KR101689264B1 - 무인 비행체, 이의 충전 시스템 및 이의 충전 방법 - Google Patents

무인 비행체, 이의 충전 시스템 및 이의 충전 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101689264B1
KR101689264B1 KR1020140098328A KR20140098328A KR101689264B1 KR 101689264 B1 KR101689264 B1 KR 101689264B1 KR 1020140098328 A KR1020140098328 A KR 1020140098328A KR 20140098328 A KR20140098328 A KR 20140098328A KR 101689264 B1 KR101689264 B1 KR 101689264B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unmanned aerial
aerial vehicle
body portion
coils
arms
Prior art date
Application number
KR1020140098328A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160015714A (ko
Inventor
김정호
조연제
Original Assignee
한국과학기술원
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 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020140098328A priority Critical patent/KR101689264B1/ko
Publication of KR20160015714A publication Critical patent/KR20160015714A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101689264B1 publication Critical patent/KR101689264B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B64C39/024—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/04—Helicopters
    • B64C27/08—Helicopters with two or more rotors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/24—Aircraft characterised by the type or position of power plants using steam or spring force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U30/00—Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
    • B64U30/20—Rotors; Rotor supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/10—Propulsion
    • B64U50/13—Propulsion using external fans or propellers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/10—Propulsion
    • B64U50/19—Propulsion using electrically powered motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/30—Supply or distribution of electrical power
    • B64U50/34—In-flight charging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/10—Air crafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C25/00—Alighting gear
    • B64C25/32—Alighting gear characterised by elements which contact the ground or similar surface 
    • B64C2025/325—Alighting gear characterised by elements which contact the ground or similar surface  specially adapted for helicopters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

무인 비행체는 중앙의 몸체부, 복수의 구동부들, 복수의 암들 및 제1 및 제2 착지부재를 포함한다. 상기 중앙의 몸체부는 상면, 하면 및 상기 상면과 상기 하면을 서로 연결하는 복수의 지지축들에 의하여 정의되는 내부 공간을 구비한다. 상기 복수의 구동부들은 비행을 위한 추력을 발생시킨다. 상기 복수의 암들은 일단은 상기 몸체부에 연결되고, 타단에는 상기 구동부들 중 하나가 장착된다. 상기 제1 및 제2 착지 부재들은 상기 몸체부의 하면에 연결되고, 상기 무인 비행체가 지면에서 일정 높이로 이격되어 착지하도록 상기 몸체부를 지지하며 서로 대향하도록 설치된다. 상기 복수의 암들 상부에는 상기 몸체부와 중첩되지 않도록 환형의 수신 코일들이 설치되어 상기 내부 공간에 설치되는 재충전가능 배터리를 충전한다.

Description

무인 비행체, 이의 충전 시스템 및 이의 충전 방법{Unmanned aerial vehicle, charging system of the same and method of charging the same}
본 발명은 무인 비행체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무인 비행체, 이의 충전 시스템 및 이의 충전 방법에 관한 것이다. 본 발명은 하기와 같이 국가연구개발사업에 의해 지원된 발명에 해당한다.
[과제고유번호] 2010-0029179
[부처명] 교육과학기술부
[연구관리전문기관] 한국연구재단
[연구사업명] 기초연구사업
[연구과제명] 자기장 공진기반 무선에너지 전송 기술
[주관기관] 한국과학기술원
[연구기간] 2013년 09월 01일 ~ 2014년 08월 31일
[과제고유번호] 2010-0029374
[부처명] 교육과학기술부
[연구관리전문기관] 한국연구재단
[연구사업명] 기초연구사업
[연구과제명] 자동차 전력시스템 통합
[주관기관] 한국과학기술원
[연구기간] 2012년 03월 01일 ~ 2015년 02월 28일
최근 사람이 작업하기 힘든 환경에서 무인 비행체의 필요성이 증가하고 있다. 무인 비행체는 접근이 어려운 재난/재해 지역의 공중 영상획득 및 전력선 검사를 수행하거나 감시 임무를 수행하는 등 활용도 역시 매우 넓어지고 있다. 또한 최근에는 무인 비행체를 택배에 활용하는 방안이 연구되고 있다. 하지만 무인 비행체를 이용하는 경우 배터리의 한계로 인하여 활동 범위와 활동 시간이 제한될 수 있다.
한국공개특허 제2010-0111263호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 배터리의 제한을 감소시킬 수 있는 무인 비행체를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 무인 비행체와 상기 무인 비행체를 무선으로 충전할 수 있는 충전 스테이션을 구비하는 충전 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 배터리의 제한을 감소시킬 수 있는 무인 비행체의 충전 방법을 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체는 중앙의 몸체부, 복수의 구동부들, 복수의 암들 및 제1 및 제2 착지부재를 포함한다. 상기 중앙의 몸체부는 상면, 하면 및 상기 상면과 상기 하면을 서로 연결하는 복수의 지지축들에 의하여 정의되는 내부 공간을 구비한다. 상기 복수의 구동부들은 비행을 위한 추력을 발생시킨다. 상기 복수의 암들은 일단은 상기 몸체부에 연결되고, 타단에는 상기 구동부들 중 하나가 장착된다. 상기 제1 및 제2 착지 부재들은 상기 몸체부의 하면에 연결되고, 상기 무인 비행체가 지면에서 일정 높이로 이격되어 착지하도록 상기 몸체부를 지지하며 서로 대향하도록 설치된다. 상기 복수의 암들 상부에는 상기 몸체부와 중첩되지 않도록 환형의 수신 코일들이 설치되어 상기 내부 공간에 설치되는 재충전가능 배터리를 충전한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 환형의 수신 코일들을 정다각형 모양을 가질 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 환형의 수신 코일들은 원형의 모양을 가질 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 내부 공간에는 상기 수신 코일들과 연결되는 컨버터; 및 상기 컨버터에 연결되어, 상기 재충전가능 배터리를 충전하는 충전기가 설치될 수 있다.
상기 복수의 구동부들 각각은 상기 재충전가능 배터리로부터 전력을 공급받아 구동력을 생성하는 모터; 및 상기 모터로부터 상기 구동력을 인가받아 상기 추력을 발생시키는 프로펠러를 포함할 수 있다.
상기 몸체부에는 상기 재충전가능한 배터리와 연결되고 상기 무인 비행체의 비행 동작을 제어하는 제어 모듈 및 상기 재충전가능한 배터리와 연결되고 외부의 제어 장치와 통신을 수행하여 데이터를 교환하는 통신 모듈이 장착될 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 복수의 암들 중 적어도 일부에는 GPS 센서가 설치될 수 있다.
상기 GPS 센서는 상기 무인 비행체가 충전 스테이션에 착륙하는 경우 상기 무인 비행체의 착륙 동작을 지원할 수 있다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체의 충전 시스템은 충전 스테이션 및 무인 비행체를 포함한다. 상기 충전 스테이션에는 전원부에 연결되는 송신 코일들이 설치된다. 상기 무인 비행체는 수신 코일들을 구비하여 상기 충전 스테이션으로부터 무선으로 전력을 전송받는다. 상기 무인 비행체는 중앙의 몸체부, 복수의 구동부들, 복수의 암들 및 제1 및 제2 착지부재를 포함한다. 상기 중앙의 몸체부는 상면, 하면 및 상기 상면과 상기 하면을 서로 연결하는 복수의 지지축들에 의하여 정의되는 내부 공간을 구비한다. 상기 복수의 구동부들은 비행을 위한 추력을 발생시킨다. 상기 복수의 암들은 일단은 상기 몸체부에 연결되고, 타단에는 상기 구동부들 중 하나가 장착된다. 상기 제1 및 제2 착지 부재들은 상기 몸체부의 하면에 연결되고, 상기 무인 비행체가 지면에서 일정 높이로 이격되어 착지하도록 상기 몸체부를 지지하며 서로 대향하도록 설치된다. 상기 복수의 암들 상부에는 상기 몸체부와 중첩되지 않도록 환형의 상기 수신 코일들이 설치되어 상기 내부 공간에 설치되는 재충전가능 배터리를 충전한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 충전 스테이션은 상기 송신 코일들이 설치되는 제2 레이어; 상기 제2 레이어 하부에 형성되며 페라이트 시트를 포함하는 제1 레이어; 및 상기 제2 레이어 상부에 형성되며, 메타 물질을 포함하는 제3 레이어를 포함할 수 있다.
상기 페라이트 시트는 상기 무인 비행체가 상기 충전 스테인션에 착륙시 상기 수신 코일들 쪽으로 자기장을 집중시키고, 상기 수신 코일들의 크기는 상기 송신 코일들의 크기보다 작을 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 복수의 암들 중 적어도 일부에는 제1 GPS 센서가 설치되고 상기 충전 스테이션에는 상기 제1 GPS 센서와 통신하는 제2 GPS 센서가 설치될 수 있다.
상기 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체의 충전 방법은 GPS 센서를 이용하여 상기 무인 비행체를 충전 스테이션에 착륙 시키는 단계; 충전 스테이션에 설치된 환형의 송신 코일들에 전류를 인가하여 무인 비행체의 복수의 암들에 설치된 환형의 수신 코일들에 무선으로 전력을 전송하는 단계; 및 상기 전송된 전력을 이용하여 무인 비행체의 재충전가능 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 무인 비행체, 무인 비행체의 충전 시스템 및 무인 비행체의 충전 방법에서는 프로펠러들이 설치되는 복수의 암들에 몸체부와 중첩되지 않도록 수신 코일을 설치하고, 충전 스테이션에서는 몸체부와 중첩되지 않도록 송신 코일을 설치하고, 송신 코일과 수신 코일의 크기를 증가시켜 충전 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 무인 비행체의 상부 평면도이다.
도 2는 도 1의 무인 비행체의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 몸체부의 내부 공간을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2에서 제1 착지 부재를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 도 1에서 몸체부와 수신 코일들을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 이동형 충전 및 격납 수송차량의 사시도이다.
도 7은 도 6의 이동형 충전 및 격납 수송차량의 상태도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 충전 스테이션을 나타낸다.
도 9는 도 8의 충전 스테이션의 레이어 구조를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 무인 비행체의 충전 방법을 나타내는 흐름도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
명세서 전체에서 '무인 비행체'라 함은 사람이 비행체에 탑승하여 조종하지 않아도 원격으로 조종이 가능한 비행체를 가리키며, 구체적인 예로서 3개의 프로펠러를 가지는 트라이로터, 4개의 프로펠러를 가지는 쿼드로터, 5개의 프로펠러를 가지는 펜타로터, 6개의 프로펠러를 가지는 헥사로터, 8개의 프로펠러를 가지는 옥토로터 등을 모두 포함하는 개념이다. 따라서 이하에서는 설명의 편의상 쿼드로터를 일례로 들어 설명하지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 프로펠러의 개수 및 구성에 따라 다양한 형태의 무인 비행체로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 무인 비행체의 상부 평면도이고, 도 2는 도 1의 무인 비행체의 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 무인 비행체(10)는 몸체부(100), 복수의 암들(200) 복수의 구동부(300)들 및 제1 및 제2 착지 부재들(510, 550)을 포함하여 구성되며, 복수의 암들(200) 각각의 일단에는 구동부(200)가 장착되고, 복수의 암들(200) 각각의 타단에는 중앙의 몸체부(100)에 결착되는 구조로 구현된다. 또한 복수의 암들(200) 사이에는 수신 코일들(400)이 몸체부와 중첩하지 않도록 환형으로 설치된다.
복수의 암들(200) 각각 및 몸체부(100)는 볼트와 너트로 결합될 수 있으며 그 이외에도 복수의 암들(200)과 몸체부(100)를 고정하기 연결하는 어떠한 체결 수단이라도 사용될 수 있다.
실시예에서, 몸체부(100)는 상면(110), 하면(120) 및 상면(110)과 하면(120)을 서로 연결하는 복수의 지지축들(130)에 의하여 정의되는 내부 공간(140)을 구비할 수 있다. 도 3을 참조하여 설명되겠지만, 몸체부(100)는 내부 공간(140)에 설치되는 컨버터(141), 충전기(143), 재충전가능 배터리(145), 제어 모듈(151) 및 통신 모듈(153)을 포함할 수 있다.
여기서, 상면(110)은 정사각형, 정육각형, 정팔각형 또는 원과 같은 모양을 가질 수 있고, 하면(120)도 역시 상면(110)에 대응되도록 정사각형, 정육각형, 정팔각형 또는 원과 같은 모양을 가질 수 있다.
복수의 암들(200)은 전체적으로 긴 직사각형 모양으로 구성될 수 있고, 몸체부에 고정되는 일단과 구동부들(300) 각각이 장착되는 타단을 구비할 수 있고, 구동부들(300)이 장착되는 타단은 원형으로 형성될 수 있다. 복수의 암들(200) 및 적어도 일부에는 GPS 센서(210)가 설치될 수 있고, GPS 센서는 무인 비행체(10)의 착륙시에 정렬 동작을 지원할 수 있다.
구동부들(300) 각각은 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 모터(310)와 모터(310)의 구동력을 인가받아 무인 비행체(10)에 추력을 발생시키는 프로펠러(320)를 포함하여 구성될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 구동부들(300) 각각은 프로펠러 안전커버를 더 포함할 수 있다. 프로펠러 안전커버는 프로펠러(320)의 동작에 영향을 미치지 않으면서 주변 장애물로부터 프로펠러(320)를 보호하는 한편 프로펠러(320)로부터 주위 사람들을 보호할 수 있다.
제1 및 제2 착지 부재들(510, 550)은 몸체부(100)의 하면(120)에 연결되고, 무인 비행체(10)가 지면에서 일정 높이로 이격되어 착지하도록 상기 몸체부(100)를 지지하며 서로 대향하도록 설치될 수 있다. 제1 착지 부재(510)는 하면(120)에 연결되고 제1 방향으로 연장되는 제1 지지부(520) 및 상기 제1 지지부(520)에 연결되고 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장하는 제2 지지부(530)를 포함할 수 있다. 제2 착지부재(550)는 하면(120)에 연결되고, 제1 방향으로 연장되는 제3 지지부(560) 및 상기 제3 지지부(560)에 연결되고 상기 제2 방향으로 연장하는 제4 지지부(570)를 포함할 수 있다.
또한 도시하지는 않았지만, 몸체부(100) 하방의 제1 착지 부재(510) 및 제2 착지 부재(550) 사이에는 하면(120)에 연결되고 배달 물건을 수용할 수 있는 배달 상자가 설치될 수 있다. 이 경우에 무인 비행체(10)는 물건을 고객에게 배달하는 택배에 이용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 몸체부의 내부 공간을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 몸체부(100)는 내부 공간(140)에 컨버터(141), 충전기(143), 재충전가능 배터리(145), 제어 모듈(151) 및 통신 모듈(153)을 포함할 수 있다.
컨버터(141)는 수신 코일들(400)에 연결되어, 유도 전압을 직류 전압으로 변환시킬 수 있다. 충전기(143)는 직류 전압을 기초로 재충전가능 배터리(145)를 충전시킬 수 있다. 재충전가능 배터리(145)는 제어 모듈(151), 통신 모듈(153) 및 도 2의 모터들(310) 각각에 전력(PWR)을 공급할 수 있다. 제어 모듈(151)은 무인 비행체의 비행 동작을 제어하고, 통신 모듈(153)은 외부의 원격 조정기로부터 제어 신호를 수신하거나 원격 관제소와 데이터를 주고받을 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2에서 제1 착지 부재를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 제1 착지 부재(510)는 도 2의 몸체부(100)의 하면(120)에 연결되고 제1 방향(D1)으로 연장되는 제1 지지부(520) 및 제1 지지부(410)와 연결되고, 제1 방향(D1)과 수직인 제2 방향(D2)으로 연장되는 제2 지지부(530)로 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 제2 착지 부재(550)는 제1 착지 부재(510)와 대응되는 형태를 가질 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 도 1에서 몸체부와 수신 코일들을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 몸체부(100a)의 원형의 모양을 가질 수 있고, 수신 코일들(400a)들도 원형의 모양을 가지면서 몸체부(100a)와 중첩되지 않도록 암들(200) 사이에 설치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 이동형 충전 및 격납 수송차량의 사시도이고, 도 7은 도 6의 이동형 충전 및 격납 수송차량의 상태도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 컨테이너 차량(600)의 상부 착륙부(610)에 충전 스테이션(700)과 개폐부(620)가 구비될 수 있다. 충전 스테이션(700)에는 무인 비행체(10)가 장착되어 격납 및 충전되며, 상부 착륙뷰(160)에 장착되어 무인 비행체(10)가 상하 이동할 수 있도록 구성된다. 상부 착륙부(610)에는 위성 안테나(630)가 장착될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 충전 스테이션을 나타내고, 도 9는 도 8의 충전 스테이션의 레이어 구조를 나타낸다.
도 8 및 도 9을 참조하면, 충전 스테이션(700)은 내부에 전원부(760)를 구비할 수 있고, 표면에는 GPS 센서들(740, 750)이 설치될 수 있다.
충전 스테이션(700)의 착륙부(705)는 페라이트 시트(730)가 구비되는 제1 레이어(LY1), 환형의 송신 코일들(710)이 설치되는 제2 레이어(LY2) 및 메타 물질(730)이 형성되는 제3 레이어(LY3)로 구성될 수 있다. 페라이트 시트(730)의 크기는 송신 코일들(710)의 크기보다 클 수 있고, 메타 물질(720)이 도포되는 범위도 송신 코일들(710)의 크기보다 클 수 있고, 메타 물질(720)이 도포되는 범위는 페라이트 시트(730)의 크기보다 작을 수 있다.
여기서 메타물질이란 미리 결정된 구조를 배열함으로써 형성되는 재료로서, 인공적으로 표면 임피던스나 구조 전체의 등가 유전율이아 등가 투자율을 결정하는 재료를 나타낸다.
무인 비행체(10)의 몸체부(100)의 중심이 충전 스테이션(700)의 착륙부(705)와 중심과 일치되도록 무인 비행체(10)가 충전 스테이션(700)에 착륙하는 경우에, 송신 코일들(710)도 몸체부(100)와 중첩하지 않으며, 송신 코일들(710)의 크기는 수신 코일들(400)의 크기보다 클 수 있다. 도 9에서 d1은 수신 코일들(400) 중 최대 크기를 갖는 수신 코일의 대각선의 길이를 나타내고, d2는 송신 코일들(710) 중 최대 크기를 갖는 송신 코일의 대각선의 길이를 나타낸다.
도 8 및 도 9에서 페라이트 시트(730)가 송신 코일들(710) 하부에 형성됨으로써 송신 코일들(710)와 접촉하지 않는 방향으로 방사되는 자기장을 최소화하고, 수신 코일들(400) 쪽으로 향하는 자기장들을 더욱 집중시킬 수 있다. 또한 메타 물질(720)이 송신 코일들(710) 상부에 형성됨으로써 송신 코일들(710)의 자기장의 방향을 안쪽으로 변경하여 송신 코일들(710)과 수신 코일들(400) 사이의 자기장을 최대한 집속시킬 수 있다. 따라서 무인 비행체(10)가 충전 스테이션(700)에 착륙하는 경우에 무선 충전의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 무인 비행체의 충전 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 무인 비행체의 충전 방법에서는 무인 비행체(10)의 GPS 센서(210)와 충전 스테이션(700)의 GPS 센서들(740, 750)을 이용하여 무인 비행체(10)를 충전 스테이션(700)에 착륙시킨다(S110). 이 경우에, 무인 비행체(10)의 몸체부(100)의 중심이 충전 스테이션(700)의 착륙부(705)의 중심에 일치되도록 GPS 센서들(210, 740, 750)을 이용하여 무인 비행체(10)를 충전 스테이션(700)에 착륙시킬 수 있다. 충전부(750)에 설치된 환형의 송신 코일들(710)에 전류를 인가하여 무인 비행체(10)의 복수의 암들(300)에 설치된 환형의 수신 코일들(400)에 무선으로 전력을 전송한다(S120). 환형의 송신 코일들(710) 및 환형의 수신 코일들(400)은 몸체부(100)와 중첩되지 않도록 설치될 수 있다.
수신 코일들(400)에 전송된 전력을 이용하여 재충전가능 배터리(145)를 충전한다(S130).
본 발명에 실시예들에 따른 무인 비행체 및 이를 포함하는 충전 시스템은 무인 비행체을 이용하는 다양한 택배 시스템 및 재난 지역의 정보 획득에 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 전원부에 연결되는 송신 코일들이 설치되는 충전 스테이션; 및
    수신 코일들을 구비하여 상기 충전 스테이션으로부터 무선으로 전력을 전송받는 무인 비행체를 포함하고,
    상기 무인 비행체는,
    상면, 하면 및 상기 상면과 상기 하면을 서로 연결하는 복수의 지지축들에 의하여 정의되는 내부 공간을 구비하는 중앙의 몸체부;
    비행을 위한 추력을 발생시키는 복수의 구동부들;
    일단은 상기 몸체부에 연결되고, 타단에는 상기 구동부들 중 하나가 장착되는 복수의 암(arm)들; 및
    상기 몸체부의 하면에 연결되고, 상기 무인 비행체가 지면에서 일정 높이로 이격되어 착지하도록 상기 몸체부를 지지하며 서로 대향하도록 설치되는 제1 및 제2 착지 부재들을 포함하고,
    상기 복수의 암들 상부에는 상기 몸체부와 중첩되지 않도록 환형의 수신 코일들이 설치되어 상기 내부 공간에 설치되는 재충전가능 배터리를 충전하고,
    상기 충전 스테이션은
    상기 송신 코일들이 설치되는 제2 레이어;
    상기 제2 레이어 하부에 형성되며 페라이트 시트를 포함하는 제1 레이어; 및
    상기 제2 레이어 상부에 형성되며, 메타 물질을 포함하는 제3 레이어를 포함하는 무인 비행체의 충전 시스템.
  2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 환형의 수신 코일들을 정다각형 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 충전 시스템.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 환형의 수신 코일들은 원형의 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 충전 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 내부 공간에는
    상기 수신 코일들과 연결되는 컨버터; 및
    상기 컨버터에 연결되어, 상기 재충전가능 배터리를 충전하는 충전기가 설치되는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 충전 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 구동부들 각각은
    상기 재충전가능 배터리로부터 전력을 공급받아 구동력을 생성하는 모터; 및
    상기 모터로부터 상기 구동력을 인가받아 상기 추력을 발생시키는 프로펠러를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 충전 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 몸체부에는 상기 재충전가능한 배터리와 연결되고 상기 무인 비행체의 비행 동작을 제어하는 제어 모듈 및 상기 재충전가능한 배터리와 연결되고 외부의 제어 장치와 통신을 수행하여 데이터를 교환하는 통신 모듈이 장착되는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 충전 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 암들 중 적어도 일부에는 GPS 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 충전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 GPS 센서는 상기 무인 비행체가 충전 스테이션에 착륙하는 경우 상기 무인 비행체의 착륙 동작을 지원하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 충전 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 페라이트 시트는 상기 무인 비행체가 상기 충전 스테이션에 착륙시 상기 수신 코일들 쪽으로 자기장을 집중시키고,
    상기 수신 코일들의 크기는 상기 송신 코일들의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 충전 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 암들 중 적어도 일부에는 제1 GPS 센서가 설치되고 상기 충전 스테이션에는 상기 제1 GPS 센서와 통신하는 제2 GPS 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 충전 시스템.
  13. 삭제
KR1020140098328A 2014-07-31 2014-07-31 무인 비행체, 이의 충전 시스템 및 이의 충전 방법 KR101689264B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140098328A KR101689264B1 (ko) 2014-07-31 2014-07-31 무인 비행체, 이의 충전 시스템 및 이의 충전 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140098328A KR101689264B1 (ko) 2014-07-31 2014-07-31 무인 비행체, 이의 충전 시스템 및 이의 충전 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160015714A KR20160015714A (ko) 2016-02-15
KR101689264B1 true KR101689264B1 (ko) 2017-01-02

Family

ID=55356607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140098328A KR101689264B1 (ko) 2014-07-31 2014-07-31 무인 비행체, 이의 충전 시스템 및 이의 충전 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101689264B1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102338271B1 (ko) * 2016-09-21 2021-12-14 한국전력공사 무인항공기용 충전장치 및 제어방법
JP2018095226A (ja) * 2016-12-13 2018-06-21 大平電子株式会社 電動航空機充電システム
JP6980600B2 (ja) * 2018-05-29 2021-12-15 京セラ株式会社 基地装置、基地装置の制御方法、及び基地装置の制御プログラム
KR102238992B1 (ko) * 2019-08-20 2021-04-12 피알 테크놀로지 인크. 다지점 균일 자장 전력 전송 장치
CN110789715A (zh) * 2019-11-18 2020-02-14 湖南捷飞科技有限公司 一种能够自主充电的无人机
KR102359091B1 (ko) * 2019-12-03 2022-02-08 에스아이오티 주식회사 드론 유지 보수 서비스 시스템
KR102320573B1 (ko) * 2020-05-15 2021-11-02 성신여자대학교 연구 산학협력단 드론 시스템 및 드론 시스템의 동작방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101366208B1 (ko) * 2013-05-02 2014-02-25 주식회사 네스앤텍 멀티로터 타입의 소형 비행체

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5459058B2 (ja) * 2009-11-09 2014-04-02 株式会社豊田自動織機 共鳴型非接触電力伝送装置
KR20100111263A (ko) 2010-09-26 2010-10-14 임재현 무인비행체를 이용한 전력설비 점검장치
KR101427351B1 (ko) * 2012-12-17 2014-08-07 한국항공우주연구원 충전유닛을 갖는 쿼드로터 타입 비행체
KR101524936B1 (ko) * 2013-10-21 2015-06-10 한국항공우주연구원 수직무인이착륙 비행체의 충전 및 격납을 위한 운송체 및 그 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101366208B1 (ko) * 2013-05-02 2014-02-25 주식회사 네스앤텍 멀티로터 타입의 소형 비행체

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160015714A (ko) 2016-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101689264B1 (ko) 무인 비행체, 이의 충전 시스템 및 이의 충전 방법
KR20160015713A (ko) 무인 비행체, 이의 충전 시스템 및 이의 충전 방법
US11332025B2 (en) Multi-directional wireless charging of vehicles and robots
Chittoor et al. A review on UAV wireless charging: Fundamentals, applications, charging techniques and standards
KR101689768B1 (ko) 배달 장치, 충전 시스템 및 충전 시스템의 동작 방법
KR101674932B1 (ko) 무인 비행기의 차지 스테이션, 이를 포함하는 차지 시스템, 무인 비행기의 차징 방법 및 무인 비행기를 이용한 물류 운송 방법
US11981226B2 (en) Swappable battery system
US10967960B2 (en) Ground movement system plugin for VTOL UAVs
US11065976B2 (en) Docking and recharging station for unmanned aerial vehicles capable of ground movement
Sumi et al. Future with wireless power transfer technology
GB2529021A (en) Charging and re-provisioning station for electric and hybrid unmanned aerial vehicles.
WO2016053746A1 (en) Transportable ground station for an unmanned aerial vehicle
KR101657669B1 (ko) 배달 장치, 충전 시스템 및 충전 시스템의 동작 방법
EP3738891A1 (en) Landing platform for unmanned aerial vehicles
JPWO2018011880A1 (ja) 無人飛行体、受電コイルユニット、及び充電システム
KR20200013352A (ko) 도킹스테이션 부에서 드론을 원격 조종하여 자동 착륙하는 능동 유도형 도킹스테이션 및 겸용 차량
KR101670476B1 (ko) 배달 장치, 충전 시스템 및 충전 시스템의 동작 방법
CN107651220B (zh) 一种模块化卫星及规避空间碎片的方法
JPWO2019030832A1 (ja) 無人飛行体、及び受電コイルユニット
US20220134899A1 (en) Docking port and battery charging depot for an unmanned aerial vehicle and a method for docking and charging the vehicle
KR101788261B1 (ko) 레일 시스템을 이용한 전력 공급 장치 및 이를 포함한 유선 드론 시스템
WO2018223597A1 (zh) 一种用于无人机设置的集成系统
KR20170049840A (ko) 무인 비행기의 옥외용 격납 장치
KR102524589B1 (ko) 무인 비행체들을 위한 시스템 및 수송 디바이스들
KR101986500B1 (ko) 확장된 무인 비행체 결합체

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191126

Year of fee payment: 4