CN217805332U - 一种支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及多旋翼系留无人机技术领域，为一种支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构，包括箱体，所述箱体内从上到下依次设有上层舱、中层舱及下层舱；所述上层舱内用于布置电器件模块；所述下层舱内布置有用于将外接市电交流220V转换成为多旋翼系留无人机供电的直流550V的高压供电模块；所述中层舱内设有散热器。该方案能较好的给无人机供电，且高压供电传输效率高损耗低，整体结构紧凑，有利于减少电源体积、降低电源重量、提高能量密度、提高电磁兼容性、提高环境适应性，大大提高了无人机定点作业的续航能力。

Description

一种支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构

技术领域

本实用新型涉及多旋翼系留无人机技术领域，具体涉及一种支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构。

背景技术

目前，随着多旋翼系留无人机在各行各业的广泛应用，对地面电源的供电要求也越来越高，多旋翼系留无人机地面电源设备既有车载使用也有携行使用的要求，在野外，多旋翼系留无人机在飞行的时候，螺旋桨高速旋转，操作人员与其保持一定安全距离很有必要，电气结构需要考虑电磁屏蔽，防水也是野外使用要考虑的要素，所以地面电源设备体积必须尽量小，重量要轻，功率密度相对要大，能远程操作高压电源的开关，密封性能要好。现在的地面电源一般有以下几点需要改进

1)电源体积较大，功率密度小；

2)电源手动操作开关机，人员与高压电距离太近，存在安全隐患；

3)电源为开放式散热，电磁屏蔽不好，也不能防水，雨天不能在室外使用；

4)电源为单一模式供电，不能满足多种外围设备电压需求；

5)电源没有防雷击功能。

考虑以上情况，需要设计一种能满足车载及户外供系留无人机使用，以及能远距离操控的电源设备。

发明内容

本实用新型提供了一种支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构，解决了以上所述的传统地面电源的体积大、能量密度低、屏蔽性差、不防尘、不防水、不能远程操控、没有避雷措施技术问题。

本实用新型为解决上述技术问题提供了一种支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构，包括箱体，所述箱体内从上到下依次设有上层舱、中层舱及下层舱；

所述上层舱内用于布置电器件模块；

所述下层舱内布置有用于将外接市电交流220V转换成为多旋翼系留无人机供电的直流550V的高压供电模块；

所述中层舱内设有散热器。

优选地，所述中层舱内设有至少一个金属管，所述下层舱内的高压供电模块与所述上层舱内的电器件模块之间利用导线穿过金属管进行电连接。

优选地，所述箱体的顶部设有上盖，所述上盖与所述箱体采用凸凹槽配合，并通过电胶条密封。

优选地，所述箱体的前侧及后侧分别设有前面板和后面板，所述前面板上设有进风槽阵列，所述后面板的内侧设有多个风扇，所述进风槽阵列位于所述中层舱的前端，所述风扇位于所述中层舱的后端。

优选地，所述散热器上设有竖向镂空槽阵列，所述竖向镂空槽阵列与所述进风槽阵列对接。

优选地，所述散热器与所述竖向镂空槽阵列对接。

优选地，所述风扇上设有风罩。

优选地，所述散热器的上下面设有多个发热器件固定孔。

有益效果：本实用新型提供了一种支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构，包括箱体，所述箱体内从上到下依次设有上层舱、中层舱及下层舱；所述上层舱内用于布置电器件模块；所述下层舱内布置有用于将外接市电交流220V转换成为多旋翼系留无人机供电的直流550V的高压供电模块；所述中层舱内设有散热器。该方案能较好的给无人机供电，且高压供电传输效率高损耗低，整体结构紧凑，有利于减少电源体积、降低电源重量、提高能量密度、提高电磁兼容性、提高环境适应性，大大提高了无人机定点作业的续航能力。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型提供的一种支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构的立体图；

图2为图1去除上盖后的结构内部上层舱的结构图；

图3为图1去除底盖后的结构内部下层舱的结构图；

图4为图1的后视图；

图5为图1的横向剖视图；

图6为图1的纵向剖视图；

图7为本实用新型提供的一种支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构的散热器的立体图；

图8为本实用新型提供的一种支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构的避雷滤波模块电路设计原理图；

图9为本实用新型提供的一种支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构的功能模块图。

附图标记说明：

箱体1，上层舱2，下层舱3，中层舱4，避雷滤波模块5，高压供电模块6，竖向镂空槽阵列7，上盖8，前面板9，后面板10，进风槽阵列11，风扇12，金属管13，外接市电输入接口14，综合输出接口15，接地接口16。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1-图9所示，本实用新型提供了一种支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构，包括箱体1，所述箱体1内从上到下依次设有上层舱2、中层舱4及下层舱3；

所述上层舱2内布置电器件模块；

所述下层舱3内布置有用于将外接市电交流220V转换成为多旋翼系留无人机供电的直流550V的高压供电模块6；将普通市电转换成直流高压电传输，大大降低了系留电缆的重量，为无人机平台提供了更大的载重能力。通过地面电源供电，系留无人机可实现长时间稳定工作。

所述中层舱4内设有散热器。通过散热器将上层舱2与下层舱3内的热量吸收，然后通过从散热器内的散热通道散出去，实现散热效果。电源器件安装散热面较普通机箱提高了一倍，功率密度提高了一倍。电源整机功率密度为182kW/m3。各模块可以进行互换，利于局部维修。

本结构外形尺寸为400mm(宽)×380mm(深)×132mm(高)可安装在19英寸机架上使用，也可直接放置于室外使用，结构设计采用上中下三层，上下两层布置功率器件，中间层是一条前后导通的独立风道即散热器，用于通风散热。上下层与中间层完全隔离，箱体1与盖之间用凸凹槽、直角槽配合以及导电胶条密封的设计方式，既满足电磁屏蔽要求，又起到防水效果。其中，中层舱4为上下底板散热的散热器，同时给上下两层舱散热。下层舱3为部分高压供电模块，上下两层舱通过两个Φ10金属管13连通，作为电路连接通道。金属管13和上下层之间采用焊接密封处理，箱体1后端设计有矩形连接器。

整机输出功率大于5500W,重量约19kg。地面电源将地面市电转换成高压后，大大降低传输电缆的重量，旋翼系留无人机可以带线飞行100-200米的高度，实现高空作业，有了地面电源的电力传输，无人机结构可长时间高空悬停工作。本设备还具有滤波、过压、欠压、过流、避雷保护功能，可保障无人机在复杂电源环境下的安全飞行。

地面电源为上中下三层结构，上下两层为电子器件安装空间，中间层为双面散热空间，提高器件散热安装面。避雷及滤波模块为电源输入输出端口提供感应雷保护及电磁兼容传导防护，功能控制模块实现电源工作状态管控功能，光通信控制模块实现基于远程的电源工作状态管控，24V供电转换模块实现飞控结构控制设备的安全供电，高压供电模块6实现将交流220V装换成直流550V为多旋翼系留无人机供电功能。24V供电转换模块输出电压为24V，最大电流为16A。高压供电模块6为主供电单元，为多旋翼系留无人机提供高压电能，高压供电模块6输出电压为DC550V，最大电流13A，能满足6000W用电功率的多旋翼系留无人机使用。

该设备能有效解决传统地面电源的体积大、能量密度低、屏蔽性差、不防尘、不防水、不能远程操控、没有避雷措施。有利于减少电源体积、降低电源重量、提高能量密度、提高电磁兼容性、提高环境适应性、提升管理能力。

通过三层的设计，使得电源内电子元器件与外界环境彻底隔开，并通过中层舱4的散热器进行散热效果佳。且位于下层舱3内的高压供电模块6为系留无人机供电，高压供电传输效率高损耗低，提高了无人机的续航，降低了能源损耗。该方案整体结构紧凑，有利于减少电源体积、降低电源重量、提高能量密度、提高电磁兼容性、提高环境适应性，大大提高了无人机定点作业的续航能力。另一方面，通过在地面电源的输入和输出端口均设计了避雷滤波模块5，防止因为外界高压雷电对整个结构的影响，进一步加大了安全性。

如图6所示，其中，地面电源包括且不限于机箱、避雷滤波模块5、功能控制单元、光电转换单元、24V直流转换单元、550V直流转换单元、滤波单元、交流输入模块及综合输出模块，设备内部模块连接框图。

优选的方案，所述中层舱4内设有至少一个金属管13，所述下层舱3内的高压供电模块6与所述上层舱2内的电器件模块之间利用导线穿过金属管13进行电连接。金属管13分布在中层舱4左右两侧，并贯穿到上层舱2和下层舱3，方便走线和维护，且减少对中部区域电子器件的干扰，便于散热。

优选的方案，所述箱体1的顶部设有上盖8，所述上盖8与所述箱体1采用凸凹槽配合，并通过电胶条密封。通过凸凹槽进行初步装配，然后再通过电胶条密封，拆卸方便且有效的防止灰尘进入。

优选的方案，所述箱体1的前侧及后侧分别设有前面板9和后面板10，所述前面板9上设有进风槽阵列11，所述后面板10的内侧设有多个风扇12，所述进风槽阵列11位于所述中层舱4的前端，所述风扇12位于所述中层舱4的后端。在风扇12的抽吸作用下，外界冷空气依次经过进风槽阵列11、散热器、风扇12后将箱体1内的热量排出。其中，风扇12的背面还设有风罩，防止不工作时异物从风扇12背面进入。其中，前面板9和后面板10均与箱体1为一个整体结构不可拆卸。

优选的方案，所述散热器上设有竖向镂空槽阵列7，所述竖向镂空槽阵列7与所述进风槽阵列11对接。装配时，散热器上的竖向镂空槽阵列7刚好与进风槽阵列11一一对应，可以是在前面板9的内表面抵接对齐，还可以是将竖向镂空槽阵列7插入进风槽阵列11后，在前面板9的外表面对齐。

优选的方案，所述散热器的上下面设有多个发热器件固定孔。散热器一般是金属，一方面直接将上层舱2和下层舱3内的发热器件的发热面涂导热硅脂紧贴散热器的上下面安装牢固，热量通过散热器上下面吸收，然后从散热通道散出去；另一方面，上层舱和下层舱的连接导管，可以促进上层舱2和下层舱3内的热空气的循环，金属导管经过可将部分热量从散热通道内散出去。

优选的方案，所述避雷滤波模块5包括避雷组件，所述避雷组件包含串接在所述外接市电输入L线和外接市电输入N线之间的气体放电管和压敏电阻，且两个所述压敏电阻的公共连接点通过所述气体刚电管接地。在后面板10上设有风扇12、外接市电输入接口14、综合输出接口15及接地接口16。外接市电输入接口14用于外接市电输入L线和外接市电输入N线，综合输出接口15用于通过导线给多旋翼系留无人机输出供电，该输出供电一般是550V的高压电，然后再通过无人机端的变压器进行变压后利用即可。其中，气体放电管型号为CG3-1.5L(1.5kV 10kA)，两个压敏电阻的型号为14D681K。

优选的方案，所述避雷滤波模块5还包括滤波组件，所述滤波组件包含电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、电容C3、非晶磁环电感L1、非晶磁环电感L2、电容C4及电容C5；

所述电容C1串联电容C2后再与所述电阻R1、电阻R2、电容C3并联接入所述外接市电输入L线和外接市电输入N线的回路上；

所述电容C4与电容C5并联形成后级保护电路，且所述后级保护电路、串接在所述外接市电输入L线的非晶磁环电感L2、串接在所述外接市电输入N线上的非晶磁环电感L1依次串联。

其中，串联的电容C1和电容C2的型号为4700pF//400V安规Y1瓷片，并联的电阻R1和电阻R2型号为1MΩ/0.5W，电容C3、电容C4和电容C5的型号均为2.2μF/AC275V，非晶磁环电感L1及非晶磁环电感L2的型号均为27*46*20非晶磁环。

进一步的方案，地面电源具有24V电源转换和550V电源转换、电源工作状态管控、过压检测保护、欠压检测保护、过流保护、通信管控等集成功能，以满足不同的需要。

本实用新型实施例还提供了一种无人机，包括无人机本体，其特征在于，还包括支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构，所述地面电源结构输出直流550V后通过导线给所述无人机本体供电。其中所述变压模块用于将所述直流550V降压成所述无人机需要的电压。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本实用新型；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时,凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构，其特征在于，包括箱体，所述箱体内从上到下依次设有上层舱、中层舱及下层舱；

所述上层舱内用于布置电器件模块；

所述下层舱内布置有用于将外接市电交流220V转换成为多旋翼系留无人机供电的直流550V的高压供电模块；

所述中层舱内设有散热器。

2.根据权利要求1所述的支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构，其特征在于，所述中层舱内设有至少一个金属管，所述下层舱内的高压供电模块与所述上层舱内的电器件模块之间利用导线穿过金属管进行电连接。

3.根据权利要求1所述的支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构，其特征在于，所述箱体的顶部设有上盖，所述上盖与所述箱体采用凸凹槽配合，并通过电胶条密封。

4.根据权利要求1所述的支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构，其特征在于，所述箱体的前侧及后侧分别设有前面板和后面板，所述前面板上设有进风槽阵列，所述后面板的内侧设有多个风扇，所述进风槽阵列位于所述中层舱的前端，所述风扇位于所述中层舱的后端。

5.根据权利要求4所述的支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构，其特征在于，所述散热器上设有竖向镂空槽阵列，所述竖向镂空槽阵列与所述进风槽阵列对接。

6.根据权利要求5所述的支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构，其特征在于，所述散热器与所述竖向镂空槽阵列对接。

7.根据权利要求4所述的支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构，其特征在于，所述风扇上设有风罩。

8.根据权利要求1所述的支持多旋翼系留无人机供电的地面电源结构，其特征在于，所述散热器的上下面设有多个发热器件固定孔。

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