JP2024505614A - UAV charging system - Google Patents

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Abstract

本発明は、無人航空機(UAV)充電システムに関する。UAV充電システムは、第1のUAVおよびエネルギーUAVを含み、第1のUAVおよびエネルギーUAVが、充電可能バッテリーによって電力供給される電気推進を備える。エネルギーUAVのバッテリーが、第1のUAVのバッテリーよりも比較的大きい容量を有し、エネルギーUAVは、一端でバッテリー充電器に接続され、他端に充電コネクタを有する充電要素を含む。第1のUAVが、充電コネクタに接続するための相補型コネクタを有する。システムはまた、UAVの移動を制御し、必要に応じて、UAVを充電位置に移動させるガイダンスコントローラを含み、充電コネクタが相補型コネクタと係合し、第1のUAVのバッテリーが充電システムを通じてエネルギーUAVのバッテリーから充電される。The present invention relates to an unmanned aerial vehicle (UAV) charging system. The UAV charging system includes a first UAV and an energy UAV, the first UAV and the energy UAV having electric propulsion powered by a rechargeable battery. The battery of the energy UAV has a relatively larger capacity than the battery of the first UAV, and the energy UAV includes a charging element connected to a battery charger at one end and having a charging connector at the other end. A first UAV has a complementary connector for connecting to a charging connector. The system also includes a guidance controller that controls the movement of the UAV and, if necessary, moves the UAV to a charging position, where the charging connector engages the complementary connector and the battery of the first UAV is energized through the charging system. It is charged from the UAV battery.

Description

発明の分野
本発明は、無人航空機(UAV)充電システムに関し、より具体的には、マルチローターUAV充電システムに関するが、これに限定されるものではない。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to unmanned aerial vehicle (UAV) charging systems, and more specifically, but not exclusively, to multirotor UAV charging systems.

発明の背景
無人航空機(UAV)は、一般にドローンとも呼ばれ、人間の操縦者が搭乗せずに飛行する航空機である。UAVは、人間の操縦者によって遠隔操作されることがあり、UAVが人間の操縦者なしで特定の動作を行うことを可能にする様々な程度の自律的な機能を含み得る。人間の操縦者が搭乗する必要がないため、UAVのサイズを小さくして、人間の操縦者が搭乗するのに十分な大きさのUAVでは不可能な動作を実行し得る。
BACKGROUND OF THE INVENTION Unmanned aerial vehicles (UAVs), also commonly referred to as drones, are aircraft that fly without a human operator on board. UAVs may be remotely operated by a human operator and may include varying degrees of autonomous functionality that allow the UAV to perform certain operations without a human operator. Because there is no need for a human operator on board, the UAV can be reduced in size to perform operations that are not possible with UAVs large enough to carry a human operator on board.

過去数十年にわたり、マルチローターヘリコプターUAVが非常に普及してきた。具体的には、4つのローターを備えたクアッドコプターは機械的にシンプルで安定していることが証明されており、アビオニクスのコストの低下とバッテリーおよび電気推進の進歩とにより、クアッドコプターは自律的に動作する低速UAVの好ましいプラットフォームになりつつある。マルチローターUAVのいくつかの用途は、航空写真、監視、および検査を含む。 Over the past few decades, multirotor helicopter UAVs have become very popular. Specifically, quadcopters with four rotors have proven to be mechanically simple and stable, and falling costs in avionics and advances in battery and electric propulsion have made quadcopters increasingly autonomous. is becoming the preferred platform for low-speed UAVs operating in Some applications for multirotor UAVs include aerial photography, surveillance, and inspection.

すべての電動航空機、特に小型のマルチローターUAVの問題は、内燃エンジンで使用される燃料と比較した場合、バッテリーの比エネルギーが非常に低いことである。電動航空機の設計では、追加のバッテリー容量(および結果的に飛行時間)と航空機のペイロードとの間に設計上のトレードオフがある。ただし、バッテリー容量の増加とそれに伴う重量も航空機の操縦性と速度に悪影響を及ぼす。例えば、長距離にわたる送電線の検査など、より長い飛行時間が必要な場合、高容量バッテリーの重量増加と操縦性の低下により、そのようなUAVの使用が不可能になり得る。 A problem with all electric aircraft, especially small multi-rotor UAVs, is that the specific energy of batteries is very low when compared to the fuel used in internal combustion engines. In electric aircraft design, there is a design trade-off between additional battery capacity (and thus flight time) and aircraft payload. However, increased battery capacity and associated weight also have a negative impact on aircraft maneuverability and speed. For example, where longer flight times are required, such as inspecting power lines over long distances, the increased weight and reduced maneuverability of high-capacity batteries may preclude the use of such UAVs.

発明の目的
したがって、本発明の目的は、従来技術に関連する問題を少なくとも部分的に軽減する、または従来技術に対する有用な代替手段を提供するUAV充電システムを提供することである。
OBJECTS OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a UAV charging system that at least partially alleviates the problems associated with the prior art or provides a useful alternative to the prior art.

本発明によれば、以下を備えるUAV充電システムが提供される:
-第1のUAVおよびエネルギーUAV、
-充電可能バッテリーによって電力供給される電気推進を備える第1のUAVおよびエネルギーUAV、
-第1のUAVのバッテリーよりも比較的大きな容量を有するエネルギーUAVのバッテリー、
-一端でバッテリー充電器に接続され、他端に充電コネクタを有するエネルギーUAVから延びる充電要素を含むエネルギーUAV、
-エネルギーUAVのバッテリーによって電力供給されるバッテリー充電器、
-相補型コネクタが充電コネクタに接続されると、バッテリー充電器が第1のUAVのバッテリーを充電するように、充電コネクタに取り外し可能に接続するための相補型コネクタを有する第1のUAV、
-システムが、UAVの移動を制御し、必要に応じて、UAVを充電位置に移動させるガイダンスコントローラを含み、充電コネクタが相補型コネクタと係合し、第1のUAVのバッテリーが充電システムを通じてエネルギーUAVのバッテリーから充電される。
According to the invention, there is provided a UAV charging system comprising:
- a first UAV and an energy UAV,
- a first UAV and an energy UAV with electric propulsion powered by a rechargeable battery;
- an energy UAV battery having a relatively larger capacity than the first UAV battery;
- an energy UAV comprising a charging element connected to a battery charger at one end and extending from the energy UAV having a charging connector at the other end;
- a battery charger powered by the battery of the energy UAV,
- a first UAV having a complementary connector for removably connecting to the charging connector such that when the complementary connector is connected to the charging connector, a battery charger charges a battery of the first UAV;
- the system includes a guidance controller to control the movement of the UAV and, if necessary, move the UAV to a charging position, the charging connector engages the complementary connector, and the battery of the first UAV receives energy through the charging system; It is charged from the UAV battery.

UAVが、マルチローターヘリコプターであり得る。マルチローターヘリコプターが、クアッドコプターであり得る。 The UAV may be a multirotor helicopter. A multirotor helicopter can be a quadcopter.

電気推進が、4つのブラシレスDC電気モーターによって駆動される4つのプロペラによって提供され得る。 Electric propulsion may be provided by four propellers driven by four brushless DC electric motors.

充電要素が2つ以上の導体を含んでもよい。導体が充電線であり得る。 A charging element may include more than one conductor. The conductor may be a charging wire.

充電要素が、エネルギーUAVから上方に動作可能に延びるロッドを含み得る。 A charging element may include a rod operatively extending upwardly from the energy UAV.

UAVが、充電位置にあるときに、UAVが互いに離れて充電位置および接続を維持できるように、充電線が、延長可能であり得る。 When the UAVs are in the charging position, the charging lines may be extendable so that the UAVs can maintain the charging position and connection apart from each other.

延長可能な充電線が、バネ仕掛けであり得る。 The extendable charging line may be spring loaded.

延長可能な充電線が、線を伸縮させることができるバネ仕掛けのスプール上にあってもよい。 The extendable charging line may be on a spring-loaded spool that allows the line to expand and contract.

要素が、要素が前記UAVから上方に延びる活動位置と、要素がUAVの本体に沿って配置される非活動位置との間で移動可能であり得る。 An element may be movable between an active position in which the element extends upwardly from the UAV and an inactive position in which the element is disposed along the body of the UAV.

コネクタが機械的な接続を形成し得る。 A connector may form a mechanical connection.

コネクタが誘導結合を形成し得、コネクタが誘導コイルを含み、相補型コネクタが、接続されたときにエネルギーが電磁結合を介して伝達され得るように、誘導コイルを含む。 A connector can form an inductive coupling, the connector includes an inductive coil, and a complementary connector includes an inductive coil such that when connected, energy can be transferred via electromagnetic coupling.

バッテリー充電器が、誘導結合のために交流を生成し得る。交流が、エネルギーUAVのバッテリーに接続されたインバーターによって生成され得る。 A battery charger may generate alternating current for inductive coupling. The alternating current may be generated by an inverter connected to the battery of the energy UAV.

コネクタおよび相補型コネクタが、接続を生成および固定するための磁気要素を含み得る。 The connector and complementary connectors may include magnetic elements to create and secure the connection.

コネクタが電磁石を含み得る。 The connector may include an electromagnet.

相補型コネクタが永久磁石を含み得る。 A complementary connector may include a permanent magnet.

ガイダンスシステムがデジタルカメラを含み得る。デジタルカメラが第1のUAVに搭載され得る。 The guidance system may include a digital camera. A digital camera may be mounted on the first UAV.

ガイダンスシステムが、デジタルカメラによって捕捉された画像を使用して、UAVの間の相対位置を決定し、相対位置に基づいてUAVを充電位置に移動させ得る。
デジタルカメラのレンズが、相補型コネクタの少なくとも一部と同軸であり得る。
A guidance system may use images captured by the digital camera to determine relative positions between the UAVs and move the UAVs to a charging position based on the relative positions.
A digital camera lens may be coaxial with at least a portion of the complementary connector.

システムが、複数のエネルギーUAVを含み、ガイダンスコントローラが、エネルギーUAVのうちのいずれか1つを第1のUAVに向かって充電位置に移動させ得る。 A system may include a plurality of energy UAVs, and a guidance controller may move any one of the energy UAVs toward a first UAV to a charging position.

本発明の実施形態は、例示のみで、以下の図面を参照しながら以下に説明される: Embodiments of the invention are described below, by way of example only, with reference to the following drawings:

非活動位置にある充電要素を有するエネルギーUAVの上方透視図である。1 is a top perspective view of an energy UAV with a charging element in an inactive position; FIG. 活動位置にある充電要素を有するエネルギーUAVの上方透視図である。1 is a top perspective view of an energy UAV with a charging element in an active position; FIG. 第1のUAVの下方透視図である。FIG. 2 is a bottom perspective view of the first UAV. 充電位置にある第1のUAVおよびエネルギーUAVの下側透視図である。FIG. 3 is a bottom perspective view of a first UAV and an energy UAV in a charging position. 活動位置にある充電要素を有する第1のUAVおよびエネルギーUAVの第2の実施形態の透視図である。FIG. 3 is a perspective view of a first UAV and a second embodiment of an energy UAV with a charging element in an active position; 充電位置にある図5aの第1のUAVおよびエネルギーUAVの透視図である。Figure 5a is a perspective view of the first UAV and energy UAV of Figure 5a in a charging position; 充電要素の導体が延長された、図5aおよび5bの第1のUAVおよびエネルギーUAVの透視図である。Figure 5a is a perspective view of the first UAV and energy UAV of Figures 5a and 5b with the charging element conductors extended;

同様の特徴が同様の数字で示される図面を参照して、UAV充電システムは概して、参照数字1によって示される。 With reference to the drawings, where like features are designated with like numerals, the UAV charging system is generally designated by the reference numeral 1.

UAV充電システム1は、第1のUAV2と、第2のエネルギーUAV3とを含む。図に示す第1のUAV2および第2のUAV3は、実質的に同様の大きさで表されている。しかし、第1のUAV2がエネルギーUAV3より大きいか小さいかに関係なく、UAVの相対的な大きさが異なる場合でも、システムは同等に効果的であると考えられる。第1のUAV2とエネルギーUAV3は両方とも、充電可能バッテリーによって電力供給される電気推進を備える。この例におけるエネルギーUAVのバッテリー4は、エネルギーUAV3の本体5の下に動作可能に配置され、第1のUAVのバッテリーは本体5内に配置される。各UAVは、ブラシレスDC電気モーター7によって駆動される4つのプロペラ6を備えたクアッドコプターの形態のマルチローターヘリコプターである。エネルギーUAV3のプロペラ6は下を向いており、一方で第1のUAV2のプロペラ6は上を向いている。エネルギーUAVのバッテリー4の容量は、第1のUAVのバッテリーよりも比較的大きい。これにより、第1のUAV2をエネルギーUAV3よりも軽くすることができ、ペイロード運搬能力を高めたり、飛行時間を長くしたりすることができる。 UAV charging system 1 includes a first UAV2 and a second energy UAV3. The first UAV 2 and the second UAV 3 shown in the figure are represented with substantially similar dimensions. However, regardless of whether the first UAV 2 is larger or smaller than the energy UAV 3, the system is believed to be equally effective if the relative sizes of the UAVs are different. Both the first UAV2 and the energy UAV3 are equipped with electric propulsion powered by rechargeable batteries. The battery 4 of the energy UAV in this example is operatively disposed below the body 5 of the energy UAV 3, and the battery of the first UAV is disposed within the body 5. Each UAV is a multirotor helicopter in the form of a quadcopter with four propellers 6 driven by brushless DC electric motors 7. The propeller 6 of the energy UAV 3 is pointing downwards, while the propeller 6 of the first UAV 2 is pointing upwards. The capacity of the battery 4 of the energy UAV is relatively larger than the battery of the first UAV. This allows the first UAV 2 to be lighter than the energy UAV 3, increasing its payload carrying capacity and increasing its flight time.

エネルギーUAV3は、本体5内の充電器に接続される充電要素8を充電要素8の一端に有し、要素8の他端に充電コネクタ9を有する。バッテリー充電器は、エネルギーUAVのバッテリー4によって電力供給される。現在の例では、充電要素8は、エネルギーUAV3から動作可能に上方に延びるロッドの形態であり、ロッド内に導体を含む。要素8は、要素がUAVから上方に延びる活動位置(図2に示す)と、要素がエネルギーUAV3の本体に沿って水平に配置される非活動位置(図1に示す)との間で移動可能である。 The energy UAV 3 has a charging element 8 connected to a charger in the main body 5 at one end of the charging element 8 and a charging connector 9 at the other end of the element 8. The battery charger is powered by the battery 4 of the energy UAV. In the present example, the charging element 8 is in the form of a rod that operatively extends upwardly from the energy UAV 3 and includes a conductor within the rod. The element 8 is movable between an active position (as shown in Figure 2) in which the element extends upwardly from the UAV and an inactive position (as shown in Figure 1) in which the element is placed horizontally along the body of the energy UAV 3. It is.

この例では、第1のUAV2は、その本体5の下側に、充電コネクタ9に解放可能に係合して接続できる相補型コネクタ10を有する。相補型コネクタ10はまたエネルギーUAV上にあってもよく、その場合、充電要素は第1のUAV2の一部を形成する。相補型コネクタ10と充電コネクタとが係合して接続を形成すると、バッテリー充電器はエネルギーUAVのバッテリー4から第1のUAVのバッテリーを充電する。充電コネクタ9および相補型コネクタ10は、充電コネクタ9上の導体が相補型コネクタ10上の導体と係合する機械的接続を形成し得る。あるいは、現在の例の場合のように、コネクタが誘導結合を形成し得、充電コネクタ9が誘導コイルを含み、相補型コネクタ10が、接続されたときにエネルギーが電磁結合を介して伝達され得るように、誘導コイルを含む。コネクタが誘導結合を形成する場合、バッテリー充電器は、エネルギーUAVのバッテリー4に接続されたインバーターによって誘導結合用の交流を生成し得る。充電コネクタ9および相補型コネクタ10が、接続を生成および固定するための磁気要素を含み得る。現在の例では、充電要素9は、エネルギーUAVのバッテリー4から電力供給され、UAVが充電位置にあるか否かに応じて選択的に作動または停止され得る電磁石を含み、相補型コネクタ10は永久磁石を有する。 In this example, the first UAV 2 has a complementary connector 10 on the underside of its body 5 that can be releasably engaged and connected to a charging connector 9 . The complementary connector 10 may also be on an energy UAV, in which case the charging element forms part of the first UAV 2. When the complementary connector 10 and the charging connector are engaged to form a connection, the battery charger charges the battery of the first UAV from the battery 4 of the energy UAV. Charging connector 9 and complementary connector 10 may form a mechanical connection in which conductors on charging connector 9 engage conductors on complementary connector 10. Alternatively, as is the case in the current example, the connectors may form an inductive coupling, the charging connector 9 containing an inductive coil and the complementary connector 10 allowing energy to be transferred via electromagnetic coupling when connected. As such, it includes an induction coil. If the connector forms an inductive coupling, the battery charger may generate an alternating current for the inductive coupling by an inverter connected to the battery 4 of the energy UAV. Charging connector 9 and complementary connector 10 may include magnetic elements to create and secure the connection. In the present example, the charging element 9 is powered by the energy UAV's battery 4 and includes an electromagnet that can be selectively activated or deactivated depending on whether the UAV is in a charging position, and the complementary connector 10 is permanently Has a magnet.

(図5a、5b、および6に示す)第2の実施形態では、充電要素は、ロッド8と、充電要素8から延びる延長可能な充電線または充電線のセットを含む。これにより、第1のUAV2とエネルギーUAV3が充電位置で充電接続を形成できるようになり、充電接続が確立されると第1のUAV2と第2のUAV3が互いに離れることが可能になる。延長可能な充電線は、バネ仕掛けの方法で伸縮し得る。あるいは、必要に応じて充電線11の伸縮を作動させてもよい。図5a、5b、および6に示す例では、延長可能な充電線は、エネルギーUAV3内に配置されたバネ仕掛けのスプール上にある。 In a second embodiment (shown in FIGS. 5a, 5b and 6), the charging element comprises a rod 8 and an extendable charging line or set of charging lines extending from the charging element 8. This allows the first UAV 2 and the energy UAV 3 to form a charging connection at the charging location, and allows the first UAV 2 and the second UAV 3 to move away from each other once the charging connection is established. The extendable charging line can be expanded and contracted in a spring-loaded manner. Alternatively, the charging line 11 may be expanded or contracted as necessary. In the example shown in Figures 5a, 5b and 6, the extendable charging line is on a spring-loaded spool located within the energy UAV3.

充電接続が確立されると、充電要素は安全に(図6に示すように)非活動位置に移動し、充電接続が維持されている間、UAVは互いに相対的に遠ざかることができる。UAVは、第1のUAV2のプロペラからの下降気流がエネルギーUAV3の推進に影響(impact)または影響(influence)を与えないように、(図6に示すように)十分に離れて移動するのが理想的である。さらに、エネルギーUAV3ではプロペラが下を向いている。これにより、充電線がエネルギーUAV3のプロペラ6に干渉したり絡まったりする可能性が減少する。必要に応じて充電接続を解除することができ、延長可能な充電線はバネ仕掛けのスプールまたは作動スプールに巻き戻される。 Once the charging connection is established, the charging elements can be safely moved to an inactive position (as shown in FIG. 6) and the UAVs can move away from each other relative to each other while the charging connection is maintained. The UAVs are moved far enough apart (as shown in Figure 6) that the downdraft from the propeller of the first UAV2 has no impact or influence on the propulsion of the energy UAV3. ideal. Furthermore, the propeller of Energy UAV3 is pointing downwards. This reduces the possibility that the charging line will interfere with or become entangled with the propeller 6 of the energy UAV 3. If necessary, the charging connection can be released and the extendable charging line is rewound onto a spring-loaded or working spool.

システム1は、第1のUAV2とエネルギーUAV3の両方の動きを制御するために、電子アビオニクス機器の形態であるガイダンスコントローラと、その上で動作するソフトウェアとを含む。ガイダンスコントローラは、第1のUAV2またはエネルギーUAV3のいずれかの制御システムの一部を形成し得、その場合、ガイダンスコントローラは1つの本体5内に配置される。あるいは、ガイダンスコントローラは外部にあり、UAVと無線通信し得る。ガイダンスコントローラは、必要に応じて、UAVを充電位置に移動させ得、充電コネクタ9が相補型コネクタ10と係合して充電接続を形成できるように、第1のUAV2およびエネルギーUAV3の移動およびその間の移動を制御するように構成される。充電接続が形成されると、第1のUAVのバッテリーはエネルギーUAVのバッテリー4から充電される。充電位置は、第1のUAVのバッテリーが完全に充電されるまで維持され得、その後、第1のUAV2は係合を解除し、充電接続を切断し得る。エネルギーUAV3は、第1のUAVのバッテリーが低充電に達するまで、ベースステーションまたは陸地に戻ることができる。第1のUAV2が低充電に達すると、エネルギーUAV3は充電のために再び第1のUAV2に送られ得る。 The system 1 includes a guidance controller in the form of electronic avionics equipment and software operating thereon to control the movement of both the first UAV 2 and the energy UAV 3. The guidance controller may form part of the control system of either the first UAV 2 or the energy UAV 3, in which case the guidance controller is located within one body 5. Alternatively, the guidance controller may be external and in wireless communication with the UAV. The guidance controller may, if desired, move the UAV to a charging position and control the movement of the first UAV 2 and the energy UAV 3 and between them so that the charging connector 9 can engage the complementary connector 10 to form a charging connection. configured to control the movement of. Once the charging connection is formed, the battery of the first UAV is charged from the battery 4 of the energy UAV. The charging position may be maintained until the first UAV's battery is fully charged, after which the first UAV 2 may disengage and disconnect the charging connection. The energy UAV 3 can return to the base station or land until the first UAV's battery reaches a low charge. When the first UAV2 reaches low charge, the energy UAV3 may be sent to the first UAV2 again for charging.

システム1はまた、第1のUAV2の動作要件に応じて、複数のエネルギーUAV3を含み得る。例えば、システムがエネルギーUAV3用の充電装置を備えたベースステーションを含む場合、2つのエネルギーUAV3がベースステーションで同時に充電し得る。この例では、エネルギーUAV3のうちの1つが、充電のために第1のUAV2に送られ得、第1のUAV2を充電した後、エネルギーUAVのバッテリー4を充電するためにベースステーションに戻り得る。第1のUAV2がさらなる充電を必要とする場合、第2のエネルギーUAV3は充電のために第1のUAV2に送られ得、一方で、第1は、そのバッテリー4を充電するためにベースステーションに留まる。充電時間、エネルギーUAVのバッテリー4の容量、および第1のUAV2によって実行される動作に応じて、第1のUAV2は、長期間、場合によっては無期限にさえも飛行し続けることができる。 The system 1 may also include multiple energy UAVs 3 depending on the operational requirements of the first UAV 2. For example, if the system includes a base station equipped with a charging device for energy UAVs 3, two energy UAVs 3 may be charged simultaneously at the base station. In this example, one of the energy UAVs 3 may be sent to the first UAV 2 for charging and, after charging the first UAV 2, may return to the base station to charge the energy UAV's battery 4. If the first UAV 2 requires further charging, the second energy UAV 3 may be sent to the first UAV 2 for charging, while the first returns to the base station to charge its battery 4. stay. Depending on the charging time, the capacity of the battery 4 of the energy UAV and the operations performed by the first UAV 2, the first UAV 2 can remain in flight for a long period of time, possibly even indefinitely.

ガイダンスコントローラは、第1のUAV2に搭載され得るデジタルカメラを含み得る。ガイダンスコントローラが、デジタルカメラによって捕捉された画像を使用して、UAVの間の相対位置を決定し、相対位置に基づいてUAVを充電位置に移動させ得る。ガイダンスコントローラの測位システム(GPSなど)の精度が、確実に接続を形成するのに必要な精度を備えていない可能性があるため、これが必要である。ガイダンスコントローラはまた、システムの精度を高めるためにリアルタイムキネマティック位置決め(RTK)を利用し得る。 The guidance controller may include a digital camera that may be mounted on the first UAV 2. A guidance controller may use images captured by the digital camera to determine relative positions between the UAVs and move the UAVs to a charging position based on the relative positions. This is necessary because the guidance controller's positioning system (such as GPS) may not have the accuracy necessary to reliably form a connection. The guidance controller may also utilize real-time kinematic positioning (RTK) to increase the accuracy of the system.

本発明は、1つ以上のエネルギーUAVを充電することによって滞空時間の増加を確保しながら、第1のUAVをより軽量にし、その動作要件に対処するためのより良い装備を可能にするUAV充電システムを提供することが想定される。 The present invention provides UAV charging that allows the first UAV to be lighter and better equipped to cope with its operational requirements, while ensuring increased airtime by charging one or more energy UAVs. It is assumed that the system will be provided.

本発明は、本明細書に記載される正確な詳細に限定されるものではない。例えば、UAVはクアッドコプターの代わりに、6つ以上のローターを備えたマルチローターヘリコプターであり得る。さらに、プロペラを駆動するブラシレスDC電気モーターの代わりに、通常のDCモーター、ACモーター、または誘導モーターを使用することもできる。

The invention is not limited to the precise details described herein. For example, instead of a quadcopter, the UAV can be a multirotor helicopter with six or more rotors. Furthermore, instead of a brushless DC electric motor driving the propeller, a regular DC motor, AC motor or induction motor can also be used.

Claims (23)

第1の無人航空機(UAV)およびエネルギーUAVを備えるUAV充電システムであって、前記第1のUAVおよび前記エネルギーUAVが、充電可能バッテリーによって電力供給される電気推進を備え、前記エネルギーUAVのバッテリーが、前記第1のUAVのバッテリーよりも比較的大きな容量を有し、前記エネルギーUAVが、一端でバッテリー充電器に接続され、他端に充電コネクタを有する前記エネルギーUAVから延びる充電要素を含み、前記バッテリー充電器が、前記エネルギーUAVのバッテリーによって電力供給され、前記第1のUAVが、相補型コネクタが前記充電コネクタに接続されると、前記バッテリー充電器が前記第1のUAVのバッテリーを充電するように、前記充電コネクタに取り外し可能に接続するための前記相補型コネクタを有し、前記システムが、前記UAVの移動を制御し、必要に応じて、前記UAVを充電位置に移動させるガイダンスコントローラを含み、前記充電コネクタが前記相補型コネクタと係合し、前記第1のUAVのバッテリーが前記充電システムを通じて前記エネルギーUAVのバッテリーから充電される、UAV充電システム。 A UAV charging system comprising a first unmanned aerial vehicle (UAV) and an energy UAV, the first UAV and the energy UAV having electric propulsion powered by a rechargeable battery, the battery of the energy UAV comprising: , having a relatively larger capacity than a battery of the first UAV, the energy UAV including a charging element extending from the energy UAV connected to a battery charger at one end and having a charging connector at the other end; A battery charger is powered by a battery of the energy UAV, and when the first UAV has a complementary connector connected to the charging connector, the battery charger charges the battery of the first UAV. the complementary connector for removably connecting to the charging connector, and the system includes a guidance controller for controlling movement of the UAV and, optionally, moving the UAV to a charging position. A UAV charging system, wherein the charging connector engages the complementary connector and the first UAV battery is charged from the energy UAV battery through the charging system. 前記第1のUAVおよび前記エネルギーUAVが、マルチローターヘリコプターである、請求項1に記載のUAV充電システム。 The UAV charging system of claim 1, wherein the first UAV and the energy UAV are multirotor helicopters. 前記マルチローターヘリコプターが、クアッドコプターである、請求項2に記載のUAV充電システム。 3. The UAV charging system of claim 2, wherein the multirotor helicopter is a quadcopter. 前記電気推進が、4つのブラシレス直流(DC)電気モーターによって駆動される4つのプロペラによって提供される、請求項1に記載のUAV充電システム。 The UAV charging system of claim 1, wherein the electric propulsion is provided by four propellers driven by four brushless direct current (DC) electric motors. 前記充電要素が、2つ以上の導体を含む、請求項1に記載のUAV充電システム。 The UAV charging system of claim 1, wherein the charging element includes two or more conductors. 前記導体が、充電線である、請求項5に記載のUAV充電システム。 6. The UAV charging system of claim 5, wherein the conductor is a charging line. 前記UAVが、前記充電位置にあるときに、前記UAVが互いに離れて前記充電位置を維持できるように、前記充電線が延長可能である、請求項6に記載のUAV充電システム。 7. The UAV charging system of claim 6, wherein when the UAV is in the charging position, the charging lines are extendable so that the UAVs can maintain the charging position apart from each other. 延長可能な前記充電線が、バネ仕掛けである、請求項7に記載のUAV充電システム。 8. The UAV charging system of claim 7, wherein the extendable charging line is spring loaded. 延長可能な前記充電線が、前記充電線を引き込むように伸長できるバネ仕掛けのスプール上にある、請求項8に記載のUAV充電システム。 9. The UAV charging system of claim 8, wherein the extendable charging line is on a spring-loaded spool that can be extended to retract the charging line. 前記充電要素が、前記エネルギーUAVから上方に動作可能に延びるロッドを含む、請求項1に記載のUAV充電システム。 The UAV charging system of claim 1, wherein the charging element includes a rod operatively extending upwardly from the energy UAV. 前記要素は、前記要素が前記UAVから上方に延びる活動位置と、前記要素が前記UAVの本体に沿って配置される非活動位置との間で移動可能である、請求項1に記載のUAV充電システム。 The UAV charging of claim 1, wherein the element is movable between an active position in which the element extends upwardly from the UAV and an inactive position in which the element is disposed along the body of the UAV. system. 前記充電コネクタおよび前記相補型コネクタが、機械的接続を形成する、請求項1に記載のUAV充電システム。 The UAV charging system of claim 1, wherein the charging connector and the complementary connector form a mechanical connection. 前記充電コネクタが、誘導コイルを含み、前記相補型コネクタが、誘導コイルを含み、前記充電コネクタおよび前記相補型コネクタが、接続されたときに、エネルギーが電磁結合を介して伝達され得るように誘導結合を形成する、請求項1に記載のUAV充電システム。 the charging connector includes an induction coil; the complementary connector includes an induction coil; and the charging connector and the complementary connector include an induction coil such that energy can be transferred via electromagnetic coupling when the charging connector and the complementary connector are connected. The UAV charging system of claim 1, forming a bond. 前記バッテリー充電器が、前記誘導結合のための交流を生成する、請求項13に記載のUAV充電システム。 14. The UAV charging system of claim 13, wherein the battery charger generates an alternating current for the inductive coupling. 前記交流が、前記エネルギーUAVのバッテリーに接続されたインバーターによって生成される、請求項14に記載のUAV充電システム。 15. The UAV charging system of claim 14, wherein the alternating current is generated by an inverter connected to a battery of the energy UAV. 前記充電コネクタおよび前記相補型コネクタが、前記接続を生成および固定するための磁気要素を含む、請求項1に記載のUAV充電システム。 The UAV charging system of claim 1, wherein the charging connector and the complementary connector include magnetic elements to create and secure the connection. 前記充電コネクタが、電磁石を含む、請求項16に記載のUAV充電システム。 17. The UAV charging system of claim 16, wherein the charging connector includes an electromagnet. 前記相補型コネクタが、永久磁石を含む、請求項16に記載のUAV充電システム。 17. The UAV charging system of claim 16, wherein the complementary connector includes a permanent magnet. ガイダンスシステムが、デジタルカメラを含む、請求項1に記載のUAV充電システム。 The UAV charging system of claim 1, wherein the guidance system includes a digital camera. 前記デジタルカメラが、前記第1のUAVに取り付けられる、請求項19に記載のUAV充電システム。 20. The UAV charging system of claim 19, wherein the digital camera is attached to the first UAV. 前記ガイダンスシステムが、前記デジタルカメラによって捕捉された画像を使用して、前記第1のUAVと前記エネルギーUAVとの間の相対位置を決定し、前記相対位置に基づいて前記UAVを前記充電位置に移動させる、請求項19に記載のUAV充電システム。 The guidance system uses images captured by the digital camera to determine a relative position between the first UAV and the energy UAV, and moves the UAV into the charging position based on the relative position. 20. The UAV charging system of claim 19, wherein the UAV charging system is mobile. 前記デジタルカメラのレンズが、前記相補型コネクタの一部と同軸である、請求項19に記載のUAV充電システム。 20. The UAV charging system of claim 19, wherein the digital camera lens is coaxial with a portion of the complementary connector. 前記システムが、複数のエネルギーUAVを含み、前記ガイダンスコントローラが、前記エネルギーUAVのうちのいずれか1つを前記第1のUAVに向かって充電位置に移動させる、請求項1に記載のUAV充電システム。

The UAV charging system of claim 1, wherein the system includes a plurality of energy UAVs, and the guidance controller moves any one of the energy UAVs toward the first UAV to a charging position. .

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