EP3625120A1 - Magnetische kompensationsvorrichtung für eine drohne - Google Patents

Magnetische kompensationsvorrichtung für eine drohne

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Publication number
EP3625120A1
EP3625120A1 EP18746588.5A EP18746588A EP3625120A1 EP 3625120 A1 EP3625120 A1 EP 3625120A1 EP 18746588 A EP18746588 A EP 18746588A EP 3625120 A1 EP3625120 A1 EP 3625120A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drone
flux
magnetic
guiding element
compensation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18746588.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörn GRUNDMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3625120A1 publication Critical patent/EP3625120A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01F7/206—Electromagnets for lifting, handling or transporting of magnetic pieces or material
    • H01F2007/208—Electromagnets for lifting, handling or transporting of magnetic pieces or material combined with permanent magnets

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic Kompensa ⁇ tion device for a drone for mine release, wherein the compensation device comprises a flux guiding element and a receiving space for the drone. Furthermore, the invention relates to a method for changing the temporary compensation of the magnetic field of a drone by means of such a device.
  • unmanned drones which are equipped to trigger magnetic ⁇ mines with magnetic coils or with permanent magnets. These coils or permanent magnets create strong magnetic fields that can detonate the sea mines.
  • the drones are designed so that they are not damaged by the detonation at the typical distance for the triggering.
  • Such drones can have their own propulsion system, for example, the German Navy has remote-controlled boats of the "seal" type, which are equipped with a diesel engine.
  • the magnetic system for triggering the mines is integrated in the fuselage of the remotely controlled boats.
  • underwater drones for mine clearance are also known, which either have their own propulsion or can be towed by other (sub) vessels.
  • a disadvantage of the known mine clearance drones with magnetic coils is that they are very heavy and usually also relatively large due to the large weight of the magnetic coils required for the strong magnetic fields.
  • the transport of such drones to different locations is relatively expensive, especially a transport by plane is considerably complicated by the high Ge ⁇ weight.
  • a permanent energy supply is required, which also contributes to the weight.
  • the drive motor also contributes to the high weight and volume.
  • an energy supply for example in the form of fuel for a diesel engine or in the form of electrically stored energy for an electric motor.
  • demining drones with permanent magnets instead of magnetic coils may be comparatively less powerful
  • the object of the invention is therefore to provide a magnetic Kompen ⁇ sationsvorraum for a drone for mine release available, with the magnetic field of such a drone for the transport at least partially compensated who ⁇ can.
  • a compensation device should be designed with the lowest possible weight so as not to contribute too much to the transport weight. You should continue to be as robust and easy to use.
  • Another object is to provide a method for changing the temporary compensation of the magnetic field of a drone with such a device. In other words, either those temporary Kompensa ⁇ tion is to be effected by this process or it should be set aside an existing temporary compensation.
  • the compensation device is designed for magnetic ⁇ -Nazi compensation for a drone to the mine triggering. It comprises at least one flux guiding element of a soft magnetic material having the structure of an open or closed ring. It also comprises a receiving space for the mine clearance drone, in which it can be kept ⁇ ge, and additionally at least one electric coil means which is magnetically coupled to the flux-conducting element, that with the Spulenein ⁇ direction a predetermined magnetic flux in the flux-conducting Element can be coupled.
  • the flux- guiding element and the receiving space are so arranged angeord ⁇ net that a caused by the drone magnetic field in the flux-conducting element can close annular.
  • Under the said recording space for the drone here is not necessarily a closed space to be understood, but in general a place in the area of the compensation device, where the drone can be kept.
  • the drone can be held in this receiving space so that it can be transported together with the compensation device.
  • the first named alternative of an "open ring” is to be understood in general to mean a ring-like shape which has a gap or an open leg, etc. Under such a form, in particular, a U-shape should also be included.
  • a magnetic field in the flux guiding element can close in such a ring shape that the drone's magnetic field is shielded from the outside environment. It can either be introduced into the recording room drone part of the magnetic ring closure within the flux guiding element (variant "open ring”) or else the flow ⁇ leading element surrounds the drone to be introduced ringför mig (variant "closed ring”).
  • the present within the compensation device elec- tric coil means causes the magnetic field of the drone in the compensation device can not only close, but that it can be actively compensated
  • a magnetic flux can be coupled into the flux-conducting element wel ⁇ cher which is opposed there by the drone a coupled magnetic flux.
  • Such magnetic Kompensa ⁇ tion need not be complete, but it may be at least a part of a coupled by the drone may ⁇ netic flux are kom ⁇ compensated within the flux guiding element advantageous.
  • the drone's magnetic field is effectively shielded from the outside by the flux-bearing element, allowing the drone to be transported by the much lower external magnetic field.
  • the drone's magnetic field is effectively shielded from the outside by the flux-bearing element, allowing the drone to be transported by the much lower external magnetic field.
  • by such a shield even a transport with an aircraft can be made possible.
  • the inventive method is used to change the tempo ⁇ rary compensation of the magnetic field of a drone for mine release by means of a compensating device according to the invention.
  • the method comprises the following steps:
  • the compensation device comprises at least one sensor unit, with ⁇ tels of which a physical property can be measured, which depends on the relative position of flux-conducting element and drone.
  • the device may then comprise at least one control device by means of which a fed-in electrical coil current in dependence on the measured size of the physi ⁇ 's property can be controlled.
  • the introduction or removal of the drone in this advantageous embodiment can be carried out with variable supply of a compensation magnetic field by the coil device.
  • the respectively at a given date fed-in current can be set to be that the forces acting between Before ⁇ direction and drone magnetic forces is reduced or even minimized. It is principally unerheb ⁇ Lich over which physical property, the relative Po ⁇ sition is tracked between drone and device. Lent essential is that by measuring the physical property is present in at least a part of information on this relative position, and thus the current in the coil means may be adjusted such that a Relativbewe ⁇ supply is facilitated between drone and apparatus.
  • the flux- guiding element may have the structure of a closed ring which surrounds the receiving space for the drone.
  • An advantage of this embodiment can be, for example, that the device can be made approximately symmetrical and can be adapted as well to the shape of a symmetrical drone.
  • the flow ⁇ leading element having a hollow cylindrical basic shape with circular ⁇ shaped cross-section and thus enclose a circular cylindrical drone look relatively accurate.
  • the flux guiding ele ment ⁇ may have a comparatively low weight, under certain circumstances, since it can be formed with relatively less material when it symmet- the drone encloses driven and narrow.
  • the flux guiding element may also have the structure of an open ring, wherein the receiving space is arranged in the open region of the ring structure.
  • the receiving space can thus be arranged in the region of the open leg of an approximately U-shaped structure.
  • the flux-conducting element can be particularly material-saving and thus very easily performed, since the drone does not have to be surrounded on all sides of the soft magnetic material.
  • Another advantage of this embodiment is that the electric coil for coupling the compensa- tion field can be disposed at a location remote from the drone Be ⁇ rich of the ring.
  • a flux guiding element in the region adjoining the receiving space area the at least at least one collector, but particularly preferably two collectors aufwei ⁇ sen.
  • a collector is meant a structure which facilitates the collection and bundling of the drone-originated magnetic flux in the flux-conducting element.
  • collectors may be designed in the manner of magnetic pole shoes. So you can in the drone area a particularly high contact surface (or magnetic Kirwir ⁇ kungs Construction, if there is no direct mechanical support) respectively.
  • Such "interaction surface” can be substantially larger than the cross section of the flux guiding element in the other lying on the drone further away areas insbeson ⁇ wider.
  • An important advantage of this execution is approximate shape with at least one collector that a size ⁇ rer part of of the drone outgoing magnetic flux is concentrated in the flux guiding element and thus leakage ⁇ flows are reduced in the area of the compensation device.
  • the configuration of the flux guiding element with at least one collector is particularly preferred especially in combination ⁇ hang with the embodiments with an open ring.
  • the sensor unit for measuring the position-dependent physical property can in principle be designed differently.
  • the sensor unit generally comprise a distance sensor.
  • it may be a distance sensor based on an optical distance measurement.
  • an infrared-based distance measurement should also be included under this term.
  • the sensor unit may comprise a position sensor-in particular an optical position sensor-which, in addition to the pure distance of the two relevant objects, may for example also determine their rotational orientation zueinan ⁇ .
  • the sensor unit can hold a magnetic sensor.
  • the magnetic sensor can be designed to measure the magnetic flux density and / or the change in the magnetic flux density within the flux-conducting element or between the flux-guiding element and the drone.
  • the magnetic sensor can also be designed for measuring a stray flux in the vicinity of the compensation device.
  • the magnetic sensor may be a Hall sensor.
  • the sensor unit may comprise a force sensor. Such a force sensor can be designed, for example, for measuring the amplitude and / or direction of a force acting between the drone and the flux-guiding element.
  • the sensor unit can also comprise various possible combinations of the sensor types described above.
  • the apparatus advantageously comprises one or more spacing ⁇ holder between the flux-guiding element and the receiving space, which are preferably out of non-magnetic material forms ⁇ .
  • Such spacers can advantageously serve to enable a more accurate positioning between the drone and flux guiding element and / or to keep the drone after positioning in its desired position.
  • the non-magnetic design of the spacers is particularly preferred because otherwise the magnetic forces between the drone and the device could become so great that the
  • the width of the gap between the drone to be arranged in the receiving space and the soft magnetic parts of the device may be in a range between 0.1 cm and 10 cm. In this area of the gap widths, a good magnetic flux guidance and nevertheless a good positioning of the drone can be achieved at the same time (at least when a compensation field is fed in via the coil device).
  • the soft magnetic material of the flux guiding member can advantageously have a relative magnetic permeability from we ⁇ ilias 300, especially at least 1000 or even at least 3000th
  • the soft magnetic material may comprise iron, cobalt and / or nickel as well as alloys with said metals.
  • the main constituent of one of the metals mentioned may be.
  • Soft magnetic materials are particularly suitable for effectively collecting and ringing a high magnetic flux of the drone with the flux guiding element, with a comparatively small magnetic field in the external environment.
  • the flux guiding element may be composed of several separate individual elements. Such a multi-piece design can greatly facilitate the introduction of the drone in the compensation device or their removal.
  • the flux guiding element may comprise a joint or a hinge (or several of them). This may be advantageous, especially in connection with an embodiment as an open ring, since then with the hinge or hinge, the gap in the ring can be temporarily increased further to accommodate the drone therein. After closing the hinge or hinge, the flux guiding element can relatively tightly surround the drone.
  • the compensation device and / or the method for compensation may advantageously be designed so that even without supply of a compensation field by the coils ⁇ device of the present outside the device magnetically schematic flow a value of 500 ⁇ (in particular even 100 ⁇ ) does not exceed. This is to be achieved in particular for a drone whose uncompensated magnetic field in a region outside the drone has a magnetic flux of 100 mT or more.
  • the order of the above steps is not necessarily set to the be passed ⁇ order.
  • the sequence can also be reversed and / or the steps can be carried out simultaneously and / or several such steps can be carried out alternately one after the other.
  • the method may additionally include the fol ⁇ constricting steps of:
  • Regulation of the fed into the coil means current as a function of the measured value of the sensor unit during the insertion or removal.
  • the drone alternatively or additionally has a magnetic device with at least one electromagnetic coil for generating a magnetic field.
  • This can in particular be a superconducting coil, which, for example, in a quasi-permanent short-circuit current mode ("quasi-continuous"). persistent-mode) is operated. Even with such coils, it may be advantageous not to interrupt the flow of current for a transport and instead to compensate for the magnetic field with the device described.
  • the electric coil device can be operated so that the magnetic field of the drone in the flux guiding element is at least partially compensated.
  • the coil device can be operated so that a coupling is ⁇ ter through them in the flux guiding element, a magnetic flux-coupled magnetic flux is opposed to by the drone there.
  • a compensation need not be complete, but it suffices for this embodiment, a proportionate compensation, so the presence of flux contributions with different signs.
  • the coil device is operated so that the magnetic flux of the drone in the flow ⁇ leading element is compensated for at least 10%. In a particularly preferred embodiment, the magnetic flux can even be compensated to at least 50%.
  • the method may preferably additionally include the step of jointly transporting the magnetic compensation device and the drone.
  • the transport is a transport by an aircraft.
  • an electric current is also fed into the coil device during transport in order to at least partially compensate the magnetic field of the drone in the flux-guiding element.
  • this variant therefore, also lies during Trans ⁇ ports an additional compensation of the magnetic field of Droh ⁇ ne before, which goes beyond the pure ring closure of the magnetic flux in the flux conducting element. That's how it works magnetic residual field in the environment of the drone be ⁇ teten compensation device can be reduced particularly effective.
  • the Spulenein ⁇ direction is de-energized.
  • This is advantageous because then during transport no additional Einspeisevor ⁇ direction is required for the current of the coil means and their weight can be saved accordingly.
  • Wei ⁇ terhin could lead to additional disturbances which are avoided in this variant also on a flight transporting operation of the electric coil device.
  • the coil device is only supplied with current in order to compensate for its magnetic field during the introduction and / or removal of the drone.
  • the magnetic field of the drone is closed by the annular flow guide in the flux guiding element and thereby allow any large magnetic field components in the external environment of the compensating device.
  • the magnetic flux in the environment outside the compensation device may also be advantageously limited to ⁇ 100 ⁇ in this variant.
  • the measured physical egg ⁇ genschaft can advantageously the distance and / or the spatial direction from ⁇ between flow leading element and be drone.
  • the measured physical property may be a magnetic flux density and / or a modifier ⁇ alteration of the magnetic flux density within the flux guiding element and / or in the region between the drone and flow leading element and / or in the environment of the drone.
  • the physical property measured can be the amplitude and / or direction of a force Zvi ⁇ rule flow leading element and drone.
  • Figure 1 shows a drone in schematic longitudinal section
  • Figure 2 shows a compensation device according to a first embodiment with introduced drone schemati ⁇ 's cross-section
  • Figure 3 shows a compensation device according to a second embodiment with drone introduced in the schematic longitudinal section shows and
  • FIG. 4 shows a compensation device according to a third embodiment with introduced drone schemati ⁇ rule longitudinal section.
  • a single UAV 1 is shown to the mine triggering in schematic longitudinal section, as they can be used in the réellefol ⁇ constricting embodiments of the compensation device.
  • Shown is an elongated shaped drone 1 with an outer housing 2, which is designed for locomotion under water. She points in her back (in the
  • the drone can also be towed by a rope, for example.
  • a generator could be provided instead, for example, with which also optionally present magnetic coils can be supplied with electrical energy.
  • the solenoid device 11 comprises at the UAV of Figure 1, three separate permanent magnets 13 whose spatial Reg ⁇ processing is different, so that magnetic fields having different orientations are generated. In principle, it is sufficient, however, if only one of these permanent magnets 13 is present to generate a sufficiently strong for mine triggering Mag ⁇ netfeld outside the drone.
  • the three different union under ⁇ permanent magnets 13 are here thus only for ⁇ way for the different orientations to understand. However, in principle, as shown here, there may be a combination of a plurality of such magnets. Or the permanent magnets can also be partially or completely replaced by Mag ⁇ net coils.
  • FIG. 2 shows a compensation device 21 according to a first embodiment of the invention in the schematic
  • This compensation device 21 has a receiving space 25 into which a drone 1 with an internal permanent magnet 13 is already inserted. This permanent magnets 13 here is oriented so that the strongest magnetic flux is aligned with the longitudinal axis of the drone in ra ⁇ dialer direction.
  • the compensation device 21 has a flux-conducting element 23, which is designed here as a U-shaped iron yoke.
  • the receiving space 25 for the drone is here formed by the open leg of the U-shape.
  • the conditioned by the drone magnetic flux 37 may as illustrated include within the flux guiding ele ments ⁇ 23rd
  • the drone itself thus closes the offe ⁇ nen part of the ring of the flux guiding element.
  • the compensation device 21 has a coil device 31, which is arranged around a leg of the flux guiding element 23 around.
  • a current source 35 By means of a current source 35, an electrical current can be fed into this coil device 31 via its own circuit 33, so that a further magnetic field is generated by the coil device 31.
  • an additional magnetic flux 39 is coupled into the flux-conducting element 23.
  • This magneti ⁇ specific flow 39 is opposite to that caused by the drone magnetic flux 37, as indicated by the direction of the arrows.
  • the caused by the coil means 31 magnetic flux is lower than that caused by the drone magnetic flux 39, which is to be indicated by the ge ⁇ dashed line in this example. It is therefore only a proportionate compensation of the running within the element 23 magnetic flux. However, the strength of this proportionate compensation can be varied.
  • the compensation device 21 is equipped with a sensor unit 41, which has one or more sensors 43.
  • a sensor unit 41 which has one or more sensors 43.
  • two such sensors are shown by way of example. These sensors may be different types of sensors, as described above in general terms.
  • here may be a combination of an optical sensor and a force sensor, wherein the force sensor measures the force acting between the drone and compensation device ⁇ magnetic force.
  • the sensor device 41 is (irrespective of the exact configuration of the sensor or the sensors) connected to a control device 45, by means of which the current fed into the coil device 31 by the current source 35 can be varied. In this way, therefore, the magnetic flux component 39 will vari ⁇ ated, so the degree of magnetic compensation.
  • two spacers are introduced 27 which are formed of non-magnetic material in the shown example between the UAV 1 and the flux-guiding element.
  • a magnetically non-effective gap 47 is formed between the drone and the flux guiding element, which may for example have a width of 1 cm.
  • the flux-guiding element 23 is here equipped with two collectors 29 which extend with a widened support surface (the support here indirectly via the spacers 27 is realized) to the
  • FIG. 3 shows a compensation device 21 according to a second exemplary embodiment of the invention in a schematic longitudinal section, likewise with an inserted drone 1 in the receiving space provided for it.
  • the compensation device 21 of this example has a flux guiding element 23, which forms a closed ring here and is designed in the manner of a circular cylinder. Similar to FIG. 1, a schematic half section is shown here, so that only the rear half of the cylindrical flux guiding element 23 is shown. Overall, however, the flow-guiding element 23 surrounds the drone 1 in an annular manner.
  • the element 23 surrounds the drone 1 in a region in the interior of which a permanent magnet 13 is in turn arranged so that its magnetic axis is oriented in the radial direction.
  • the axis is here meant that connects the magneti ⁇ 's north pole N and the magnetic south pole S with each other.
  • the main direction of the strongest magnetic flux outside of the permanent magnet 13 is therefore essentially oriented upwards and downwards, as indicated by the field line 37 by way of example.
  • This caused by the drone magnetic flux 37 can close within the two halves of the flux guiding element 23, as shown schematically here for the rear half. Thus, even in this arrangement, leakage flux leakage into the external environment of the compensation device 21 is largely avoided.
  • the magnetic flux can also close in the front half of the circular cylindrical element 23, which is not shown here.
  • an electrical coil device 31 is also guided around a partial region of the flux-conducting element.
  • Only such a coil device is shown here. This is sufficient to effect a proportionate magnetic field compensation at least in the rear half.
  • one or more other such Spu ⁇ len drove present to a flow compensation in the not shown front half being too for such purposes as.
  • the illustrated position of the coil device 31 is only an exemplary embodiment in order to be able to visualize the coil device.
  • the situation may also be at a different point in the scope be provided of the cylindrical member 23, for example, advantageously further back in a remote from the permanent magnet 13 region of the annularly closing magnetic flux.
  • the magnetic flux which is coupled by the coil means 31 in the flux guiding element 23, not Darge provides ⁇ . Similar to Figure 2, however, this magnetic flux is intended to oppose, or at least partially compensate for, the magnetic flux 37 caused by the drone.
  • the device has at least two coil devices which enclose the flux-guiding element at different points in its circumference.
  • the drone's magnetic field can close in two branches in the flux-conducting element, and the magnetic field can be compensated in these two branches by the respectively associated coil devices.
  • Analogously to the embodiment of figure 2 comprises the Kompensati ⁇ onsvorraum 21 also an arrangement of a sensor unit 41, with which the relative position of the UAV to Kom ⁇ pensationsvorplatz or at least one position-dependent physical characteristic may be monitored, and a regulating device 45, dependent on the from the relative
  • Position a current flowing through the coil means current can be controlled.
  • FIG. 4 shows a compensation device according to a further execution of the invention, also in schemati ⁇ rule longitudinal section and with introduced drone 1.
  • this embodiment 21 has the compensation device a flux guiding element 23, which is designed as an open ring in the manner of a U.
  • the UAV 1 is arranged in the region of the open limb of the U-shape, so ⁇ that the magnetic flux between the drone and the flux guiding element 23 may include annularly.
  • the drone 1 has a single permanent magnet thirteenth on, however, the main magnetic axis, unlike the previous embodiments, is not radially but axially aligned.
  • the flux guiding element 23 is here so refinedstal ⁇ tet that it with two collectors 29, which are offset in the axial Rich ⁇ tion, the magnetic flux in the radially outer region of Drone can pick up.
  • this conclusion can ring-closed over the remaining part of the flux-guiding element 23, as indicated in FIG. 4 by means of the representative field line 37.
  • the flux-guiding element 23 is shaped so that the middle portion of the U-shape surrounding the UAV 1 in its axial end.
  • a coil device 31 is again provided, by means of which a magnetic flux for compensating the magnetic field of the drone can be coupled into the flux-guiding element 23.
  • a sensor device 41 and a control device 45 are also present here.
  • FIGS. 2, 3 and 4 only one permanent magnet 13 is shown in the interior of the drone 1.
  • a plurality of such permanent magnets may be present within a ⁇ drone each well, and then may either be present for com pensation ⁇ and / or shielding of the magnetic field formed more separate or a superordinate Kom ⁇ pensationsvorraum 23rd
  • a compensation device with a cylindrical flux-guiding element 23, similar to that shown in FIG. 3, can also be provided for the magnetic compensation of a plurality of radially aligned permanent magnets.
  • a compensation Apparatus for magnetic compensation of a plurality of permanent magnets (in particular with different orientation) can also have a plurality of flux-conducting elements in the form of individual open or closed ring structures.

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Abstract

Es wird eine magnetische Kompensationsvorrichtung (21) für eine Drohne (1) zur Minenauslösung angegeben. Die Vorrichtung umfasst - wenigstens ein flussführendes Element (23) aus einem weichmagnetischen Material, welches die Struktur eines offenen oder geschlossenen Rings aufweist, - einen Aufnahmeraum (25) für die Drohne (1), in dem diese gehalten werden kann, und - wenigstens eine elektrische Spuleneinrichtung (31), welche derart magnetisch mit dem flussführenden Element (23) gekoppelt ist, dass mit der Spuleneinrichtung (31) ein vorgegebener magnetischer Fluss (39) in das flussführende Element (23) eingekoppelt werden kann, - wobei das flussführende Element (23) und der Aufnahmeraum (25) so zueinander angeordnet sind, dass ein durch die Drohne (1) bewirkter magnetischer Fluss (37) sich in dem flussführenden Element (23) ringförmig schließen kann. Weiterhin wird ein Verfahren zur Änderung der temporären Kompensation des Magnetfelds einer Drohne (1) zur Minenauslösung mittels einer derartigen Vorrichtung (21) angegeben.

Description

Beschreibung
Magnetische Kompensationsvorrichtung für eine Drohne
Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Kompensa¬ tionsvorrichtung für eine Drohne zur Minenauslösung, wobei die Kompensationsvorrichtung ein flussführendes Element und einen Aufnahmeraum für die Drohne umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Änderung der temporären Kompensation des Magnetfelds einer Drohne mittels einer solchen Vorrichtung .
Bei bekannten Systemen zur Fernräumung von Seeminen werden unbemannte Drohnen eingesetzt, die zur Auslösung von Magnet¬ minen mit magnetischen Spulen oder mit Permanentmagneten ausgestattet sind. Diese Spulen oder Permanentmagnete erzeugen starke Magnetfelder, die die Seeminen zur Detonation bringen können. Dabei sind die Drohnen so ausgeführt, dass sie durch die Detonation bei dem für die Auslösung typischen Abstand keinen Schaden nehmen.
Solche Drohnen können über ein eigenes Antriebssystem verfügen, beispielsweise verfügt die Deutsche Marine über fern- steuerbare Boote des Typs „Seehund", welche mit einem Diesel¬ motor ausgestattet sind. Das Magnetsystem zur Auslösung der Minen ist hierbei in den Rumpf der fernsteuerbaren Boote integriert. Neben solchen an der Oberfläche schwimmenden Drohnen sind auch Unterwasserdrohnen zur Minenräumung bekannt, die entweder auch über einen eigenen Antrieb verfügen oder von anderen (Unter- ) Wasserfahrzeugen gezogen werden können.
Nachteilig an den bekannten Minenräumdrohnen mit Magnetspulen ist, dass diese durch das große Gewicht der für die starken Magnetfelder benötigten Magnetspulen sehr schwer und meist auch relativ groß sind. So ist der Transport solcher Drohnen zu unterschiedlichen Einsatzorten relativ aufwendig, besonders ein Transport mit dem Flugzeug wird durch das hohe Ge¬ wicht erheblich erschwert. Beim Einsatz normalleitender Mag- netspulen wird zusätzlich eine permanente Energiezufuhr benötigt, die ebenfalls zum Gewicht beiträgt. Bei Drohnen mit eigenem Antrieb trägt der Antriebsmotor zusätzlich zum hohen Gewicht und Volumen bei. Weiterhin ist für den Antrieb auch noch zusätzlich eine Energiezufuhr nötig, beispielsweise in Form von Treibstoff für einen Dieselmotor oder auch in Form von elektrisch gespeicherter Energie für einen Elektromotor.
So können Minenräumdrohnen mit Permanentmagneten anstelle von Magnetspulen unter Umständen mit vergleichsweise geringerem
Gewicht ausgeführt werden und sind dann entsprechend leichter zu transportieren. Außerdem sind sie vergleichsweise robust. Ein Nachteil bei Drohnen mit Permanentmagneten ist jedoch, dass das starke Magnetfeld für einen solchen Transport nicht abgeschaltet werden kann. Aufgrund des Problems elektromagne¬ tischer Störungen werden solche Drohnen daher bisher typischerweise nicht mit dem Flugzeug transportiert. Ein Trans¬ port mit einem Luftfahrzeug wäre aber in vielen Fällen sehr vorteilhaft, um eine solche Drohne möglichst schnell an einen gewünschten Einsatzort verlegen zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine magnetische Kompen¬ sationsvorrichtung für eine Drohne zur Minenauslösung zur Verfügung zu stellen, mit der das Magnetfeld einer solchen Drohne für den Transport zumindest teilweise kompensiert wer¬ den kann. Insbesondere soll eine solche Kompensationsvorrichtung mit möglichst geringem Gewicht ausgeführt werden, um nicht zu stark zum Transportgewicht beizutragen. Sie sollte weiterhin möglichst robust und möglichst einfach einzusetzen sein. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Änderung der temporären Kompensation des Magnetfelds einer Drohne mit einer solchen Vorrichtung anzugeben. Mit anderen Worten soll mit diesem Verfahren entweder eine solche temporäre Kompensa¬ tion bewirkt werden oder es soll eine bestehende temporäre Kompensation aufgehoben werden. Diese Aufgaben werden durch die in Anspruch 1 beschriebene Kompensationsvorrichtung und das in Anspruch 7 beschriebene Verfahren gelöst. Die erfindungsgemäße Kompensationsvorrichtung ist zur magne¬ tischen Kompensation für eine Drohne zur Minenauslösung ausgelegt. Sie umfasst wenigstens ein flussführendes Element aus einem weichmagnetischen Material, welches die Struktur eines offenen oder geschlossenen Rings aufweist. Sie umfasst ferner einen Aufnahmeraum für die Minenräumdrohne, in dem diese ge¬ halten werden kann, und zusätzlich wenigstens eine elektrische Spuleneinrichtung, welche derart magnetisch mit dem flussführenden Element gekoppelt ist, dass mit der Spulenein¬ richtung ein vorgegebener magnetischer Fluss in das flussfüh- rende Element eingekoppelt werden kann. Dabei sind das fluss¬ führende Element und der Aufnahmeraum so zueinander angeord¬ net, dass sich ein durch die Drohne bewirktes Magnetfeld in dem flussführenden Element ringförmig schließen kann. Unter dem genannten Aufnahmeraum für die Drohne soll hierbei nicht unbedingt ein geschlossener Raum verstanden werden, sondern allgemein ein Ort im Bereich der Kompensationsvorrichtung, an dem die Drohne gehalten werden kann. Insbesondere kann die Drohne in diesem Aufnahmeraum so gehalten werden, dass sie zusammen mit der Kompensationsvorrichtung transportiert werden kann.
Unter der ersten genannten Alternative eines „offenen Rings" soll hier allgemein eine ringartige Form verstanden werden, welche eine Lücke beziehungsweise einen offenen Schenkel auf¬ weist. Unter einer solchen Form soll insbesondere auch eine U-Form mit eingeschlossen sein.
Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Kompensationsvorrichtung ist, dass sich in dem flussführenden Element ein Magnetfeld derartig ringförmig schließen kann, dass das Magnetfeld der Drohne zur äußeren Umgebung hin abgeschirmt wird. Dabei kann entweder die in den Aufnahmeraum einzuführende Drohne Teil des magnetischen Ringschlusses innerhalb des flussführenden Elements sein (Variante „offener Ring") oder aber das fluss¬ führende Element umschließt die einzuführende Drohne ringför mig (Variante „geschlossener Ring") .
Die innerhalb der Kompensationsvorrichtung vorliegende elekt rische Spuleneinrichtung bewirkt, dass sich das Magnetfeld der Drohne in der Kompensationsvorrichtung nicht nur schließen kann, sondern dass es auch aktiv kompensiert werden kann Insbesondere kann mit der Spuleneinrichtung ein magnetischer Fluss in das flussführende Element eingekoppelt werden, wel¬ cher dem dort durch die Drohne ein gekoppelten magnetischen Fluss entgegengesetzt ist. Eine solche magnetische Kompensa¬ tion muss nicht vollständig sein, aber es kann vorteilhaft zumindest ein Teil des durch die Drohne ein gekoppelten mag¬ netischen Flusses innerhalb des flussführenden Elements kom¬ pensiert werden.
In jedem Fall wird das Magnetfeld der Drohne durch das fluss führende Element effektiv nach außen hin abgeschirmt, sodass ein Transport der Drohne durch das wesentlich geringere in der äußeren Umgebung wirksame Magnetfeld ermöglicht wird. Insbesondere kann durch eine solche Abschirmung sogar ein Transport mit einem Luftfahrzeug ermöglicht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Änderung der tempo¬ rären Kompensation des Magnetfelds einer Drohne zur Minenaus lösung mittels einer erfindungsgemäßen Kompensationsvorrichtung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Einspeisung eines elektrischen Stroms in die elektrische Spuleneinrichtung, wodurch ein vorgegebener magnetischer Fluss in das flussführende Element eingekoppelt wird,
- Einführung der Drohne in den Aufnahmeraum oder Entfernung der Drohne aus dem Aufnahmeraum.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich analog zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Kompensations Vorrichtung. Insbesondere kann bei dem Verfahren ein elektri scher Strom derart in die Spuleneinrichtung eingespeist werden, dass der hierdurch eingekoppelte vorgegebene magnetische Fluss den durch die Drohne im flussführenden Element verursachten magnetischen Fluss zumindest teilweise ausgleicht.
Unter der beschriebenen Änderung der temporären Kompensation soll insbesondere verstanden werden, dass entweder die Drohne in den Aufnahmeraum eingeführt wird, um eine temporäre Kom¬ pensation zu erzeugen, oder dass die Drohne aus dem Aufnahme¬ raum entfernt wird, um eine vorhandene temporäre Kompensation aufzuheben. In jedem Fall soll durch eine relative Bewegung der Drohne relativ zum Aufnahmeraum eine Änderung der magnetischen Kompensation bewirkt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den von den Ansprüchen 1 und 7 abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor. Dabei können die beschriebenen Ausgestaltungen der Kompensationsvorrichtung und des Verfahrens vorteilhaft miteinander kombi¬ niert werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kompensationsvorrichtung wenigstens eine Sensoreinheit, mit¬ tels derer eine physikalische Eigenschaft gemessen werden kann, welche von der relativen Position von flussführendem Element und Drohne abhängt. Zusätzlich kann die Vorrichtung dann wenigstens eine Regelungseinrichtung umfassen, mittels derer ein in die elektrische Spulenwicklung eingespeister Strom in Abhängigkeit von der gemessenen Größe der physikali¬ schen Eigenschaft geregelt werden kann. Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass das Einführen der Drohne in den Aufnahmeraum oder das Entfernen daraus (beziehungsweise allgemein eine Relativbewegung zwischen Drohne und Kompensationsvorrichtung) deutlich erleichtert wird. Ohne derartige Maßnahmen ist das Einführen oder Entfernen der Drohne mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, da durch die hohen Magnetfelder bei der Relativbewegung zwischen Drohne und Kompensationsvorrichtung sehr hohe Kräfte wirken. Unter dem Ein- fluss dieser hohen Kräfte muss trotzdem eine hohe Positio¬ niergenauigkeit erreicht werden, da nur in einem eng begrenzten Bereich für die Sollposition der Drohne eine optimale Kompensation des außen wirksamen Magnetfelds erzielt wird. Um diese Schwierigkeiten zu lösen, kann das Einführen beziehungsweise Entfernen der Drohne bei dieser vorteilhaften Ausführungsform bei variabler Einspeisung eines Kompensationsmagnetfeldes durch die Spuleneinrichtung erfolgen. Insbesondere kann der jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt einge- speiste Strom so eingestellt werden, dass die zwischen Vor¬ richtung und Drohne wirkenden magnetischen Kräfte verringert oder sogar minimiert werden. Dabei ist prinzipiell unerheb¬ lich, über welche physikalische Eigenschaft die relative Po¬ sition zwischen Drohne und Vorrichtung verfolgt wird. Wesent- lieh ist nur, dass durch die Messung der physikalischen Eigenschaft zumindest eine Teilinformation über diese relative Position vorliegt und somit der Strom in der Spuleneinrichtung derart eingestellt werden kann, dass eine Relativbewe¬ gung zwischen Drohne und Vorrichtung erleichtert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann das fluss¬ führende Element die Struktur eines geschlossenen Rings auf¬ weisen, welcher den Aufnahmeraum für die Drohne umgibt. Ein Vorteil dieser Ausführungsform kann beispielsweise darin lie- gen, dass die Vorrichtung annähernd symmetrisch ausgeführt werden kann und so gut auf die Form einer symmetrischen Drohne angepasst werden kann. So kann beispielsweise das fluss¬ führende Element eine hohlzylindrische Grundform mit kreis¬ förmigem Querschnitt aufweisen und damit eine kreiszylindri- sehe Drohne relativ passgenau umschließen. Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, dass das flussführende Ele¬ ment unter Umständen ein vergleichsweise geringes Gewicht aufweisen kann, da es mit vergleichsweise geringerem Materialaufwand ausgebildet werden kann, wenn es die Drohne symmet- risch und eng umschließt. Da die Drohne bei dieser Ausfüh¬ rungsvariante so eng von dem flussführenden Element umschlos¬ sen werden kann und da dieses Element ringförmig geschlossen ist, ist der unerwünschte Streufluss hier sehr gering. Insbe- sondere entweicht bei dieser Ausführungsform vorteilhaft kaum „Schlitzstrahlung" .
Gemäß einer alternativen und unter Umständen ebenfalls zu be- Vorzügen Ausführungsvariante kann das flussführende Element aber auch die Struktur eines offenen Rings aufweisen, wobei der Aufnahmeraum im offenen Bereich der Ringstruktur angeordnet ist. Insbesondere kann der Aufnahmeraum also im Bereich des offenen Schenkels einer annähernd U-förmigen Struktur an- geordnet sein. Ein Vorteil einer solchen Ausführungsform kann darin liegen, dass der Aufnahmeraum hier nicht auf allen Seiten umschlossen ist und somit leichter zugänglich ist, beispielsweise um die Drohne beim Einführen oder Entfernen besser führen zu können. Ebenso steht hier ein von der Drohne abgewandter Schenkel des flussführenden Elements zur Verfügung, der hier für das Aufbringen der elektrischen Spuleneinrichtung besonders gut zugänglich ist.
Unter Umständen kann auch bei dieser Ausführungsform das flussführende Element besonders materialsparend und somit sehr leicht ausgeführt werden, da die Drohne nicht auf allen Seiten von dem weichmagnetischen Material umschlossen sein muss. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die elektrische Spule zur Einkopplung des Kompensa- tionsfeldes an einem von der Drohne entfernt liegenden Be¬ reich des Rings angeordnet werden kann.
Allgemein kann das wenigstens eine flussführende Element in dem an den Aufnahmeraum angrenzenden Bereich zumindest einen Kollektor, besonders bevorzugt aber zwei Kollektoren aufwei¬ sen. Unter einem derartigen Kollektor soll eine Struktur verstanden werden, welche das Aufsammeln und Bündeln des von der Drohne ausgehenden magnetischen Flusses in dem flussführenden Element erleichtert. Insbesondere können derartige Kollek- toren nach der Art von magnetischen Polschuhen ausgestaltet sein. Sie können also im Bereich der Drohne eine besonders hohe Auflagefläche (beziehungsweise magnetische Wechselwir¬ kungsfläche, wenn keine direkte mechanische Auflage vorliegt) aufweisen. Eine solche „Wechselwirkungsfläche" kann insbeson¬ dere deutlich größer sein als der Querschnitt des flussführenden Elements in den übrigen von der Drohne weiter entfernt liegenden Bereichen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausfüh- rungsform mit wenigstens einem Kollektor ist, dass ein größe¬ rer Teil des von der Drohne ausgehenden magnetischen Flusses in dem flussführenden Element gebündelt wird und somit Streu¬ flüsse in der Umgebung der Kompensationsvorrichtung verringert werden. Die Ausgestaltung des flussführenden Elements mit wenigstens einem Kollektor ist insbesondere im Zusammen¬ hang mit den Ausführungsformen mit einem offenen Ring besonders bevorzugt.
Die Sensoreinheit zur Messung der positionsabhängigen physi- kalischen Eigenschaft kann grundsätzlich verschiedenartig ausgestaltet sein. So kann beispielsweise nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsvariante die Sensoreinheit allgemein einen Abstandssensor umfassen. Beispielsweise kann es sich um einen Abstandssensor handeln, welcher auf einer optischen Ab- Standsmessung basiert. Unter diesem Begriff soll grundsätzlich auch eine infrarotbasierte Abstandsmessung mit erfasst sein. Alternativ kann die Sensoreinheit einen Positionssensor - insbesondere einen optischen Positionssensor - umfassen, welcher neben dem reinen Abstand der beiden relevanten Objek- te beispielsweise auch ihre rotatorische Ausrichtung zueinan¬ der bestimmen kann.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Sensoreinheit einen magnetischen Sensor fassen. Beispielsweise kann der magnetische Sensor zur Messung der magnetischen Flussdichte und/oder der Veränderung der magnetischen Flussdichte innerhalb des flussführenden Elements oder zwischen flussführendem Element und Drohne ausgestaltet sein. Alternativ kann der magnetische Sensor aber auch zur Messung eines Streuflus- ses in der Umgebung der Kompensationsvorrichtung ausgelegt sein. Beispielsweise kann es sich bei dem magnetischen Sensor um einen Hall-Sensor handeln. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Sensoreinheit einen Kraftsensor umfassen. Ein solcher Kraftsensor kann beispielsweise zur Messung der Amplitude und/oder Richtung einer zwischen Drohne und flussführendem Element wirkenden Kraft ausgebildet sein.
Ganz allgemein kann die Sensoreinheit aber auch verschiedene mögliche Kombinationen der oben beschriebenen Sensorarten umfassen .
Die Vorrichtung weist vorteilhaft ein oder mehrere Abstands¬ halter zwischen dem flussführenden Element und dem Aufnahmeraum auf, welche bevorzugt aus amagnetischem Material ausge¬ bildet sind. Derartige Abstandshalter können vorteilhaft dazu dienen, eine genauere Positionierung zwischen Drohne und flussführendem Element zu ermöglichen und/oder die Drohne nach erfolgter Positionierung in ihrer Sollposition zu halten. Die amagnetische Ausführung der Abstandshalter ist besonders bevorzugt, da sonst die magnetischen Kräfte zwischen Drohne und der Vorrichtung so groß werden könnten, dass die
Drohne und die Kompensationsvorrichtung kaum noch relativ zueinander bewegt werden können. Bevorzugt kann die Breite des Spalts zwischen der in dem Aufnahmeraum anzuordnenden Drohne und den weichmagnetischen Teilen der Vorrichtung (also dem flussführenden Element) in einem Bereich zwischen 0,1 cm und 10 cm liegen. In diesem Bereich der Spaltbreiten kann gleichzeitig eine gute magnetische Flussführung und trotzdem eine gute Positionierung der Drohne (zumindest bei Einspeisung eines Kompensationsfeldes über die Spuleneinrichtung) erreicht werden.
Das weichmagnetische Material des flussführenden Elements kann vorteilhaft eine magnetische Permeabilitätszahl von we¬ nigstens 300, insbesondere wenigstens 1000 oder sogar wenig- stens 3000 aufweisen. Insbesondere kann das weichmagnetische Material Eisen, Kobalt und/oder Nickel sowie Legierungen mit den genannten Metallen umfassen. Besonders bevorzugt kann der Hauptbestandteil eines der genannten Metalle sein. Derartige weichmagnetische Materialien sind besonders geeignet, um mit dem flussführenden Element auch einen hohen magnetischen Fluss der Drohne effektiv einzusammeln und ringförmig zu schließen, bei vergleichsweise geringem magnetischem Streu- feld in der äußeren Umgebung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das flussführende Element aus mehreren separaten Einzelelementen zusammengesetzt sein. Eine derartige mehrstückige Ausführung kann die Einführung der Drohne in die Kompensationsvorrichtung beziehungsweise deren Entfernung deutlich erleichtern. Insbesondere kann das flussführende Element ein Gelenk oder ein Scharnier aufweisen (oder auch mehrere davon) . Dies kann vor allem im Zusammenhang mit einer Ausführungsform als offener Ring vorteilhaft sein, da dann mit dem Gelenk oder Scharnier die Lücke in dem Ring zeitweilig weiter vergrößert werden kann, um die Drohne darin aufzunehmen. Nach einem Schließen des Gelenks oder Scharniers kann das flussführende Element die Drohne relativ eng umschließen.
Die Kompensationsvorrichtung und/oder das Verfahren zur Kompensation kann vorteilhaft so ausgestaltet sein, dass auch ohne Einspeisung eines Kompensationsfeldes durch die Spulen¬ einrichtung der außerhalb der Vorrichtung vorliegende magne- tische Fluss einen Wert von 500 μΤ (insbesondere sogar nur 100 μΤ) nicht übersteigt. Dies soll insbesondere für eine Drohne erreicht werden, deren unkompensiertes Magnetfeld in einem Bereich außerhalb der Drohne einen magnetischen Fluss von 100 mT oder mehr aufweist.
Bei dem Verfahren zur Magnetfeldkompensation und dessen im Folgenden beschriebenen Ausführungsvarianten ist die Reihenfolge der genannten Schritte nicht zwangsläufig auf die ange¬ gebene Reihenfolge festgelegt. Insbesondere kann die Reihen- folge auch umgekehrt sein und/oder die Schritte können gleichzeitig ausgeführt werden und/oder es können mehrere derartige Schritte im Wechsel nacheinander ausgeführt werden. Besonders vorteilhaft kann das Verfahren zusätzlich die fol¬ genden Schritte umfassen:
- Messung einer physikalischen Eigenschaft, welche von der relativen Position von flussführendem Element und Drohne abhängt, mittels der Sensoreinheit während des Einführens oder Entfernens,
- Regelung des in die Spuleneinrichtung eingespeisten Stroms in Abhängigkeit von dem Messwert der Sensoreinheit während des Einführens oder Entfernens.
Hierdurch werden analoge Vorteile erzielt wie oben im Zusammenhang mit der entsprechenden Ausführungsform der Vorrichtung beschrieben wurde. Auch hier ist die ist die Reihenfolge der Schritte „Messung der Eigenschaft", „Bewegung der Drohne" und „Regelung des Stroms" nicht zwangsläufig auf die angege¬ bene Reihenfolge festgelegt. Insbesondere kann die Reihenfol¬ ge auch umgekehrt sein und/oder die Schritte können gleichzeitig ausgeführt werden und/oder es können mehrere derartige Schritte im Wechsel nacheinander ausgeführt werden. Insbeson- dere wird das Einführen oder Entfernen der Drohne besonders erleichtert, wenn Messung, Bewegung und Regelung entweder gleichzeitig oder in einer Vielzahl aufeinanderfolgender Schritte iterativ erfolgen. Besonders vorteilhaft kann die Drohne, die in die Kompensati¬ onsvorrichtung eingebracht oder aus dieser entfernt wird, eine Magnetvorrichtung mit wenigstens einem Permanentmagneten aufweisen. Gerade im Zusammenspiel mit Permanentmagneten ist die Wirkung der Kompensationsvorrichtung besonders vorteil- haft, da bei derartigen Drohnen das Magnetfeld nicht einfach abgeschaltet werden kann ohne eine solche Vorrichtung ein Transport insbesondere per Flugzeug nicht ohne weiteres mög¬ lich ist. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass die Drohne alternativ oder zusätzlich eine Magnetvorrichtung mit wenig- stens einer elektromagnetischen Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist. Dabei kann es sich insbesondere um eine supraleitende Spule handeln, welche beispielsweise in einem Quasi-Dauerkurzschlussstrommodus (engl.: „quasi- persistent-mode) betrieben wird. Auch bei derartigen Spulen kann es vorteilhaft sein, den Stromfluss für einen Transport nicht zu unterbrechen und stattdessen das Magnetfeld mit der beschriebenen Vorrichtung zu kompensieren.
Bei dem Verfahren kann die elektrische Spuleneinrichtung so betrieben werden, dass das Magnetfeld der Drohne im flussführenden Element zumindest teilweise kompensiert wird. Mit an¬ deren Worten kann die Spuleneinrichtung so betrieben werden, dass ein durch sie in das flussführende Element eingekoppel¬ ter magnetischer Fluss dem durch die Drohne dort ein gekoppelten magnetischen Fluss entgegengesetzt ist. Eine solche Kompensation muss jedoch nicht vollständig sein, sondern es genügt für diese Ausführungsform eine anteilige Kompensation, also das Vorliegen von Flussbeiträgen mit unterschiedlichen Vorzeichen. Besonders vorteilhaft wird die Spuleneinrichtung so betrieben dass der magnetische Fluss der Drohne im fluss¬ führenden Element zu wenigstens 10 % kompensiert wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann der magneti- sehe Fluss sogar zu wenigstens 50 % kompensiert werden.
Das Verfahren kann bevorzugt zusätzlich den Schritt des gemeinsamen Transports von magnetischer Kompensationsvorrichtung und Drohne umfassen. Hierbei kommen die Vorteile der Magnetfeldkompensation besonders gut zum Tragen, da ein solcher Transport ohne diese Kompensation oft nicht möglich ist. Besonders vorteilhaft handelt es sich bei dem Transport um einen Transport durch ein Luftfahrzeug. Bei einer unter Umständen vorteilhaften Ausführungsvariante dieses Verfahrens, welches den Transport mit umfasst, wird auch während des Transports ein elektrischer Strom in die Spuleneinrichtung eingespeist, um das Magnetfeld der Drohne im flussführenden Element zumindest teilweise zu kompensie- ren. Bei dieser Variante liegt also auch während des Trans¬ ports eine zusätzliche Kompensation des Magnetfelds der Droh¬ ne vor, die über den reinen Ringschluss des magnetischen Flusses im flussführenden Element hinausgeht. So kann das magnetische Restfeld in der Umgebung der mit der Drohne be¬ stückten Kompensationsvorrichtung besonders wirkungsvoll reduziert werden. Alternativ und unter Umständen besonders bevorzugt ist es je¬ doch auch möglich, dass während des Transports die Spulenein¬ richtung stromlos ist. Dies ist deswegen vorteilhaft, weil dann während des Transports keine zusätzliche Einspeisevor¬ richtung für den Strom der Spuleneinrichtung benötigt wird und deren Gewicht entsprechend eingespart werden kann. Wei¬ terhin könnte auch bei einem Flugtransport der Betrieb der elektrischen Spuleneinrichtung zu zusätzlichen Störungen führen, welche bei dieser Variante vermieden werden. So wird bei dieser Variante die Spuleneinrichtung nur mit Strom beauf- schlagt, um während des Einführens und/oder Entfernens der Drohne deren Magnetfeld zu kompensieren. Während des Trans¬ ports ist es dann ausreichend, wenn das Magnetfeld der Drohne durch die Flussführung im flussführenden Element ringförmig geschlossen wird und hierdurch keine großen magnetischen Feldanteile in die äußere Umgebung der Kompensationsvorrichtung gelangen. Insbesondere kann der magnetische Fluss in der Umgebung außerhalb der Kompensationsvorrichtung auch bei dieser Variante vorteilhaft auf <100 μΤ begrenzt sein. Auch bei dem Verfahren kann die gemessene physikalische Ei¬ genschaft vorteilhaft der Abstand und/oder die räumliche Aus¬ richtung zwischen flussführendem Element und Drohne sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die gemessene physikalische Eigenschaft eine magnetische Flussdichte und/oder eine Verän¬ derung der magnetischen Flussdichte innerhalb des flussführenden Elements und/oder im Bereich zwischen Drohne und flussführendem Element und/oder im Umfeld der Drohne sein. Alternativ oder zusätzlich kann die gemessene physikalische Eigenschaft die Amplitude und/oder Richtung einer Kraft zwi¬ schen flussführendem Element und Drohne sein. Die mit diesen einzelnen Varianten verbundenen Vorteile entsprechen den Vorteilen der analogen Ausführungsformen der Vorrichtung . Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 eine Drohne im schematischen Längsschnitt zeigt, Figur 2 eine Kompensationsvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel mit eingeführter Drohne im schemati¬ schen Querschnitt zeigt,
Figur 3 eine Kompensationsvorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel mit eingeführter Drohne im schemati- sehen Längsschnitt zeigt und
Figur 4 eine Kompensationsvorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel mit eingeführter Drohne im schemati¬ schen Längsschnitt zeigt. In Figur 1 ist eine einzelne Drohne 1 zur Minenauslösung im schematischen Längsschnitt gezeigt, wie sie in den darauffol¬ genden Ausführungsbeispielen der Kompensationsvorrichtung zum Einsatz kommen kann. Gezeigt ist eine länglich geformte Drohne 1 mit einem Außengehäuse 2, die zur Fortbewegung unter Wasser ausgelegt ist. Sie weist in ihrem hinteren (in der
Zeichnung links dargestellten) Teil eine Antriebsschraube 5 auf, welche beispielsweise von einem Elektromotor 3 über eine Rotorwelle 7 angetrieben werden kann. Diese drei Elemente 3,5 und 7 bilden hier also zusammen eine Antriebseinheit aus. Der Elektromotor 3 ist durch eine Trennwand 9 von dem Bereich der Drohne 1 abgetrennt, der die Magnetvorrichtung 11 zur magne¬ tischen Auslösung von Minen enthält. Weiterhin kann ein hier nicht gezeigter Energiespeicher, beispielsweise in Form einer Batterie, im Inneren der Drohne vorhanden sein. Oder aber, der Elektromotor 3 kann über ein hier nicht gezeigtes Elek- trokabel mit Energie versorgt werden. Andere Antriebsvarian¬ ten sind ebenfalls denkbar, beispielsweise mit einem Verbren¬ nungsmotor zum Antrieb der Drohne oder mit einem zusätzlichen Generator, der die elektrische Energie für den Elektromotor liefert. Alternativ kann die Drohne aber auch beispielsweise durch ein Seil geschleppt werden. Bei einer solchen alternativen Ausführungsform könnte in dem in Fig. 1 für die An- triebseinheit vorgesehenen Bereich stattdessen beispielsweise ein Generator vorgesehen sein, mit dem auch optional vorhandene Magnetspulen mit elektrischer Energie versorgt werden können .
Die Magnetvorrichtung 11 umfasst bei der Drohne der Figur 1 drei separate Permanentmagnete 13, deren räumliche Ausrich¬ tung unterschiedlich ist, sodass Magnetfelder mit unterschiedlichen Ausrichtungen erzeugt werden. Prinzipiell ist es jedoch ausreichend, wenn nur ein solcher Permanentmagnete 13 vorliegt, um ein zur Minenauslösung ausreichend starkes Mag¬ netfeld außerhalb der Drohne zu erzeugen. Die drei unter¬ schiedlichen Permanentmagnete 13 sind hier also nur beispiel¬ haft für die verschiedenen Ausrichtungen zu verstehen. Es kann jedoch grundsätzlich auch wie hier dargestellt eine Kombination mehrerer solcher Magnete vorliegen. Oder die Permanentmagnete können auch teilweise oder vollständig durch Mag¬ netspulen ersetzt sein.
Figur 2 zeigt eine Kompensationsvorrichtung 21 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im schematischen
Querschnitt, also quer zur Hauptrichtung der einzuführenden Drohne. Diese Kompensationsvorrichtung 21 weist einen Aufnah- meraum 25 auf, in den hier bereits eine Drohne 1 mit einem innen liegenden Permanentmagneten 13 eingeführt ist. Dieser Permanentmagnete 13 ist hier so orientiert, dass der stärkste magnetische Fluss bezüglich der Längsachse der Drohne in ra¬ dialer Richtung ausgerichtet ist. Die Kompensationsvorrichtung 21 weist ein flussführendes Element 23 auf, welches hier als U-förmiges Eisenjoch ausgebildet ist. Der Aufnahmeraum 25 für die Drohne ist hier durch den offenen Schenkel der U-Form gebildet. Wenn die Drohne 1 wie hier gezeigt in diesen Auf- nahmeraum eingeführt ist und mit der Richtung des innen lie¬ genden Permanentmagneten 13 entsprechend ausgerichtet ist, dann kann sich der durch die Drohne bedingte magnetische Fluss 37 wie dargestellt innerhalb des flussführenden Ele¬ ments 23 schließen. Die Drohne selbst schließt also den offe¬ nen Teil des Rings des flussführenden Elements. Durch das Schließen des magnetischen Flusses 37 innerhalb des flussführenden Elements 23 wird bereits ein großer Teil des magneti¬ schen Flusses nach außen hin abgeschirmt.
Die Kompensationsvorrichtung 21 weist eine Spuleneinrichtung 31 auf, welche um einen Schenkel des flussführenden Elements 23 herum angeordnet ist. Mittels einer Stromquelle 35 kann über einen eigenen Stromkreis 33 ein elektrischer Strom in dieser Spuleneinrichtung 31 eingespeist werden, sodass durch die Spuleneinrichtung 31 ein weiteres Magnetfeld erzeugt wird. Hierdurch wird ein zusätzlicher magnetischer Fluss 39 in das flussführende Element 23 angekoppelt. Dieser magneti¬ sche Fluss 39 ist dem durch die Drohne bewirkten magnetischen Fluss 37 entgegengesetzt, wie durch die Richtung der Pfeile angedeutet. Der durch die Spuleneinrichtung 31 bewirkte mag- netische Fluss ist in diesem Beispiel geringer als der durch die Drohne bewirkte magnetische Fluss 39, was durch die ge¬ strichelte Linie angedeutet sein soll. Es handelt sich hier also nur um eine anteilige Kompensation des innerhalb des Elements 23 verlaufenden magnetischen Flusses. Die Stärke dieser anteiligen Kompensation kann jedoch variiert werden. Hierzu ist die Kompensationsvorrichtung 21 mit einer Sensoreinheit 41 ausgestattet, welche ein oder mehrere Sensoren 43 aufweist. In Figur 2 sind beispielhaft zwei solche Sensoren gezeigt. Bei diesen Sensoren kann es sich um unterschiedliche Arten von Sensoren handeln, wie weiter oben in allgemeiner Form beschrieben. Beispielsweise kann hier eine Kombination von einem optischen Sensor und einem Kraftsensor vorliegen, wobei der Kraftsensor die zwischen Drohne und Kompensations¬ vorrichtung wirkende magnetische Kraft misst. Die Sensorein- richtung 41 ist (unabhängig von der genauen Ausgestaltung des Sensors oder der Sensoren) mit einer Regelungseinrichtung 45 verbunden, über welche der mittels der Stromquelle 35 in die Spuleneinrichtung 31 eingespeiste Strom variiert werden kann. Hierdurch wird also auch der magnetische Flussanteil 39 vari¬ iert, also der Grad der magnetischen Kompensation. Abhängig von dem von der Sensoreinheit 41 gemessenen Signal - also ab¬ hängig von der aktuellen Position der Drohne relativ zu der Kompensationsvorrichtung - werden somit die momentan wirkenden magnetischen Kräfte beeinflusst. Dies erleichtert wesent¬ lich das Einführen und Entfernen der Drohne in den beziehungsweise aus dem Aufnahmeraum. Um die Drohne möglichst genau an dem gewünschten Ort im Auf¬ nahmeraum positionieren können und dort möglichst gut fixieren zu können, sind im gezeigten Beispiel zwischen der Drohne 1 und dem flussführenden Element 23 zwei Abstandselemente 27 eingebracht, welche aus amagnetischem Material gebildet sind. Durch diese Abstandshalter wird ein magnetisch nicht wirksamer Spalt 47 zwischen der Drohne und dem flussführenden Element gebildet, welcher beispielsweise eine Breite von 1 cm aufweisen kann. Um den von diesem Permanentmagneten 13 ausgebildeten magnetischen Fluss möglichst gut aufsammeln und in dem flussführenden Element bündeln zu können, ist das flussführende Element 23 hier mit zwei Kollektoren 29 ausgestattet, welche sich mit einer verbreiterten Auflagefläche (wobei die Auflage hier in- direkt über die Abstandshalter 27 realisiert ist) an die
Drohne 1 anschmiegen. So können magnetische Streufelder wirksam verringert werden.
Um die Drohne leichter in den Aufnahmeraum 25 hinein oder aus diesem heraus bewegen zu können, kann optional eine hier nicht dargestellte Führung vorhanden sein. Beispielsweise kann die Drohne über ein Schienensystem an den gewünschten Ort im Aufnahmeraum 25 gefahren werden. Figur 3 zeigt eine Kompensationsvorrichtung 21 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im schematischen Längsschnitt, ebenfalls mit eingeführter Drohne 1 in dem da¬ für vorgesehenen Aufnahmeraum. Die Kompensationsvorrichtung 21 dieses Beispiels weist ein flussführendes Element 23 auf, welches hier einen geschlossenen Ring ausbildet und kreiszy- linderförmig ausgestaltet ist. Ähnlich wie in Figur 1 ist hier ein schematischer Halbschnitt gezeigt, sodass auch nur die hintere Hälfte des zylindrischen flussführenden Elements 23 gezeigt ist. Insgesamt umgibt das flussführende Element 23 die Drohne 1 jedoch ringförmig. Das Element 23 umgibt die Drohne 1 in einem Bereich, in dessen Innerem ein Permanentmagnet 13 wiederum so angeordnet ist, dass seine magnetische Achse in radialer Richtung orientiert ist. Unter der magneti¬ schen Achse wird hier die Achse verstanden, die den magneti¬ schen Nordpol N und den magnetischen Südpol S miteinander verbindet. Die Hauptrichtung des stärksten magnetischen Flusses außerhalb des Permanentmagneten 13 ist also hier im We- sentlichen nach oben und unten ausgerichtet, wie durch die Feldlinie 37 beispielhaft angedeutet ist. Dieser durch die Drohne bewirkte magnetische Fluss 37 kann sich innerhalb der beiden Hälften des flussführenden Elements 23 schließen, wie hier für die hintere Hälfte schematisch dargestellt. Somit wird auch bei dieser Anordnung ein Ausdringen von Streufluss in die äußere Umgebung der Kompensationsvorrichtung 21 weitgehend vermieden. In analoger Weise zu der hier dargestellten Feldlinie 37 kann sich der magnetische Fluss auch in der hier nicht dargestellten vorderen Hälfte des kreiszylindrischen Elements 23 schließen. Um den magnetischen Fluss innerhalb des Elements 23 zumindest teilweise kompensieren zu können ist auch hier eine elektrische Spuleneinrichtung 31 um einen Teilbereich des flussführenden Elements herum geführt. Beispielhaft ist hier nur eine solche Spuleneinrichtung darge- stellt. Dies reicht aus, um zumindest in der hinteren Hälfte eine anteilige Magnetfeldkompensation zu bewirken. Grundsätzlich kann jedoch auch eine oder mehrere weitere solche Spu¬ leneinrichtung vorliegen, beispielsweise um auch in der nicht dargestellten vorderen Hälfte eine Flusskompensation zu be- wirken. Bei der dargestellten Position der Spuleneinrichtung 31 handelt es sich nur um eine beispielhafte Ausgestaltung, um die Spuleneinrichtung visualisieren zu können. Prinzipiell kann die Lage jedoch auch an einer anderen Stelle des Umfangs des zylindrischen Elements 23 vorgesehen sein, beispielsweise vorteilhaft weiter hinten in einem von den Permanentmagneten 13 abgewandten Bereich des sich ringförmig schließenden magnetischen Flusses. Der Übersichtlichkeit halber ist hier der magnetische Fluss, welcher durch die Spuleneinrichtung 31 in das flussführende Element 23 eingekoppelt wird, nicht darge¬ stellt. Ähnlich wie in Figur 2 soll jedoch dieser magnetische Fluss dem von der Drohne verursachten magnetischen Fluss 37 entgegengesetzt sein zumindest anteilig kompensieren.
Bei den Ausgestaltungsvarianten mit ringförmig geschlossenem flussführendem Element ist es besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zumindest zwei Spuleneinrichtungen aufweist, welche das flussführende Element an unterschiedlichen Stellen seines Umfangs umschließen. So kann das Magnetfeld der Drohne sich in zwei Zweigen im flussführenden Element schließen, und das Magnetfeld kann in diesen beiden Zweigen durch die diesen jeweils zugeordneten Spuleneinrichtungen kompensiert werden. Analog zur Ausgestaltung der Figur 2 umfasst die Kompensati¬ onsvorrichtung 21 auch hier eine Anordnung aus einer Sensoreinheit 41, mit der die relative Position der Drohne zur Kom¬ pensationsvorrichtung oder zumindest eine positionsabhängige physikalische Eigenschaft überwacht werden kann, und einer Regelungseinrichtung 45, mit der abhängig von der relativen
Position ein durch die Spuleneinrichtung fließender Strom geregelt werden kann.
Figur 4 zeigt eine Kompensationsvorrichtung nach einem weite- ren Ausführungsbeispiel der Erfindung, ebenfalls im schemati¬ schen Längsschnitt und mit eingeführter Drohne 1. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Kompensationsvorrichtung 21 ein flussführendes Element 23 auf, welches als offener Ring nach Art eines U ausgebildet ist. Auch hier ist die Drohne 1 im Bereich des offenen Schenkels dieser U-Form angeordnet, so¬ dass sich der magnetische Fluss zwischen Drohne und dem flussführenden Element 23 ringförmig schließen kann. Auch hier weist die Drohne 1 einen einzelnen Permanentmagneten 13 auf, dessen magnetische Hauptachse jedoch im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen nicht radial sondern axial ausgerichtet ist. Um den von diesem Permanentmagneten 13 ausgebildeten magnetischen Fluss ringförmig schließen zu können, ist das flussführende Element 23 hier so ausgestal¬ tet, dass es mit zwei Kollektoren 29, welche in axialer Rich¬ tung versetzt sind, den magnetischen Fluss im radial außen liegenden Bereich der Drohne aufsammeln kann. Dieser Schluss kann sich insgesamt über den übrigen Teil des flussführenden Elements 23 ringförmig schließen, wie in Figur 4 mittels der repräsentativen Feldlinie 37 angedeutet. Im Beispiel der Fi¬ gur 4 ist das flussführende Element 23 so geformt, dass der mittlere Bereich der U-Form die Drohne 1 in ihrem axialen Ende umgibt. Alternativ zu dieser Ausgestaltung ist es jedoch grundsätzlich auch möglich, dass ein flussführendes Element mit ähnlichen axial leicht versetzten Kollektoren vorliegt, dessen mittlerer Schenkel sich nicht im axialen Endbereich, sondern axial innen liegend über den Umfang der Drohne hinweg schließt .
Auch beim Beispiel der Figur 4 ist wiederum eine Spuleneinrichtung 31 vorgesehen, mittels derer ein magnetischer Fluss zur Kompensation des Magnetfelds der Drohne in das flussführende Element 23 eingekoppelt werden kann. Zur Regelung des Stroms in der Spuleneinrichtung 31 liegen auch hier eine Sensoreinrichtung 41 sowie eine Regelungseinrichtung 45 vor.
Bei den Beispielen der Figuren 2, 3 und 4 ist im Innenraum der Drohne 1 jeweils nur ein Permanentmagnet 13 dargestellt. Grundsätzlich können jeweils auch mehrere solche Permanent¬ magnete innerhalb einer Drohne vorliegen, wobei dann zur Kom¬ pensation und/oder Abschirmung des ausgebildeten Magnetfeldes entweder mehrere separate oder auch eine übergeordnete Kom¬ pensationsvorrichtung 23 vorliegen können. Beispielsweise kann eine Kompensationsvorrichtung mit einem zylindrischen flussführenden Element 23, ähnlich wie in der Figur 3 auch zur magnetischen Kompensation von mehreren radial ausgerichteten Permanentmagneten vorgesehen sein. Eine Kompensations- Vorrichtung zur magnetischen Kompensation mehrerer Permanentmagnete (insbesondere mit unterschiedlicher Ausrichtung) kann auch mehrere flussführende Elemente in Form einzelner offener oder geschlossener Ringstrukturen aufweisen.

Claims

Patentansprüche
1. Magnetische Kompensationsvorrichtung (21) für eine Drohne (1) zur Minenauslösung, umfassend
- wenigstens ein flussführendes Element (23) aus einem weich¬ magnetischen Material, welches die Struktur eines offenen oder geschlossenen Rings aufweist,
- einen Aufnahmeraum (25) für die Drohne (1), in dem diese gehalten werden kann, und
- wenigstens eine elektrische Spuleneinrichtung (31), welche derart magnetisch mit dem flussführenden Element (23) gekoppelt ist, dass mit der Spuleneinrichtung (31) ein vorge¬ gebener magnetischer Fluss (39) in das flussführende Ele¬ ment (23) eingekoppelt werden kann,
- wobei das flussführende Element (23) und der Aufnahmeraum (25) so zueinander angeordnet sind, dass ein durch die Drohne (1) bewirkter magnetischer Fluss (37) sich in dem flussführenden Element (23) ringförmig schließen kann. 2. Vorrichtung (21) nach Anspruch 1, umfassend
- wenigstens eine Sensoreinheit (41), mittels derer eine phy¬ sikalische Eigenschaft gemessen werden kann, welche von der relativen Position von flussführendem Element (23) und Drohne (1) abhängt, und
- eine Regelungseinrichtung, (45) mittels derer ein in die elektrische Spuleneinrichtung (31) eingespeister Strom in Abhängigkeit von der gemessenen Größe der physikalischen Eigenschaft geregelt werden kann. 3. Vorrichtung (21) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das wenigstens eine flussführende Element (23) die Struktur eines geschlossenen Rings aufweist, welcher den Aufnahmeraum (25) für die Drohne (1) umgibt. 4. Vorrichtung (21) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das wenigstens eine flussführende Element (23) die Struktur eines offenen Rings aufweist, wobei der Aufnahmeraum (25) im offe¬ nen Bereich der Ringstruktur angeordnet ist.
5. Vorrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das wenigstens eine flussführende Element (23) in dem an den Aufnahmeraum (25) angrenzenden Bereich zumindest einen Kollektor (29) aufweist.
6. Vorrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Sensoreinheit (41) einen Sensor (43) umfasst, welcher als Abstandssensor und/oder Positionssensor und/oder magnetischer Sensor und/oder Kraftsensor ausgebildet ist.
7. Verfahren zur Änderung der temporären Kompensation des Magnetfelds einer Drohne (1) zur Minenauslösung mittels einer Vorrichtung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches die folgenden Schritte umfasst:
- Einspeisung eines elektrischen Stroms in die elektrische Spuleneinrichtung (31), wodurch ein vorgegebener magnetischer Fluss (39) in das flussführende Element eingespeist wird,
- Einführung der Drohne (1) in den Aufnahmeraum (25) oder
Entfernung der Drohne (1) aus dem Aufnahmeraum (25) .
8. Verfahren nach Anspruch 7, welches zusätzlich die folgenden Schritte umfasst:
- Messung einer physikalischen Eigenschaft, welche von der relativen Position von flussführendem Element (23) und Drohne (1) abhängt mittels der Sensoreinheit (41) während des Einführens oder Entfernens,
- Regelung des in die Spuleneinrichtung (31) eingespeisten Stroms in Abhängigkeit von dem Messwert der Sensoreinheit
(41) während des Einführens oder Entfernens.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, bei welchem die elektrische Spuleneinrichtung (31) so betrieben wird, dass das Magnetfeld (37) der Drohne (1) im flussführenden Element (23) zumindest teilweise kompensiert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, welches zu¬ sätzlich den Schritt des gemeinsamen Transports von magneti¬ scher Kompensationsvorrichtung (21) und Drohne (1) umfasst. 11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei auch während des Trans¬ ports ein elektrischer Strom in die Spuleneinrichtung (31) eingespeist wird, um das Magnetfeld (37) der Drohne (1) im flussführenden Element (23) zumindest teilweise zu kompensie¬ ren .
12. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem während des
Transports die Spuleneinrichtung (31) stromlos ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei welchem die gemessene physikalische Eigenschaft der Abstand und/oder die räumliche Ausrichtung zwischen flussführendem Element (23) und Drohne (1) ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei welchem die gemessene physikalische Eigenschaft eine magnetische
Flussdichte und/oder eine Veränderung der magnetischen Flussdichte innerhalb des flussführenden Elements (23) und/oder im Bereich zwischen Drohne (1) und flussführendem Element (23) und/oder im Umfeld der Drohne (1) ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei welchem die gemessene physikalische Eigenschaft die Amplitude
und/oder Richtung einer Kraft zwischen flussführendem Element (23) und Drohne (1) ist.
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