为航空器远程供电的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于为航空器(20)远程供电的系统(1)，其包括一个或多个配备有发射高频毫米波(4)的发射天线(11)的供电站(10)。所述系统(1)包括由航空器(20)承载的接收天线(21)，该接收天线接收所述毫米波(4)并将它们转换成为所述航空器(20)的动力装置供电的电流。所述系统(1)还包括用于相对于所述发射天线(11)定位所述航空器(20)的装置和用于根据发射天线(11)和接收天线(21)中一个的位置移动所述发射天线(11)或接收天线(21)的移动装置。这样，只要接收天线(21)正在接收发射天线(11)发射的毫米波(4)，航空器(20)就可以在由外部电能源即供电站(10)供电的同时飞行，而没有时间和距离的限制。有时间和距离的限制。有时间和距离的限制。

【技术实现步骤摘要】
为航空器远程供电的系统和方法


[0001]本专利技术涉及为交通工具、特别是为电动航空器供电的领域。
[0002]本专利技术涉及用于为航空器远程供电的系统和方法。

技术介绍

[0003]航空器可包括一个或多个旋翼，该一个或多个旋翼构成一个或多个旋转机翼并为航空器提供至少部分升力和/或推进力。这样的航空器还具有用于使航空器的每个旋翼旋转并为航空器提供推进力的动力装置。
[0004]此外，航空器可以包括机载或远程人类飞行员，或者实际上包括自动驾驶系统。无人驾驶的航空器通常被称为“无人机”。因此，例如，无人驾驶的航空器可以被远程驾驶或者可以自主地行进预定路线。
[0005]在城镇内或附近并因此在可能具有高人口密度的地区上空通过航空器进行的旅行可以以环境友好的方式进行，即通过限制污染和噪音的排放。这样，电动甚至混合动力的动力装置对于这样的应用是有利的。
[0006]用于航空器的纯电动的动力装置可包括一个或多个电动马达以及用于为每个电动马达供电的一个或多个电能源。例如，电能源可以包括诸如电池或超级电容器之类的可再充电的电能储存装置。电能源还可以包括发电机。这样的发电机可以具有消耗例如氢气以产生电能的燃料电池，要么可以在所谓的“混合动力的”动力装置的情况下由热机启动。
[0007]然而，与化石能源相比，某些电能源、特别是诸如电池或燃料电池的储存装置具有较低的能量密度。因此，具有电动马达的航空器的电能源的质量相当大，并且趋于限制该航空器的自主性和/或可运输的有效载荷，甚至在适当的情况下限制乘客的数量。
[0008]因此，尽管城市、城市周边甚至城市间的旅程通常持续时间较短，但这样的旅程所需的电能源可能使航空器的运行成本高昂。
[0009]然而，存在用于在没有有线连接的情况下为装置供电或为可再充电电能储存装置充电的方案。例如，电磁感应系统允许以这种方式在两个装置之间传递能量。
[0010]已知的电磁感应系统用于在彼此非常靠近的两个装置之间传递电能，例如为移动电话或电动牙刷充电。
[0011]在文献US7714536、WO95/11828、US6919847、FR2623469和US3434678中描述了能够在较远距离用于向飞行中的航空器供电的电磁感应系统。
[0012]文献US7714536公开了用于在架空电力线与无人机之间传递电能以便为无人机的电池充电的方法和系统。感应充电装置利用架空电力线发射的电磁场产生充电电流。传感器可用于检测架空电力线的存在。
[0013]文献WO95/11828、US6919847、FR2623469和US3434678描述了航空器接收来自地面站甚至飞行中的频率在30到145千兆赫(30到145GHz)之间的毫米波(也称为“微波”)传送的能量。该航空器包括用于接收毫米波并将其转换成电流以为动力装置供电的整流天线。
[0014]文献US3434678更确切地描述了一种用于接收高频电磁波(即毫米波)并将它们转
换成电流的整流天线。该整流天线包括多个半导体整流器装置，即二极管桥阵列。该二极管电桥阵列可以组装在优选可透过电磁能的柔性材料上。
[0015]文献WO95/11828和WO95/12237描述了一种用于在高空飞行数月的远程无人驾驶的航空器。航空器跟踪信号提供其位置，以将地面站发射的毫米波波束聚焦到布置在航空器的下面部上的大型整流天线的中心处。电能储存电池用于为飞行控制系统供电。在毫米波波束丢失的情况下，还使用电池为马达供电。由金属外壳形成的保护系统保护计算机和飞行控制系统免受毫米波的影响。
[0016]地面站使用航空器跟踪系统将能量束聚焦到航空器整流天线上。航空器在靠近地面站的发射天线的范围内飞行，并在以发射天线为中心的8字形中移动。发射天线的一部分可以移动以将波束聚焦到航空器整流天线上。航空器还可以包括用于在地面站之间、卫星、航空器和/或地面站之间传送信息信号的一个或多个天线。
[0017]文献US6919847公开了用于通过毫米波将能量从布置在地面上或飞行中的第一系统传递到悬挂在高空处的平台的方法和系统。悬挂平台可以通过配备平台的转发器或通过雷达跟踪来跟踪。
[0018]文献FR2623469描述了一种航空器，它遵循高空圆形轨迹并由产生微波波束的若干天线远程供电。该航空器还包括用于防止毫米波辐射的表面。
[0019]文献US2019/0173324描述了用于通过使用多种频段将其转换成电能的电磁辐射为目标装置(例如机器人、膝上型电脑或诸如无人机的交通工具)远程供电的系统和方法。目标包括用于接收电磁辐射的接收器，该接收器能够枢转以改善对来自电磁辐射的电力的接收。可以根据目标装置相对于发射器的位置和/或目标或接收器的电力特性来调整电磁辐射的形状。
[0020]文献EP2800241描述了包括接收器和可定向的发射器的无线能量传递系统。发射器发射的能量取决于接收器与发射器之间的距离。该无线能量传递系统还可以包括控制接收器的取向的控制机构。接收器可以定位在移动电话、家用电器、电动车辆等上。能量可以通过磁场、电场或实际上是电磁波来传递。
[0021]文献US2010/0079009描述了包括定位装置和发射器的电源，发射器被配置为向接收器传送电力，接收器可以是移动的。定位装置可以从接收器接收与电力请求有关的信号，该电力请求包括诸如电力需求的信息。电源还可以包括被配置为确定是否需要从发射器传送电力的判定单元。可以用电磁能量束(例如，激光束)来传送能量。来自电源的能量束可以用作传送数据的载波，也可以与能量束分开传送数据。发射器还可以通过若干单独的波束同时向若干接收器传送电力。另外，电源可以包括多个发射器，并且判定单元可以指定向接收装置传送电力的发射器，例如最接近的发射器或者能够满足能量需求的发射器。
[0022]文献US2020/0036434描述了一种由气球支撑并由地面站发射的激光或微波射束远程供电的高空平台。该平台包括用于将接收到的射束转换成电能的整流天线。该平台是对地静止的，并包括移动装置以将其保持在适当位置。可以使用若干射束发射器，以使某些射束在诸如航空器或鸟类的物体通过它们时停用，而其他射束则保持对平台的持续供电。该平台包括电池，使得其可以在停止发射射束时为其供电。
[0023]文献US2017/0285627公开了一种位置调整系统，其包括无人驾驶飞行器(unmanned aerial vehicle)，该无人驾驶飞行器设有用于接收电磁辐射的接收器和控制
装置以及包括电磁辐射发射器的地面站，所述电磁辐射发射器被配置为向航空器发射电磁信号。航空器可以是多旋翼航空器、飞艇或其他航空器。地面站可以是移动的，例如行进车辆，或者实际上是水上的。

技术实现思路

[0024]因此，本专利技术的目的是提出一种用于为飞行中的一个或多个航空器远程供电的替代方案。本专利技术涉及用于为航空器远程供电的系统和方法。本专利技术还涉及用于在为航空器远程供电的情况下沿着飞行路径移动航空器的方法。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于为航空器(20)远程供电的系统(1)，所述系统(1)包括：
‑
至少一个供电站(10)，其连接至电能源(12)并设有发射天线(11)，所述发射天线(11)被配置为发射电磁波(4)；以及
‑
被配置为由所述航空器(20)承载的接收天线(21)，所述接收天线(21)被配置为接收所述电磁波(4)并将它们转换成为所述航空器(1)的动力装置(22)供电的电流，所述系统(1)包括被配置为相对于所述发射天线(11)定位所述航空器(20)的定位装置(2)以及用于根据所述发射天线(11)和所述接收天线(21)中一个的位置移动所述发射天线(11)和所述接收天线(21)中另一个的移动装置(3)，其特征在于，所述系统(1)包括限定所述航空器(20)遵循的飞行路径(30)的多个供电站(10)，每个供电站(10)覆盖所述飞行路径(30)的一段(31
‑
36)，所述接收天线(21)总是在每段(31
‑
36)上的至少一个供电站(10)的所述发射天线(11)的场中。2.根据权利要求1所述的系统(1)，其特征在于，所述发射天线包括激光束发生器(13)，所述电磁波(4)由能量激光束形成，并且所述接收天线(21)包括光伏换能器接收器。3.根据权利要求1所述的系统(1)，其特征在于，所述发射天线包括毫米波发生器(14)，所述电磁波(4)由毫米波构成，并且所述接收天线(21)包括至少一个整流天线。4.根据权利要求3所述的系统(1)，其特征在于，所述发射天线(11)包括设有保护装置(17)的抛物面天线(16)，所述保护装置(17)被配置为保护所述发射天线(11)的周围环境免受来自所述电磁波(4)的二次发射的影响。5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个供电站(10)包括用于管理所述发射天线(11)发射的所述电磁波(4)中包含的能量的能量管理装置(18)，所述电磁波(4)中包含的所述能量取决于所述航空器(20)的电能需求以及所述航空器(20)的所述接收天线(21)与所述发射天线(11)之间的距离。6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述接收天线(21)被配置为布置在所述航空器(20)的机身(23)的表面上。7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述定位装置(2)包括布置在所述航空器(20)上的第一卫星定位装置(25)、布置在所述至少一个供电站(10)上的第二卫星定位装置(15)、允许在所述至少一个供电站(10)与所述航空器(20)之间交换信息的通信装置(6、19、29)以及确定所述航空器(20)相对于所述至少一个供电站(10)的相对位置的计算器(5)。8.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述定位装置(2)包括布置在所述航空器(20)上的第一卫星定位装置(25)、允许在所述至少一个供电站(10)与所述航空器(20)之间交换信息的通信装置(6、19、29)以及确定所述航空器(20)相对于所述至少一个供电站(10)的相对位置的计算器(5)，所述至少一个供电站(10)是静止的。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其特征在于，所述定位装置(2)包括布置在所述航空器(20)或所述供电站(21)上并直接确定所述接收天线(21)相对于所述发射天线(11)的相对位置的相对定位装置(7)，所述相对定位装置(7)为光学装置、雷达装置或超声装置或使用所述接收天线(21)接收的能量的量。10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统(1)包括备用定位装置(8)，该备用定位装置被配置为在所述定位装置(2)发生故障的情况下提供所述航空器(20)相对于所述发射天线(11)的相对位置，所述备用定位装置(8)布置在所述航空器(20)或所述供电站(21)上。11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其特征在于，所述移动装置(3)布置在所述至少一个供电站(10)上并且包括用于根据所述航空器(20)的所述接收天线(21)相对于所述发射天线(11)的相对位置来定向所述发射天线(11)的致动器。12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统，其特征在于，所述移动装置(3)被配置为布置在所述航空器(20)上并且包括用于将所述接收天线(21)朝向所述发射天线(11)定向的致动器。13.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其特征在于，所述移动装置(3)被配置为布置在所述航空器(20)上并且包括用于相对于所述发射天线(11)移动所述航空器(20)并因此移动所述接收天线(21)的所述航空器(20)的自动驾驶系统(26)。14.根据权利要求1至13中任一项所述的系统，其特征在于，每个供电站(10)包括用于在所述供电站(10)的所述发射天线(11)不向航空器(20)的接收天线(21)发射电磁波(...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗索瓦格扎维埃，
申请(专利权)人：空客直升机，
类型：发明
国别省市：