DE102017209279A1

DE102017209279A1 - Drohne

Info

Publication number: DE102017209279A1
Application number: DE102017209279.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Heiss; Horst Hörtner; Christopher Lindinger; Wolfgang Narzt; Christian Diskus; Roland Haring
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2018-12-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebene Drohne, mit einem Akkumulator sowie einer Lade- und einer Landevorrichtung, wobei die Kufen der Landevorrichtung von zwei V-förmig angeordneten Luftspulen (2) gebildet werden, die elektrisch mit der Ladevorrichtung in der Weise verbunden sind, dass eine, durch ein magnetisches Wechselfeld einer spannungsführenden Leitung in den Luftspulen (2) induzierte Spannung zur Aufladung des Akkumulators genutzt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drohne.
Elektrische Freileitungen, deren spannungsführende Leiter im Freien durch die Luft geführt und meist auch nur durch die umgebende Luft voneinander und vom Erdboden isoliert werden, werden beispielsweise als Hoch- und Mittelspannungs- sowie Bahnfahrleitungen eingesetzt.
Zur Vermeidung von Kurzschlüssen oder Leitungsunterbrechungen und ggf. daraus folgenden Stromunfällen müssen Freileitungen bestimmte Mindestabstände vom Erdboden, von Gebäuden, aber auch von der umgebenden Vegetation einhalten.
Um dies zu gewährleisten sind regelmäßige Inspektionen dieser Leitungen vorgeschrieben.
Aufgrund ihrer Abmessungen von vielen Kilometern Länge und einer Höhe von etwa 60 Metern ist die Überwachung dieser Freileitungen eine Aufgabe, die üblicherweise mittels Hubschraubern durchgeführt wird.
Durch den Einsatz unbemannter Flugobjekte, sogenannter Drohnen, können die Kosten der Befliegung erheblich gesenkt und damit die Frequenz der Überwachungsflüge gesteigert und die Qualität der Überwachung erhöht werden.
Dabei wird das betreffende Gelände in hindernisfreier Höhe überflogen und beispielsweise fotografiert oder mittels LiDAR gescannt.
Neben Aufnahmen im sichtbaren Bereich des Lichtes sind auch Aufnahmen im nahen Infrarotbereich oder mit thermischem Infrarot für bestimmte Anwendungsfälle vorteilhaft. So eignet sich nahes Infrarot mit einer Wellenlänge von 780 nm bis 3 µm (Spektralbereiche IR-A und IR-B) besonders gut zur Detektion von Vegetation, da im nahen Infrarotbereich Chlorophyll eine um etwa den Faktor 6 höhere Reflektivität als im sichtbaren Spektrum aufweist. Zur Erkennung von Vegetation kann dieser Effekt ausgenutzt werden, indem eine Aufnahme im vorzugsweise roten Spektrum des sichtbaren Bereichs, und eine weitere Aufnahme im nahen Infrarot gemacht wird. Nutzobjekte haben sowohl im sichtbaren als auch im nahen infraroten Bereich eine ungefähr gleiche Reflektivität, während Chlorophyll-haltige Vegetation im nahen Infrarot einen deutlich höheren Reflexionsgrad besitzt. Somit können z. B. auch grüne Nutzobjekte von ebenso grüner Vegetation unterschieden werden.
Die Inspektion von elektrischen Leitungen mittels Drohnen ist vergleichsweise kostengünstig, allerdings haben aktuell am Markt befindliche Drohnen nur eine Flugdauer von ca. 20-30 Minuten, womit ihre Einsatzmöglichkeiten erheblich eingeschränkt sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Einsatzmöglichkeit von Drohnen zu erweitern.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit einer Drohne gemäß Anspruch 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine beispielhafte Ausführungsform ist in 1 dargestellt.
Die beispielhafte Drohne gemäß 1, ein sogenannter Hexacopter umfasst sechs Rotoren 3 die von einem elektrisch leitfähigen Schutzgitter 1 umgeben sind. Damit ist einerseits ein mechanischer Schutz der Rotoren bzw. der Umgebung vor den Rotoren gegeben, andererseits bewirkt das Schutzgitter als Faradayscher Käfig auch eine elektrische Abschirmung der Rotoren und verhindert damit Beschädigung der Rotoren und anderer scharfkantiger Teile durch Feldstärken-Überhöhungen (z.B. Korona Entladungen).
Das Schutzgitter ist so ausgeführt, dass lediglich das quasistationäre 50Hz elektrische Feld abgeschirmt wird, aber hochfrequente Funk- oder GPS-Signale passieren können.
Erfindungsgemäß weist die Drohne weiterhin eine Landevorrichtung auf, deren Kufen von zwei V-förmig angeordneten Luftspulen 2 gebildet werden. Damit kann die Drohne auf einer Hochspannungsleitung aufsetzen, wobei die Luftspulen 2 die Leitung seitlich umfassen. Durch das magnetische Wechselfeld der Hochspannungsleitung wird dann in den Luftspulen eine Spannung induziert, die zur Aufladung des Akkumulators genutzt werden kann, mit anderen Worten, die Energie des vorhandenen elektrischen Feldes der Leitung wird im Sinne eines sogenannten Energy Harvestings zur Aufladung der Akkumulatoren der Drohne genutzt.
Denkbar wäre es dabei auch, dass die Drohne nicht vollständig auf der Leitung aufsetzt, sondern schwebend über derselben verharrt.
Die Luftspulen 2 sind in zweckmäßiger Weise so ausgeführt, dass sie nicht nur eine, sondern viele (z.B. mehrere Hundert) Windungen haben.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Drohne so ausgestaltet ist, dass im Ruhezustand nach dem Landen auf dem Leitungsseil der Schwerpunkt unterhalb des Seiles liegt oder durch andere Vorrichtungen wie z.B. einer mechanischen Verriegelung sich die Drohne ohne Energieaufwand in dieser Position halten kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Drohne besteht darin, dass während des Landeanfluges auf die Hochspannungsleitung zusätzlich zu den eigentlichen Navigationseinrichtungen der Drohne die in den Luftspulen (2) induzierte Spannung als Navigationsunterstützung verwendet wird, beispielsweise durch Navigation in Richtung der maximal induzierten Spannung (Gradientenmethode), also der Maximierung der Summe aus den induzierten Spannungen aus der linken und der rechten Luftspule 2.
Die Luftspulen 2 müssen eine möglichst große Ausdehnung haben, um genug Energie ableiten zu können um akzeptable Ladezeiten erreichen zu können. Dieser Nachteil der großen Luftspulen 2 wird erfindungsgemäß zum Vorteil genutzt, da man dadurch im selben Stück einen mechanischen Landetrichter und eine Nah-Feld-Sensor für die Landenavigation erhält.
Somit wird es möglich, dass man nicht auf extra zu installierenden Ladeeinrichtungen (Installationsaufwand, Wartungsaufwand, Kosten) entlang der Hochspannungstrassen, sondern an jeder beliebigen Stelle entlang des Hochspannungseiles laden kann.
Die erfindungsgemäßen Drohnen können autonom und unabhängig von Ladestationen elektrische Leitungen nahezu unbegrenzt abfliegen. Die Flugbahn der Drohnen wird entweder durch zur Verfügung gestellte GPS-Koordinaten (GPS: Global Positioning System), der Messung des elektrischen Feldes oder durch die Verarbeitung der Kamerabilder, beispielsweise mittels einer Infrarotkamera, ermöglicht. Die integrierte hochauflösende Kamera filmt die Vegetation, Leitungsabschnitte usw. und überträgt die Daten, welche dem Betreiber als detaillierte Schadens- und Datenanalysen mit individuellen Handlungsempfehlungen zur Verfügung gestellt.
Zusätzlich können digitale Kartensätze erstellt werden, die eine schnelle und eindeutige Lokalisierung der Schadensstellen ermöglichen. Auch können damit die genauen GPS-Koordinaten der Leitungsabschnitte gespeichert und zur Weiterverarbeitung für beispielsweise einen Soll-IstVergleich einer Zentrale übermittelt werden. Die Drohne kann auf Grund von Wetterprognosen entsprechende Flugbahnen oder Verankerungen proaktiv umsetzen.
Das bevorzugte Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Drohne ist die Überwachung elektrischer Leitungen, es ist aber auch denkbar, den Einsatz der Drohne auf Gebiete im Nahbereich von Leitungen auszudehnen und die Leitungen lediglich zur Aufladung des Akkumulators zu nutzen.

Claims

Elektrisch angetriebene Drohne, mit einem Akkumulator einer Lade- und einer Landevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kufen der Landevorrichtung von zwei V-förmig angeordneten Luftspulen (2) gebildet werden, die elektrisch mit der Ladevorrichtung in der Weise verbunden sind, dass eine, durch ein magnetisches Wechselfeld einer spannungsführenden Leitung in den Luftspulen (2) induzierte Spannung zur Aufladung des Akkumulators genutzt werden kann.
Drohne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Luftspule (2) mehrere Windungen aufweist.
Drohne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch leitfähiges Schutzgitter (1) vorgesehen ist, welches zumindest die Rotoren der Drohne umschließt.
Drohne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgitter (1) so ausgeführt ist, dass lediglich das quasistationäre 50Hz elektrische Feld abgeschirmt wird, aber hochfrequente Funk- oder GPS-Signale passieren können.
Drohne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Aufbau der Drohne in der Weise gestaltet ist, dass im Ruhezustand nach dem Landen auf dem Leitungsseil der Schwerpunkt der Drohne unterhalb des Seiles liegt.
Verfahren zur Steuerung einer Drohne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des Landeanfluges auf die Hochspannungsleitung zusätzlich zu den eigentlichen Navigationseinrichtungen der Drohne die in den Luftspulen (2) induzierte Spannung als Navigationsunterstützung verwendet wird.