KR101973148B1 - 드론 배터리 충전을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

드론 배터리 충전을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시는 체공 상태에서 다른 드론들에 무선 충전 전력을 제공하도록 구성된다.
본 개시는 드론의 무선 충전을 위한 장치에 있어서, 비행 본체; 및 무선 충전 모듈을 포함하고, 상기 무선 충전 모듈은, 전력을 수신하는 무선 충전 수신부; 및 상기 전력을 복수의 드론에 대해 전방향 무선 충전하는 복수의 공진기를 포함한다.

Description

드론 배터리 충전을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DRONE BATTERY CHARGING}
본 개시는 드론 배터리 충전을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다.
한편, 드론(drone)은 무선전파의 유도에 의해서 비행 및 조종 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 군사용 무인비행기(UAV : Unmanned aerial vehicle)의 총칭으로, 2010 년대를 전후하여 군사적 용도 외 다양한 민간 분야에 활용되고 있다.
드론은 최근 드론에 탑재된 초소형 프로펠러를 이용하여 기체 균형을 유지하고, 카메라 등을 탑재하여 주변 상황을 촬영하는 기능을 제공하고 있다.
종래의 드론은 주로 무인 정찰, 전투 지원 등 군사적인 용도로 활용되었으나, 최근에는 물품 배달, 경치 촬영, 특정 객체 감지 등 상업적 용도로 활용되고 있다. 전기를 동력으로 사용하는 드론은 프로펠러를 지속적으로 빠르게 회전시킴에 따라 전력 소모량이 매우 많아, 배터리를 완전 충전해도 비행 시간이 1시간 이내에 불과하다.
배터리가 모두 소모되었을 경우, 지상에 착륙하여 배터리를 교체하거나 유선충전기를 사용하는 방식으로 배터리의 전력을 충전하였다. 이때, 배터리의 용량이 작기 때문에 배터리를 지속적으로 교체하거나 배터리의 충전 주기가 짧아서 자주 배터리를 충전시켜야 하는 번거로움이 있다.
한편, 드론은 장시간 비행이 가능하기 위해서는, 사용자가 지속적으로 배터리를 교체하거나 충전해야 하는바, 사용자 주변에서만 드론 비행이 가능할 뿐 멀리까지 드론을 비행시킬 수 없다는 문제점이 있다.
본 개시는 드론의 배터리의 전원이 부족할 경우, 체공 상태에서 무선충전모듈을 활용하여 무선 충전을 제공하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시는 드론의 무선 충전 효율을 모니터링하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시는 드론의 무선 충전 효율에 따라 무선 충전 수신 드론과 무선 충전 송신 드론간의 위치를 조정하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시는 체공 상태의 복수의 드론에 대한 전방향 무선 충전하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시는 복수의 드론의 무선 충전 시간을 줄이는 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 실시 예에 따른 장치는, 드론의 무선 충전을 위한 장치에 있어서, 비행 본체; 및 무선 충전 모듈을 포함하고, 상기 무선 충전 모듈은, 전력을 수신하는 무선 충전 수신부; 및 상기 전력을 복수의 드론에 대해 전방향 무선 충전하는 복수의 공진기를 포함한다.
본 개시의 다른 실시 예에 따른 방법은, 드론의 무선 충전을 위한 방법에 있어서, 전력을 수신하는 과정; 및 상기 전력을 복수의 드론에 대해 전방향 무선 충전하는 과정을 포함한다.
본 개시의 다른 실시 예에 따른 장치는, 드론의 무선 충전을 위한 장치에 있어서, 비행 본체; 및 무선 충전 모듈을 포함하고, 상기 무선 충전 모듈은, 전력을 수신하는 무선 충전 수신부; 상기 전력을 복수의 드론에 대해 전방향 무선 충전하는 복수의 공진기; 및 상기 무선 충전에 대한 무선 충전 효율값과 상기 기준값을 비교하고, 및 상기 무선 충전에 대한 무선 충전 효율값이 상기 기준값 보다 작거나 상기 기준값과 같은 경우 상기 드론의 위치를 제어하는 무선 충전부를 포함한다.
본 개시의 다른 실시 예에 따른 방법은, 드론의 무선 충전을 위한 방법에 있어서, 전력을 수신하는 과정; 상기 전력을 복수의 드론에 대해 전방향 무선 충전하는 과정; 상기 무선 충전에 대한 무선 충전 효율값과 상기 기준값을 비교하는 과정; 및 상기 무선 충전에 대한 무선 충전 효율값이 상기 기준값 보다 작거나 상기 기준값과 같은 경우 상기 드론의 위치를 제어하는 과정을 포함한다.
본 개시의 다른 실시 예에 따른 장치는, 드론의 무선 충전을 위한 장치에 있어서, 비행 본체; 및 무선 충전 모듈을 포함하고, 상기 무선 충전 모듈은, 전력을 공급하는 전력 공급부; 및 상기 전력을 전송하는 무선 충전 송신부를 포함하고, 상기 전력은 복수의 드론에 대해 전방향 무선 충전되고, 상기 무선 충전에 대한 무선 충전 효율값과 상기 기준값을 비교하고, 및 상기 무선 충전에 대한 무선 충전 효율값이 상기 기준값 보다 작거나 상기 기준값과 같은 경우 상기 드론의 위치는 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 다른 실시 예에 따른 방법은, 드론의 무선 충전을 위한 방법에 있어서, 전력을 공급하는 과정; 및 상기 전력을 전송하는 과정을 포함하고, 상기 전력은 복수의 드론에 대해 전방향 무선 충전되고, 상기 무선 충전에 대한 무선 충전 효율값과 상기 기준값을 비교하고, 및 상기 무선 충전에 대한 무선 충전 효율값이 상기 기준값 보다 작거나 상기 기준값과 같은 경우 상기 드론의 위치는 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 개시는 드론의 무선 충전 효율을 모니터링하여 무선 충전 수신 드론과 무선 충전 송신 드론간의 위치를 조정할 수 있다.
본 개시는 복수의 드론에 대한 충전 시간을 줄일 수 있다.
본 개시는 복수의 드론에 대한 전방향 무선 충전이 가능할 수 있다.
본 개시는 무선 충전을 위한 공진기 간의 위치 정렬이 정확히 일치하지 않아도 무선 충전이 가능할 수 있다.
본 개시는 사용자가 직접 드론의 배터리에 충전기를 연결하지 않더라도 드론의 배터리를 충전시킬 수 있어 멀리까지 드론을 비행시킬 수 있다.
본 개시는 보다 안정적으로 드론의 배터리를 무선방식으로 충전시킬 수 있어 충전 신뢰성이 높아질 수 있다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 무선 충전용 드론의 개략적인 구성도;
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 4개의 옆면을 가진 무선 충전용 드론의 무선 충전 모듈을 상부에서 내려다 본 단면의 개략적인 구성도;
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 무선 충전 수신 드론 및 무선 충전 송신 드론의 블록 구성도;
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 체공 상태의 4개 드론에 대한 전방향 무선 충전의 개략적인 구성도; 및
도 5는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 무선 충전 효율 모니터링 방법을 나타낸 흐름도.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 문서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다. 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서에서 기재될 무선 충전은 전자 기기에 전기선을 직접 연결하지 않고 "충전 패드"로 통하는 송신부에 올려 놓기만 해도 배터리가 충전되는 기술을 말한다. 무선 충전은 송신부가 강력한 자기장을 형성하면 그 자기장이 전류로 바뀌는데 전자 기기에 내장된 수신기가 해당 전류를 전달받아 전기 에너지로 저장하는 방식이다. 또한 무선 충전은 송신 장치와 수신 장치가 모두 같은 주파수를 사용해서 전력을 주고 받는 방식도 있다.
본 문서의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치는, 예를 들면, 스마트폰, 태블릿 PC, 이동 전화기, 영상 전화기, 전자책 리더기, 데스크탑 PC, 랩탑 PC, 넷북 컴퓨터, 워크스테이션, 서버, PDA, PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 의료기기, 카메라, 웨어러블 장치, 조종 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드 또는 문신), 또는 생체 이식형 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시 예들에서, 전자 장치는, 예를 들면, 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기청정기, 셋톱 박스, 홈 오토매이션 컨트롤 패널, 보안 컨트롤 패널, 미디어 박스(예: 삼성 HomeSyncTM, 애플 TVTM, 또는 구글 TVTM), 게임 콘솔(예: XboxTM, PlayStationTM), 전자 사전, 전자 키, 캠코더, 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 조종 장치는 적어도 하나의 버튼을 포함하며, 각 버튼은 좌측 방향, 우측 방향, 상측 방향, 하측 방향 중 하나의 방향의 화살표 형태가 될 수 있다.
다른 실시 예에서, 전자 장치는, 각종 의료기기(예: 각종 휴대용 의료측정기기(혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 네비게이션 장치, 위성 항법 시스템(GNSS(global navigation satellite system)), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 드론(drone), 금융 기관의 ATM, 상점의 POS(point of sales), 또는 사물 인터넷 장치 (예: 전구, 각종 센서, 스프링클러 장치, 화재 경보기, 온도조절기, 가로등, 토스터, 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시 예에 따르면, 전자 장치는 가구, 건물/구조물 또는 자동차의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 수신 장치(electronic signature receiving device), 프로젝터, 또는 각종 계측 기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에서, 전자 장치는 플렉서블하거나, 또는 전술한 다양한 장치들 중 둘 이상의 조합일 수 있다. 본 문서의 실시 예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다. 이하에서 전자 장치는 드론을 일 예로 설명할 것이며, 무선 충전 기술을 적용할 수 있는 전자 장치를 포함한다.
본 문서에서, 사용자라는 용어는 전자 장치를 사용하는 사람 또는 전자 장치를 사용하는 장치(예: 인공지능 전자 장치)를 지칭할 수 있다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 무선 충전용 드론의 개략적인 구성도이다.
본 개시의 실시 예에 따른 드론은 사용자가 드론에 직접 충전 장치를 연결하지 아니하더라도 드론의 배터리를 충전시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.
드론은 비행 본체(100) 일측에 무선 충전을 위한 회로부 및 배터리부를 탑재한 무선 충전 모듈(110)을 포함한다. 상기 무선 충전 모듈(110)은 상기 비행 본체(100) 일측에 모듈형으로 부착되며, 복수의 옆을 보유하여 N개의 드론에 대해 전방향 무선 충전을 수행하는 복수의 공진기를 포함한다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 4개의 옆면을 가진 무선 충전용 드론의 무선 충전 모듈을 상부에서 내려다 본 단면의 개략적인 구성도이다.
상기 무선 충전 모듈(110)은 공진기(212), 무선 충전부(214), 배터리 및 전력 분배부(216) 등을 포함한다. 도 2에 도시된 상기 무선 충전 모듈(110)의 구성 요소 모두가 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 2에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 상기 무선 충전 모듈(110)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성 요소에 의해서도 상기 무선 충전 모듈(110)가 구현될 수도 있다.
상기 무선 충전 모듈(110)은 도 2에는 도시하지 않았지만, 센서가 더 포함될 수 있다. 상기 센서는 수신 전력의 세기, 배터리의 충전량 및/또는 무선 충전 효율을 측정할 수 있다. 상기 센서는 예컨대, 지자계 센서, 가속도 센서, 전압 센서, 전류 센서, 기울기 센서, 피에조(piezo), 기압 센서, 자이로 센서 등을 포함할 수 있다.
상기 무선 충전 모듈(110)은 도 2에는 도시하지 않았지만, 모터 기능을 수행하고, 양력 및 비행력을 발생시키는 구동부 및 인공위성을 이용하여 위치를 파악하는 GPS(Global Positioning System), 배터리부의 충전량을 감지하는 충전량 감지부를 더 포함할 수 있다.
상기 무선 충전 모듈(110)은 도 2에는 도시하지 않았지만, 무선 충전 송수신 드론 간의 통신을 위한 안테나를 포함할 수 있다. 상기 안테나는 체공 상태의 무선 충전 송수신 드론 간의 통신만이 아닌 지상의 상황실과의 통신을 할 수 있는 기능을 포함할 수 있다.
상기 공진기(212)는 예컨대, 비행 본체(100)의 표현에 배치되며, 무선 충전 모듈(110) 내부와 차폐를 위한 차폐 물질을 포함한다. 여기서, 차폐 물질은 예컨대, Ferrite plate를 포함한다.
상기 공진기(212)는 N개의 드론에 대해 전방향 무선 충전을 수행한다.
상기 공진기(212)는 예컨대, 스파이럴(Spiral) 공진기, 하이-큐 스파이럴(High-Q spiral) 영차 공진기, 헬릭스 타입(Helix type) 공진기 또는 싱글 루프(single loop) 공진기 등을 포함한다.
여기서, 상기 공진기(212)에서 수행되는 공진이란, 특정 진동수를 가진 물체가 같은 진동수의 힘이 외부에서 가해질 때 진폭이 커지면서 에너지가 증가하는 현상을 말하며, 주파수가 같게 될 때에 강한 힘이 발생하는 현상을 말한다. 그러므로, 동일한 주파수를 갖는 두 개의 공진체는 매우 강한 결합을 하게 되는 현상을 갖고 있다. 즉, 같은 주파수를 갖는 다른 공진 물체가 있으면, 에너지는 주파수를 공유하는 하나의 물체에서 또 다른 물체로 강하게 전달된다. 모든 물체는 이러한 고유진동수를 갖고 있으며 이 고유진동수에 해당하는 전파나 파동에 반응하고 흡수하는 성질을 갖는다.
상기 무선 충전부(214)는 분배된 전력을 입력 받고, 효율적인 무선 충전을 위해 무선 충전 효율 모니터링 및 적응적 임피던스 매칭 기능을 수행한다. 상기 무선 충전부(214)는 거리(또는 거리, 각도, 방향)가 바뀌어도 임피던스 매칭을 적응적으로 수행하기 때문에 고효율의 무선 충전이 가능할 수 있다.
상기 무선 충전부(214)는 자기 공명(Magnetic Resonant : MR) 방식으로 무선 충전을 수행한다. 여기서, 자기 공명 방식은 송수신 코일 간 공진 현상을 이용한다. 상기 자기 공명 방식은 충전기 주변에서 자동으로 충전하고, 주파수는 수십 KHz~수MHz(6.78MHz)이고, 전송 거리는 수m이다. 전술한 바와 같은 특징 때문에 상기 자기 공명 방식은 자기 유도 방식에 비해 전기를 주고받을 수 있는 거리가 멀다는 장점이 있고, 원거리 충전이 가능하고, 여러 기기의 멀티 충전이 가능하고, 이동 편의성이 있다.
상기 무선 충전부(214)는 무선 충전 효율 모니터링을 통해 회신 받은 무선 충전 효율에 따라 무선 충전 수신 드론 및 무선 충전 송신 드론 간의 위치를 조정한다. 상기 위치는 거리, 각도, 방향 등을 포함할 수 있다. 상기 무선 충전부(214)는 무선 충전 수신 드론과 통신을 통한 효율 모니터링 및 거리 제어 기능을 보유하여, 무선 충전을 위한 공진기 간의 위치 정렬이 정확히 일치하지 않아도(정확한 배치나 정렬없이) 무선 충전이 가능하게 한다.
상기 배터리 및 전력 분배부(216)는 공급받은 전력에 의한 배터리 충전 및 모듈형 배터리 교체 기능을 수행한다. 상기 배터리 및 전력 분배부(216)는 충전된 무선 충전 전력을 분배한다. 상기 배터리 및 전력 분배부(216)는 무선 충전 송신 드론 및 무선 충전 수신 드론이 정상적으로 동작 가능한 범위 및/또는 정상적인 충전이 가능한 범위 내에서 전력 분배할 수 있다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 무선 충전 수신 드론 및 무선 충전 송신 드론의 구성도이다.
상기 무선 충전 수신 드론(310)은 무선 충전 수신부(312)와 통신 및 제어부(314) 등을 포함한다.
상기 무선 충전 수신부(312)는 상기 무선 충전 송신 드론(320)으로부터 무선 충전 전력을 수신하며, 수신된 전력을 충전할 수 있는 배터리를 포함한다.
상기 통신 및 제어부(314)는 무선 충전 효율 모니터링을 통해 회신 받은 무선 충전 효율에 따라 무선 충전 수신 드론과 무선 충전 송신 드론 간의 위치를 조정하는 제어 및 통신 기능을 수행한다. 예컨대, 상기 통신 및 제어부(314)는 무선 충전 효율이 기준값 보다 낮아지거나 기준값과 같아지면 거리(또는 각도, 위치, 방향)를 변경한다.
상기 통신 및 제어부(314)는 가능할 실시 예로써, 상기 무선 충전 송신 드론(320)으로부터 3차원 위치와 관련된 정보를 수신하고, 상기 3차원 위치와 관련된 정보를 기반으로 하여 해당 위치를 정확하게 유지할 수 있도록 제어하거나 얼라인먼트(alignment)를 맞춘다.
상기 통신 및 제어부(314)는 추가 가능할 실시 예로써, 상기 무선 충전 송신 드론(320)으로부터 거리(또는 각도, 위치, 방향)와 관련된 정보를 수신하고, 상기 거리와 관련된 정보를 기반으로 하여 해당 위치를 정확하게 유지할 수 있도록 제어하거나 얼라인먼트를 맞춘다.
상기 무선 충전 송신 드론은 배터리부(322), 무선 충전 전력 공급부(324), 무선 충전 송신부(326), 통신 및 제어부(328) 등을 포함한다.
배터리부(322)는 무선 충전 및 모듈형 배터리 교체 기능을 수행한다.
무선 충전 전력 공급부(324)는 상기 배터리부(322)로부터 출력된 무선 충전 전력을 무선 충전 송신부(326)로 공급한다.
무선 충전 송신부(326)는 무선 충전 수신 드론(310)의 무선 충전 수신부(312)로 무선 충전 전력을 전송한다.
통신 및 제어부(328)는 무선 충전 효율 모니터링을 통해 회신 받은 무선 충전 효율에 따라 무선 충전 수신 드론과 무선 충전 송신 드론 간의 위치를 조정하는 제어 및 통신 기능을 수행한다.
도 3의 ①은 상기 무선 충전 수신부(312)와 무선 충전 송신부(326) 간에 무선 충전 전력을 송/수신하는 과정을 나타낸 것이다.
도 3의 ②는 무선 충전이 완료되면, 무선 충전 완료 정보를 전달하는 과정을 나타낸 것이다.
도 3의 ③은 무선 충전 효율 모니터링을 통해 회신 받은 무선 충전 효율에 따라 무선 충전 수신 드론과 무선 충전 송신 드론 간의 위치를 조정하는 과정을 나타낸 것이다. 무선 충전 효율(값)이 기준값 보다 큰 경우, 무선 충전 수신 드론은 드론의 현재 위치를 유지한다. 그러나 판단 결과, 무선 충전 효율이 기준값 보다 작거나 무선 충전 효율과 기준값이 같은 경우 무선 충전 수신 드론은 무선 충전 수신 드론과 무선 충전 송신 드론 간의 위치(또는 거리, 각도, 방향)를 조정(또는 조절, 제어)한다. 상기 기준값은 상기 무선 충전 수신 드론의 종류에 따라서 상이하게 설정될 수 있음을 주의해야 한다.
다른 실시예로서, 통신 및 제어부(328)은 자신의 3차원 위치를 기준점으로 설정하여 별도의 3차원 좌표계를 생성할 수 있다. 이때, 무선 충전 송신 드론(320)의 3차원 기준 좌표를 기준으로 최적의 무선 충전이 가능한 방향 및 거리의 3차원 좌표를 미리 설정해 놓도록 구성될 수 있다. 이때, 3차원 좌표계의 기준점 (0,0,0)을 기준으로 무선 충전 수신 드론(310)의 현재 3차원 좌표를 좌표 측정 센서(미도시)를 이용하여 측정하고, 현재 3차원 좌표를 무선 충전 수신 드론(310)의 통신 및 제어부(314)로 실시간 송신하도록 구성될 수 있다. 이때, 좌표 측정 센서는 나침반 센서와 고도 센서로 구성될 수 있으며, 이를 이용하여 방위각과 고도를 측정하고, 그 방위각과 고도에 의한 좌표를 3축으로 구성되는 3차원 좌표로 변환하도록 구성될 수 있다.
아울러, 통신 및 제어부(328)는 최적의 무선 충전을 위한 3차원 좌표도 함께 통신 및 제어부(310)로 송신하도록 구성될 수 있다.
무선 충전 수신 드론(310)의 통신 및 제어부(314)는 현재의 3차원 좌표를 최적의 무선 충전을 위한 3차원 좌표에 맞추어 스스로 위치를 조정하도록 구성될 수 있다. 현재의 충전률이 아닌 미리 정해진 3차원 좌표에 맞추면 되므로, 보다 편리하고 신속하게 무선 충전 효율을 높일 수 있다.
또 다른 실시예로서, 무선 충전 송신 드론(320)과 무선 충전 수신 드론(310)은 각각 레이저 송신기(미도시)와 레이저 수신기(미도시)를 각각 미리 구비하고, 그 레이저 송신기(미도시)와 레이저 수신기(미도시)를 이용하여 최적의 충전을 위한 얼라인먼트를 정렬하여 충전하도록 구성될 수 있다.
이러한 레이저 송신기(미도시)와 레이저 수신기(미도시)는 무선 충전 송신 드론(320)과 무선 충전 수신 드론(310)이 상호 간에 최적의 충전이 가능하도록 하게 하는 위치에 미리 각각 부착되도록 구성될 수 있다.
얼라인먼트가 정렬된 상태에서는 무선 충전 수신 드론(310)과 무선 충전 송신 드론(320)은 서로 현재의 위치를 유지하도록 위치 고정 록킹(locking) 기능을 수행하여 현재의 정렬을 유지하도록 구성될 수 있다.
바람 등에 의해 현재의 얼라인먼트에 변경이 생기면 자동으로 위치 고정 록킹 기능을 일시 해제하고 다시 얼라인먼트 정렬을 수행하고 위치 고정 록킹 기능을 다시 자동 실행하도록 구성될 수 있다.
이러한 얼라인먼트를 유지하기 위한 위치 고정 록킹 기능은 다른 실시예에서도 그대로 적용될 수 있다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 체공 상태의 4개 드론에 대한 전방향 무선 충전의 개략적인 구성도이다.
도 4는 드론과 드론간 무선 충전하는 일 예를 도시한 것이다.
참조번호 410은 무선 충전용 공진기를 탑재한 복수 개(N개)의 무선 충전 수신 드론을 나타낸다. 본 개시의 무선 충전 송신 드론은 비행 본체(100)와 무선 충전 모듈(110)을 포함한 구조로써, 체공 상태의 다수 드론에 대한 전방향 무선 충전 기능을 제공함으로써 복수 개의 드론 즉, 전체 드론에 대한 충전 시간 단축을 가능하게 한다. 또한 본 개시는 도 4에 나타낸 바와 같이, 복수 개의 드론에 동시에 충전이 가능하게 한다.
도 5는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 무선 충전 효율 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다.
드론은 501 단계에서 무선 충전을 수행한다.
드론은 503 단계에서 무선 충전이 완료되면, 무선 충전 효율(또는 전압)이 기준값 보다 큰가를 판단한다.
판단 결과, 무선 충전 효율(값)이 기준값 보다 큰 경우, 드론은 507 단계로 진행하여 드론의 현재 위치를 유지한다. 그러나 판단 결과, 무선 충전 효율이 기준값 보다 작거나 무선 충전 효율과 기준값이 같은 경우 드론은 505 단계로 진행하여 무선 충전 수신 드론과 무선 충전 송신 드론 간의 위치(또는 거리, 각도, 방향)를 조정(또는 조절, 제어)한다. 상기 기준값은 상기 드론의 종류에 따라서 상이하게 설정될 수 있음을 주의해야 한다.
드론은 조정된 위치를 기반으로 하여 무선 충전을 재실행한다.
본 개시는 사용자가 직접 드론의 배터리에 충전기를 연결하지 아니하더라도 드론의 배터리를 충전시킬 수 있어 멀리까지 드론을 비행시킬 수 있다.
전술된 내용은 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 개시의 실시 예들은 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 무선 충전 수신 드론의 무선 충전을 위한 장치에 있어서,
    비행 본체; 및
    무선 충전 모듈을 포함하고,
    상기 무선 충전 모듈은,
    전력을 수신하는 무선 충전 수신부;
    상기 전력을 복수의 무선 충전 송신 드론으로부터 전방향 무선 충전하는 복수의 공진기;
    상기 무선 충전에 대한 무선 충전 효율값과 기준값을 비교하고, 및 상기 무선 충전에 대한 무선 충전 효율값이 상기 기준값 보다 작거나 상기 기준값과 같은 경우 상기 드론의 위치를 제어하는 무선 충전부;
    상기 무선 충전된 무선 충전 전력을 분배하며, 상기 무선 충전 송신 드론 및 상기 무선 충전 수신 드론이 정상적으로 동작 가능한 범위 및 정상적인 충전이 가능한 범위 내에서 전력 분배하는 배터리 및 전력 분배부;
    수신 전력의 세기, 배터리의 충전량 및 무선 충전 효율을 측정하는 센서;
    모터를 이용하여 양력 및 비행력을 발생시키는 구동부;
    인공위성을 이용하여 위치를 파악하는 GPS(Global Positioning System);
    배터리 및 전력 분배부의 배터리 충전량을 감지하는 충전량 감지부;
    무선 충전 송신 드론과의 통신을 위한 안테나;
    무선 충전 효율값을 수신하고, 수신된 무선 충전 효율값에 따라 상기 드론의 거리, 각도, 방향 및 얼라인먼트(alignment)를 제어하는 통신 및 제어부를 포함하고,
    상기 공진기는,
    상기 무선 충전 모듈 내부와의 차폐를 위한 차폐 물질을 포함하도록 구성되고, 복수의 드론에 대해 전방향 무선 충전을 수행하도록 구성되며,
    상기 공진기는,
    스파이럴(Spiral) 공진기, 하이-큐 스파이럴(High-Q spiral) 영차 공진기, 헬릭스 타입(Helix type) 공진기 및 싱글 루프(single loop) 공진기 중 어느 하나로 구성되고,
    상기 센서는,
    지자계 센서, 가속도 센서, 전압 센서, 전류 센서, 기울기 센서, 피에조(piezo), 기압 센서 및 자이로 센서 중 어느 하나로 구성되고,
    상기 무선 충전부는,
    자기 공명 방식을 이용하여 전력을 충전하며,
    상기 무선 충전부는,
    상기 분배된 무선 충전 전력을 입력 받고, 무선 충전 효율을 위해 무선 충전 효율 모니터링 및 적응적 임피던스 매칭 기능을 수행하도록 구성되며,
    상기 통신 및 제어부는,
    상기 무선 충전 송신 드론으로부터 3차원 위치와 관련된 정보를 수신하고, 상기 3차원 위치와 관련된 정보 및 상기 무선 충전 효율값에 기반하여 상기 무선 충전 송신 드론과의 현재 거리, 각도, 방향 및 얼라인먼트를 설정하여 유지하도록 제어하고,
    상기 무선 충전부는,
    상기 통신 및 제어부에 의해 설정되어 유지되는 상기 무선 충전 송신 드론과의 현재 거리, 각도, 방향 및 얼라인먼트가 변경되어도 무선 충전 효율을 유지할 수 있도록 적응적 임피던스 매칭 기능을 수행하도록 구성되며,
    상기 통신 및 제어부는,
    상기 얼라인먼트가 유지된 상태에서는 상기 무선 충전 송신 드론과의 현재 거리, 각도, 방향 및 얼라인먼트를 유지하도록 위치 고정 록킹(locking) 기능을 자동 실행하며,
    상기 통신 및 제어부는,
    바람에 의해 현재 위치 및 얼라인먼트에 변경이 생기는 경우 위치 고정 록킹 기능을 일시 해제하고 현재 거리, 각도, 방향 및 얼라인먼트를 다시 설정한 후 위치 고정 록킹 기능을 다시 자동 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 드론의 무선 충전을 위한 장치.
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