用于电缆管理的系统和设备的制造方法
【专利摘要】风能系统诸如空中风力涡轮机(AWT)可以用于促进动能转换成电能。AWT可以包括在一路径中飞行以将风动能转换成电能的飞行器。飞行器可以通过系绳拴系到地面站。由于连续的圆形的飞行路径，系绳会在一个方向上连续旋转。因此，会期望具有这样的电缆管理设备，其允许系绳旋转并帮助降低系绳上的张力。
【专利说明】
用于电缆管理的系统和设备
【背景技术】
[0001]除非这里另外地指明，在本部分中描述的内容不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不由于包括在本部分中而承认是现有技术。
[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。作为一个示例，风能系统可以将风动能转变成电能。
【发明内容】
[0003]本公开总体上涉及结合用于拴系飞行器的地面站的系统和方法，飞行器诸如为侧风飞行器系统中所用的飞行器。侧风飞行器系统可以从风提取有用的动力用于各种目的，例如发电、升起或者牵引物体或运载工具等。由于例如改变的风条件和/或湍流风条件，部署和接收飞行器以产生电力会存在着困难。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、优点和替代物对于本领域普通技术人员来说将变得明显。
[0004]在一个方面中，提供一种电缆管理设备。电缆管理设备可以包括转筒，该转筒关于转筒的轴是可旋转的。转筒可以具有外表面和内腔。电缆管理设备可以包括附接到转筒的系绳万向节组件，并且系绳万向节组件可以关于一个轴(诸如俯仰轴(altitude axis))是可旋转的。电缆管理设备可以包括柔性联接，该柔性联接可以具有联接到系绳万向节组件的第一端、以及第二端。电缆管理设备可以包括滑动环(slip ring)，该滑动环可以具有静止滑动环部分、可旋转滑动环部分以及一个或多个被绝缘的电导体。静止滑动环部分可以配置为相对于转筒关于转筒的轴的旋转保持基本上静止，并可以包括一个或多个被绝缘的导电通道。可旋转滑动环部分可以配置为相对于静止滑动环部分旋转。可旋转滑动环部分可以包括一个或多个被绝缘的电导体。可旋转滑动环部分可以联接到柔性联接的第二端。一个或多个被绝缘的导电通道可以将静止滑动环部分的一个或多个被绝缘的电导体联接到可旋转滑动环部分的对应的被绝缘的电导体。电缆管理设备可以包括系绳。系绳可以包括一个或多个被绝缘的电导体。系绳可以包括延伸在转筒之外的系绳远端，其配置为将系绳的一个或多个被绝缘的电导体电连接到飞行器。系绳还可以包括系绳主体，其延伸经过系绳万向节组件并经过柔性联接。系绳还可以包括系绳近端，其中系绳的一个或多个被绝缘的电导体可以联接到可旋转滑动环部分的对应的被绝缘的电导体。
[0005]在另一个方面中，提供一种电缆管理设备。电缆管理设备可以包括转筒，该转筒关于转筒的轴是可旋转的。转筒可以具有外表面和内腔。电缆管理设备可以包括联接到转筒且可旋转地联接到支撑塔的基础平台。电缆管理设备可以包括附接到转筒的系绳万向节组件，并且系绳万向节组件可以关于一个轴(诸如俯仰轴)是可旋转的。电缆管理设备可以包括柔性联接，该柔性联接可以具有联接到系绳万向节组件的第一端、和第二端。电缆管理设备可以包括滑动环，滑动环可以具有静止滑动环部分、可旋转滑动环部分以及一个或多个被绝缘的电导体。静止滑动环部分可以配置为相对于支撑塔关于支撑塔的轴的旋转保持基本上静止，并可以包括一个或多个被绝缘的导电通道。可旋转滑动环部分可以配置为相对于静止滑动环部分旋转。可旋转滑动环部分可以包括一个或多个被绝缘的电导体。可旋转滑动环部分可以联接到柔性联接的第二端。一个或多个被绝缘的导电通道可以将静止滑动环部分的一个或多个被绝缘的电导体联接到可旋转滑动环部分的对应的被绝缘的电导体。电缆管理设备可以包括系绳。系绳可以包括一个或多个被绝缘的电导体。系绳可以包括延伸在转筒之外的系绳远端，其配置为将系绳的一个或多个被绝缘的电导体电连接到飞行器。系绳还可以包括系绳主体，其延伸经过系绳万向节组件并经过柔性联接。系绳还可以包括系绳近端，其中系绳的一个或多个被绝缘的电导体可以联接到可旋转滑动环部分的对应的被绝缘的电导体。
[0006]在另一个方面中，提供一种电缆管理设备。电缆管理设备可以包括转筒，转筒关于转筒的轴可旋转。转筒可以具有外表面和内腔。电缆管理设备可以包括联接到转筒且可旋转地联接到支撑塔的基础平台。电缆管理设备可以包括附接到转筒的系绳万向节组件，并且系绳万向节组件可以关于至少两个轴(诸如俯仰轴和方位轴(azimuth axis))是可旋转的。电缆管理设备可以包括柔性联接，该柔性联接可以具有联接到系绳万向节组件的第一端、和第二端。电缆管理设备可以包括滑动环，该滑动环可以具有静止滑动环部分、可旋转滑动环部分以及两个或更多个被绝缘的电导体。静止滑动环部分可以配置为相对于转筒关于转筒的轴的旋转保持基本上静止，并可以包括两个或更多个被绝缘的导电通道。可旋转滑动环部分可以配置为相对于静止滑动环部分旋转。可旋转滑动环部分可以包括两个或更多个被绝缘的电导体。可旋转滑动环部分可以联接到柔性联接的第二端。两个或更多个被绝缘的导电通道可以将静止滑动环部分的两个或更多个被绝缘的电导体联接到可旋转滑动环部分的对应的被绝缘的电导体。电缆管理设备可以包括系绳。系绳可以包括两个或更多个被绝缘的电导体。系绳可以包括延伸到转筒外面的系绳远端，其配置为将系绳的两个或更多个被绝缘的电导体电连接到飞行器。系绳还可以包括系绳主体，其延伸经过系绳万向节组件并经过柔性联接。系绳还可以包括系绳近端，其中系绳的两个或更多个被绝缘的电导体可以联接到可旋转滑动环部分的对应的被绝缘的电导体。
【附图说明】
[0007]图1示出根据示例实施方式的空中风力涡轮机(AWT)。
[0008]图2不出根据不例实施方式的AWT的部件的简化方框图。
[0009]图3是根据示例实施方式的电缆管理设备的截面图。
[0010]图4示出根据示例实施方式的电缆管理设备的包括扭力弹簧柔性联接的部分。
[0011]图5示出根据示例实施方式的电缆管理设备的包括万向接头柔性联接的部分。
[0012]图6是根据示例实施方式的电缆管理设备的截面图。
【具体实施方式】
[0013]这里描述了示例的方法和系统。应理解，词语“示例”、“示范性”和“说明性”在这里用于表示“用作示例、例子或例证”。这里描述为“示例”、“示范性”或“说明性”的任何实施方式或特征不必被解释为相对于其它实施方式或特征是优选或有利的。这里描述的示例实施方式不意欲进行限制。将容易理解，本公开的各方面，如这里总体描述的以及附图所示的，可以以各种不同的配置来布置、替代、结合、分开和设计，它们在这里都被明确考虑到。
[0014]1.概述
[0015]示例实施方式涉及飞行器，其可以用于风能系统中，诸如空中风力涡轮机(AWT)。具体地，示例实施方式可以涉及在动能转换成电能的过程中有助于飞行器的方法和系统或者采取有助于飞行器的方法和系统的形式。
[0016]作为【背景技术】，AWT可以包括飞行器，该飞行器在一路径(诸如基本上环形路径)中飞行以通过机载涡轮机将风的动能转换成电能。在示例实施方式中，飞行器可以通过系绳连接到地面站。在被拴系时，飞行器可以:(i)在一高度范围内并基本上沿着所述路径飞行，以及(ii)通过系绳将电能传输到地面站。在某些实施方式中，地面站可以将电能传输到飞行器用于起飞和/或着陆。
[0017]在AWT中，飞行器可以在风不利于发电时安置在地面站中和/或地面站上。当风有利于发电时，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(或发射)飞行器。此外，当飞行器被部署并且风不利于发电时，飞行器可以返回到地面站。
[0018]而且，在AWT中，飞行器可以配置用于悬浮飞行和侧风飞行。侧风飞行可以用于在运动(诸如基本上环形的运动)中行进，因此可以是用于发电的主要技术。悬浮飞行进而可以被飞行器用于准备和定位其用于侧风飞行。具体地，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定向为基本上平行于地面，并且飞行器的一个或多个螺旋桨可以使得飞行器在地面之上悬浮。在某些实施方式中，飞行器可以在悬浮飞行中垂直地上升或下降。
[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，可以将风的动能转换成电能。在某些实施方式中，飞行器的一个或多个螺旋桨可以通过使入射的风减速而产生电能。
[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]某些先前的拴系系统已经采用可变长度的系绳。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为约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其它的电信号。
[0023]由于各种原因，地面站处的系绳末端安装座(tether terminat1n mount)会是期望的。例如，侧风飞行中的飞行器会在系统的寿命(例如，飞行器和系绳旋转的3千万个循环)期间振荡很多次，所以会期望系绳末端安装座不磨损或摩擦系绳。在刚性或半刚性系绳的情况下，会期望系绳末端安装座不造成显著的弯曲负荷到系绳上。
[0024]在系绳具有一个或多个导体的情况下，会期望系绳末端安装座不累积系绳中的扭曲。系绳扭曲会是一个问题，因为扭曲的系绳会由于导体的扭曲或者最终的断裂而具有降低的导电性。例如，系绳末端安装座可以主动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其它驱动机构以人工地旋转系绳并降低显著的系绳扭曲的可能性。另外，在系绳具有一个或多个导体的情况下，会期望系绳末端安装座将电力传输到地面侧系统内或向外传输到飞行器。
[0025]I1.说明性的系统
[0026]Α.空中风力涡轮机(AWT)
[0027]图1示出根据示例实施方式的AWT 100。具体地，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，并且系绳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上的一个位置附接到地面站110并在飞行器130上的两个位置附接到飞行器130。然而，在另一些示例中，系绳120可以在多个位置附接到地面站110和/或飞行器130的任何部分。
[0028]地面站110可以用于保持和/或支撑飞行器130直到其处于运行模式。地面站110也可以配置为允许飞行器130的重新定位，使得装置的部署是可能的。此外，地面站110还可以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附接和/或锚定到地面的任何材料形成。
[0029]此外，地面站110可以包括一个或多个部件(未示出)，诸如绞盘，其可以改变系绳120的长度。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，一个或多个部件可以配置为给出和/或放出系绳120。在某些实施中，一个或多个部件可以配置为给出和/或放出系绳120至预定的长度。作为示例，预定的长度可以等于或小于系绳120的最大长度。此外，当飞行器130在地面站110着陆时，一个或多个部件可以配置为卷起系绳120。
[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，系绳120可以向飞行器130输送电以向飞行器130供电用于起飞、着陆、悬浮飞行和/或向前飞行。系绳120可以构造成任何形式并采用任何材料，其可以允许由飞行器130产生的电能的传输、发送和/或控制、和/或允许将电传输到飞行器130。系绳120也可以配置为在飞行器130处于运行模式时承受飞行器130的一个或多个力。例如，系绳120可以包括芯，该芯配置为在飞行器130处于悬浮飞行、向前飞行和/或侧风飞行时承受飞行器130的一个或多个力。芯可以由任何高强度的纤维构成。在某些示例中，系绳120可以具有固定的长度和/或可变的长度。例如，在至少一个这样的示例中，系绳120可以具有140米的长度。然而，也可以采用其它的长度。
[0031]飞行器130可以配置为基本上沿着路径150飞行以产生电能。如本公开中使用的术语“基本上沿着”指的是精确地沿着和/或从精确地沿着的一个或多个偏差，该一个或多个偏差不显著地影响如这里所述的电能的产生和/或如这里所述的飞行器在某些飞行模式之间转换。
[0032]飞行器130可以包括各种类型的装置或采取各种类型的装置的形式，诸如风筝、直升机、翅膀和/或飞机，除了其它的可能性以外。飞行器130可以由金属、塑料和/或其它的聚合物的固体结构形成。飞行器130可以由允许高推重比和可用于共用事业应用的电能的产生的任何材料形成。另外，该材料可以被选择以允许快速硬化、冗余和/或容错设计，其能够处理风速和风向上的大的和/或突然的改变。其它的材料也可以在飞行器的形成中使用。
[0033]路径150可以在各种不同的实施方式中为各种不同的形状。例如，路径150可以为基本上圆形的。在至少一个这样的示例中，路径150可以具有直至265米的半径。如本公开中所用的术语“基本上圆形”是指精确的圆形和/或从精确的圆形的一个或多个偏差，该一个或多个偏差不显著影响如这里描述的电能的产生。路径150的其它形状可以为卵形(诸如椭圆形)、果冻豆(jelly bean)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。这些部件中的任意一个可以成形为允许使用升力的分量抵抗重力和/或向前移动飞行器130的任何形式。
[0035]主翼131可以提供用于飞行器130的主要升力。主翼131可以为一个或多个刚性的或柔性的机翼，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。控制面可以用于在悬浮飞行、向前飞行和/或侧风飞行期间稳定飞行器130和/或减少对飞行器130的阻力。
[0036]主翼131可以为使飞行器130进行悬浮飞行、向前飞行和/或侧风飞行的任何适合的材料。例如，主翼131可以包括碳纤维和/或无碱玻璃。而且，主翼131可以具有各种尺寸。例如，主翼131可以具有与传统风力涡轮机桨叶对应的一个或多个尺寸。作为另一个示例，主翼131可以具有8米的跨距、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小对飞行器130的阻力的一个或多个部件，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。在某些示例中，旋翼连接器133A-B可以采用一个或多个挂架(pylon)的形式或在形式上类似于一个或多个挂架。在此示例中，旋翼连接器133A-B布置为使得旋翼134A-D在主翼131之间分隔开。在某些示例中，对应旋翼(例如，旋翼134六和旋翼1348、或旋翼134(:和旋翼1340)之间的垂直间隔可以为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，例如三个桨叶。一个或多个旋翼桨叶可以通过与风的相互作用而旋转，并可以用于驱动一个或多个发电机。另外，旋翼134A-D也可以配置为在飞行期间向飞行器130提供推力。通过这种布置，旋翼134A-D可以用作一个或多个推力单元，诸如螺旋桨。尽管旋翼134A-D在此示例中被示出为四个旋翼，但是在其它的示例中，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。而且，在某些实施中，尾梁135可以采取飞行器130的实体和/或空心的形式。在这样的实施中，尾梁135可以承担有效负荷。
[0040]尾翼136和/或垂直稳定器137可以用于在悬浮飞行、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可以用于在悬浮飞行、向前飞行和/或侧风飞行期间保持飞行器130的俯仰。在此示例中，垂直稳定器137附接到尾梁135，尾翼136设置在垂直稳定器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。而且，在某些示例中，尾翼136可以具有0.45平方米的表面面积。此外，在某些示例中，尾翼136可以设置在飞行器130的质量中心之上的I米。
[0041]尽管上面已经描述了飞行器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的说明性的部件
[0043]图2是示出AWT200的部件的简化模块图。AWT 200可以采取AWT 100的形式或与其类似的形式。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的形式或与其类似的形式，系绳220可以采取系绳120的形式或与其类似的形式，并且飞行器230可以采取飞行器130的形式或与其类似的形式。
[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可以为通用的处理器或者专门用途的处理器(例如，数字信号处理器、特定用途集成电路等)。一个或多个处理器212可以配置为执行存储在数据存储器214中且可执行的计算机可读程序指令216以提供这里描述功能的至少一部分。
[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采取一个或多个计算机可读存储介质的形式，该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读取或访问。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、有机或其它的存储器或盘存储器，其可以整体或部分地与一个或多个处理器212中的至少一个集成。在某些实施方式中，数据存储器214可以采用单个物理装置(例如，一个光学、磁性、有机或其它的存储器或盘存储单元)实施，而在另一些实施方式中，数据存储器214可以采用两个或更多个物理装置实施。
[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和可能的附加数据，诸如地面站210的诊断数据。这样，数据存储器214可以包括程序指令以执行或有助于这里描述的某些或全部功能。
[0047]在另一个的方面中，地面站210可以包括通信系统218。通信系统218可以包括一个或多个无线接口和/或一个或多个有线接口，其允许地面站210通过一个或多个网络通信。这样的无线接口可以提供在一个或多个无线通信协议下的通信，诸如蓝牙、WiFi(例如IEEE802.11协议)、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。这样的有线接口可以包括以太网接口、通用串行总线(USB)接口或类似的接口以通过导线、双绞线、同轴电缆、光链路、光纤链路或其它物理连接通信到有线网络。地面站210可以通过通信系统218而与飞行器230、其它的地面站和/或其它的机构(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，其可以允许短距离通信和长距离通信两者。例如，地面站210可以被配置用于采用蓝牙的短距离通信，并可以被配置用于在CDMA协议下的长距离通信。在这样的实施方式中，地面站210可以配置为用作“热点”；或者换言之，用作远程支持设备(例如，系绳220、飞行器230和其它地面站)与一种或多种数据网络(诸如蜂窝网络和/或因特网)之间的网关或代理服务器。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可以向远程设备提供WiFi连接，并用作到蜂窝服务提供者的数据网络的代理服务器或网关，地面站210可以例如在LTE或3G协议下连接到该数据网络。地面站210也可以用作到另外的地面站或控制站的代理服务器或网关，否则远程设备可能不能访问该另外的地面站或控制站。
[0050]而且，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可以采取各种不同的形式。例如，传输部件222可以包括配置为传输电的一个或多个被绝缘的导体。在至少一个这样的示例中，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材料。而且，在某些实施方式中，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个或多个有线和/或无线的接口。此外，可以有一个或多个路由器、开关和/或构成通信链路224的至少一部分的其它装置或网络。
[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、电力系统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和程序指令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接收器可以配置为提供已知的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利用来提供这里描述的各种功能。
[0054]作为另一个示例，传感器232可以包括一个或多个风传感器，诸如一个或多个空速管。一个或多个风传感器可以配置为检测可见的和/或相对的风。这样的风数据可以被AWT200利用来提供这里描述的各种功能。
[0055]作为另一个示例，传感器232可以包括惯性测量单元(MJ) JMU可以包括加速计和陀螺仪两者，它们可以一起用于确定飞行器230的方位。具体地，加速计可以测量飞行器230相对于地球的取向，而陀螺仪测量绕轴(诸如飞行器230的中心线)的旋转的速度。IMU可商业化地获得为低成本、低功耗的封装。例如，MU可以采取小型化的微机电系统(MEMS)或纳米机电系统(NEMS)的形式或包括小型化的微机电系统(MEMS)或纳米机电系统(NEMS)。也可以采用其它类型的IMU13IMU可以包括除了加速计和陀螺仪之外的其它传感器，其可以有助于更好地确定位置。这样传感器的两个示例是磁力计和压力传感器。其它的示例也是可能的。
[0056]尽管加速计和陀螺仪可以有效地确定飞行器230的方位，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，示例飞行器230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能耗、数字3轴磁力计，其可以用来实现方位独立的电子罗盘用于精确的航向信息。然而，也可以利用其它类型的磁力计。
[0057]飞行器230还可以包括压力传感器或气压计，该压力传感器或气压计可以用于确定飞行器230的高度。可选地，其它的传感器诸如声波高度计或雷达高度计可以用于提供高度的指示，这可以有助于改善MU的精度和/或防止頂U的漂移。
[0058]如所述的，飞行器230可以包括电力系统234。在各种不同的实施方式中，电力系统234可以采取各种不同的形式。例如，电力系统234可以包括一个或多个电池用于向飞行器230提供电力。在某些实施中，该一个或多个电池可以是可再充电的，并且每个电池可以通过电池和电源之间的有线连接和/或通过无线充电系统充电，该无线充电系统诸如为感应充电系统，其向内部的电池施加外部的时变磁场，和/或可以通过利用从一个或多个太阳能板收集的能量的充电系统充电。
[0059]作为另一个示例，电力系统234可以包括一个或多个电机或发动机用于向飞行器230提供动力。在某些实施中，该一个或多个电机或发动机可以通过燃料诸如烃基燃料提供动力。而且，在这样的实施中，燃料可以存储在飞行器230上并通过一个或多个流体导管(诸如管道)输送到一个或多个电机或发动机。在某些实施方式中，电力系统234可以全部或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、直接驱动发电机。通过这种布置，一个或多个发电机可以通过一个或多个旋翼(诸如旋翼134A-D)驱动。而且，在至少一个这样的示例中，一个或多个发电机可以在超过60%的利用系数下在11.5米每秒的风速中以全额功率运行，并且该一个或多个发电机可以产生40千瓦至600兆瓦的电力。
[0061]而且，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的形式或者与其类似的形式。飞行器230可以通过通信系统238与地面站210、其它飞行器和/或其它实体(例如指挥中心)通信。
[0062]在某些实施方式中，飞行器230可以配置为用作“热点”；或换言之，用作远程支持设备(例如，地面站210、系绳220、另外的飞行器)与一个或多个数据网络(诸如蜂窝网络和/或因特网)之间的网关或代理服务器。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可以向远程设备提供WiFi连接，并用作蜂窝服务提供者的数据网络的代理服务器或网关，飞行器230例如可以在LTE或3G协议下连接到该数据网络。飞行器230还可以用作其它飞行器或控制站的代理服务器或网关，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可以包括一个或多个处理器242、程序指令244和数据存储器246。该一个或多个处理器242可以配置为执行存储在数据存储器244中且可执行的计算机可读程序指令246，以提供这里描述功能的至少部分。该一个或多个处理器242可以采取一个或多个处理器212的形式或与其类似的形式，数据存储器244可以采取数据存储器214的形式或与其类似的形式，并且程序指令246可以采取程序指令216的形式或与其类似的形式。
[0065]而且，如所述的，飞行器230可以包括控制系统248。在某些实施方式中，控制系统248可以配置为执行这里描述的一个或多个功能。控制系统248可以用机械系统和/或用硬件、固件和/或软件实施。作为一个示例，控制系统248可以采取存储在非临时计算机可读介质上的程序指令和执行该指令的处理器的形式。控制系统248可以全部或部分地实施在飞行器230和/或远离离飞行器230定位的至少一个机构诸如地面站210上。通常，控制系统248被实施的方式可以根据具体的应用而变化。
[0066]尽管上面已经描述了飞行器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.电缆管理设备的说明性的部件
[0068]本说明书中的所有附图仅是代表性的，而没有示出全部部件。例如，附加的结构或限定性的部件可能没有示出。
[0069]图3是根据示例实施方式的电缆管理设备的截面图。电缆管理设备300可以包括支撑塔310、基础平台320、系绳万向节组件330、柔性联接340、第二柔性联接342、滑动环350、系绳360、飞行器370和转筒380。
[0070]基础平台320可以联接到转筒380并可旋转地联接到支撑塔310。基础平台320、转筒380和支撑塔310可以都配置为关于一个或多个轴旋转。例如，基础平台320、转筒380和支撑塔310可以配置为关于一个或多个旋转轴(诸如方位轴、俯仰轴或其它旋转轴)彼此独立地旋转。在另一个方面中，电缆管理设备300的一个或多个部件，诸如基础平台320和支撑塔310，可以配置为基本上关于第一轴(诸如方位轴)一起旋转，并且电缆管理设备的一个或多个部件(诸如转筒380)可以配置为关于第二轴(诸如俯仰轴)旋转。
[0071]如图3所示，转筒380和基础平台320可以配置为允许转筒380关于转筒的轴(在图3中代表性地示出为箭头380a)旋转。系绳万向节组件330可以联接到转筒380并可以配置为关于两个或更多个轴是可旋转的。例如，系绳万向节组件330可以配置为关于俯仰轴和方位轴旋转。在另一个方面中，系绳万向节组件可以配置为关于单个轴(例如俯仰轴)旋转。在示例实施方式中，基础平台320可以配置为关于方位轴旋转，使得可以足够用于使系绳万向节组件330关于单个轴(例如，俯仰轴)旋转。
[0072]柔性联接340可以包括第一端340A和第二端340B。柔性联接340的第一端340A可以联接到系绳万向节组件330。在示例实施方式中，第二端340B可以联接到滑动环350并可以沿着转筒380的中心轴(在图3中被代表性地示出为箭头380A)设置。电缆管理设备300还可以包括第二柔性联接342。第二柔性联接342可以用于通过基础平台320、支撑塔310或其它部件将电缆、系绳370或其它部件布线到地面。也可以采用柔性联接的其它配置。例如，滑动环350可以联接到系绳万向节组件330。因此，可以仅使用一个柔性联接以将电缆、系绳370或电缆管理设备的其它部件从滑动环350布线到地面。
[0073]在另一个方面中(以及如以下参照图6描述的)，滑动环350可以处于不同的位置。例如，滑动环350可以在支撑塔310中靠近地面。因此，可以仅使用一个柔性联接以将电缆、系绳370或电缆管理设备的其它部件从系绳万向节组件330布线到滑动环350。
[0074]在另一个方面中，可以使用多于两个的柔性联接。例如，第一柔性联接可以联接到系绳万向节组件330并朝向转筒380的底部延伸。第二柔性联接可以在转筒380的底部联接到第一柔性联接并延伸到基础平台320的底部。第三柔性联接可以在基础平台320的底部联接到第二柔性联接并朝向支撑塔310的底部延伸。在此示例中，滑动环350可以联接在任何的柔性联接之间或在沿着柔性联接的任意点处。
[0075]滑动环350可以包括静止滑动环部分350A、可旋转滑动环部分350B和两个或更多个被绝缘的导电通道(未示出)。静止滑动环部分350A可以配置为相对于转筒380绕转筒380的轴的旋转保持基本上静止。例如，静止滑动环部分350A可以固定到基础平台320。
[0076]静止滑动环部分350A中的词语静止的使用不意欲限制静止滑动环部分350A至静止的配置。相反，静止滑动环部分350A可以相对于地面或相对于电缆管理设备300的部件(诸如支撑塔310、基础平台320、系绳万向节组件330或转筒380)静止，但是相对于地面或电缆管理设备300的其它部件旋转。例如，静止滑动环部分350A可以相对于支撑塔310静止，并包括轴承以允许相对于地面的旋转。
[0077]在另一个示例中，静止滑动环部分350A可以相对于转筒380静止(但是相对于电缆管理设备300的其它部件旋转)。在此示例中，可旋转滑动环部分350B可以联接到系绳万向节组件330并配置为基本上随系绳360的旋转而一起旋转。也可以采用部分滑动环350旋转的其它配置。
[0078]静止滑动环部分350A可以包括两个或更多个被绝缘的电导体，该两个或更多个被绝缘的电导体可以将电力或信号馈送到一个或多个地面侧连接(未示出)或从所述一个或多个地面侧连接接收电力或信号。可旋转滑动环部分350B可以配置为相对于静止滑动环部分350A旋转，并可以包括两个或更多个被绝缘的电导体。另外，可旋转滑动环部分350B可以联接到柔性联接340的第二端340B。滑动环350还可以包括在静止滑动环部分350A的两个或更多个被绝缘的电导体和可旋转滑动环部分350B的两个或更多个电导体之间的两个或更多个被绝缘的导电通道。优选地，可旋转滑动环部分350B中的每个被绝缘的电导体电连接且可旋转地连接到静止滑动环部分350A中的对应的被绝缘的电导体。
[0079]系绳360可以包括两个或更多个被绝缘的电导体362、系绳近端360A、系绳主体360B和系绳远端360C。系绳主体360B可以延伸经过系绳万向节组件330并可以延伸经过柔性联接340。系绳近端360A可以配置为使得两个或更多个电导体362联接到可旋转滑动环部分350B的两个或更多个被绝缘的电导体。优选地，每个被绝缘的电导体362电连接到可旋转滑动环部分350B中的对应的被绝缘的电导体。系绳远端360A可以延伸到转筒380外面并配置为将系绳360的两个或更多个电导体362电联接到飞行器370。
[0080]在运行中，飞行器370可以在环形路径诸如路径372中飞行，以将风的动能转换成电能。系绳360，由于联接到可在连续的环中飞行的飞行器370，可以在飞行器370的飞行期间在一个方向上连续旋转。如图3所示，系绳360可以关于系绳中心轴(在图3中被代表性地示出为箭头370T)旋转。因此，会期望具有这样的电缆管理系统，其允许系绳旋转并帮助减小系绳上的应力。例如，会期望避免使导电的系绳扭曲，因为除了别的原因之外，如果导电系绳被过度扭曲，导电系绳会被损坏。
[0081]在示例实施方式中，基础平台320可以关于基础轴(在图3中被代表性地示出为箭头320a)是可旋转的并联接到转筒380，转筒380进而关于转筒轴(在图3中被代表性地示出为箭头380a)是可旋转的。如图3所示，转筒380可以是竖直的转筒，其关于示出的转筒轴是可旋转的。在另一个方面中，基础轴和转筒轴可以是共轴的。可选地并且没有示出，转筒380可以是水平的转筒，其关于中心轴(例如，从示出的转筒轴旋转90度的轴)是可旋转的。在另一个方面中，基础轴和转筒轴可以具有不同的方向，或者换言之可以不平行。
[0082]系绳360需要在AWT的飞行器370和电缆管理设备300的各种地面侧部件之间传送所提供的电力、所产生的电力、控制信号和/或其它传感信息。系绳360还需要帮助将AWT的飞行器370固定到地面侧部件。例如，系绳360可以用于帮助飞行器370的收回并将飞行器370停放在地面侧部件诸如停放平台375上。因此，提供有利的方法以将电信号从旋转的系绳传输到地面侧部件或从地面侧部件传输到旋转系绳并提高系绳的使用生命(与不引起系绳旋转的电缆管理设备相比)。
[0083]例如，如之前参照图3所描述的，系绳360、静止滑动环部分350A和可旋转滑动环部分350B可以每个包括两个或更多个被绝缘的电导体。旋转的系绳360和滑动环350可以一起操作以将电信号从AWT的飞行器370传送到电缆管理设备300的地面侧部件。同样，旋转的系绳360和滑动环350可以一起操作以将电信号从电缆管理设备300的地面侧部件传输到飞行器370。在另一个方面中，系绳360、静止滑动环部分350A和可旋转滑动环部分350B可以每个包括一个或多个被绝缘的电导体。
[0084]为了向系绳360提供安全通道以到达滑动环350，柔性联接340可以用于将系绳万向节组件330联接到滑动环350。柔性联接340可以为各种形式。例如，柔性联接340可以包括限制系绳360的扭力弹簧。扭力弹簧可以用于累积从系绳360的旋转产生的势能。当扭力弹簧已经充分地旋转使得扭力弹簧中的累积的势能大于可旋转滑动环部分350B的表观倾覆惯性力矩(apparent overturning moment of inertia)时，扭力弹簧将转动可旋转滑动环部分350B并帮助减轻系绳360中累积的扭曲。具有扭力弹簧的示例实施方式的进一步描述在下面参照图4提供。
[0085]在另一个方面中，柔性联接340可以是系绳360从其穿过的万向接头。万向接头可以是任何接合或联接系统，其可以被使用以通过多个轴传输系绳360的旋转运动到滑动环350。具有万向接头的可选的实施方式的进一步描述在下面参照图5提供。也可以采用其它类型的柔性联接。
[0086]滑动环350可以是标准的工业滑动环，即允许电力或电信号从旋转结构传输到静止结构的机电装置。如以上参照图3所描述的，滑动环350允许电力和/或电信号从旋转的系绳360通过可旋转的基础平台320传输到静止的支撑塔310。
[0087]图4示出根据示例实施方式的包括扭力弹簧柔性联接的电缆管理设备的部分。电缆管理设备400及其部件可以与电缆管理设备300相同或类似，并以与电缆管理设备300相同的方式或与其类似的方式操作。例如，系绳万向节组件430可以与系绳万向节组件330相同或类似，滑动环450可以与滑动环350相同或类似，系绳660可以与系绳360相同或类似，诸如此类。
[0088]如图4所示，柔性联接440可以包括扭力弹簧442。扭力弹簧442可以限制系绳主体460B在扭力弹簧442内的部分。扭力弹簧442可以配置为累积从系绳460的旋转产生的势能。当扭力弹簧442已经累积足够的势能(例如，扭力弹簧442已经转动一定的量)使得扭力弹簧442中累积的势能大于可旋转滑动环部分450的表观倾覆惯性力矩时，扭力弹簧442将转动可旋转滑动环部分450B并帮助减轻已经积累在系绳460中的扭曲。
[0089]图5示出根据示例实施方式的包括万向接头柔性联接的电缆管理设备的部分。电缆管理设备500及其部件可以与电缆管理设备300相同或类似，并以与电缆管理设备300相同的方式或与其类似的方式操作。例如，系绳万向节组件530可以与系绳万向节组件330相同或类似，滑动环550可以与滑动环350相同或类似，诸如此类。
[0090]如图5所示，柔性联接可以是万向接头540。万向接头540可以包括第一端540A和第二端540B。第一端540A可以联接到系绳万向节组件530。第二端540B可以联接到滑动环550的可旋转部分550B。万向接头540可以限制万向接头540内的系绳主体560b。万向接头可以是任何的接合或联接系统，其能够用于将系绳560的旋转运动通过多个轴传输到滑动环550。当系绳560旋转时，万向接头540可以配置为与系绳560—起旋转。随着万向接头540的旋转，可旋转滑动环部分550B可以由于第二端540B联接到可旋转滑动环部分550B而旋转。可旋转滑动环部分550B的旋转可以帮助减少系绳560中可能的扭曲的累积，或者减轻已经累积在系绳560中的扭曲。
[0091]图6是根据示例实施方式的电缆管理设备的截面图。电缆管理设备600及其部件可以与电缆管理设备300、400和/或500相同或类似，并以与电缆管理设备300、400和/或500相同或类似的方式操作。
[0092]图6示出其中滑动环650定位在支撑塔610中的示例实施方式。在此示例实施方式中，滑动环650可以联接到支撑塔610。静止滑动环部分650A可以配置为相对于支撑塔610基本上静止。例如，当支撑塔610关于其中心轴(在图6中代表性地示出为箭头620a)旋转时，静止滑动环部分650A可以基本上随支撑塔610—起旋转。可旋转滑动环部分650B可以配置为在相对于系绳670旋转的方向上(旋转方向在图6中代表性地示出为箭头670T)旋转。
[0093]柔性联接640可以包括第一端640A和第二端640B。第二端640B可以联接到可旋转滑动环部分650B，第一端640A可以联接到系绳万向节组件630。如上所述，可以采用柔性联接640的其它配置。例如，电缆管理设备可以包括多个柔性联接。可选地，滑动环可以设置在从系绳万向节组件630到地面的任意点处。
[0094]结论
[0095]尽管这里已经公开了各个方面和实施方式，但是其它的方面和实施方式对本领域技术人员而言将是明显的。这里公开的各个方面和实施方式是为了说明的目的而不意在进行限制，实际的范围和精神由所附的权利要求书指示。
【主权项】
1.一种电缆管理设备，包括: 转筒，关于所述转筒的轴是可旋转的，其中所述转筒包括外表面和内腔； 系绳万向节组件，附接到所述转筒并关于至少一个轴可旋转； 柔性联接，包括: 第一端，联接到所述系绳万向节组件;和 Λ-Λ- _-上山 弟一栖； 滑动环，包括: 静止滑动环部分，配置为相对于所述转筒关于所述转筒的轴的旋转保持基本上静止，其中所述静止滑动环部分包括至少一个被绝缘的电导体； 可旋转滑动环部分，配置为相对于所述静止滑动环部分旋转，其中所述可旋转滑动环部分包括至少一个被绝缘的电导体，并且其中所述可旋转滑动环部分联接到所述柔性联接的所述第二端；以及 至少一个被绝缘的导电通道，在所述静止滑动环部分的至少一个被绝缘的电导体和所述可旋转滑动环部分的至少一个被绝缘的电导体之间； 系绳，包括: 至少一个被绝缘的电导体； 系绳远端，在所述转筒外面，配置为将所述系绳的所述至少一个被绝缘的电导体电连接到外部电气装置； 系绳主体，延伸经过所述系绳万向节组件并经过所述柔性联接；以及系绳近端，其中所述系绳的至少一个被绝缘的电导体联接到所述可旋转滑动环部分的至少一个被绝缘的电导体。2.如权利要求1所述的设备，其中所述外部电气装置是飞行器。3.如权利要求1所述的设备，其中所述系绳万向节组件至少部分地位于所述转筒的所述内腔中。4.如权利要求1所述的设备，其中所述滑动环位于所述转筒的所述内腔中。5.如权利要求1所述的设备，其中所述系绳万向节组件还关于第二轴可旋转，所述第二轴基本上垂直于所述第一轴。6.如权利要求1所述的设备，其中所述柔性联接包括所述系绳从其穿过的万向接头。7.如权利要求1所述的设备，其中所述柔性联接包括扭力弹簧，该扭力弹簧配置为将由所述系绳的旋转产生的能量存储为势能，并且其中所述扭力弹簧配置为在存储的势能大于所述可旋转滑动环部分的倾覆惯性力矩时旋转所述可旋转滑动环部分。8.如权利要求1所述的设备，其中所述转筒的轴是竖直轴。9.如权利要求1所述的设备，其中所述转筒的轴是水平轴。10.如权利要求1所述的设备，其中所述滑动环与所述转筒的轴共轴地设置。11.如权利要求1所述的设备，还包括第二柔性联接，其中所述第二柔性联接包括联接到所述静止滑动环部分的第一端。12.—种电缆管理设备，包括: 转筒，关于所述转筒的轴是可旋转的，其中所述转筒包括外表面和内腔； 支撑塔； 基础平台，联接到所述转筒并可旋转地联接到所述支撑塔； 系绳万向节组件，附接到所述转筒并关于至少一个轴可旋转； 柔性联接，包括: 第一端，联接到所述系绳万向节组件;和 Λ-Λ- _-上山 弟一栖； 滑动环，包括: 静止滑动环部分，配置为相对于所述转筒关于所述转筒的轴的旋转保持基本上静止，其中所述静止滑动环部分包括至少一个被绝缘的电导体； 可旋转滑动环部分，配置为相对于所述静止滑动环部分旋转，其中所述可旋转滑动环部分包括至少一个被绝缘的电导体，并且其中所述可旋转滑动环部分联接到所述柔性联接的所述第二端；以及 至少一个被绝缘的导电通道，在所述静止滑动环部分的至少一个被绝缘的电导体和所述可旋转滑动环部分的至少一个被绝缘的电导体之间； 系绳，包括: 至少一个被绝缘的电导体，联接到所述系绳； 系绳远端，在所述转筒外面，配置为将所述系绳的所述至少一个被绝缘的电导体电联接到外部电气装置； 系绳主体，延伸经过所述系绳万向节组件且经过所述柔性联接；以及系绳近端，其中所述系绳的至少一个被绝缘的电导体联接到所述可旋转滑动环部分的至少一个被绝缘的电导体。13.如权利要求12所述的设备，其中所述静止滑动环部分配置为相对于所述基础平台保持基本上静止。14.如权利要求12所述的设备，其中所述滑动环设置为与所述基础平台关于所述支撑塔旋转的轴共轴。15.—种电缆管理设备，包括: 转筒，关于所述转筒的轴是可旋转的，其中所述转筒包括外表面和内腔； 支撑塔； 基础平台，联接到所述转筒并可旋转地联接到所述支撑塔； 系绳万向节组件，附接到所述转筒，其中所述系绳万向节组件关于至少两个轴可旋转，所述至少两个轴为:(i)俯仰轴，和(i i)方位轴； 柔性联接，包括: 第一端，联接到所述系绳万向节组件;和 Λ-Λ- _-上山 弟一栖； 滑动环，包括: 静止滑动环部分，配置为相对于所述转筒关于所述转筒的轴的旋转保持基本上静止，其中所述静止滑动环部分包括至少两个被绝缘的电导体； 可旋转滑动环部分，配置为相对于所述静止滑动环部分旋转，其中所述可旋转滑动环部分包括至少两个被绝缘的电导体，并且其中所述可旋转滑动环部分联接到所述柔性联接的所述第二端；以及 至少两个被绝缘的导电通道，在所述静止滑动环部分的至少两个被绝缘的电导体和所述可旋转滑动环部分的至少两个被绝缘的电导体之间； 系绳，包括: 至少两个被绝缘的电导体，联接到所述系绳； 系绳远端，在所述转筒外面，配置为将所述系绳的至少两个被绝缘的电导体电连接到飞行器； 系绳主体，延伸经过所述系绳万向节组件并经过所述柔性联接；以及系绳近端，其中所述系绳的至少两个被绝缘的电导体联接到所述可旋转滑动环部分的至少两个被绝缘的电导体。16.如权利要求15所述的设备，其中所述转筒的所述轴是竖直轴。17.如权利要求16所述的设备，其中所述滑动环位于所述转筒的所述内腔中。18.如权利要求16所述的设备，其中所述滑动环位于所述支撑塔中。19.如权利要求15所述的设备，其中所述转筒的所述轴是水平轴。20.如权利要求19所述的设备，其中所述滑动环位于所述转筒的所述内腔中。
【文档编号】F03D1/02GK106030102SQ201480075782
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年12月3日
【发明人】D.范德林德, B.哈希特曼
【申请人】谷歌公司