用于系留飞行器的系绳末端安装座的系统和装置的制造方法
【专利摘要】诸如空中风力涡轮机(AWT)的风能系统可以用来促进动能向电能的转换。AWT可以包括飞行器，该飞行器在一路径中飞行以将风动能转变为电能。该飞行器可以用系绳拴系到地面站，系绳在系绳末端安装座处终止，在一个方面中，系绳可以是能够在飞行器和地面站之间来回传输电力和/或电信号的导电系绳。系绳末端安装座可以包括允许系绳末端安装座绕一个或多个轴旋转的一个或多个万向节。在另一方面中，系绳末端安装座可以包括允许系绳的旋转而不扭绞系绳的滑动环。
【专利说明】
用于系留飞行器的系绳末端安装座的系统和装置
【背景技术】
[0001]除非这里另外地说明，在本部分中描述的内容不是与本申请中的权利要求相比的现有技术，并且不被承认由于包括在本部分中而是现有技术。
[0002]发电系统可以将化学和/或机械能(例如动能)转变成电能用于各种应用，诸如公用事业系统。作为一种示例，风能系统可以将风动能转变成电能。
【发明内容】
[0003]本公开总体上涉及含有用于系留飞行器(诸如侧风飞行器系统中采用的飞行器)的地面站的系统和方法。侧风飞行器系统可以从风获取有用的动力用于各种目的，诸如例如发电、升起或者牵引物体或运载工具等。由于例如变化的风力条件和/或湍流的风力条件，部署和接收飞行器以产生电力会出现困难。有利地，这里描述的实施方式可以允许飞行器的更可靠、安全和有效的部署和接收。通过适当参照附图阅读以下的详细说明，这些以及其它的方面、优点和备选方案对于本领域普通技术人员将变得明显。
[0004]在一个方面中，提供一种系绳末端安装座(tether terminat1n mount)。该系绳末端可以包括万向节系统。该万向节系统可以包括第一万向节，第一万向节具有主轴承系统并被配置用于基本上绕主轴的运动。该万向节系统还可以包括第二万向节，该第二万向节具有副轴承系统并被配置用于基本上绕第二轴的运动。系绳末端安装座可以包括具有静止部分和可旋转部分的滑动环(slip ring)。滑动环的静止部分可以被联接到第二万向节，并可以被电联接到滑动环的可旋转部分。滑动环的可旋转部分可以被电联接到包含一个或多个被绝缘的导体的系绳。系绳末端安装座还可以包括主轴。主轴可以包括主轴近端和主轴远端。主轴可以配置为约束系绳的一部分。主轴近端可以联接到滑动环的可旋转部分。
[0005]在另一个方面中，提供一种能够报告位置和/或速度数据的系绳末端安装座。该系绳末端可以包括万向节系统。该万向节系统可以包括具有主轴承系统和主编码器的第一万向节。第一万向节可以配置用于基本上绕主轴的运动。该万向节系统还可以包括具有副轴承系统和副编码器的第二万向节。第二万向节可以配置用于基本上绕第二轴的运动。系绳末端安装座可以包括具有静止部分和可旋转部分的滑动环。滑动环的静止部分可以被联接到第二万向节，并可以被电联接至滑动环的可旋转部分。滑动环的可旋转部分可以被电联接到包含一个或多个被绝缘的导体的系绳。系绳末端安装座还可以包括主轴。主轴可以包括主轴近端和主轴远端。主轴可以配置为约束系绳的一部分。主轴近端可以联接到滑动环的可旋转部分。
[0006]在另一个方面中，提供一种系统。该系统可以包括具有系绳近端、系绳主体和系绳远端的系绳。系绳远端可以被连接到飞行器。系绳可以包括一个或多个被绝缘的电导体。所述一个或多个导体可以每个具有导体近端和导体远端。导体远端可以联接到飞行器。所述系统还可以包括具有俯仰轴万向节(altitude axis gimbal)和方位轴万向节(azimuthaxis gimbal)的万向节系统。俯仰轴万向节可以包括俯仰轴承系统和俯仰编码器，并可以被配置用于基本上绕俯仰轴的运动。方位轴万向节可以包括方位轴承系统和方位编码器，并可以被配置用于基本上绕方位轴的运动。所述系统还可以包括具有静止部分和可旋转部分的滑动环。滑动环的静止部分可以被联接到方位轴万向节，并可以被电联接到滑动环的可旋转部分。滑动环的可旋转部分可以经由所述一个或多个导体的导体近端被电联接到系绳。所述系统可以包括伺服电机，该伺服电机被联接到滑动环并被配置为响应于系绳的旋转而旋转滑动环。所述系统还可以包括具有主轴近端和主轴远端的主轴。主轴可以被配置为约束系绳主体的一部分。主轴近端可以联接到滑动环的可旋转部分。
【附图说明】
[0007]图1示出根据一示例实施方式的空中风力涡轮机(AWT)。
[0008]图2不出简化的方框图，不出根据一不例实施方式的AWT的部件。
[0009]图3A示出用于AWT的飞行器的地面站的透视图。
[0010]图3B示出用于AWT的飞行器的地面站的透视图。
[0011]图3C示出根据一示例实施方式的具有被绝缘的电导体的系绳的截面图。
[0012]图4示出用于AWT的飞行器的地面站的系绳末端安装座的可选实施方式的透视图。
【具体实施方式】
[0013]示例的方法和系统在这里被描述。应当理解，词语“示例”、“示范性的”和“例证性的”在这里用来表示“用作示例、例子或者例证”。在这里被描述为是“示例”、是“示范性的”或者是“例证性的”的任何实施方式或者特征不必被解释为相对于其它实施方式或者特征是更优选或优越的。这里描述的示例实施方式不意欲进行限制。将容易理解，如在这里被广泛地描述并在附图中示出的本公开的多个方面能够以各式各样不同的构造被布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都在这里被明确地预期。
[0014]1.概述
[0015]示例实施方式涉及可用于风能系统诸如空中风力涡轮机(AWT)的飞行器。特别地，示例实施方式可以涉及用于在将动能转变成电能的过程中促进飞行器的方法和系统或者采取所述方法和系统的形式。
[0016]作为【背景技术】，AWT可以包括飞行器，该飞行器在一路径(诸如基本上圆形的路径)中飞行，以通过机上涡轮机将风动能转变成电能。在示例实施方式中，飞行器可以通过系绳连接到地面站。在被拴系的同时，飞行器可以:(i)在一高度范围并基本上沿着所述路径飞行，并返回到地面；以及(ii)通过系绳将电能传输到地面站。在一些实施方式中，地面站可以传输电力到飞行器用于起飞和/或着陆。
[0017]在AWT中，当风对发电没有帮助时，飞行器可以停放在地面站中和/或上。当风有助于发电时，诸如当风速可以在200米(m)的高度为10米每秒(m/s)时，地面站可以部署飞行器(或使飞行器起飞)。此外，当飞行器被部署并且风对发电没有帮助时，飞行器可以返回到地面站。
[0018]此外，在AWT中，飞行器可以被配置用于悬浮飞行和侧风飞行。侧风飞行可以被使用以在诸如基本上圆周运动的运动中行进，因此可以是用来产生电能的主要技术。而悬浮飞行可以被飞行器使用从而为侧风飞行进行准备和定位它自己。特别地，飞行器可以至少部分地基于悬浮飞行而上升到用于侧风飞行的位置。此外，飞行器可以通过悬浮飞行起飞和/或着陆。
[0019]在悬浮飞行中，飞行器的主翼的翼展可以基本上平行于地面取向，并且飞行器的一个或多个螺旋桨可以使得飞行器悬浮在地面上方。在一些实施方式中，飞行器可以在悬浮飞行中垂直地上升或者下降。
[0020]在侧风飞行中，飞行器可以基本上沿着如上所述的路径被风推动，可以将风动能转变成电能。在一些实施方式中，飞行器的该一个或多个螺旋桨可以通过使入射的风减速来产生电能。
[0021]当(i)飞行器已经加入风流(例如稳定流和/或无失速条件(这可以指没有气流与翼面的分离))并且(ii)系绳处于张力下时，飞行器可以进入侧风飞行。此外，飞行器可以在基本上地面站的下风向的位置进入侧风飞行。
[0022]某些先前的系留系统已经采用变长度的系绳。相反，示例实施方式促进了固定长度的系绳的使用。例如，固定长度的系绳可以约500米长，并且直径为约20毫米。系绳可以包括一个或多个被绝缘的导体以沿着系绳长度传输电能或者其它的电信号。
[0023]由于种种理由，地面站处的系绳末端安装座会是令人期望的。例如，侧风飞行的飞行器可能在系统的寿命期间振动许多次(例如30百万个周期的飞行器和系绳旋转)，所以会期望系绳末端安装座不磨损或摩擦系绳。在刚性或者半刚性系绳的情况下，会期望系绳末端安装座不将显著的弯曲载荷施加到系绳上。
[0024]在具有一个或多个导体的系绳的情况下，会期望系绳末端安装座不在系绳中积累扭绞。系绳扭绞会是问题，因为扭绞的系绳会由于导体的扭绞或者最终的断裂而具有减小的电导率。例如，系绳末端安装座可以主动地或被动地旋转，以使地面侧系统处的系绳与飞行器的运动匹配。系绳末端安装座可以包括伺服电机或者另外的驱动机构以人工地旋转系绳并减小显著系绳扭绞的可能性。另外，在具有一个或多个导体的系绳的情况下，会期望将电力传输到地面侧系统内或者将电力传输出去到飞行器的系绳末端安装座。
[0025]I1.说明性系统
[0026]A.空中风力涡轮机(AWT)
[0027]图1绘出根据示例实施方式的AWT 100。特别地，AWT 100包括地面站110、系绳120和飞行器130。如图1所示，飞行器130可以连接到系绳120，系绳120可以连接到地面站110。在此示例中，系绳120可以在地面站110上的一个位置被连接到地面站110，并在飞行器130上的两个位置被连接到飞行器130。然而，在另外的示例中，系绳120可以在多个位置被连接到地面站110和/或飞行器130的任何部分。
[0028]地面站110可以用来保持和/或支撑飞行器130直到它处于工作模式。地面站110也可以被配置为允许飞行器130改变位置使得该器件的部署是可能的。此外，地面站110可以被进一步地配置为在着陆期间接收飞行器130。地面站110可以由在悬浮和侧风飞行之间转换时能够适当地保持飞行器130连接和/或锚定到地面的任何材料形成。
[0029 ]此外，地面站110可以包括可改变系绳120的长度的一个或多个部件(未示出)，诸如绞盘。这样的部件将随后在本公开中更详细地描述。例如，当飞行器130被部署时，该一个或多个部件可以配置为将系绳120放出和/或从卷轴上放出。在一些实施方式中，该一个或多个部件可以配置为将系绳120放出和/或从卷轴上放出至预定的长度。作为示例，预定的长度可以等于或者小于系绳120的最大长度。此外，当飞行器130在地面站110着陆时，该一个或多个部件可以配置为将系绳120卷回到卷轴上。
[0030]系绳120可以将由飞行器130产生的电能传输到地面站110。此外，为了向飞行器130提供动力用于起飞、着陆、悬浮飞行和/或向前飞行，系绳120可以传输电力到飞行器130。系绳120可以以任何形式和使用任何材料构造，所述形式和材料可以允许由飞行器130产生的电能的传输、供应和/或利用和/或电力至飞行器130的传输。系绳120也可以被配置为当飞行器130处于工作模式时经受住飞行器130的一种或多种力。例如，系绳120可以包括芯部，该芯部配置为当飞行器130处于悬浮飞行、向前飞行和/或侧风飞行时经受住飞行器130的一种或多种力。芯部可以由任何高强度的纤维构造。在一些示例中，系绳120可以具有固定的长度和/或可变的长度。例如，在至少一种这样的示例中，系绳120可以具有140米的长度。然而，另外的长度也可以被使用。
[0031]飞行器130可以被配置为基本上沿着路径150飞行以产生电能。当在本公开中使用时，术语“基本上沿着”指的是精确地沿着和/或不显著地影响如在这里描述的电能的产生和/或如在这里描述的使飞行器在某些飞行模式之间转换的相对于精确地沿着的一次或多次偏离。
[0032]飞行器130可以包括各种类型的装置诸如风筝、直升机、翼和/或飞机，还有其它可能，或者采取所述各种类型的装置的形式。飞行器130可以由金属、塑料和/或另外的聚合物的刚性结构形成。飞行器130可以由允许高的推重比和可用于公用事业应用的电能的产生的任何材料形成。另外，所述材料可以被选择以允许快速硬化、冗余和/或容错的设计，所述设计可以能够应付风速和风向上的大和/或突然的改变。其它的材料也可以用于飞行器的形成。
[0033]在各种不同的实施方式中，路径150可以为各种不同的形状。例如，路径150可以是基本上圆形的。而且，在至少一个这样的示例中，路径150可以具有多达265米的半径。当在本公开中使用时，术语“基本上圆形的”指的是精确的圆形的和/或不显著地影响如在这里描述的电能的产生的相对于精确的圆形的一次或多次偏离。用于路径150的另外的形状可以是卵形(诸如椭圆形)、果冻豆的形状、数字8的形状等。
[0034]如图1所示，飞行器130可以包括主翼131、前部132、旋翼连接器133A-B、旋翼134A-D、尾梁135、尾翼136和垂直稳定器137。这些部件中的任何部件可以被成形为允许部件使用升力抵抗重力和/或向前移动飞行器130的任何形式。
[0035]主翼131可以向飞行器130提供主要的升力。主翼131可以是一个或多个刚性或柔性的机翼，并可以包括各种控制面，诸如小翅(winglet)、襟翼(flap)、方向舵、升降舵等。所述控制面可以用来在悬浮飞行、向前飞行和/或侧风飞行期间稳定飞行器130和/或减小对飞行器130的阻力。
[0036]主翼131可以是适合飞行器130进行悬浮飞行、向前飞行和/或侧风飞行的任何材料。例如，主翼131可以包括碳纤维和/或无碱玻璃。此外，主翼131可以具有多种尺寸。例如，主翼131可以具有对应于传统的风力涡轮机桨叶的一种或多种尺寸。作为另一示例，主翼131可以具有8米的翼展、4平方米的面积和15的长宽比。前部132可以包括用于在飞行期间减少对飞行器130的阻力的一种或多种部件，诸如机头(nose)。
[0037]旋翼连接器133A-B可以将旋翼134A-D连接到主翼131。在一些示例中，旋翼连接器133A-B可以采取一个或多个挂架(pylon)的形式，或者在形式上与一个或多个挂架类似。在此示例中，旋翼连接器133A-B被布置为使得旋翼134A-D在主翼131之间间隔开。在一些示例中，对应的旋翼(例如旋翼134A和旋翼134B或者旋翼134C和旋翼134D)之间的垂直间隔可以是0.9米。
[0038]为了产生电能，旋翼134A-D可以被配置为驱动一个或多个发电机。在此示例中，旋翼134A-D可以每个包括一个或多个桨叶，诸如三个桨叶。所述一个或多个旋翼桨叶可以通过与风的相互作用而旋转，这可以用来驱动所述一个或多个发电机。此外，旋翼134A-D也可以被配置为在飞行期间向飞行器130提供推力。利用此布置，旋翼134A-D可以用作一个或多个推进单元，诸如螺旋桨。尽管在此示例中旋翼134A-D被描述为四个旋翼，但是在另外的示例中，飞行器130可以包括可沿着主翼131间隔开的任何数量的旋翼，诸如少于四个旋翼或者多于四个旋翼。
[0039]尾梁135可以将主翼131连接到尾翼136。尾梁135可以具有各种尺寸。例如，尾梁135可以具有2米的长度。此外，在一些实施方式中，尾梁135可以采取飞行器130的主体和/或机身的形式。而且，在这样的实施方式中，尾梁135可以携带有效负载。
[0040]尾翼136和/或垂直稳定器137可以用来在悬浮飞行、向前飞行和/或侧风飞行期间稳定飞行器和/或减小对飞行器130的阻力。例如，尾翼136和/或垂直稳定器137可以用来在悬浮飞行、向前飞行和/或侧风飞行期间维持飞行器130的俯仰。在此示例中，垂直稳定器137被连接到尾梁135，尾翼136位于垂直稳定器137之上。尾翼136可以具有各种尺寸。例如，尾翼136可以具有2米的长度。此外，在一些示例中，尾翼136可以具有0.45平方米的表面面积。此外，在一些示例中，尾翼136可以位于飞行器130的质心之上I米处。
[0041]虽然以上已经描述了飞行器130，但是应当理解，这里描述的方法和系统可以涉及连接到系绳(诸如系绳120)的任何适合的飞行器。
[0042]B.AWT的说明性部件
[0043]图2是示出AWT 200的部件的简化方框图。AWT 200可以采取AWT 100的形式或者在形式上类似于AWT 100。具体地，AWT 200包括地面站210、系绳220和飞行器230。地面站210可以采取地面站110的形式或者在形式上与地面站110类似，系绳220可以采取系绳120的形式或者在形式上与系绳120类似，飞行器230可以采取飞行器130的形式或者在形式上与飞行器130类似。
[0044]如图2所示，地面站210可以包括一个或多个处理器212、数据存储器214和程序指令216。处理器212可以是通用处理器或者专用处理器(例如数字信号处理器、特定用途集成电路等)。所述一个或多个处理器212可以被配置为执行计算机可读程序指令216，所述计算机可读程序指令216被存储在数据存储器214中并是可执行的以提供这里描述的功能的至少一部分。
[0045]数据存储器214可以包括一个或多个计算机可读存储介质，或者采取一个或多个计算机可读存储介质的形式，所述一个或多个计算机可读存储介质可以被至少一个处理器212读取或者访问。所述一个或多个计算机可读存储介质可以包括易失性和/或非易失性存储部件，诸如光学、磁性、有机或者其它存储器或者盘存储器，其可以整体或者部分地与所述一个或多个处理器212中的至少一个集成。在一些实施方式中，数据存储器214可以使用单个实际装置(例如一个光学、磁性、有机或者其它存储器或者盘存储单元)实施，但是在另一些实施方式中，数据存储器214可以使用两个或更多实际装置实施。
[0046]如所述的，数据存储器214可以包括计算机可读程序指令216以及可能的额外的数据，诸如地面站210的诊断数据。这样，数据存储器214可以包括进行或者促进这里描述的功能中的一些或者全部的程序指令。
[0047]在另一个方面中，地面站210可以包括通信系统218。通信系统218可以包括允许地面站210经由一种或多种网络通信的一种或多种无线接口和/或一种或多种有线线路接口。这样的无线接口可以在一种或多种无线通信协议下提供通信，诸如蓝牙、WiFi (例如IEEE802.11标准)、长期演进(LTE)、WiMAX(例如IEEE 802.16标准)、射频ID(RFID)协议、近场通信(NFC)和/或其它无线通信协议。这样的有线线路接口可以包括以太网接口、通用串行总线(USB)接口或者类似的接口以经由电线、双绞线、同轴电缆、光链路、光纤链路或者其它物理连接与有线线路网络通信。地面站210可以经由通信系统218而与飞行器230、另外的地面站和/或另外的机构(例如指挥中心)通信。
[0048]在示例实施方式中，地面站210可以包括通信系统218，通信系统218可以允许近距离通信和远距离通信两者。例如，地面站210可以被配置用于使用蓝牙的近距离通信并可以被配置用于在CDMA协议下的远距离通信。在这样的实施方式中，地面站210可以被配置为用作“热点”；或者换句话说，用作远程支持设备(例如系绳220、飞行器230以及另外的地面站)与一种或多种数据网络诸如蜂窝移动网络和/或因特网之间的网关或者代理服务器。照这样配置，地面站210可以促进远程支持设备在其它情况下将不能独自进行的数据通信。
[0049]例如，地面站210可以提供到远程设备的WiFi连接，并用作到移动通讯服务提供者的数据网络的代理服务器或者网关，地面站210可以例如在LTE或者3G协议下连接到移动通讯服务提供者的数据网络。地面站210还可以用作到另外的地面站或者控制站的代理服务器或者网关，否则远程设备可能不能访问所述另外的地面站或者控制站。
[0050]此外，如图2所示，系绳220可以包括传输部件222和通信链路224。传输部件222可以配置为将电能从飞行器230传输到地面站210和/或将电能从地面站210传输到飞行器230。在各种不同的实施方式中，传输部件222可以采用各种不同的形式。例如，传输部件222可以包括被配置为传输电力的一个或多个被绝缘的导体。而且在至少一个这样的示例中，所述一个或多个导体可以包括铝和/或可允许电流的传导的任何其它的材料。此外，在一些实施方式中，传输部件222可以围绕系绳220的芯部(未示出)。
[0051]地面站210可以通过通信链路224与飞行器230通信。通信链路224可以是双向的并可以包括一种或多种有线和/或无线接口。此外，可以有构成通信链路224的至少一部分的一个或多个路由器、开关和/或另外的装置或网络。
[0052]此外，如图2所示，飞行器230可以包括一个或多个传感器232、动力系统234、电力产生/转换部件236、通信系统238、一个或多个处理器242、数据存储器244、程序指令246、以及控制系统248。
[0053]在各种不同的实施方式中，传感器232可以包括各种不同的传感器。例如，传感器232可以包括全球定位系统(GPS)接收器。GPS接收器可以被配置为提供众所周知的GPS系统(其可以被称为全球导航卫星系统(GNNS))的典型的数据，诸如飞行器230的GPS坐标。这样的GPS数据可以被AWT 200利用以提供这里描述的各种各样的功能。
[0054]作为另一示例，传感器232可以包括一个或多个风传感器，诸如一个或多个风速管。所述一个或多个风传感器可以被配置为检测可见的和/或相对的风。这样的风数据可以被AWT 200利用以提供这里描述的各种各样的功能。
[0055]仍然作为另一示例，传感器232可以包括惯性测量单元(MU) JMU可以包括加速度计和陀螺仪两者，加速度计和陀螺仪可以一起用于确定飞行器230的方位。具体地，加速度计能够测量飞行器230相对于地球的取向，而陀螺仪测量围绕轴(诸如飞行器230的中心线)的旋转速度。IMU可商业化地获得为低成本、低功率的封装。例如，IMU可以采取小型化微机电系统(MEMS)或者纳机电系统(NEMS)的形式，或者包括小型化微型机电系统(MEMS)或者纳机电系统(NEMS)。其它类型的頂U也可以被使用。除了加速度计和陀螺仪之外，頂U还可以包括可帮助更好地确定位置的其它传感器。这样的传感器的两个示例是磁力计和压力传感器。其它示例也是可能的。
[0056]虽然加速度计和陀螺仪在确定飞行器230的方位方面可以是有效的，但是测量中的微小误差可以随着时间的过去而加剧并导致更显著的误差。然而，示例的飞行器230可以能够通过使用磁力计测量方向来减轻或者减小这样的误差。例如，飞行器230可以使用借助容错冗余位置和速度估算的漂移缓解(drift mitigat1n)。磁力计的一个示例是低功率数字3轴磁力计，其可以被用来实现用于精确的航向信息的方位独立电子罗盘。然而，其它类型的磁力计也可以被使用。
[0057]飞行器230也可以包括压力传感器或者气压计，所述压力传感器或者气压计可以用来确定飞行器230的高度。或者，诸如声波高度计或者雷达高度计的其它传感器可以用于提供尚度的指不，其可以帮助提尚IMU的准确性和/或防止IMU的漂移。
[0058]如所述的，飞行器230可以包括动力系统234。在各种不同的实施方式中，动力系统234可以采取各种不同的形式。例如，动力系统234可以包括用于提供动力到飞行器230的一个或多个电池。在一些实施方式中，所述一个或多个电池可以是可再充电的，并且每个电池可以经由电池与电源之间的有线连接和/或经由无线充电系统被再充电，该无线充电系统诸如为向内部电池施加外部的随时间变化的磁场的感应充电系统和/或使用从一个或多个太阳能电池板收集的能量的充电系统。
[0059]作为另一示例，动力系统234可以包括用于提供动力到飞行器230的一个或多个电机或引擎。在一些实施方式中，所述一个或多个电机或者引擎可以由诸如烃基燃料的燃料提供动力。并且在这样的实施方式中，燃料可以被储存在飞行器230上并通过一个或多个流体导管诸如管道被输送到所述一个或多个电机或者引擎。在一些实施方式中，动力系统234可以被全部或者部分地实施在地面站210上。
[0060]如所述的，飞行器230可以包括电力产生/转换部件236。在各种不同的实施方式中，电力产生/转换部件326可以采取各种不同的形式。例如，电力产生/转换部件236可以包括一个或多个发电机，诸如高速直驱发电机。利用此布置，所述一个或多个发电机可以被一个或多个旋翼诸如旋翼134A-D驱动。而且在至少一个这样的示例中，所述一个或多个发电机可以以全额定功率在11.5米每秒的风速中以可超过百分之60的利用率运转，并且所述一个或多个发电机可以产生从40千瓦到600兆瓦的电功率。
[0061 ]此外，如所述的，飞行器230可以包括通信系统238。通信系统238可以采取通信系统218的形式或者在形式上与通信系统218类似。飞行器230可以通过通信系统238而与地面站210、另外的飞行器和/或另外的机构(例如指挥中心)通信。
[0062]在一些实施方式中，飞行器230可以被配置为用作“热点”；或者换句话说，用作远程支持设备(例如地面站210、系绳220、另外的飞行器)与一种或多种数据网络诸如蜂窝移动网络和/或因特网之间的网关或者代理服务器。照这样配置，飞行器230可以促进远程支持设备在其它情况下将不能独自进行的数据通信。
[0063]例如，飞行器230可以提供到远程设备的WiFi连接，并用作到移动通讯服务提供者的数据网络的代理服务器或者网关，飞行器230可以例如在LTE或者3G协议下连接到移动通讯服务提供者的数据网络。飞行器230还可以用作到另外的飞行器或者控制站的代理服务器或者网关，否则远程设备可能不能访问所述另外的飞行器或者控制站。
[0064]如所述的，飞行器230可以包括所述一个或多个处理器242、程序指令244和数据存储器246。所述一个或多个处理器242可以被配置为执行计算机可读程序指令246，计算机可读程序指令246被保存在数据存储器244中并是可执行的以提供这里描述的功能的至少一部分。所述一个或多个处理器242可以采取所述一个或多个处理器212的形式或者在形式上与所述一个或多个处理器212类似，数据存储器244可以采取数据存储器214的形式或者在形式上与数据存储器214类似，程序指令246可以采取程序指令216的形式或者在形式上与程序指令216类似。
[0065]此外，如所述的，飞行器230可以包括控制系统248。在一些实施方式中，控制系统248可以被配置为执行这里描述的一种或多种功能。控制系统248可以以机械系统和/或以硬件、固件和/或软件实施。作为一个示例，控制系统248可以采取存储在非暂时计算机可读介质上的程序指令和执行所述指令的处理器的形式。控制系统248可以完全或者部分地实施在飞行器230上和/或远离飞行器230定位的至少一个机构诸如地面站210上。总体上，控制系统248被实施的方式可以根据具体的应用而变化。
[0066]虽然以上已经描述了飞行器230，但是应当理解，这里描述的方法和系统可以涉及连接到系绳(诸如系绳230和/或系绳110)的任何适合的飞行器。
[0067]C.地面站的说明性部件
[0068]图3A示出用于AWT的飞行器(诸如图1中示出的飞行器130)的地面站的透视图。地面站300可以与图2的地面站210或图1的地面站110相同或者类似。图3A仅是代表性的，并且没有示出所有的部件。例如，额外的结构或限制部件可以没有被示出。
[0069]地面站300可以包括直立塔302、平台305、绞盘组件306、系绳末端安装座350和停放组件314。塔302和平台305可以用来促进飞行器(诸如图1中示出的AWT的飞行器130)的停放和起飞。在一些实施方式中，平台305可以是飞行器诸如飞行器130能够停放在其上(例如在着陆时)的停放平台。
[0070]地面站300还可以包括绞盘卷筒310和绞盘组件(未示出)，绞盘卷筒310和绞盘组件两者可以被联接到平台305。平台305可以被联接到旋转构件304，从而被可旋转地联接到直立塔302。借助于旋转构件304，绞盘组件、绞盘卷筒310和平台305可以绕轴诸如绕直立轴旋转(例如在方位面中旋转)ο旋转构件304可以例如是被动回转环或者利用电机驱动的主动回转环。按这样的方式，平台305可以绕直立轴主动或被动地旋转(在图3A中由箭头304a代表性地表示)。虽然公开的实施方式利用了回转环，但是可允许平台305绕塔302旋转的任何旋转轴承或者其它配置可以被使用。塔302可以是管状钢结构，然而能够解决空中飞行载荷的任何结构可以被使用。
[0071]系绳320可以经由系绳末端安装座350连接到地面站300，并在绞盘卷筒旋转时缠绕到绞盘卷筒310上。系绳320可以包括连接到AWT的飞行器的系绳远端、系绳主体和系绳近端。系绳320可以包括一个或多个被绝缘的导体，所述一个或多个被绝缘的导体具有导体近端和联接到AWT的飞行器的导体远端。导体远端可以联接到AWT的飞行器。系绳末端安装座350可以以各种方式联接到绞盘卷筒310。例如，系绳末端安装座可以连接到支撑结构360，支撑结构360被连接到绞盘卷筒310。系绳320可以经由水平绞线器(未示出)引导到绞盘卷筒310上。
[0072]有利地，平台305(以及包括绞盘卷筒310的绞盘组件)可以响应于由系绳320施加到系绳末端安装座350的偏置压力而旋转。例如，如果连接到系绳320的AWT相对于绞盘卷筒310(或者平台305)改变其方位角，则系绳320可以施加偏置压力到系绳末端安装座350，这又可以使得平台305被动地朝向偏置方向旋转。
[0073]替代地或另外地，系绳末端安装座350可以包括检测由系绳320施加到系绳末端安装座350的偏置压力的传感器。该传感器可以是压力传感器、力传感器、振动传感器、或者被配置为检测偏置压力的任何其它传感器。响应于检测到偏置压力，电机(未示出)或者其它主动部件于是可以引起平台305相对于塔302且在偏置的方向上旋转。允许或者引起平台305和绞盘组件绕塔302旋转并面向由系绳320施加的拉力是有利的，因为连同其它的好处，它可以减小作用在地面站300的部件上的侧面负载力和其它不希望的力。
[0074]D.系绳末端安装座的说明性部件
[0075]图3B示出用于AWT的飞行器(诸如图1中示出的飞行器130)的地面站的透视图。地面站300可以与图3A的地面站300、图2的地面站210或者图1的地面站110相同或者类似。图3B仅是代表性的，并且没有示出所有的部件。例如，另外的结构或限制部件可以没有被示出。
[0076]如图3B所示，系绳末端安装座350可以被联接到绞盘卷筒310，并可以包括一个或多个万向节(例如万向节352A和352B)、滑动环354和主轴356。每个万向节(诸如万向节352A和352B)可以是允许系绳末端安装座350绕轴旋转的支撑结构。在示例实施方式中，系绳末端安装座350可以具有两个万向节352A和352B，所述两个万向节352A和352B允许系绳末端安装座350绕两个轴旋转。例如，万向节352A可以被配置为允许系绳末端安装座350绕主轴(诸如俯仰轴或者Z轴)以η至-η的角度范围旋转(对于系绳末端安装座的当前的取向，在图3Β中被代表性地表示为箭头352ζ)。另外，万向节352Β可以被配置为允许系绳末端安装座350绕副轴(诸如方位轴或X轴)以Φ至-Φ的角度范围旋转(对于系绳末端安装座的当前取向，在图3Β中被代表性地示出为箭头352χ)。在图3Β中，万向节352Α和352Β被示出为具有彼此垂直取向的旋转轴；然而主轴和副轴可以以不同于垂直的某种取向定位。此外，万向节352Α和352Β可以另外地或替代地被配置为旋转而没有关于角度范围的限制(即万向节能够绕它的轴完全地旋转)或者具有对角度范围的变化的限制。另外，在系统中可以有多于两个或少于两个的万向节。
[0077]每个万向节352Α和352Β可以包括轴承系统。轴承系统可以有利地具有低的倾覆力矩以允许容易的旋转。在示例实施方式中，轴承系统包括两个径向轴承，其中靠近万向节系统的每一端安置一个轴承。每个万向节352Α和352Β还可以包括编码器，诸如旋转编码器。编码器可以提供与万向节的绕其旋转轴的速度、运动和/或位置相关的反馈。
[0078]系绳末端安装座350可以包括滑动环354，滑动环354包括静止部分354Α和可旋转部分354B。滑动环可以是允许电力和电信号从旋转结构传输到固定结构的任何机电装置，并可以在无限制的、间歇的或连续旋转期间被使用。
[0079]如图3B所示，滑动环354可以直接连接到系绳末端安装座350。例如，滑动环354的静止部分354A可以被机械地联接到万向节352A。静止部分354A还可以被电联接到可旋转部分354B，可旋转部分354B又可以电联接到系绳320，从而允许系绳320旋转同时仍然传递电力和/或电信号到地面站300。例如，系绳320中包括的一个或多个被绝缘的导体358的导体近端可以被电联接到滑动环354的可旋转部分354B。图3C示出系绳320和一个或多个被绝缘的导体358的放大截面图。滑动环354可以主动地旋转(例如利用伺服电机)或者被动地旋转(例如利用通过旋转的系绳的作用而储存在扭力弹簧中的势能)。
[0080]系绳末端安装座还可以包括主轴356。主轴356可以是一长度的套，所述套从系绳末端安装座350延伸，并且系绳320穿过所述套或者沿其固定。主轴356可以具有两端，主轴近端356a和主轴远端356b。
[0081 ] 主轴近端356a可以连接到系绳末端安装座350。主轴远端356b可以向系绳的远端位置延伸某一距离。主轴远端356b可以包括轴承系统，例如径向轴承，该轴承系统可以用来适应系绳320的在主轴356内或者绕主轴356的旋转。
[0082]在另一个方面中，主轴356可以帮助减小系绳末端安装座350的多个部分上(诸如万向节352A和352B和/或滑动环354上)的弯曲载荷。例如，如果系绳320被连接到AWT的处于侧风飞行的飞行器，则系绳320可以作为弯曲载荷作用在系绳末端安装座350的那些及其它部分上。主轴356可以延伸系绳320在系绳末端安装座350上的接触点。例如，图3B示出主轴356将系绳320在系绳末端安装座350上的接触点延伸从356a至356b的距离。因此，主轴356也可以增大系绳320在系绳末端安装座350上具有的杠杆作用，该杠杆作用又可以有利地帮助增强系绳末端安装座350的转向和跟随系绳320的能力。如图3B所示，主轴356充当杠杆，并与无主轴356时存在的杠杆作用相比，从系绳320向系绳末端安装座350施加更大的杠杆作用。
[0083]例如，对于不包括主轴的系绳末端安装座，来自系绳的偏置压力将绕万向节轴中的一个或多个施加相对少量的旋转扭矩到系绳末端安装座。例如，相对于示例性的轴，偏斜的系绳可以在一距离对系绳末端安装座施加力矢量F，其中A可以是从测量扭矩的位置到施加力的点的位移矢量。扭矩T1可以被计算为矢量F与A的叉积。(T1=Ax F，其中X代表叉积)。
[0084]相反，包括主轴356的系绳末端安装座350在大于A的距离矢量对于相同的所施加的系绳力F将必然遭受更大的扭矩。例如，如图3B所示，如果所施加的系绳力F在系绳远端356b处被施加，其中B可以是从扭矩被量测的位置到施加力的点的位移矢量(其中B大于A)，则所得到的扭矩!^可以被计算为矢量F与B的叉积。(T2 = B X F，其中X代表叉积)。因为位移矢量B具有比位移矢量A更大的量，所以施加到系绳末端安装座350的所得扭矩!^将总是比没有利用主轴356的情况下将被施加到系绳末端安装座350的扭矩!^具有更大的量。
[0085]另外地或者替代地，主轴356可以帮助将系绳320和系绳末端安装座350对准，这又可以有利地帮助减小系绳末端安装座350的轴承上的束缚力(binding force)的可能性。例如，当与不包括主轴356的系绳末端安装座350—起使用时，系绳320可以遵循路径370。相反，当如图3B中所示与包括主轴356的系绳末端安装座350—起使用时，系绳320可以遵循路径372。路径372具有系绳320的与系绳末端安装座350的轴共线的更长的长度。例如，如图3B所示，路径372具有与系绳末端安装座350的y轴对准的系绳长度B。比较起来，路径370仅具有与系绳末端安装座的y轴对准的系绳长度A。系绳320的与系绳末端安装座350的轴的这种对准是有利的，因为它可以帮助减小系绳末端安装座上的可能的束缚力，例如沿着y轴的对准可以帮助减小在一个或多个万向节352的轴轴承上的可能的束缚力。
[0086]另外地或替代地，主轴远端356b可以包括传感器(例如，力传感器诸如应变计或者负载传感器)。例如，力传感器可以用来确定系绳320对主轴远端356b的力。这个力可以用来确定是否主动地旋转地面站300的一部分。例如，如果所确定的系绳320对主轴远端356b的力超过临界值，则绞盘组件可以在减小力的方向上主动地旋转绞盘卷筒310。为了在系绳320被加载时帮助容纳系绳320的伸长，系绳320可以被允许在所述传感器内或者沿着所述传感器滑动。
[0087]图3C示出根据示例实施方式的具有被绝缘的电导体的系绳的截面图。系绳320可以具有如之前描述的一个或多个被绝缘的电导体358。
[0088]图4示出用于一种AWT的飞行器(诸如图1中示出的飞行器130)的地面站的系绳末端安装座的可选实施方式的透视图。系绳末端安装座450可以与图3B的系绳末端安装座350相同或者类似。图4仅是代表性的，并且没有示出所有的部件。例如，另外的结构或限制部件可以没有被示出。
[0089]系绳末端安装座450可以包括万向节452A和452B、滑动环454、主轴456、驱动机构458、编码器460A和460B、万向节轴承系统462A和462B、主轴轴承系统464和主轴传感器466。这些部件可以按与已经描述的那些部件相同或者类似的方式与系绳420和地面站一起工作。
[0090]如上所述，例如，系绳420可以由于AWT的飞行器的侧风飞行模式而旋转。在示例实施方式中，驱动机构458可以主动地或被动地旋转滑动环454的可旋转部分和/或主轴456。如图4所示，驱动机构458可以被直接连接到滑动环454，或者它可以经由传动链或其它的动力传输系统被联接到滑动环454。驱动机构458可以主动地旋转滑动环454的可旋转部分以跟随系绳420的旋转。例如，驱动机构458可以是伺服电机。在另一方面中，驱动机构458可以被动地旋转滑动环454的可旋转部分以跟随系绳420的旋转。例如，驱动机构458可以是扭力弹簧，其储存来自旋转的系绳的作用的势能P，直到势能P大于转动滑动环454的可旋转部分所需的倾覆力矩M。
[0091]X.结论
[0092]虽然这里已经公开了各种各样的方面和实施方式，但是另外的方面和实施方式对本领域技术人员而言将是明显的。这里公开的各种各样的方面和实施方式是为了说明的目的，而不意欲进行限制，实际的范围和精神由权利要求书指明。
【主权项】
1.一种系绳末端安装座，包括: 万向节系统，包括: 第一万向节，包括主轴承系统，并且其中所述第一万向节被配置用于基本上绕主轴的运动； 第二万向节，包括副轴承系统，并且其中所述第二万向节被配置用于基本上绕副轴的运动； 滑动环，包括静止部分和可旋转部分，其中所述滑动环的所述静止部分被联接到所述第二万向节，其中所述静止部分和可旋转部分被电联接，并且其中所述可旋转部分被电联接到系绳；以及 主轴，包括主轴近端和主轴远端，其中所述主轴被配置为约束所述系绳的一部分，并且其中所述主轴近端被联接到所述滑动环的所述可旋转部分。2.如权利要求1所述的主轴，还包括主轴轴承系统，其中所述轴承系统位于所述主轴远端，并且其中所述轴承系统提供可旋转的表面，倚着所述可旋转的表面所述系绳可相对于所述主轴旋转。3.如权利要求1所述的装置，还包括: 连接到所述主轴远端的力传感器，其中所述力传感器被配置为测量由所述系绳施加到所述主轴的系绳力。4.如权利要求4所述的装置，其中所述力传感器是负载传感器。5.如权利要求4所述的装置，其中所述力传感器是应变计。6.如权利要求1所述的装置，其中所述副轴基本上垂直于所述主轴。7.如权利要求1所述的装置，还包括: 扭力弹簧，包括弹簧近端和弹簧远端，其中所述弹簧近端联接到所述滑动环的所述可旋转部分，所述弹簧远端联接到所述系绳。8.如权利要求1所述的装置，还包括: 连接到所述滑动环的伺服电机，其中所述伺服电机被配置为响应于所述系绳的旋转而使所述滑动环的所述可旋转部分旋转。9.如权利要求1所述的装置，其中所述系绳包括至少一个被绝缘的电导体，并且其中所述至少一个导体包括: 导体近端，在所述滑动环的所述可旋转部分处终止;和 导体远端。10.一种系绳末端安装座，包括: 万向节系统，包括: 第一万向节，包括主轴承系统和主编码器，其中所述第一万向节被配置用于基本上绕主轴的运动； 第二万向节，包括副轴承系统和副编码器，联接到所述第一万向节，其中所述第二万向节被配置用于基本上绕副轴的运动； 滑动环，包括静止部分和可旋转部分，其中所述滑动环的所述静止部分被联接到所述第二万向节，其中所述静止部分和可旋转部分被电联接，并且其中所述可旋转部分被电联接到系绳；以及 主轴，包括主轴近端和主轴远端，其中所述主轴被配置为约束所述系绳的一部分，并且其中所述主轴近端被联接到所述滑动环的所述可旋转部分。11.如权利要求10所述的装置，其中所述主编码器被配置为测量所述系绳末端安装座的绕主轴的位置。12.如权利要求10所述的装置，其中所述主编码器被配置为测量所述系绳的绕主轴的速度。13.如权利要求10所述的装置，其中所述副编码器被配置为测量所述系绳末端安装座的绕副轴的位置。14.如权利要求10所述的装置，其中所述副编码器被配置为测量所述系绳末端安装座的绕副轴的速度。15.—种系统，包括: 系绳，包括: 联接到飞行器的系绳远端； 联接到所述飞行器的至少一个被绝缘的电导体； 系绳主体；以及 系绳近端;和 系绳末端安装座，包括: 万向节系统，包括； 俯仰轴万向节，包括俯仰轴承系统和俯仰编码器，其中所述俯仰轴万向节被配置用于基本上绕俯仰轴的运动； 方位轴万向节，包括方位轴承系统和方位编码器，联接到所述俯仰轴万向节，其中所述方位轴万向节被配置用于基本上绕方位轴的运动； 滑动环，包括静止部分和可旋转部分，其中所述滑动环的所述静止部分被联接到所述方位轴万向节，其中所述静止部分和可旋转部分被电联接，并且其中所述可旋转部分被电联接到所述至少一个被绝缘的电导体； 联接到所述滑动环的伺服电机，其中所述伺服电机被配置为响应于所述系绳的旋转而旋转所述滑动环；以及 主轴，包括主轴近端和主轴远端，其中所述主轴被配置为约束所述系绳主体的一部分，并且其中所述主轴近端被联接到所述滑动环的所述可旋转部分。16.如权利要求15所述的主轴，还包括主轴轴承系统，其中所述主轴轴承系统位于所述主轴远端，并且其中所述主轴轴承系统提供可旋转的表面，倚着所述可旋转的表面所述系绳主体可相对于所述主轴远端旋转。17.如权利要求15所述的装置，还包括: 连接到所述主轴远端的力传感器，其中所述力传感器被配置为测量由所述系绳施加到所述主轴的系绳力。18.如权利要求17所述的装置，其中所述力传感器是负载传感器。19.如权利要求17所述的装置，其中所述力传感器是应变计。20.如权利要求15所述的装置，其中所述俯仰轴基本上垂直于所述方位轴。
【文档编号】H01R13/58GK105980252SQ201480075177
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2014年12月8日
【发明人】B.哈克曼, C.哈德姆, D.范德林德, R.纳尔逊
【申请人】谷歌公司