用于通過聲波向移動對象遠程傳遞能量的設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明包括使得能夠?qū)⒛芰繌幕?11)遠程無線傳遞至在基站周圍的給定區(qū)域中移動的移動對象(12)的系統(tǒng)。特別地，移動對象是無人機。該系統(tǒng)包括用于追蹤(13)移動對象(12)以確定移動對象(12)在任意時間相對于基站(11)的位置的裝置(16)；用于發(fā)送沿移動對象(12)的方向匯聚的合成聲波(14)的裝置(13)，這兩個裝置位于基站(11)處并且由所述基站供電；以及聲接收裝置(15)，其位于移動對象(12)上，用于接收由基站(11)發(fā)送的聲波(14)，并且將所接收的聲波轉(zhuǎn)換成電信號并且然后轉(zhuǎn)換成電池的電源電壓。
【專利說明】
用于通過聲波向移動對象遠程傳遞能量的設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明總體上涉及用于從產(chǎn)生源向接收器傳遞能量的裝置的領(lǐng)域。本發(fā)明更具體地涉及用于對電池進行遠程充電的裝置的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當今廣泛使用通過電池供應電力的自主移動設(shè)備。然而，該領(lǐng)域仍存在有關(guān)于自主性的待解決的重大問題。具體地，考慮到所討論的對象的尺寸及其電力消耗，有時難以實現(xiàn)給予該對象足夠的能量自主性的電池，期望的自主性所需要的電池的尺寸與對象的尺寸不兼容。
[0003]因此，當設(shè)計這樣的對象時，通常需要在期望的自主性與對象的尺寸或質(zhì)量之間達成折衷。該折衷要求所討論的對象能夠在其移動的區(qū)域中找到電源，如果不能找到電源，則該對象就無法得到服務。此外，該電源必須能夠以與該對象的使用條件兼容的時間尺度對給對象供電的電池進行充電。
[0004]為了解決這個問題，已知的解決方案在于使電池交換站可供用戶使用，這些電池交換站在對象的整個移動區(qū)域內(nèi)廣泛分布并且具有可用的各種各樣的電池以滿足這些對象的各種各樣的供電電壓(DC或AC)。
[0005]替選解決方案在于使充電點可供用戶使用，這些充電點適用于所討論的對象及其使用，特別是移動電話、筆記本電腦或機動車輛。然而，由于這些對象的移動特性和這些對象的各種各樣的供電電壓，所以必須使充電點加倍，或者如果不能使充電點加倍，則必須實現(xiàn)能夠以與各種各樣的對象的使用條件兼容的時間尺度對對象進行充電的“通用”充電點。
[0006]根據(jù)該情況，另一替選解決方案在于使所討論的對象配備有便攜式或可運輸式充電裝置一充電器，使得用戶能夠從標準電力供應源(如電源電壓)對對象的電池進行充電，使得由于電源電壓的廣泛分布而不必須實施定制的充電點。然而，這樣的解決方案要求用戶運輸對象的充電器。它還要求電源電壓足夠高以使得能夠快速充電。
[0007]除了上述約束之外，前段中所描述的三種解決方案還通常要求用戶將所討論的對象放置在電力供應源附近。具體地，通常借助于必要地具有有限長度的電纜進行充電，或者可替選地借助于要求面向感應元件放置對象的感應傳遞設(shè)備進行充電，所述感應元件本身被放置在其所連接的電源附近。因此，在充電期間內(nèi)移動對象是固定不動的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提出以下解決方案，該解決方案使得在給定區(qū)域中移動的移動對象能夠在不必緊鄰充電電源定位的情況下用電力進行充電并且能夠在所要求的充電時間內(nèi)停留在此。
[0009]為此，本發(fā)明的主題是一種用于將能量從基站遠程無線傳遞至在所述基站周圍的給定空間區(qū)域中移動的移動對象的系統(tǒng)，包括:
[0010]-用于發(fā)射沿給定方向匯聚的合成聲波的裝置，該裝置位于基站的水平處并且由基站供電；
[0011]-聲接收裝置，其位于移動對象的水平處，用于接收由基站發(fā)射的聲波并且用于將聲波轉(zhuǎn)換成電信號。
[0012]該系統(tǒng)另外包括用于追蹤移動對象以確定移動對象相對于基站的位置的裝置。
[0013]根據(jù)設(shè)想的實施方式，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以具有各種技術(shù)特征，例如下面提到的那些技術(shù)特征，這些特征能夠被單獨考慮或組合考慮。因此:
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個技術(shù)特征，用于發(fā)射聲波的裝置包括初級壓電換能器的組件，每個換能器通過相對于基準相位來參考定相的電信號激發(fā)。以如下方式根據(jù)移動對象相對于基站的位置來實時確定施加于各個壓電換能器的信號的相位，該方式使得由各個換能器發(fā)射的聲波在空間中組合以形成沿移動對象的方向匯聚的聲波。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一技術(shù)特征，聲接收裝置包括本地聲換能器。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，追蹤裝置實現(xiàn)為光學或無線電檢測系統(tǒng)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，移動對象包括用于將由聲接收裝置發(fā)送的電信號轉(zhuǎn)換成連續(xù)電壓的裝置，從而能夠給容置在所述移動對象中的電池供電。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一技術(shù)特征，追蹤裝置包括:位于移動對象中的GPS接收器以及使得移動對象能夠?qū)⑵銰PS位置發(fā)送至基站的通信裝置。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，該設(shè)備包括下述通信裝置，該通信裝置使得基站能夠朝向使得移動對象的追蹤能夠初始化的空間區(qū)域引導移動對象。
【附圖說明】
[0020]將借助于下面的描述更好地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，該描述由附圖1支持，圖1給出了根據(jù)本發(fā)明的方法的示例性實現(xiàn)方式的圖示，該方法用于經(jīng)由移動陸地基站對飛行移動對象(例如無人機)進行充電。
【具體實施方式】
[0021]本說明書以非限制性的方式呈現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的示例性應用，使得能夠突出其有利的技術(shù)特征。所呈現(xiàn)的配置使得根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠在一個或更多個自主移動對象上實施。
[0022]在此所呈現(xiàn)的配置包括被安裝在適當大小的車輛上的移動基站11，該移動基站11執(zhí)行與自動飛行對象12—無人機一相關(guān)聯(lián)的各種任務，自動飛行對象12執(zhí)行的任務或多或少與由基站執(zhí)行的那些任務有直接聯(lián)系。
[0023]因此，基站11可以例如包括負責在給定地理區(qū)域中的不同點處在地面上執(zhí)行某些任務的一個或更多個車輛，而無人機12的功能是勘察地面上方的區(qū)域，以便識別要執(zhí)行所述任務的地點并且將這些地點的坐標發(fā)送至基站11，或者甚至在相對于地面位于某高度處的地點中自主執(zhí)行某些任務。
[0024]在意在用于如圖1所示的應用的最一般的形式中，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備主要包括基站，例如車載移動臺11，該車載移動臺11從電力供應源產(chǎn)生聲能信號并且以在給定扇區(qū)空間中匯聚的聲波14的形式發(fā)射所產(chǎn)生的聲信號。為此，車輛配備有用于發(fā)電的自主裝置(圖中未示出)，例如引擎發(fā)電機。
[0025]該設(shè)備還包括:位于飛行移動對象12—無人機一中的聲接收器15，其將所接收的聲波14轉(zhuǎn)換成電信號；以及能夠?qū)⒃撾娦盘栟D(zhuǎn)換成電壓的裝置，該電壓主要意在用于對也位于無人機12中的電池進行充電。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，由該設(shè)備的聲發(fā)射器發(fā)射的聲波是在用電力對移動對象12進行充電的整個操作中一直指向移動對象12的波。為此，該發(fā)射器包括被配置成輻射匯聚波14的天線13(即，聲發(fā)射器)。
[0027]這樣的天線可以以已知方式采取各種形式。然而，在一種優(yōu)選實施方式中，所使用的天線是例如包括多元換能器(E)的合成聲天線，該多元換能器(E)包括根據(jù)二維矩陣分布并且形成相同數(shù)量的初級壓電換能器的壓電芯片。在這種情況下，聲發(fā)射器還包括生成用于激發(fā)初級換能器的電信號的裝置，這些信號中的每一個與源自基準信號的、通過將給定的相移應用于該基準而獲得的信號對應。如圖1所示，以已知方式，以如下方式確定相律或給每個換能器應用的相移，該方式使得由各個換能器發(fā)射的聲波在空間組合以形成沿移動對象12的方向匯聚的聲波14。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，位于移動對象12—無人機一的水平處的聲接收器15就其自身而言是能夠?qū)⑵浣邮盏穆暡ㄞD(zhuǎn)換成電信號的單個聲換能器。聲接收器15可以是沒有任何特定的方向性的例如壓電傳聲器類型的本地元件。
[0029]由基站11發(fā)射的聲波14是連續(xù)正弦波，或者可替選地是頻率優(yōu)選地處于從幾kHz變化至幾百kHz(高達MHz)的范圍中的正弦脈沖序列。此外通過考慮期望在其中可以對給移動對象12(圖1的情況下的無人機)供電的電池進行充電的空間區(qū)域的范圍來限定所發(fā)射的聲功率。然而，應當注意，就不直接給無人機供電而是借助于從聲波14獲得的電信號而言，表示決定所發(fā)射的聲波的大小的因素(最大功率、波形等)是傳輸能量而不是功率。有利地，沿無人機12的確切方向匯聚波14使得能夠傳遞能量并且從而使得能夠?qū)υ谄渲锌梢詫o人機12的電池進行充電的區(qū)域的水平線進行優(yōu)化。該區(qū)域通常在由車輛11運載的基站周圍從幾米擴展到幾百米。
[0030]就聲發(fā)射14是匯聚發(fā)射的情況而言，為了能夠在一定程度上在移動對象12以及可能地在基站11處于運動中時用電力給移動對象12充電，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括定位與追蹤裝置16。一方面，這些裝置使得移動對象12能夠被定位并且能夠確定移動對象12是否位于有效充電區(qū)域中，并且另一方面，這些裝置使得能夠跟隨移動對象12和基站11的相對運動。因此，它們使得能夠?qū)崟r確定移動對象12相對于基站11的聲發(fā)射器13的位置，從而使得所發(fā)射的聲波14保持沿移動對象12的方向匯聚。
[0031]在此，術(shù)語“有效充電區(qū)域”表示下述的空間區(qū)域，在該空間區(qū)域內(nèi)，考慮到會潛在地阻止聲波的傳播的任何遮蔽物，通過聲波14傳輸?shù)哪芰孔阋员灰苿訉ο?2所配備的換能器15檢測到。
[0032]在此，通過任意已知裝置16，例如光學(相機、激光瞄準)或電磁(雷達瞄準)裝置，來執(zhí)行追蹤。
[0033]可替選地，對于定位而言，可以根據(jù)由被結(jié)合到移動對象12中的GPS接收器提供的位置測量來執(zhí)行追蹤，這些坐標通過例如將移動對象與基站聯(lián)系起來的無線電裝置(圖中未示出)被發(fā)送至基站11。
[0034]因此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠在任意給定時刻確定移動對象12相對于基站11的位置，并且就基站11的位置在有效充電區(qū)域(有效區(qū)域)內(nèi)而言，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠使聲充電波14沿移動對象12的確切方向匯聚。通過將適當?shù)南嗦蓱糜趯β暟l(fā)射天線13的每個初級換能器進行控制的激發(fā)電信號來簡單地實現(xiàn)沿移動對象12的方向的匯聚。
[0035]根據(jù)本發(fā)明，只要移動對象12—直在有效區(qū)域中移動，則可以持續(xù)地執(zhí)行對移動對象12進行充電的功能，或者以間歇的方式在移動對象12在該區(qū)域內(nèi)移動的時候來執(zhí)行對移動對象12進行充電的功能。
[0036]在后一種情況下，出于操作原因，如果移動對象12有理由離開有效區(qū)域，則充電操作被中斷并且僅當以下情況時重新開始:考慮到移動對象12的位置，可以再次對移動對象12進行追蹤以及使聲波再次在移動對象12上匯聚17以及/或者移動對象12離基站11的距離與令人滿意的能量傳遞相適合。
[0037]當移動對象12和支承基站11的車輛是用于監(jiān)控例如高大的結(jié)構(gòu)、建筑、橋梁或其他民用工程結(jié)構(gòu)的完整性的系統(tǒng)中的兩個要素時尤其如此，對于這些高大的結(jié)構(gòu)、建筑、橋梁或其他民用工程結(jié)構(gòu)，從地面針對下部部分以及借助于飛行器12針對上部部分來同時執(zhí)行監(jiān)控。在這種背景下，確實可行的是，在監(jiān)控操作中的給定時刻，移動對象12的移動區(qū)域(構(gòu)成用于監(jiān)控較高部分的要素)沒有包括在有效充電區(qū)域內(nèi)，或者由于要被監(jiān)控的結(jié)構(gòu)的形式，移動對象12的聲接收器15不再能夠接收由基站11發(fā)射的聲波14。
[0038]應當注意，尤其在基站11被安裝在其車輛中并且移動對象12構(gòu)成意在用于在同一個地理區(qū)域中實現(xiàn)另外的任務的設(shè)備的組件的情況下，在這兩個要素各自的尺寸和配置允許的范圍內(nèi)，如圖1所示為基站車輛上的移動對象12提供進機區(qū)域(docking area)18是有利的，當這兩個要素不操作時，移動對象12可以占據(jù)該進機區(qū)域18。
[0039]在這樣的配置中，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的聲發(fā)射器13可以隨之以如下方式配置:當移動對象12被放置在其進機區(qū)域18上時，更寬廣地發(fā)射聲波14，并且聲波到達車輛上的移動對象12的進機空間18。為此，足以將適當?shù)南嗦蓱糜谛纬陕暟l(fā)射天線13的各個初級換能器。由散焦引起的功率損失通過將位于基站11上的聲發(fā)射器與位于移動對象12上的聲接收器15分離的小距離來抵消，使得可以在移動對象12不操作并且其功耗低時對移動對象的電池進行充電。
[0040]還應當注意，雖然在上述實施方式中根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括單個移動基站11，但是盡管如此，在其他實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以包括多個固定的或移動的基站11，每個基站產(chǎn)生聲能信號并且發(fā)射匯聚于同一個移動對象12上的聲波14。以這種方式，雖然每個基站傳遞相對低水平的能量，不過，仍能夠?qū)⒆銐虻哪芰總鬟f至移動對象12以使得移動對象12能夠?qū)ζ潆姵剡M行充電。
[0041]還應當注意，在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的最簡單的形式中，例如意在用于從固定基站向通過個體運輸?shù)囊苿訉ο?例如，移動電話)傳遞能量，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以簡單地由固定基站和聲接收器構(gòu)成，所述固定基站根據(jù)電信號產(chǎn)生聲能信號，并且以匯聚于給定扇區(qū)空間的聲波的形式發(fā)射所產(chǎn)生的聲信號，所述聲接收器位于所討論的移動對象中，并且能夠?qū)⑺邮盏穆暡ㄞD(zhuǎn)換成電壓，此主要意在用于對也位于移動對象中的電池進行充電。在這種情況下，可以通過通用配電網(wǎng)來提供對基站的電力供給。
[0042]因此，可以以簡單的方式執(zhí)行對電池的充電，對象的用戶僅需要確認基站的存在并且將要被充電的對象放置在本身已知或被清楚地標記的聲波傳播區(qū)域中。
[0043]當通過操作者自身來執(zhí)行移動對象相對于聲發(fā)射源的正確定位時，則該設(shè)備不需要用于追蹤移動對象或在基站與移動對象之間進行通信的自動化裝置。
【主權(quán)項】
1.一種用于將能量從基站(11)遠程無線傳遞至在所述基站周圍的給定空間區(qū)域中移動的移動對象(12)的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: -用于發(fā)射沿給定方向匯聚的合成聲波(14)的裝置(13)，所述裝置位于所述基站的水平處并且由所述基站供電； -聲接收裝置(15)，所述聲接收裝置(15)位于所述移動對象(12)的水平處，用于接收由所述基站發(fā)射的所述聲波(14)并且用于將所述聲波轉(zhuǎn)換成電信號； -所述系統(tǒng)另外包括用于追蹤(13)所述移動對象(12)以確定所述移動對象(12)相對于所述基站(11)的位置的裝置(16)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，用于發(fā)射所述聲波(14)的所述裝置包括初級壓電換能器的組件，每個換能器通過相對于基準相位來參考定相的電信號激發(fā);施加于各個壓電換能器的信號的相位根據(jù)所述移動對象(12)相對于所述基站(11)的位置以如下方式來實時確定，所述方式使得由所述各個換能器發(fā)射的所述聲波在空間中組合以形成沿所述移動對象(12)的方向匯聚的聲波(14)。3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述聲接收裝置(15)包括本地聲換能器。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述追蹤裝置(16)實現(xiàn)為光學或無線電檢測系統(tǒng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述追蹤裝置(16)包括:位于所述移動對象(I 2)中的GPS接收器以及使得所述移動對象(12)能夠?qū)⑵銰PS位置發(fā)送至所述基站(11)的通信裝置。6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述移動對象(12)包括用于將由所述聲接收裝置(15)發(fā)送的所述電信號轉(zhuǎn)換成連續(xù)電壓的裝置，所述連續(xù)電壓使得能夠給容置在所述移動對象(12)中的電池供電。7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括下述通信裝置，該通信裝置使得所述基站(11)能夠朝向使得所述移動對象(12)的追蹤(17)能夠初始化的空間區(qū)域引導所述移動對象。
【文檔編號】B64C39/02GK105917547SQ201480066322
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2014年10月30日
【發(fā)明人】尼古拉斯·科林, 迪迪?！の髂獌?nèi)特
【申請人】空客集團有限公司