带有热能量收集的多旋翼空中无人机制造技术

一些特征涉及四旋翼或其他空中无人机(200；300；400；500；600；700；800)，其具有用于从该无人机的处理器(302)收集废热的热电发电机(TEG,100)。在一些示例中，该TEG被定位成其内金属电极涂层毗邻该无人机处理器，以充当该TEG的“热”侧。该TEG的外金属电极涂层形成该无人机的壳体的外表面的一部分，以充当该TEG的“冷”侧。该TEG的内金属涂层和外金属涂层被耦合到电池充电器(118,306)，因此由该TEG在该无人机的运行期间所产生的电流可以帮助使该无人机电池充电，从而延长飞行时间。在一些示例中，该TEG的外周边延伸到这些无人机旋翼附近的气流区中，因此螺旋桨洗流会用于冷却该TEG的该周边。

Multi rotor UAV with thermal energy collection

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有热能量收集的多旋翼空中无人机相关申请的交叉引用本申请要求于2017年8月29日在美国专利商标局提交的非临时专利申请No.15/689,994的优先权和权益，其全部内容如同在下文全面阐述那样且出于所有适用目的被纳入于此。背景领域各种特征涉及多旋翼空中无人机或其他无人驾驶飞行器(UAV)以及供在其中使用的能量收集方法和装置。
技术介绍
多旋翼空中无人机(例如，四旋翼飞行器)或其他UAV因有限的机载功率资源而具有有限的飞行时间。总飞行时间可能受许多因素(诸如由各旋翼和任何机载装备(例如(诸)控制处理器、电信设备、视频设备、工业传感器等)所消耗的功率)影响。由于电池容量的实际限制，当前可用的消费级无人机和小型UAV系统的飞行时间通常只有5到30分钟不等。尽可能延长飞行时间将是有利的。概述各种特征涉及具有能量收集设备的空中无人机。在一个示例中，公开了一种空中无人机。该空中无人机包括：处理器，其被配置成控制该空中无人机；电源，其被配置成向该处理器供电；以及能量收集设备，其被配置成将该处理器所产生的热量转换为电力以返回给该电源。在另一示例中，公开了一种用于与空中无人机联用的装备。该装备包括：该空中无人机的控制装置；用于向该控制装置供电的供电装置；以及用于将该控制装置所产生的热量转换为电力以返回给该供电装置的热量转换装置。在又一方面，公开了一种用于在空中无人机内进行能量收集的方法，该空中无人机具有能量收集设备、处理器和电源。该方法包括：使用由该电源提供的电力来操作该空中无人机的该处理器；使用该能量收集设备来将该空中无人机的该处理器所产生的热量转换为电力；以及将通过该能量收集设备所获得的电力返回给该电源。在另一示例中，公开了一种用于与空中无人机联用的设备。该设备包括：第一电极和第二电极；包括仅N型热电元件或仅P型热电元件的热电材料，其中该热电材料被定位在第一金属电极与第二金属电极之间，并且其中该热电材料被配置成响应于第一金属电极与第二金属电极之间的温度差而产生电压；电源；以及将该电源与第一电极和第二电极互连的电路，其中该电路被配置成将该电压施加到该电源以向该电源充电。附图简述在结合附图理解下面阐述的详细描述时，各种特征、本质和优点会变得明显，在附图中，相同的附图标记始终作相应标识。图1是解说空中无人机或无人驾驶飞行器(UAV)内的示例性对称热电发电机(TEG)的组件的示意图。图2是具有TEG的示例性空中无人机的俯视图。图3是具有TEG的示例性空中无人机的示意性侧视图，其中该TEG形成该空中无人机的主壳体的顶面。图4是具有TEG的示例性空中无人机的另一示意性侧视图，其中该TEG与形成该无人机的顶面的散热器相组合。图5是具有TEG的示例性空中无人机的示意性侧视图，其中该TEG形成该无人机的主壳体的整个周边。图6是具有TEG的示例性空中无人机的示意性侧视图，其中TEG/散热器形成该无人机的主壳体的整个周边。图7是具有TEG的示例性空中无人机的示意性侧视图，其中该TEG形成该无人机的主壳体的上半部分。图8是具有TEG的示例性空中无人机的示意性侧视图，其中TEG/散热器形成该无人机的主壳体的上半部分。图9概述了用于使用热界面材料(TIM)来组装处理器封装的组装规程，该处理器封装具有附连到该处理器封装的TEG。图10是宽泛地解说具有TEG的示例性空中无人机或UAV的特征的框图。图11是概述供与空中无人机或UAV联用的TEG处理器封装的组装和使用的流程图。图12是解说供与示例性空中无人机或UAV联用的TEG处理器封装的组装和使用的进一步方面的流程图。图13是解说示例性空中无人机或UAV的各种组件的框图。图14解说了可被用于与前述示例性空中无人机或UAV中的任一者进行通信的各种电子设备。图15是解说空中无人机或其他UAV内的示例性不对称N型TEG的组件的示意图。图16是解说空中无人机或其他UAV内的示例性不对称P型TEG的组件的示意图。图17是用于评估各种处理器芯片功率配置的温度TEG分布的示例性空中无人机计算机模型的立体视图。图18是具有单个芯片的图17的示例性空中无人机模型的俯视图。图19是图17的示例性空中无人机模型的俯视图，其示出该无人机的TEG的金属顶面或金属外表面的温度分布(即T冷)。图20是图17的示例性空中无人机模型的俯视图，其示出该无人机的TEG的金属底面或金属内表面的温度分布(即T热)。图21是具有两个芯片的图17的示例性空中无人机模型的俯视图。图22是图17的示例性空中无人机模型的俯视图，其示出该无人机的TEG的金属顶面或金属外表面的温度分布(即T冷)。图23是图17的示例性空中无人机模型的俯视图，其示出该无人机的TEG的金属底面或金属内表面的温度分布(即T热)。详细描述在以下描述中，给出了具体细节以提供对本公开的各个方面的透彻理解。然而，本领域普通技术人员应当理解，没有这些具体细节也可以实践这些方面。例如，电路可能用框图示出以避免使这些方面湮没在不必要的细节中。在其他实例中，公知的电路、结构和技术可能不被详细示出以免湮没本公开的这些方面。概览一些特征涉及具有固态能量收集系统或装置的空中无人机。在一些实现中，空中无人机具有一个或多个旋翼、用于控制该(诸)旋翼的处理器、以及电源。能量收集系统被配置成将在空中无人机内产生的热量转换为电能，以藉此收集或捕获原本可能会损失的热量并且然后将该热量转换为电能以返回给电源。简言之，在一些实现中，能量收集系统包括将热量转换为电能的热电发电机(TEG)或其他合适的固态设备或组件。TEG是一种固态设备，其用于通过例如使用内部热偶元件(诸如P型和N型元件)、经由塞贝克(Seebeck)效应来将热量直接转换为电能。与没有能量收集的情况下相当的飞行时间相比，通过收集原本会作为热量损失掉的能量，通常可以将空中无人机的总飞行时间延长5％或10％或更多。在一些示例中，TEG形成无人机的外壳或壳体的全部或一部分，以帮助保护无人机的电子组件免受灰尘、湿气等的影响。即，提供了一种“混合外壳”，其服务能量收集和设备保护的双重目的。在一些示例中，TEG的内表面的一部分被耦合(或安装)到无人机的主处理器，以直接从该处理器接收热能。TEG的外表面覆盖了无人机的主外壳的全部或一部分，尤其是暴露于来自各旋翼的气流的顶部。TEG将来自处理器的热量转换为电能，以返回给机载电池(或其他功率单元)。通过将TEG的外表面放置或安置在无人机的气流区域中，TEG可以受益于更大的热梯度(ΔT)(与将TEG完全放置在无人机壳体内的情况下相比)。就此而言，TEG的相对的“热”表面和“冷”表面之间的ΔT越大，可经由热电塞贝克效应收集的电能的量越大。更具体地，使用TEG从塞贝克效应获得的发电效率由TEG所热发电的功率与输入热量之比来确定。最大效率可以用下式表示：...

【技术保护点】
1.一种空中无人机，包括：/n处理器，其被配置成控制所述空中无人机；/n电源，其被配置成向所述处理器供电；以及/n能量收集设备，其被配置成将所述处理器所产生的热量转换为电力以返回给所述电源。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170829 US 15/689,9941.一种空中无人机，包括：
处理器，其被配置成控制所述空中无人机；
电源，其被配置成向所述处理器供电；以及
能量收集设备，其被配置成将所述处理器所产生的热量转换为电力以返回给所述电源。


2.如权利要求1所述的空中无人机，其特征在于，所述能量收集设备是固态热电发电机(TEG)。


3.如权利要求2所述的空中无人机，其特征在于，进一步包括：耦合到所述TEG的散热组件。


4.如权利要求2所述的空中无人机，其特征在于，所述TEG的一部分耦合到所述处理器。


5.如权利要求2所述的空中无人机，其特征在于，所述空中无人机包括包含所述处理器的壳体，并且其中所述TEG的至少一部分耦合到所述壳体。


6.如权利要求5所述的空中无人机，其特征在于，所述TEG形成所述壳体的至少一部分。


7.如权利要求5所述的空中无人机，其特征在于，所述TEG的至少一部分被配置成保护装设在所述壳体内的内部组件。


8.如权利要求5所述的空中无人机，其特征在于，所述TEG的至少一部分被定位在所述壳体外部的气流区中。


9.如权利要求5所述的空中无人机，其特征在于，所述空中无人机包括一个或多个旋翼，并且其中所述TEG的至少一部分被定位在接收来自所述一个或多个旋翼的气流的气流区中。


10.如权利要求2所述的空中无人机，其特征在于，所述TEG包括由仅N型元件或仅P型元件形成的不对称TEG。


11.如权利要求2所述的空中无人机，其特征在于，所述TEG包括由交替的N型元件和P型元件形成的对称TEG。


12.如权利要求1所述的空中无人机，其特征在于，进一步包括机载电子系统，所述机载电子系统包括视频设备、相机设备、导航设备和/或无线通信设备，并且其中所述处理器被配置成控制所述电子系统。


13.一种用于与空中无人机联用的装备，包括：
用于控制所述空中无人机的控制装置；
用于向所述控制装置供电的供电装置；以及
用于将所述控制装置所产生的热量转换为电力以返回给所述供电装置的热量转换装置。


14.如权利要求13所述的装备，其特征在于，所述热量转换装置包括用于使用固态组件来将热量转换为电力的装置。


15.如权利要求14所述的装备，其特征在于，进一步包括：耦合到所述热量转换装置的用于散热的散热装置。


16.如权利要求14所述的装备，其特征在于，所述热量转换装置耦合到所述控制装置。


17.如权利要求14所述的装备，其特征在于，所述空中无人机包括包含所述控制装置的壳体，并且其中所述热量转换装置的至少一部分耦合到所述壳体。


18.如权利要求17所述的装备，其特征在于，所述热量转换装置形成所述壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·王，J·L·罗萨莱斯，V·A·齐里克，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US