KR101727625B1 - 무인 비행기 충전 시스템 및 무인 비행기의 충전 방법 - Google Patents

무인 비행기 충전 시스템 및 무인 비행기의 충전 방법 Download PDF

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Abstract

무인 비행기 충전 시스템은 차지 스테이션 및 무인 비행기들을 포함한다. 차지 스테이션은 무선 전력을 송출하는 스파이럴 형태의 송신 코일을 포함한다. 무인 비행기들은 각각 무선 전력을 수신하는 스파이럴 형태의 수신 코일 및 배터리를 포함한다. 무인 비행기들은 차지 스테이션 상의 무선 전력이 도달하는 영역 내에 수직으로 적층된다.

Description

무인 비행기 충전 시스템 및 무인 비행기의 충전 방법{CHARGE SYSTEM OF UNMANNED AIRCRAFT AND METHOD OF CHARGING UNMANNED AIRCRAFT}
본 발명은 무인 비행기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 무인 비행기들(Swarm drones)의 효율적인 충전 시스템 및 충전 방법에 관한 것이다.
본 발명은 교육과학기술부 및 한국연구재단의 국가연구개발사업의 일환으로 한국과학기술원이 주관기관인 과제고유번호: 2010-0029179, 연구사업명: 기초연구사업, 연구과제명: "자기장 공진기반 무선에너지 전송 기술" 및 교육과학기술부 및 한국연구재단의 국가연구개발사업의 일환으로 한국과학기술원이 주관기관인 과제고유번호: 2010-0029374, 연구사업명: 기초연구사업, 연구과제명:"자동차 전력시스템 통합"에 관한 것이다.
무인 비행기(Drone)의 역할이 다양화되면서, 복수의 무인 비행기들을 활용한 업무 수행이 늘어나고 있다. 기존의 단일 무인 비행기를 위한 무선 충전 시스템은 하나의 무인 비행기만을 충전하기에 적합한 구조이므로, 복수의 무인 비행기들을 효율적으로 충전하기에 적합하지 않다.
복수의 무인 비행기들의 충전 시 공간 효율성이 높고, 복수의 무인 비행기들의 수에 따라 최적화된 무선 전력을 송출하는 무인 비행기의 충전 시스템이 필요하다.
1. 등록특허: 1042200(PCB를 사용한 무인 비행체)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 무인 비행기들의 충전 시 공간 효율성을 제고하고, 무인 비행기들의 수에 따라 최적화된 무선 전력을 송출하는 무인 비행기의 충전 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 무인 비행기들의 충전 시 공간 효율성을 제고하고, 무인 비행기들의 수에 따라 최적화된 무선 전력을 송출하는 무인 비행기의 충전 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 무인 비행기 충전 시스템은 차지 스테이션 및 제1 내지 제N 무인 비행기들(N은 자연수)을 포함한다. 상기 차지 스테이션은 무선 전력을 송출하는 스파이럴(Spiral) 형태의 송신 코일을 포함한다. 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들은 각각 상기 무선 전력을 수신하는 스파이럴 형태의 수신 코일 및 배터리를 포함한다. 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들은 상기 차지 스테이션 상의 상기 무선 전력이 도달하는 영역 내에 수직으로 적층된다.
일 실시예에 있어서, 상기 차지 스테이션은 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들에 포함되는 수신 코일들의 인덕턴스의 합과 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들의 각각에 포함되는 배터리의 커패시턴스에 따라 상기 무선 전력의 주파수를 변경할 수 있다.
일 실시예에 있어서, N이 증가하는 경우, 상기 차지 스테이션은 상기 무선 전력의 세기를 증가시키고 상기 무선 전력의 주파수를 감소시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, N이 감소하는 경우, 상기 차지 스테이션은 상기 무선 전력의 세기를 감소시키고, 상기 무선 전력의 주파수를 증가시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들의 각각은 상기 수신 코일과 상기 배터리가 부착되는 프레임, 상기 프레임의 하단에 부착되는 접합부; 및 상기 프레임에 부착되고 상기 배터리에 의해 동작하는 프로펠러를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제N 무인 비행기에 포함되는 프레임은 상기 제N 무인 비행기에 포함되는 접합부를 통해 상기 차지 스테이션 위에 적층되고, 상기 제L 무인 비행기(L은 N 미만 자연수)에 포함되는 프레임은 상기 제L 무인 비행기에 포함되는 접합부를 통해 상기 제(L+1) 무인 비행기에 포함되는 프레임 위에 적층될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들이 상기 차지 스테이션 상에 수직으로 적층된 경우, 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들에 포함되는 수신 코일들은 전기적으로 직렬로 연결되고, 상기 무선 전력을 수신하여 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들에 포함되는 배터리들을 충전될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수신된 무선 전력은 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들에 포함되는 배터리들에 순차적으로 충전될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수신된 무선 전력은 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들에 포함되는 배터리들에 동시에 충전될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 송신 코일의 원형 표면과 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들에 포함되는 수신 코일들의 원형 표면들은 각각 서로 대향할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 무인 비행기의 충전 방법은 각각 무선 전력을 수신하는 스파이럴 형태의 수신 코일 및 배터리를 포함하는 제1 내지 제N 무인 비행기들(N은 자연수)이 차지 스테이션 상의 상기 무선 전력이 도달하는 영역 내에 수직으로 적층되는 단계; 상기 차지 스테이션이 N에 따라 상기 무선 전력의 세기 및 주파수를 조절하는 단계; 상기 차지 스테이션에 포함되는 스파이럴 형태의 송신 코일이 상기 무선 전력을 송출하는 단계; 및 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들의 수신 코일들을 통해 수신된 상기 무선 전력이 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들의 배터리들에 충전되는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 무선 전력의 세기 및 주파수를 조절하는 단계는, 상기 차지 스테이션이 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들에 포함되는 수신 코일들의 인덕턴스의 합과 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들의 각각에 포함되는 배터리의 커패시턴스에 따라 상기 무선 전력 주파수를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 무선 전력의 세기 및 주파수를 조절하는 단계는, N이 증가하는 경우, 상기 차지 스테이션이 상기 무선 전력의 세기를 증가시키고 상기 무선 전력의 주파수를 감소시키는 단계; 및 N이 감소하는 경우, 상기 차지 스테이션이 상기 무선 전력의 세기를 감소시키고 상기 무선 전력의 주파수를 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 무인 비행기 충전 시스템 및 무인 비행기의 충전 방법은 복수의 무인 비행기들의 충전 시 복수의 무인 비행기들을 수직으로 적층하여 공간 효율성을 제고하고, 무인 비행기들의 수에 따라 송출하는 무선 전력의 세기 및 주파수를 조절하여 단일 무인 비행기에 적합한 기존의 무인 비행기 충전 시스템보다 효율적으로 복수의 무인 비행기들에 전력을 전달할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행기 충전 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 무인 비행기 충전 시스템에 포함되는 차지 스테이션을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 무인 비행기 충전 시스템에 포함되는 제1 무인 비행기의 측면도이다.
도 4는 도 3의 제1 무인 비행기의 등가 회로를 나타내는 회로도이다.
도 5는 도 1의 무인 비행기 충전 시스템에 포함되는 제1 내지 제4 무인 비행기들이 차지 스테이션 상에 적층된 경우의 측면도이다.
도 6 및 7은 도 5의 제1 내지 제4 무인 비행기들이 차지 스테이션 상에 적층된 경우, 제1 내지 제4 무인 비행기들의 등가 회로를 나타내는 회로도들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행기의 충전 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9 및 10은 도 8의 순서도에 포함되는 상기 무선 전력의 세기 및 주파수를 조절하는 단계를 나타내는 순서도들이다.
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 설시(說示)된 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.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행기 충전 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 무인 비행기 충전 시스템(100A)은 차지 스테이션(110) 및 제1 내지 제4 무인 비행기들(120)(121, 122, 123 및 124)을 포함한다. 무인 비행기 충전 시스템(100A)는 제1 내지 제4 무인 비행기들(120)보다 적은 수의 또는 많은 수의 무인 비행기들을 포함할 수 있다. 차지 스테이션(100A)은 무선 전력을 송출하는 스파이럴(Spiral) 형태의 송신 코일(111)을 포함한다. 제1 내지 제4 무인 비행기들(120)은 각각 상기 무선 전력을 수신하는 스파이럴 형태의 수신 코일 및 배터리를 포함한다. 제1 내지 제4 무인 비행기들(120)에 포함되는 수신 코일들(RC1, RC2, RC3 및 RC4) 및 배터리들을 도 3 및 5를 참조하여 후술한다.
제1 내지 제4 무인 비행기들(120)은 차지 스테이션(110) 상의 상기 무선 전력이 도달하는 영역(130) 내에 수직으로 적층된다. 차지 스테이션(110) 상의 상기 무선 전력이 도달하는 영역(130)을 빔-포밍(Beam-forming)이라 칭한다. 차지 스테이션(110) 상의 무선 전력이 도달하는 영역(130) 내에 무인 비행기들이 존재하는 경우, 차지 스테이션(110)은 무인 비행기에 전력을 무선으로 전달할 수 있다. 제1 내지 제4 무인 비행기들(120)이 차지 스테이션(110) 상에 적층되는 구조에 대하여 도 5를 참조하여 자세하게 후술한다.
송신 코일(111)의 원형 표면과 제1 내지 제4 무인 비행기들(120)에 포함되는 수신 코일들(RC1, RC2, RC3 및 RC4)의 원형 표면들은 각각 서로 대향할 수 있다. 자세하게는, 송신 코일(111)의 원형 표면과 제1 무인 비행기(121)에 포함되는 제1 수신 코일(RC1)의 원형 표면은 서로 대향하고, 송신 코일(111)의 원형 표면과 제2 무인 비행기(122)에 포함되는 제2 수신 코일(RC2)의 원형 표면은 서로 대향하고, 송신 코일(111)의 원형 표면과 제3 무인 비행기(123)에 포함되는 제3 수신 코일(RC3)의 원형 표면은 서로 대향하고, 송신 코일(111)의 원형 표면과 제4 무인 비행기(124)에 포함되는 제4 수신 코일(RC4)의 원형 표면은 서로 대향한다.
차지 스테이션(110)은 제1 내지 제4 무인 비행기들(120)에 포함되는 수신 코일들(RC1, RC2, RC3 및 RC4)의 인덕턴스의 합과 제1 내지 제4 무인 비행기들(120)의 각각에 포함되는 배터리의 커패시턴스에 따라 상기 무선 전력의 주파수를 변경할 수 있다. 차지 스테이션(110)이 상기 무선 전력의 주파수를 변경하는 방법에 대하여 도 6 및 7을 참조하여 후술한다.
도 2는 도 1의 무인 비행기 충전 시스템에 포함되는 차지 스테이션을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 차지 스테이션(110A 및 110B)은 상면에서 바라보았을 때 동심원 모양을 가지고, 측면에서 바라보았을 때 복층의 구조를 가지는 송신 코일(111A 및 111B)을 포함한다. 송신 코일(111A)을 상면에서 바라보았을 때 보이는 원형 표면은 제1 내지 제4 무인 비행기들(200)에 포함되는 수신 코일들(RC1, RC2, RC3 및 RC4)을 상면에서 바라보았을 때 보이는 원형 표면과 각각 대향할 수 있다.
도 3은 도 1의 무인 비행기 충전 시스템에 포함되는 제1 무인 비행기의 측면도이다.
도 3을 참조하면, 제1 무인 비행기(121)는 제1 수신 코일(RC1)과 제1 배터리(BATTERY1)가 부착되는 제1 프레임(FRAME1), 제1 프레임(FRAME1)의 하단에 부착되는 제1 접합부(CP1) 및 프레임(FRAME1)에 부착되고 제1 배터리(BATTERY1)에 의해 동작하는 제1 프로펠러(PROP1)를 더 포함할 수 있다.
도 4는 도 3의 제1 무인 비행기의 등가 회로를 나타내는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 제1 무인 비행기(121)의 등가 회로(121-EQ)는 제1 인덕터(L1), 제1 커패시터(C1), 제1 부하 저항(RL1) 및 제1 스위치(SW1)를 포함한다. 제1 인덕터(L1)는 제1 수신 코일(RC1)의 인덕턴스를 나타내고, 제1 커패시터(C1)는 제1 배터리(BATTERY1)의 커패시턴스를 나타낸다.
제1 인덕터(L1)의 일 말단은 제1 스위치(SW1)의 일 말단과 연결되고, 제1 스위치(SW1)의 타 말단은 제1 커패시터(C1)의 일 말단과 연결되고, 제1 커패시터(C1)의 타 말단은 제1 부하 저항(RL1)의 일 말단과 연결되고, 제1 부하 저항(RL1)의 타 말단은 제1 인덕터(L1)의 타 말단과 연결된다.
제1 스위치(SW1)가 닫혔을 때, 제1 수신 코일(RC1)을 통해 수신되는 무선 전력은 제1 커패시터(C1)에 충전될 수 있다.
도 5는 도 1의 무인 비행기 충전 시스템에 포함되는 제1 내지 제4 무인 비행기들이 차지 스테이션 상에 적층된 경우의 측면도이다.
도 5를 참조하면, 제1 무인 비행기(121)는 제1 배터리(BATTERY1), 제1 수신 코일(RC1)과 제1 배터리(BATTERY1)가 부착되는 제1 프레임(FRAME1), 제1 프레임(FRAME1)의 하단에 부착되는 제1 접합부(CP1); 및 제1 프레임(FRAME1)에 부착되고 제1 배터리(BATERY1)에 의해 동작하는 제1 프로펠러(PROP1)를 더 포함할 수 있다. 제2무인 비행기(122)는 제2 배터리(BATTERY2), 제2 수신 코일(RC2)과 제2 배터리(BATTERY2)가 부착되는 제2 프레임(FRAME2), 제2 프레임(FRAME2)의 하단에 부착되는 제2 접합부(CP2); 및 제2 프레임(FRAME2)에 부착되고 제2 배터리(BATERY2)에 의해 동작하는 제2 프로펠러(PROP2)를 더 포함할 수 있다. 제3 무인 비행기(123)는 제3 배터리(BATTERY3), 제3 수신 코일(RC3)과 제3 배터리(BATTERY3)가 부착되는 제3 프레임(FRAME3), 제3 프레임(FRAME3)의 하단에 부착되는 제3 접합부(CP3); 및 제3 프레임(FRAME3)에 부착되고 제3 배터리(BATERY3)에 의해 동작하는 제3 프로펠러(PROP3)를 더 포함할 수 있다. 제4 무인 비행기(124)는 제4 배터리(BATTERY4), 제4 수신 코일(RC4)과 제4 배터리(BATTERY4)가 부착되는 제4 프레임(FRAME4), 제4 프레임(FRAME4)의 하단에 부착되는 제4 접합부(CP4); 및 제4 프레임(FRAME4)에 부착되고 제4 배터리(BATERY4)에 의해 동작하는 제4 프로펠러(PROP4)를 더 포함할 수 있다.
제4 무인 비행기(124)에 포함되는 제4 프레임(FRAME4)은 제4 무인 비행기(124)에 포함되는 제4 접합부(CP4)를 통해 차지 스테이션(110) 위에 적층될 수 있다. 제3 무인 비행기(123)에 포함되는 제3 프레임(FRAME3)은 제3 무인 비행기(123)에 포함되는 제3 접합부(CP3)를 통해 제4 무인 비행기(124)에 포함되는 제4 프레임(FRAME4) 위에 적층될 수 있다. 제2 무인 비행기(122)에 포함되는 제2 프레임(FRAME2)은 제2 무인 비행기(122)에 포함되는 제2 접합부(CP2)를 통해 제3 무인 비행기(123)에 포함되는 제3 프레임(FRAME3) 위에 적층될 수 있다. 제1 무인 비행기(121)에 포함되는 제1 프레임(FRAME1)은 제1 무인 비행기(121)에 포함되는 제1 접합부(CP1)를 통해 제2 무인 비행기(122)에 포함되는 제2 프레임(FRAME2) 위에 적층될 수 있다.
도 5와 같이 제1 내지 제4 무인 비행기들(121, 122, 123 및 124)이 차지 스테이션(110) 상에 수직으로 적층된 경우, 제1 내지 제4 무인 비행기들(121, 122, 123 및 124)에 포함되는 제1 내지 제4 수신 코일들(RC1, RC2, RC3 및 RC4)은 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다. 제1 내지 제4 무인 비행기들(121, 122, 123 및 124)에 포함되는 제1 내지 제4 수신 코일들(RC1, RC2, RC3 및 RC4)은 차지 스테이션(110)에 포함되는 송신 코일(110)로부터 전달된 상기 무선 전력을 수신하여 제1 내지 제4 무인 비행기들(121, 122, 123 및 124)에 포함되는 제1 내지 제4 배터리들(BATTERY1, BATTERY2, BATTERY3 및 BATTERY4)을 충전될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수신된 무선 전력은 제1 내지 제4 무인 비행기들(121, 122, 123 및 124)에 포함되는 제1 내지 제4 배터리들(BATTERY1, BATTERY2, BATTERY3 및 BATTERY4)에 순차적으로 충전될 수 있다. 이 실시예는 도 6을 참조하여 자세하게 후술한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 수신된 무선 전력은 제1 내지 제4 무인 비행기들(121, 122, 123 및 124)에 포함되는 제1 내지 제4 배터리들(BATTERY1, BATTERY2, BATTERY3 및 BATTERY4)에 동시에 충전될 수 있다. 이 실시예는 도 7을 참조하여 자세하게 후술한다.
도 6 및 7은 도 5의 제1 내지 제4 무인 비행기들이 차지 스테이션 상에 적층된 경우, 제1 내지 제4 무인 비행기들의 등가 회로를 나타내는 회로도들이다.
도 6을 참조하면, 제1 내지 제4 무인 비행기들(120)의 등가 회로(120-EQ-A)는 제1 내지 제4 인덕터들(L1, L2, L3 및 L4), 제1 내지 제4 커패시터들(C1, C2, C3 및 C4), 제1 내지 제4 부하 저항들(RL1, RL2, RL3 및 RL4) 및 제1 내지 제4 스위치들(SW1, SW2, SW3 및 SW4)를 포함한다. 제1 인덕터(L1)는 제1 수신 코일(RC1)의 인덕턴스를 나타내고, 제1 커패시터(C1)는 제1 배터리(BATTERY1)의 커패시턴스를 나타낸다. 제2 인덕터(L2)는 제2 수신 코일(RC2)의 인덕턴스를 나타내고, 제2 커패시터(C2)는 제2 배터리(BATTERY2)의 커패시턴스를 나타낸다. 제3 인덕터(L3)는 제3 수신 코일(RC3)의 인덕턴스를 나타내고, 제3 커패시터(C3)는 제3 배터리(BATTERY3)의 커패시턴스를 나타낸다. 제4 인덕터(L4)는 제4 수신 코일(RC4)의 인덕턴스를 나타내고, 제4 커패시터(C4)는 제4 배터리(BATTERY4)의 커패시턴스를 나타낸다.
제1 인덕터(L1)의 일 말단은 제1 스위치(SW1)의 일 말단과 연결되고, 제1 인덕터(L1)의 타 말단은 제1 노드(N1)와 연결되고, 제1 스위치(SW1)의 타 말단은 제1 커패시터(C1)의 일 말단과 연결되고, 제1 커패시터(C1)의 타 말단은 제1 부하 저항(RL1)의 일 말단과 연결되고, 제1 부하 저항(RL1)의 타 말단은 제2 노드(N2)와 연결된다. 제2 인덕터(L2)의 일 말단은 제1 노드(N1)와 연결되고, 제2 인덕터(L2)의 타 말단은 제3노드(N3)와 연결되고, 제2 스위치(SW2)의 일 말단은 제1 노드(N1)에 연결되고, 제2 스위치(SW2)의 타 말단은 제2 커패시터(C2)의 일 말단과 연결되고, 제2 커패시터(C2)의 타 말단은 제2 노드(N2)에 연결되고, 제2 부하 저항(RL2)의 일 말단은 제2 노드(N2)와 연결되고, 제2 부하 저항(RL2)의 타 말단은 제4 노드(N4)와 연결된다. 제3 인덕터(L3)의 일 말단은 제3 노드(N3)와 연결되고, 제3 인덕터(L3)의 타 말단은 제5노드(N5)와 연결되고, 제3 스위치(SW3)의 일 말단은 제3 노드(N3)에 연결되고, 제3 스위치(SW3)의 타 말단은 제3 커패시터(C3)의 일 말단과 연결되고, 제3 커패시터(C3)의 타 말단은 제4 노드(N4)에 연결되고, 제3 부하 저항(RL3)의 일 말단은 제4 노드(N4)와 연결되고, 제3 부하 저항(RL3)의 타 말단은 제6 노드(N6)와 연결된다. 제4 인덕터(L4)의 일 말단은 제5 노드(N5)와 연결되고, 제4 스위치(SW4)의 일 말단은 제5 노드(N5)에 연결되고, 제4 스위치(SW4)의 타 말단은 제4 커패시터(C4)의 일 말단과 연결되고, 제4 커패시터(C4)의 타 말단은 제6 노드(N6)에 연결되고, 제4 부하 저항(RL4)의 일 말단은 제4 인덕터(L4)의 타 말단과 연결된다.
도 6은 제1 내지 제4 스위치들(SW1, SW2, SW3 및 SW4) 중 하나만 순차적으로 닫히고, 제1 내지 제4 배터리들(BATTERY1, BATTERY2, BATTERY3 및 BATTERY4) 중 하나만 충전되는 경우를 도시한다. 일 실시예에 있어서, 제1 스위치(SW1)가 닫히고 제2 내지 제4 스위치들(SW2, SW3 및 SW4)이 열린 경우, 제1 내지 제4 수신 코일들(RC1, RC2, RC3 및 RC4)을 통해 수신되는 무선 전력은 제1 커패시터(C1)에 충전될 수 있다.
제1 내지 제4 인덕터들(L1, L2, L3 및 L4)이 각각 L의 값을 가지고, 제1 내지 제4 커패시터들(C1, C2, C3 및 C4)이 각각 C의 값을 가지는 경우, 차지 스테이션(110)은 무선 전력의 송/수신 효율을 높이기 위해 무선 전력의 주파수(f)를 [수식 1]과 같이 설정할 수 있다.
[수식 1]
Figure 112015114857455-pat00001
[수식 2]는 [수식 1]을 무선 비행기들의 수가 N개인 경우로 일반화한 경우를 나타낸다.
[수식 2]
Figure 112015114857455-pat00002
일 실시예에 있어서, N이 증가하는 경우, 차지 스테이션(110)은 상기 무선 전력의 세기를 증가시키고 상기 무선 전력의 주파수(f)를 감소시킬 수 있다. 다른 실시예에 있어서, N이 감소하는 경우, 차지 스테이션(110)은 상기 무선 전력의 세기를 감소시키고, 상기 무선 전력의 주파수(f)를 증가시킬 수 있다.
도 7은 제1 내지 제4 스위치들(SW1, SW2, SW3 및 SW4)이 동시에 닫히고, 제1 내지 제4 배터리들(BATTERY1, BATTERY2, BATTERY3 및 BATTERY4)이 동시에 충전되는 경우를 도시한다. 도 7의 제1 내지 제4 무인 비행기들(120)의 등가 회로(120-EQ-B)는 도 6의 제1 내지 제4 무인 비행기들(120)의 등가 회로(120-EQ-A)와 제1 및 제4 스위치들(SW1, SW2, SW3 및 SW4)의 동작을 제외하고 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행기의 충전 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 무인 비행기의 충전 방법은 각각 무선 전력을 수신하는 스파이럴 형태의 수신 코일 및 배터리를 포함하는 제1 내지 제N 무인 비행기들(N은 자연수)이 차지 스테이션 상의 상기 무선 전력이 도달하는 영역 내에 수직으로 적층되는 단계 (단계 S110); 상기 차지 스테이션이 N에 따라 상기 무선 전력의 세기 및 주파수를 조절하는 단계 (단계 S120); 상기 차지 스테이션에 포함되는 스파이럴 형태의 송신 코일이 상기 무선 전력을 송출하는 단계 (단계 S130); 및 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들의 수신 코일들을 통해 수신된 상기 무선 전력이 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들의 배터리들에 충전되는 단계(단계 S140)를 포함한다.
상기 단계들(S110 내지 S140)은 도 1 내지 7을 참조하여 이해할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 9 및 10은 도 8의 순서도에 포함되는 상기 무선 전력의 세기 및 주파수를 조절하는 단계를 나타내는 순서도들이다.
도 9를 참조하면, 상기 무선 전력의 세기 및 주파수를 조절하는 단계(S120A)는, 상기 차지 스테이션이 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들에 포함되는 수신 코일들의 인덕턴스의 합과 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들의 각각에 포함되는 배터리의 커패시턴스에 따라 상기 무선 전력 주파수를 변경하는 단계(단계 S121)를 포함할 수 있다.
상기 무선 전력 주파수를 변경하는 단계(S121)는 도 6 및 7을 참조하여 이해할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 10을 참조하면, 상기 무선 전력의 세기 및 주파수를 조절하는 단계(S120B)는, N이 증가하는 경우, 상기 차지 스테이션이 상기 무선 전력의 세기를 증가시키고 상기 무선 전력의 주파수를 감소시키는 단계(단계 S122); 및 N이 감소하는 경우, 상기 차지 스테이션이 상기 무선 전력의 세기를 감소시키고 상기 무선 전력의 주파수를 증가시키는 단계(단계 S123)를 포함할 수 있다.
상기 무선 전력의 주파수를 감소시키는 단계(S122) 및 상기 무선 전력의 주파수를 증가시키는 단계(S123)는 도 6 및 7을 참조하여 이해할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
본 발명은 복수의 무인 비행기를 충전하는 시스템에 널리 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. 무선 전력을 송출하는 스파이럴(Spiral) 형태의 송신 코일을 포함하는 차지 스테이션(Charge station); 및
    각각 상기 무선 전력을 수신하는 스파이럴 형태의 수신 코일 및 배터리를 포함하고, 상기 차지 스테이션 상의 상기 무선 전력이 도달하는 영역 내에 수직으로 적층되는 제1 내지 제N 무인 비행기들(N은 자연수)을 포함하고,
    상기 차지 스테이션은 N에 따라 상기 무선 전력의 세기 및 주파수를 조절하고,
    상기 차지 스테이션은 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들에 포함되는 수신 코일들의 인덕턴스의 합과 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들의 각각에 포함되는 배터리의 커패시턴스에 따라 상기 무선 전력의 주파수를 변경하는 무인 비행기 충전 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    N이 증가하는 경우, 상기 차지 스테이션은 상기 무선 전력의 세기를 증가시키고 상기 무선 전력의 주파수를 감소시키는 무인 비행기 충전 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    N이 감소하는 경우, 상기 차지 스테이션은 상기 무선 전력의 세기를 감소시키고, 상기 무선 전력의 주파수를 증가시키는 무인 비행기 충전 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제N 무인 비행기들의 각각은,
    상기 수신 코일과 상기 배터리가 부착되는 프레임;
    상기 프레임의 하단에 부착되는 접합부; 및
    상기 프레임에 부착되고 상기 배터리에 의해 동작하는 프로펠러를 더 포함하는 무인 비행기 충전 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제N 무인 비행기에 포함되는 프레임은 상기 제N 무인 비행기에 포함되는 접합부를 통해 상기 차지 스테이션 위에 적층되고,
    상기 제1 내지 상기 제N 무인 비행기들 중 제L 무인 비행기(L은 N보다 적어도 2 만큼 작은 자연수)에 포함되는 프레임은 상기 제L 무인 비행기에 포함되는 접합부를 통해 상기 제1 내지 상기 제N 무인 비행기들 중 제(L+1) 무인 비행기에 포함되는 프레임 위에 적층되는 무인 비행기 충전 시스템.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제N 무인 비행기들이 상기 차지 스테이션 상에 수직으로 적층된 경우, 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들에 포함되는 수신 코일들은 전기적으로 직렬로 연결되고, 상기 무선 전력을 수신하여 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들에 포함되는 배터리들을 충전하는 무인 비행기 충전 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 수신된 무선 전력은 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들에 포함되는 배터리들에 순차적으로 충전되는 무인 비행기 충전 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 수신된 무선 전력은 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들에 포함되는 배터리들에 동시에 충전되는 무인 비행기 충전 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 송신 코일의 원형 표면과 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들에 포함되는 수신 코일들의 원형 표면들은 각각 서로 대향하는 무인 비행기 충전 시스템.
  11. 각각 무선 전력을 수신하는 스파이럴 형태의 수신 코일 및 배터리를 포함하는 제1 내지 제N 무인 비행기들(N은 3 이상의 자연수)이 차지 스테이션 상의 상기 무선 전력이 도달하는 영역 내에 수직으로 적층되는 단계;
    상기 차지 스테이션이 N에 따라 상기 무선 전력의 세기 및 주파수를 조절하는 단계;
    상기 차지 스테이션에 포함되는 스파이럴 형태의 송신 코일이 상기 무선 전력을 송출하는 단계; 및
    상기 제1 내지 제N 무인 비행기들의 수신 코일들을 통해 수신된 상기 무선 전력이 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들의 배터리들에 충전되는 단계를 포함하고,
    상기 무선 전력의 세기 및 주파수를 조절하는 단계는,
    상기 차지 스테이션이 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들에 포함되는 수신 코일들의 인덕턴스의 합과 상기 제1 내지 제N 무인 비행기들의 각각에 포함되는 배터리의 커패시턴스에 따라 상기 무선 전력 주파수를 변경하는 단계를 포함하는무인 비행기의 충전 방법.
  12. 삭제
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 무선 전력의 세기 및 주파수를 조절하는 단계는,
    N이 증가하는 경우, 상기 차지 스테이션이 상기 무선 전력의 세기를 증가시키고 상기 무선 전력의 주파수를 감소시키는 단계; 및
    N이 감소하는 경우, 상기 차지 스테이션이 상기 무선 전력의 세기를 감소시키고 상기 무선 전력의 주파수를 증가시키는 단계를 포함하는 무인 비행기의 충전 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107117056A (zh) * 2017-05-20 2017-09-01 朱幕松 新能源新电动四旋翼无人机
CN108688496A (zh) * 2018-05-03 2018-10-23 哈尔滨工业大学（威海） 无人机无线充电系统及无人机
CN109062247A (zh) * 2018-07-28 2018-12-21 深圳市烽焌信息科技有限公司 一种无人机基站的进入方法
CN109896035A (zh) * 2019-02-02 2019-06-18 南京航空航天大学 用于多旋翼无人机在移动平台上起降和承载的辅助系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101564254B1 (ko) * 2015-06-12 2015-10-30 배종외 드론 무선충전 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101564254B1 (ko) * 2015-06-12 2015-10-30 배종외 드론 무선충전 시스템

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107117056A (zh) * 2017-05-20 2017-09-01 朱幕松 新能源新电动四旋翼无人机
CN108688496A (zh) * 2018-05-03 2018-10-23 哈尔滨工业大学（威海） 无人机无线充电系统及无人机
CN108688496B (zh) * 2018-05-03 2019-12-17 哈尔滨工业大学（威海） 无人机无线充电系统及无人机
CN109062247A (zh) * 2018-07-28 2018-12-21 深圳市烽焌信息科技有限公司 一种无人机基站的进入方法
CN109896035A (zh) * 2019-02-02 2019-06-18 南京航空航天大学 用于多旋翼无人机在移动平台上起降和承载的辅助系统

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