)六大部分功能组成；
所述交流电源，直接采用交流电网电源，也可采用交流发电机；
所述开关，采用一般刀闸开关或者空气自动开关；
所述避雷器，采用与交流电源相应等级的氧化锌阀型避雷器；
所述接地装置，由接地极和接地线组成；
所述拖拽电缆，采用软护套电缆或者超柔性软护套电缆、拖拽电缆，根据无人机功率，按架空电缆敷设，选取相应截面积的拖拽电缆；
所述电缆收放装置，采用一个开口适当的大口编框式的容器，让电缆按顺序散放在容器里，随着无人机升空而拖拽升空，随着无人机降落而收纳入容器；
所述无人机上直流电源，把拖拽电缆馈送来的交流电变为无人机需要的直流电压/电流，根据不同的无人机消耗功率，选用不同直流输出电压/电流的直流电源。
2.一种有源多旋翼无人机供电系统，在原有多旋翼无人机系统上，去掉机载小容量蓄电池，改由地面电源经由馈电电缆供电，采用直流发电机，馈电电缆采用拖拽电缆，其特征在于主要由直流发电机、开关、避雷器接地装置、拖拽电缆、电缆收放装置、无人机上直流电源变换器六大部分功能组成；
所述直流发电机，可以采用固定式或移动式直流发电机；
所述开关，采用一般刀闸开关或者空气自动开关；
所述避雷器，采用与直流电源相应电压等级的氧化锌阀型避雷器；
所述接地装置，由接地极和接地线组成；
所述拖拽电缆，可以采用软护套电缆或者超柔性软护套电缆或者拖拽电缆，根据无人机功率，按架空敷设选择相应截面积的拖拽电缆；
所述电缆收放装置，采用一个开口适当的大口编框式的容器，让电缆按顺序散放在容器里，随着无人机升空而拖拽升空，随着无人机降落而收纳入框；
所述无人机上直流电源变换器，即DC/DV电源变换器，根据无人机工作电压/电流，选用相应输出的直流电压/直流电流的电源变换器；
所述假如该直流发电机发出的电压/电流能直接满足该无人机所需的电压/电流，则经拖拽电缆直接馈电上该无人机即可，无人机上不需要配置直流电源变换器。
3.一种有源多旋翼无人机供电系统，在原有多旋翼无人机系统上，去掉机载小容量蓄电池，改由地面电源经由馈电电缆供电，采用蓄电池电源，馈电电缆采用拖拽电缆，其特征在于主要由蓄电池、开关、避雷器接地装置、拖拽电缆、电缆收放装置、无人机上直流电源(直流/变换器六大部分功能组成；
所述蓄电池，可以采用单个蓄电池，也可以采用并联蓄电池组以获得更大输出电流，采用串联蓄电池组，串联蓄电池组输出电压越高，馈电导线上的损耗越低，拖拽电缆截面积更小重量更轻，可以采用普通铅酸蓄电池、锂电池等；
所述开关，采用一般刀闸开关或者空气自动开关；
所述避雷器，采用相应电压等级的避雷器；
所述接地装置，由接地极和接地线组成；
所述拖拽电缆，可以采用软护套电缆或者超柔性软护套电缆或者拖拽电缆，根据无人机消耗功率，按架空敷设选择相应截面积的拖拽电缆；
所述电缆收放装置，采用一个开口适当的大口编框式的容器，让电缆按顺序散放在容器里，随着无人机升空而拖拽升空，随着无人机降落而收纳入框；
所述无人机上直流电源，即DC/DV电源，根据无人机工作电压/电流，选用相应输出的直流电压/直流电流的电源变换器；
所述假如该蓄电池电源的电压/电流能直接满足该直接无人机所需的电压/电流，则经拖拽电缆直接馈电上该无人机即可，无人机上不需配置直流电源变换器；
所述地面蓄电池组的容量，则根据无人机功率消耗和滞空时间来决定；
所述为满足长滞空时间需求，并且减小拖拽电缆的重量，蓄电池可采用串/并联方式；
采用高电压蓄电池组供电，同样功率导线损耗更小，拖拽电缆重量更轻。

说明书全文

一种有源多旋翼无人机供电系统

技术领域

[0001] 本发明属于无人机技术领域，尤其涉及到一种有源多旋翼无人机供电系统。

背景技术

[0002] 目前多旋翼无人机供电系统的缺陷。

[0003] 多旋翼无人机因为其具有的灵活方便和多用性获得快速的发展和广泛的应用，主要是在航拍领域应用，但是其起飞重量和续航时间以及任务和通讯距离受限于机载蓄电池容量限制，通讯距离还受地形影响，超视距通讯传送图像信息受地形距离等因素影响较大，本质是受限于机载蓄电池容量，目前的无人机只能应用于轻起飞重量和短时滞空领域，不能用于工程、抢险、救灾、载人、监控等长航时滞空、重载任务等领域。

[0004] 一种有源多旋翼无人机供电系统。

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种有源多旋翼无人机供电系统解决方案，在原有多旋翼无人机系统上，去掉小容量机载蓄电池，改由地面电源供电、拖拽电缆馈电，即可成为有源多旋翼无人机供电系统。如图3。

[0006] 一种有源多旋翼无人机供电系统，其具有如下特征：

[0007] 1、由地面电源供电。可以是直流电，也可以是交流电，经拖拽电缆馈电至无人机系统；

[0008] 2、续航滞空时间长。几乎无时间限制；

[0009] 3、起飞重量大。可以生产成系列、不同起飞重量的多旋翼无人机，根据任务性质，搭载任务需要的任何设备；

[0010] 4、升限高。升限仅受拖拽的电缆重量及电缆受风力所产生的对无人机飞行安全的影响；

[0011] 5、应用广泛。可广泛用于军事侦测、边境管控、国土检测、城市安保、大型集会活动实时监控、灾难实时监控、救灾、重要目标的长航时无缝隙监控、临时照明、高层救火、物资器材装备甚至人员的垂直传递，森林火情监视、各种预警报警、视频监视及通讯中继转接等等工农业生产、社会管理、军事国防、科学研究领域。

发明内容

[0012] 本发明要解决的技术是提供一种有源多旋翼无人机供电系统解决方案。在原有多旋翼无人机系统上，去掉机载小容量蓄电池，改由地面电源经由馈电电缆供电，即可成为有源多旋翼无人机供电系统。

[0013] 地面电源可以是交流电网、交流发电机、交-直流电源、蓄电池、直流发电机等，通过拖拽电缆向多旋翼无人机系统馈电，即可成为有源多旋翼无人机供电系统。

[0014] 无人机上的电源装置，可以是：

[0015] 1、如果地面电源是交流电。无人机上采用直流稳压电源、开关电源，把经过拖拽电缆馈电上来的交流电转变成适应该无人机系统对应的直流电压/电流；

[0016] 2、如果地面电源是直流电源。①假如该直流电源的电压/电流与该无人机系统所需的电压/电流相一致，则经拖拽电缆直接馈电即可；②如果该直流电压高于该无人机所需的电压，无人机上可以采用直流/直流(DC/DC)变换器，为无人机提供相应的直流电压/电流；附图说明

[0017] 1、图3是本发明专利一种有源多旋翼无人机供电系统原理框图；

[0018] 2、图1是采用交流供电的一种多旋翼无人机供电系统图；

[0019] 图中：

[0020] 1.①.1交流电源，1.①.2移动式交流发电机，1.②开关，1.③避雷器，1.④.1接地极，1.④.2接地线，1.⑤拖拽电缆，1.⑥电缆收放装置，1.⑦无人机上直流电源，1.⑧照相/摄像机，1.⑨一种多旋翼无人机；

[0021] 3、图2.1是直流电源供电方式采用直流发电机供电的一种多旋翼无人机供电系统图；

[0022] 图中：

[0023] 2.1.①直流发电机；2.1.②开关，2.1.③避雷器，2.1.④.1接地极，2.1.④.2接地线，2.1.⑤拖拽电缆，2.1.⑥电缆收放装置，2.1.⑦无人机上直流变换器，2.1.⑧照相/摄像机，2.1.⑨一种多旋翼无人机；

[0024] 4、图2.2是直流电源供电方式采用蓄电池串并联供电的一种多旋翼无人机供电系统图；

[0025] 图中：

[0026] 2.2.①蓄电池，2.2.②开关，2.2.③避雷器，2.2.④.1接地极，2.2.④.2接地线，2.2.⑤拖拽电缆，2.2.⑥电缆收放装置，2.2.⑦无人机上直流变换器，2.2.8照相/摄像机，
2.2.⑨一种多旋翼无人机；

[0027] 5、图2.3是直流电源供电方式采用蓄电池直接供电的一种多旋翼无人机供电系统图；

[0028] 图中：

[0029] 2.3.①蓄电池，2.3.②开关，2.3.③避雷器，2.3.④.1接地极，2.3.④.2接地线，2.3.⑤拖拽电缆，2.3.⑥电缆收放装置，2.3.8照相/摄像机，2.3.⑨一种多旋翼无人机；因为蓄电池电流电压与无人机上所需电流/电压一致，故不需要无人机上直流变换器。

具体实施方式

[0030] 如图1至图3所示，本发明专利主要由地面供电电源、开关、避雷器接地装置、电缆收放装置、拖拽电缆、无人机上电源变换装置六大部分功能结构组成，各部分具体构成和工作过程原理如下：

[0031] 1、采用交流供电电源，馈电缆采用拖拽电缆。经过交流电源-开关-避雷器接地装置-拖拽电缆-电缆收放装置-无人机上直流电源(交流/直流变换)-无人机系统；

[0032] 其中：

[0033] ①、交流电源。可以直接采用交流电源，也可采用移动式交流发电机；

[0034] ②、开关。采用一般刀闸开关或者空气自动开关；

[0035] ③、避雷器。采用与交流电源相应等级的氧化锌阀型避雷器；

[0036] ④、接地装置。由接地极和接地线组成；

[0037] ⑤、拖拽电缆。可以采用软护套电缆或者超柔性软护套电缆、拖拽电缆，根据无人机功率，按架空电缆敷设，选取相应截面积的拖拽电缆；

[0038] ⑥、电缆收放装置。可以采用一个直径适当的大口编框式的容器，让电缆按顺序散放在容器里，随着无人机升空而拖拽升空，随着无人机降落而收纳入框；

[0039] ⑦、无人机上直流电源。把拖拽电缆馈送来的交流电变为无人机需要的直流电压/电流。根据不同的无人机选用不同直流输出电压/电流的电源。例如：某型无人机原配机上电源蓄电池是3S4860，起飞重量是1214g，滞空时间是20min，则3S4860＝3*3.7V/4860mah＝11.1V/4.86Ah，则该蓄电池能提供的视在功率简略估算是11.1V*4.86Ah＝53.946Wh。根据能量守恒，该蓄电池在20分钟飞行时间内连续输出4.86Ah＝3*4.86A60min/3＝14.58A/
20min，考虑到起飞和上升阶段电流增大，该直流电源电流输出能力应大于30A。

[0040] 采用380V供电，同样功率导线截面更小，拖拽电缆重量更轻；

[0041] 2、采用直流电源供电，馈电缆采用拖拽电缆。经过直流电源-开关-避雷器接地装置-拖拽电缆-电缆收放装置-无人机上直流电源(DC/DC直流变换器)-无人机系统；

[0042] 其中：

[0043] 2.1直流发电机供电。

[0044] ①、直流发电机；

[0045] ②、开关。采用一般刀闸开关或者空气自动开关；

[0046] ③、避雷器。采用相应电压等级的避雷器；

[0047] ④、接地装置。由接地极和接地线组成；

[0048] ⑤、拖拽电缆。可以采用软护套电缆或者超柔性软护套电缆或者拖拽电缆，根据无人机功率，按架空敷设选择相应截面积的拖拽电缆；

[0049] ⑥、电缆收放装置。可以采用一个直径适当的大口编框式的容器，让电缆按顺序散放在容器里，随着无人机升空而拖拽升空，随着无人机降落而收纳入框；

[0050] ⑦、无人机上直流电源变换器。即DC/DV电源，根据无人机电机电压/电流，选用相应输出的直流电压/直流电流的电源变换器。例如：某型无人机原配机上电源蓄电池是3S4860，起飞重量是1214g，滞空时间是20min，则3S4860＝3*3.7V/4860mah＝11.1V/
4.86Ah，则该蓄电池能提供的视在功率简略估算是11.1V*4.86Ah＝53.946W。根据能量守恒，该蓄电池在20分钟飞行时间内连续输出4.86Ah＝3*4.86A60min/3＝14.58A/20min，考虑到起飞和上升阶段电流增大，该开关电源电流输出能力应大于30A。

[0051] ⑧、假如该直流电源的电压/电流能满足该无人机所需的电压/电流，则经拖拽电缆直接馈电上该无人机即可；

[0052] 2.2、蓄电池供电。

[0053] 可以采用单个蓄电池，也可以采用并联蓄电池组以获得更大输出电流，采用串联蓄电池组，串联蓄电池组电压约高，馈电导线上的损耗更低，拖拽电缆截面积更小重量更轻。

[0054] ①、蓄电池。

[0055] ②、开关。采用一般刀闸开关或者空气自动开关；

[0056] ③、避雷器。采用相应电压等级的避雷器；

[0057] ④、接地装置。由接地极和接地线组成；

[0058] ⑤、拖拽电缆。可以采用软护套电缆或者超柔性软护套电缆或者拖拽电缆，根据无人机功率，按架空敷设选择相应截面积的拖拽电缆；

[0059] ⑥、电缆收放装置。可以采用一个直径适当的大口编框式的容器，让电缆按顺序散放在容器里，随着无人机升空而拖拽升空，随着无人机降落而收纳入框；

[0060] ⑦、无人机上直流电源。即DC/DV电源，根据无人机电机电压/电流，选用相应输出的直流电压/直流电流的电源变换器。例如：某型无人机原配机上电源蓄电池是3S4860，起飞重量是1214g，滞空时间是20min，则3S4860＝3*3.7V/4860mah＝11.1V/4.86Ah，则该蓄电池能提供的视在功率简略估算是11.1V*4.86Ah＝53.946W。根据能量守恒，该蓄电池在20分钟飞行时间内连续输出4.86Ah＝3*4.86A60min/3＝14.58A/20min，考虑到起飞和上升阶段电流增大，该开关电源电流输出能力应大于30A。

[0061] ⑧、假如该直流电源的电压/电流能满足该无人机所需的电压/电流，则经拖拽电缆直接馈电上该无人机即可；

[0062] 地面所配蓄电池组的容量则根据无人机功率消耗和滞空时间来决定。

[0063] ⑨、为满足长滞空时间需求，并且减小拖拽电缆的重量，蓄电池可采用串/并联方式；采用高电压蓄电池组供电，同样功率导线损耗更小，拖拽电缆重量更轻；

[0064] 一种有源多旋翼无人机供电系统的操作注意事项

[0065] 1、采用面地供电方式，电源是交流电源，经拖拽电缆馈电送至无人机上的，无人机上应该加装直流稳压电源，注意电源正负极，并且该直流稳压电源所输出的电压/电流应能满足无人机及悬挂设备的电源需求，并留有足够余量和短时过载能力；

[0066] 2、采用地面地供电方式，电源是直流电源，经拖拽电缆馈电送至无人机上的，无人机上应该根据所馈送来的直流电压/电流，结合无人机所需直流电压/电流，考虑是否需要加装直流电源变换器，注意电源正负极，并且该直流电源变换器所输出的电压/电流应能满足无人机及悬挂设备的电源需求，并留有足够余量和短时过载能力；

[0067] 3、采用地面供电方式，所馈送的电压越高，导线损耗越低，则采用的拖拽电缆截面积越小，拖拽电缆的重量越轻；

[0068] 4、之所以采用大口编框式的电缆收放装置，让电缆散放在容器里，而不采用卷筒方式收放电缆，是为了避免无人机工作电流在卷筒式收放装置中形成电感线圈，增加馈电阻抗；

[0069] 5、避雷器及接地装置主要是为了避免无人机长时间滞空，可能产生的大气静电过电压，从而可能影响无人机系统或地面人员。视季节天气情况，并不是每次使用都必须的；接地极和接地线的使用，请根据国家相关标准执行；

[0070] 6、无人机上搭载的直流稳压电源、开关电源、直流电源变换器等电源，通过一个轻薄的金属底座，安装在机腹底部，应考虑重心平衡，不能影响无人机飞行平衡；

[0071] 7、无人机上搭载的照相/摄影/其他设备，通过轻薄金属底座安装在电源的下方。

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