CN108767908A - 一种系留无人机供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种系留无人机供电系统，其包括：地面供电端、系留线缆以及无人机端；地面供电端用于产生高压交流电；系留电缆用于将地面供电端的高压交流电传输给无人机端；无人机端用于将系统电缆传输来的高压交流电转换为低压直流电，以为无人机供电。本发明的系留无人机供电系统，采用交流高压输电的方式，可以有效减小系留线缆重量和机载变压模块重量，减少了无人机的能耗，节能环保。

Description

一种系留无人机供电系统

技术领域

本发明涉及系留飞行器技术领域，特别涉及一种系留无人机供电系统。

背景技术

系留无人机搭载通信设备是一种新兴通信手段，将系留无人机作为通信平台，具有快速部署、轻便灵活、起降环境要求低等特点，能实现几十公里范围内快速、可靠、廉价的宽带通信，在突发自然灾害、通信基础设施受到破坏、通信环境恶劣等条件下，其应急通信能力优势明显。

无人机的功耗较高，载重能力有限，给系留无人机供电的线缆重量需要通过无人机本身承担一部分，另外在高空中出现侧风时，线缆会产生很大的拉力，进一步加重无人机的负担。虽然系留无人机通过地面供电可以实现24小时不间断巡航，但是额外的载重负担会提高无人机的能耗，不利于节能环保。

经检索，为了解决上述问题之一，申请号：201721307452.X，中国实用新型专利：飞行器智能供电系统，其中包括一端给负重飞行器充电的柔性或刚性电源电缆、用于托举柔性或刚性电源电缆的托举无人机、以及用于托举柔性或刚性电源电缆另一端的尾部充电无人机；尾部充电无人机将柔性或刚性电源电缆的另一端与地面电源/电网电连接。这种系统虽然能通过尾部充电无人机来分担电缆重量，但是使得整个飞行器供电过程和操作复杂，无法在实际中推广应用。

检索中进一步发现，申请号：201611162336.3，中国发明专利：一种车载无人机系留通信侦察系统，其包括：电源变换模块用于将地面供电系统的高压直流电转换为旋翼飞行器、通信模块以及其他载荷所需的低压直流电；光电复合系缆，用于传输电力以及进行信息传输；系缆收放装置，用于根据飞行器高度实时调整光电复合系缆的展开长度；地面供电系统用于将地面电源转换为适合光电复合系缆传输的电源形式，为飞行器及任务载荷提供电能；控制系统，用于对旋翼无人飞行器的姿态进行监控；通信系统，用于为旋翼无人飞行器所搭载的任务载荷与地面设备之间提供通信接口；通信模块，用于与通信系统之间进行通信，以及作为地面设备的通信中继，进行无线信息的发送。该发明使用高压直流供电，在无人端使用DC/DC模块降压，DC/DC模块的复杂度和重量会更高。

因此，急需提供一种能够减轻系留无人机载重的供电系统。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种系留无人机供电系统，采用交流高压输电的方式，可以有效减小系留线缆重量和机载变压模块重量，减少了无人机的能耗，节能环保。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种系留无人机供电系统，其包括：地面供电端、系留线缆以及无人机端；其中，

所述地面供电端用于产生高压交流电；

所述系留电缆用于将所述地面供电端的高压交流电传输给所述无人机端；

所述无人机端用于将所述系统电缆传输来的高压交流电转换为低压直流电，以为无人机供电。

现有技术输送的是直流电，转化交流电一部分技术是在无人机端完成，另一部分技术是在地面端完成。直流变交流的目的在于使电压可控，保证无人机供电稳定。输送直流电技术的缺陷在于：如果输送的是低压直流电，可以让无人机端直接使用，那么由于无人机功耗高，系留线缆中电流大，就必须采用粗线缆，线缆过重会加大无人机载重负担；如果输送的是高压直流电，线缆重量会减轻，但是无人机端对直流电降压所需的模块重量会更大，或者是需要复杂的技术。而本发明输送的是高压交流电，交流电降压是目前非常成熟的技术，模块重量也很轻，这样线缆的重量可以减轻，同时无人机端对交流电降压可以使用更轻的模块和更成熟的技术。

较佳地，所述地面供电端包括：开关电路以及升压模块；

所述开关电路用于将直流输入转换为交流电；

所述升压模块用于将所述开关电路转换的交流电转换为高压交流电。

较佳地，所述无人机端包括：降压模块以及整流电路；

所述降压模块用于将所述系统电缆传输来的高压交流电转换为低压交流电；

所述整流电路用于将所述降压模块转换的低压交流电转换为低压直流电。

较佳地，所述无人机端还包括：电压传感器；所述地面供电端还包括：控制电路；

所述电压传感器用于将所述整流电路输出端的低压直流电的电压通过所述系留电缆中的信号线实时传输给所述控制电路；

所述控制电路用于根据所述低压直流电的电压控制PWM信号的占空比来改变所述开关电路的交流电电压，进而改变所述升压模块输出的高压交流电的电压，以改变所述整流电路输出的低压直流电的电压。

较佳地，所述无人机端还包括：滤波电路；

所述滤波电路用于对所述整流电路转换的低压直流电进行滤波。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

(1)本发明的系留无人机供电系统，将地面供电端输出先转化为高压交流电，通过系留线缆将高压交流电传输到上空的无人机，无人机上搭载降压和整流模块，接收传入的高压交流电，转化为低压直流电为无人机供电，采用交流高压输电的方式可以有效减小系留线缆重量和机载变压模块重量，减少了无人机的能耗，节能环保；

(2)本发明的系留无人机供电系统，无人机上还搭载有电压传感器，将输出端电压实时反馈到地面供电端，地面供电端可以实时调整输出的交流电压使得输出端电压稳定。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1为本发明的一实施例的系留无人机供电系统的结构示意图；

图2为本发明的较佳实施例的系留无人机供电系统的结构示意图；

图3为本发明的另一较佳实施例的系留无人机供电系统的结构示意图；

图4为本发明的较佳实施例的系留无人机供电系统的电路原理图；

图5为本发明的较佳实施例的系留无人机供电系统的开关电路的电路原理图。

标号说明：1-地面供电端，2-系留线缆，3-无人机端；

11-开关电路，12-升压模块，13-控制电路；

31-降压模块，32-整流电路，33-电压传感器，34-滤波电路。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

结合图1，对本发明的系留无人机供电系统的实施例进行详细描述，如图1所示，其包括：地面供电端1、系留线缆2以及无人机端3。地面供电端1的输出端连接系留线缆2的一端，系留线缆2的另一端连接无人机端3；其中，地面供电端1用于产生高压交流电；系留电缆2用于将地面供电端1的高压交流电传输给无人机端3；无人机端3用于将系统电缆2传输来的高压交流电转换为低压直流电，以为无人机供电。

较佳实施例中，地面供电端1包括：开关电路11以及升压模块12；开关电路11用于将直流输入转换为交流电；升压模块12用于将开关电路11转换的交流电转换为高压交流电。无人机端3包括：降压模块31、整流电路32以及滤波电路34；降压模块31用于将系统电缆2传输来的高压交流电转换为低压交流电；整流电路32用于将降压模块31转换的低压交流电转换为低压直流电；滤波电路34用于对整流电路32转换的低压直流电进行滤波。其结构示意图如图2所示。

较佳实施例中，无人机端3还可以包括：电压传感器33；地面供电端还包括：控制电路13；电压传感器33用于将整流电路32端输出的低压直流电的电压实时传输给控制电路13；控制电路13用于根据低压直流电电压控制PWM信号的占空比来改变开关电路11的交流电电压进而改变升压模块12输出的高压交流电的电压，进而改变整流电路32输出的低压直流电的电压。其结构示意图如图3所示。

如图4所示为一较佳实施例的系留无人机供电系统的电路原理图，开关电路可以使用全桥开关电路或半桥开关电路，经过开关电路转换的交流电优选地为高频交流电，比如1MHz。

如图5给出了一种全桥开关电路的电路原理图，引脚1、2、3、4接控制电路，控制电路产生PWM信号，通过改变PWM信号的占空比，可以改变输出的交流电压AC。开关电路工作时，V1和V2为第一组三极管，V3和V4为第二组三极管。第一组三极管和第二组三极管交替导通实现直流变交流的目的。VD1～VD4起保护作用。引脚1、2接同一路控制信号，引脚3、4接另一路控制信号。升压模块和降压模块优选传统的磁芯绕组变压器。系留线缆优选工业级甚至军工级线缆，内部包含一组电源线和一组信号线。由于本发明采用高压交流输电，可以显著减小系留线缆的体积和重量，为保证线缆机械强度，最好采用材质好的工业级或军工级线缆。电源线用于输电，信号线用于反馈电压传感器的回传信号。整流电路可以使用全波整流电路或桥式整流电路，图4中的滤波电路为本领域基础的典型滤波电路示意图，也可以使用其它类型的滤波电路。电压传感器优选有线传感器，能够保证可靠性和实时性，也可以使用无线传输。

通常情况下系留无人机的地面载具为车辆，较佳实施例中，地面供电端的输入电压优选车辆上的直流输出电压。当使用交流发电机或者直接使用市电供电时，输入电压为交流，此时需要在输入电压和开关电路之间额外增加一个整流电路和滤波电路，先将输入电压转换为直流电压，再输入到开关电路。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (5)

1.一种系留无人机供电系统，其特征在于，包括：地面供电端、系留线缆以及无人机端；其中，

所述地面供电端用于产生高压交流电；

所述系留电缆用于将所述地面供电端的高压交流电传输给所述无人机端；

所述无人机端用于将所述系留电缆传输来的高压交流电转换为低压直流电，以为无人机供电。

2.根据权利要求1所述的系留无人机供电系统，其特征在于，所述地面供电端包括：开关电路以及升压模块；

所述开关电路用于将直流输入转换为交流电；

所述升压模块用于将所述开关电路转换的交流电转换为高压交流电。

3.根据权利要求2所述的系留无人机供电系统，其特征在于，所述无人机端包括：降压模块以及整流电路；

所述降压模块用于将所述系留电缆传输来的高压交流电转换为低压交流电；

所述整流电路用于将所述降压模块转换的低压交流电转换为低压直流电。

4.根据权利要求3所述的系留无人机供电系统，其特征在于，所述无人机端还包括：电压传感器；所述地面供电端还包括：控制电路；

所述电压传感器用于将所述整流电路输出端的低压直流电的电压实时传输给所述控制电路；

所述控制电路用于根据所述低压直流电的电压控制PWM信号的占空比来改变所述开关电路的交流电电压，进而改变所述升压模块输出的高压交流电的电压，以改变所述整流电路输出的低压直流电的电压。

5.根据权利要求3或4所述的系留无人机供电系统，其特征在于，所述无人机端还包括：滤波电路；

所述滤波电路用于对所述整流电路转换的低压直流电进行滤波。