KR102332991B1 - 드론의 무선 충전 시스템 - Google Patents

드론의 무선 충전 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102332991B1
KR102332991B1 KR1020190117824A KR20190117824A KR102332991B1 KR 102332991 B1 KR102332991 B1 KR 102332991B1 KR 1020190117824 A KR1020190117824 A KR 1020190117824A KR 20190117824 A KR20190117824 A KR 20190117824A KR 102332991 B1 KR102332991 B1 KR 102332991B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
charging
unit
drone
layer
battery
Prior art date
Application number
KR1020190117824A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200135118A (ko
Inventor
황준
장태욱
최안나
권영호
Original Assignee
서울여자대학교 산학협력단
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 서울여자대학교 산학협력단 filed Critical 서울여자대학교 산학협력단
Publication of KR20200135118A publication Critical patent/KR20200135118A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102332991B1 publication Critical patent/KR102332991B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/35—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles
    • B60L53/38—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles specially adapted for charging by inductive energy transfer
    • 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
    • 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
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/305—Communication interfaces
    • 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
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/35—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles
    • B60L53/36—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles by positioning the vehicle
    • 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
    • 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
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/50—Aeroplanes, Helicopters
    • B60Y2200/51—Aeroplanes
    • B64C2201/066—
    • 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
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/50—On board measures aiming to increase energy efficiency
    • 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
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • 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
    • 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
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Abstract

본 발명은 드론 유닛을 충전하는 드론의 무선 충전 시스템에 있어서, 복수의 충전 영역 중 적어도 하나의 충전 영역에 상기 드론 유닛을 착륙시킨 후, 상기 드론 유닛의 배터리를 충전시키는 충전 유닛; 을 포함하고, 상기 충전 유닛은 상기 배터리의 충전 방식을 결정하고, 상기 충전 방식을 기반으로 무선 충전을 위한 공진 주파수를 할당하는 제어부를 포함하는 드론의 무선 충전 시스템을 개시한다.

Description

드론의 무선 충전 시스템{WIRELESS CHARGING SYSTEM FOR DRONE}
본 발명은 드론의 무선 충전 시스템에 관한 것이다.
원격 조작 기구인 무선 조종 기반의 무인 비행 물체에 해당하는 드론은 전쟁 상황 또는 비상상황, 그 밖의 방송국에서 촬영용으로 주로 사용되어 왔다.
그러나 최근에는 개인들에게 보급되고 있으며, 이와 관련하여 드론의 사용을 활성화하고자 할 뿐만 아니라, 드론의 추락 등의 위험으로부터 방지하고자 하는 법안들이 활발하게 논의되고 있다.
그러나, 종래의 드론은 배터리 사용시간이 고작 20~30분으로 짧아 1~2시간 이상의 장시간 업무를 수행할 수 없는 한계가 있다.
특수 목적용 드론의 배터리 사용시간은 120분 정도까지 가능하나, 고가의 배터리 구매 비용을 지불하여야 하며, 더구나, 드론이 업무 수행 중 배터리 소모로 충전 또는 교체가 필요한 경우에는 별도의 예비 배터리를 사용자가 직접 수동으로 교체하여야만 한다.
또한, 무선 충전 방식의 드론이 개발되어 출시되고 있지만, 상용화, 범용화가 부진한 상황이고, 급속/완속 충전 및 축전지 자동 교체를 위한 드론 전문 충전 인프라가 없어 드론 소유주 건물이나 인근 태양광 발전소 등의 분산전원이 있는 곳까지 장시간 운행하여 되돌아와 충전을 할 수밖에 없었다.
더구나, 국가, 지방자치단체 및 한국전력공사를 비롯한 380여 공공기관과 민간 시장에서 드론 산업의 발 빠른 확산 행보로 "전기차 충전소"와 같은 [드론 전문충전소 인프라 구축]이 필연적이지만, 현재 드론 전문 공용 충전소 구축 계획은 미미한 상황이다.
따라서, 배터리의 한계로 인하여 활동범위가 제한적인 드론을 격납하고, 충전시켜 이동시킬 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
본 발명은 각각의 드론의 충전 방식을 결정해 드론 별로 충전 상황을 달리 설정하는 것이 가능한 드론의 무선 충전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 버스 정류장과 같은 공공 시설 또는 기존의 인프라를 이용해 이동 중인 드론을 충전하는 것이 가능한 드론의 무선 충전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
드론 유닛을 충전하는 드론의 무선 충전 시스템에 있어서, 복수의 충전 영역 중 적어도 하나의 충전 영역에 상기 드론 유닛을 착륙시킨 후, 드론 유닛의 배터리를 충전시키는 충전 유닛; 을 포함하고, 상기 충전 유닛은 상기 드론 유닛의 배터리의 충전 방식을 결정하고, 상기 충전 방식을 기반으로 무선 충전을 위한 공진 주파수를 할당하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 충전 유닛은 자기공진방식으로 상기 배터리를 충전하며, 상기 배터리의 충전 방식은 저속 충전, 완속 충전 또는 고속 충전을 포함할 수 있다.
또한, 상기 충전 유닛은, 다른 대역의 공진 주파수들을 모두 일정한 주파수 대역폭을 가지는 채널로 나누고, 채널 분배 방식을 통해 무선 충전에 필요한 채널을 상기 드론 유닛에 할당할 수 있다.
또한, 상기 충전 유닛은, 상기 드론 유닛의 식별 정보를 기반으로 충전 우선 순위를 결정하고, 상기 충전 우선 순위에 따라 상기 드론 유닛의 배터리의 충전 방식을 결정하되, 상기 식별 정보는 상기 드론 유닛의 형상 정보, 식별 코드 정보, 사용자 개인 정보, 배터리 정보 또는 계약 정보를 포함할 수 있다.
또한, 상기 충전 유닛은 상기 드론 유닛이 안착되고 충전되는 공간을 제공하는 충전 플레이트, 를 포함하고, 상기 충전 플레이트는 차폐층인 제1층, 상기 제1층 상에 배치되며, 상이한 주파수의 자기장을 발생하는 복수의 코일을 포함하는 제2층, 및 상기 제2층 상에 배치되며, 상기 제2층에서 발생한 자기장에 의해 자성을 갖는 금속 시트를 포함하는 제3층,을 포함할 수 있다.
또한, 상기 드론 유닛은 금속 부재로 구성된 적어도 하나의 다리를 포함하고, 상기 제2층에서 자기장이 발생 시, 상기 드론 유닛의 다리는 상기 제3층에 물리적으로 고정될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 드론의 무선 충전 방법은 충전 유닛에서 수행되는 드론의 무선 충전 방법에 있어서, (A) 무선 통신부 및 배터리를 포함하는 드론 유닛으로부터 충전을 위한 착륙 요청 신호를 수신하면, 복수의 충전 영역 중 적어도 하나의 충전 영역에 상기 드론 유닛을 착륙시키는 단계; 및 (B) 상기 드론 유닛의 식별 정보를 기반으로 충전 방식을 결정하고, 상기 충전 방식을 기반으로 무선 충전을 위한 공진 주파수를 할당하는 단계; 및 (C) 상기 결정된 충전 방식에 따라 상기 드론 유닛의 배터리를 충전시키는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (A) 단계는, 상기 충전 유닛이 설치된 장소의 위치 정보 및 충전 가능 여부 정보를 포함하는 신호를 송신하는 단계, 를 더 포함하되, 상기 드론 유닛이 상기 신호를 수신한 경우에는 상기 충전 유닛으로 착륙 요청 신호를 송신하고, 상기 드론 유닛이 상기 신호를 수신하지 않는 경우에는 기저장된 충전 유닛의 위치정보를 기반으로 해당 위치로 이동할 수 있다.
또한, 상기 (B)단계는; (B-1) 상기 드론 유닛의 참여 용량을 고려한 부하량을 계산하는 단계; (B-2) 상기 부하량이 적용된 가중치를 적용하는 단계; 및 (B-3) 상기 가중치 적용 후 식별 정보에 따른 우선 순위를 결정하여 상기 드론 유닛에 주파수를 할당하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (B-1) 단계 이전에, 상기 드론 유닛 내 인식 모듈이 존재하는지 판단하는 단계; 상기 드론 유닛 내 인식 모듈이 존재하지 않는다면, 상기 드론 유닛의 식별 정보 중 사용자 개인 정보를 통해 연락처를 획득하고, 상기 연락처로 SNS를 보내 계약 정보 입력을 요청하고, 사용자가 입력한 계약 정보를 수신하는 단계; 상기 드론 유닛 내 인식 모듈이 존재하거나, 또는 사용자가 입력한 계약 정보를 수신하면, 상기 드론 유닛 내 인식 모듈에 저장된 식별 정보 또는 사용자가 입력한 계약 정보를 기반으로 참여 용량을 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (B-3) 단계는, 상기 식별 정보에 따라 상대적으로 높은 요금을 지불할 것으로 계약한 사용자의 드론 유닛에게는 상대적으로 높은 순위의 우선 순위를 부여하여 상대적으로 넓은 주파수 대역을 할당하고, 상대적으로 낮은 요금을 지불할 것으로 계약한 사용자의 드론 유닛에게는 상대적으로 낮은 순위의 우선 순위를 부여하여 상대적으로 좁은 대역폭을 할당할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 각각의 드론의 충전 방식을 결정해 드론 별로 충전 상황을 달리 설정하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 버스 정류장과 같은 공공 시설 또는 기존의 인프라를 이용해 이동 중인 드론을 충전하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 무선 충전 시스템을 나타낸 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 무선 충전 시스템의 구성을 예시적으로 나타낸 블록이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 무선 충전 시스템의 충전 플레이트를 예시적으로 나타낸 상면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 무선 충전 시스템에서 단일 충전 구역의 충전 플레이트를 예시적으로 나타낸 측면도이고,
도 5는 도 4의 단일 충전 구역의 충전 플레이트의 무선 통신부를 예시적으로 나타낸 사시도이고,
도 6은 자기공진 방식의 시스템 개념도이고,
도 7은 도 6의 자기공진 방식 무선전력 시스템의 등가회로이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 무선 충전 방법을 나타낸 흐름도이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 무선 충전 방법 중 충전 방식 결정 과정을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 무선 충전 시스템을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 무선 충전 시스템의 구성을 예시적으로 나타낸 블록이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 무선 충전 시스템의 충전 플레이트를 예시적으로 나타낸 상면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 무선 충전 시스템에서 단일 충전 구역의 충전 플레이트를 예시적으로 나타낸 측면도이고, 도 5는 도 4의 단일 충전 구역의 충전 플레이트의 무선 통신부를 예시적으로 나타낸 사시도이고, 도 6은 자기공진 방식의 시스템 개념도이다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 무선 충전 시스템(1000)은 충전 플레이트(10)를 제공하는 충전 유닛(100) 및 충전 플레이트에 착륙하여 내부의 배터리를 충전하는 드론 유닛(200)을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 무선 충전 시스템(1000)에서 충전 유닛(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 버스 정류소와 같은 공용 장소에 설치될 수 있고, 기존의 인프라를 이용해 설치될 수 있다.
또한, 충전 유닛(100)은 기업 또는 개인이 소유한 사유 장소에 설치될 수 있다.
여기서, 충전 유닛(100)은 복수의 드론 유닛(200)의 이착륙 및 충전이 용이하도록 대략 평평한 판형의 충전 플레이트(10)를 구비하며, 행인 또는 차량과 같은 이동체의 접근이 어려우며, LTE, WIFI 등과 같은 유무선 통신설비가 설치 되어 있으며, 안정적인 전원 공급이 가능한 버스 정류소의 지붕 또는 건물의 지붕 등에 설치되는 것이 바람직하다.
도 2 내지 도 5를 참조하면 충전 유닛(100)은 충전 플레이트(10), 무선 통신부(110), 전력 송신부(120), 감지부(130), 고정부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.
충전 플레이트(10)는 드론 유닛(200)이 안착되고 충전하는 공간을 제공하며, 도 3과 같이 다수의 충전 영역(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)을 포함할 수 있다.
한편, 도 3에는 사각형으로 이루어진 8개의 충전 영역(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)이 도시되어 있으나, 이는 바람직한 실시예일 뿐 본 발명에서 도 3에 도시된 형태로 충전 영역의 개수 및 형상을 한정하는 것은 아니다.
충전 플레이트(10)에서 드론 유닛(200)의 충전 및 고정을 담당하는 중중간층(20)은 제1층(21), 제2층(22) 및 제3층(23)을 포함할 수 있다.
제1층(21)은 제2층(22)에서 발생한 자기장이 하부로 방출되는 것을 차폐하는 차폐층을 포함할 수 있다.
차폐층은 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트, 페라이트 시트 또는 폴리머 시트 등이 사용될 수 있다.
제2층(22)은 서로 상이한 주파수의 자기장을 발생하는 복수의 코일(30)이 개재된 시트를 포함할 수 있다.
여기서, 복수의 코일(30)은 서로 다른 동작주파수에서 상이한 방식으로 작동하는 적어도 두 개 이상의 무선충전용 코일(31, 32)을 포함하는 복수 개의 코일(31, 32, 33, 34)이 구비되어 해당 동작주파수 대역에서 무선신호를 수신할 수 있다.
이때, 복수 개의 코일(31, 32, 33, 34)은 일정길이를 갖는 도전성부재가 시계방향 또는 반시계 방향으로 복수 회 권선되는 원형, 타원형 또는 사각형상의 평판형 코일로 구성되어 제1층(21)의 일면 또는 제2층(22) 내부에 고정되는 형태로 구비될 수 있다.
이때, 도전성부재는 구리와 같은 도전성을 갖는 금속재질일 수 있으며, 소정의 선경을 갖는 복수 개의 가닥이 길이방향을 따라 꼬인 형태로 구비될 수도 있다.
또한, 복수 개의 코일(31, 32, 33, 34)은 폴리이미드(PI)나 PET 등과 같은 합성수지로 이루어진 회로기판의 적어도 일면에 동박 등과 같은 전도체를 루프 형태로 패터닝하거나 전도성 잉크를 사용하여 루프 형상의 금속 패턴을 형성하여 구성될 수도 있다.
더불어, 복수 개의 코일(31, 32, 33, 34)은 도전성부재가 복수 회 권선된 평판형코일과 회로기판의 일면에 인쇄된 코일 패턴이 상호 조합된 형태로 구비될 수도 있다.
제3층(23)은 제2층(22)에서 발생한 자기장에 의해 자성을 갖는 금속 시트를 포함할 수 있다.
무선 통신부(110)는 드론 유닛(200)의 무선 통신부(210)와 통신할 수 있으며, 신호를 송수신할 수 있는 통신 모듈로 구성될 수 있다.
바람직하게 무선 통신부(110)는 LTE, 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra-Wideband), ZigBee 중 하나로 이용될 수 있다.전력 송신부(120)는 복수의 코일을 포함할 수 있으며, 설정된 공진주파수로 진동하는 자기장을 발생시키며, 자기장을 통해 드론 유닛(200)의 전력 수신부(220)로 전력을 전송할 수 있다.
즉, 충전 유닛(100)은 자기공진방식을 이용하여 드론 유닛(200)에 전력을 전송할 수 있다.
자기공진방식이란 전력 송신부 코일에서 공진주파수로 진동하는 자기장을 생성하여, 동일한 공진주파수로 설계된 전력 수신부 코일에만 전력을 집중적으로 전송하는 방식을 말한다.
여기서, 도 6 및 도 7을 참조하면, 자기공진 방식의 무선전력전송 시스템의 송신 안테나는 기본적으로 소스코일(Source Coil)과 송신 공진코일(Tx Resonant Coil)로 구성되고, 수신 안테나는 수신 공진코일(Rx Resonant Coil)과 로드코일(Load Coil)로 구성된다. 대부분의 자기공진방식 WPT 안테나는 원형 또는 사각형 도선을 가진 루프 안테나 또는 헬리컬 안테나 형태로 구현될 수 있다.
감지부(130)는 충전 유닛(100)에서 제공하는 충전 플레이트(10)에 드론 유닛(200)이 위치한 것을 감지할 수 있다.
여기서, 감지부(130)는 압력 센서, 온도 센서 등의 센서를 포함할 수 있다.
한편, 감지부(130)가 압력 센서인 경우, 드론 유닛(200)의 착륙에 의한 압력 변화를 감지하여 충전 플레이트(10)에 드론 유닛(200)이 착륙한 것과 이륙한 것을 감지할 수 있다.
또한, 감지부(130)가 온도 센서인 경우, 드론 유닛(200)의 착륙 및 충전 시 발생하는 온도 변화를 기초로 충전 플레이트(10)에 드론 유닛(200)이 착륙한 것, 충전 중인 것과 이륙한 것을 감지할 수 있다.
고정부(140)는 드론 유닛(200)의 고정부(240)와 물리적으로 결합하여, 충전 시 드론 유닛(200)이 충전 유닛(100)에서 이탈되지 않도록 고정할 수 있다.
여기서, 고정부(140)는 자기장 발생 시 자성을 갖는 금속 부재로 구성될 수 있다.
제어부(150)는 무선 통신부(110), 전력 송신부(120) 및 감지부(130)의 구동을 제어할 수 있으며, 무선 통신부(110), 전력 송신부(120) 및 감지부(130)와 신호를 송수신할 수 있다.
예컨대, 제어부(150)는 무선 통신부(110)를 제어하여 드론 유닛(200)과 송수신하는 신호를 전달받아 처리할 수 있고, 제어부(150)는 전력 송신부(120) 및 감지부(130)를 제어하는 신호를 송신할 수 있고, 전력 송신부(120) 및 감지부(130)에서 보내는 특정 신호를 전달받아 처리할 수 있다.
여기서, 상세한 제어부(150)의 제어 과정 및 신호 처리 과정은 드론의 무선 충전 방법과 함께 후술한다.
또한, 도 2 및 4를 참조하면 드론 유닛(200)은 드론 본체(200a)와 무선 통신부(210), 전력 수신부(220), 배터리(230), 고정부(240) 및 제어부(250)를 포함할 수 있다.
무선 통신부(210)는 충전 유닛(100)의 무선 통신부(110)와 통신할 수 있으며, 신호를 송수신할 수 있는 통신 모듈로 구성될 수 있다.
바람직하게 무선 통신부(210)는 LTE, 와이파이, 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra-Wideband), ZigBee 중 하나로 이용될 수 있다.
전력 수신부(220)는 복수의 코일을 포함할 수 있으며, 전력 송신부(120)로부터 전송되는 자기장의 공진주파수에 연동하여, 진동함으로써 전력을 수신할 수 있다.
배터리(230)는 드론 유닛(200)의 구동에 필요한 전원을 공급하며, 충방전이 가능한 이차 전지로 구성될 수 있으며, 여기서, 고출력이 가능한 리튬이온 이차 전지로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 이러한 배터리(230)는 적어도 하나 이상의 충방전 가능한 전지 셀과 전지 셀의 전극단자에 전기적으로 연결되어 전지 셀들을 보호하고, 잔존 용량(SOC, State of Charge)을 측정하는 회로 모듈(미도시)을 포함하도록 구성될 수 있다.
이러한 회로 모듈은 상술한 바와 같이 배터리(230)를 이루는 단위 전지 셀의 잔존 용량을 측정할 수 있음은 물론이며, 전지 셀의 충전 상태 및 발열 상태를 실시간으로 검출하는 것이 가능하다.
고정부(240)는 충전 유닛(100)의 고정부(140)와 물리적으로 결합하여, 충전 시 드론 유닛(200)이 충전 유닛(100)에서 이탈되지 않도록 고정할 수 있다.
고정부(240)는 드론 본체(200a)의 다리로 구성될 수 있으며, 자성을 갖는 고정부(140)에 결합되는 금속 부재로 구성될 수 있다.
제어부(250)는 무선 통신부(210), 전력 수신부(220) 및 배터리(230)의 구동을 제어할 수 있으며, 무선 통신부(210), 전력 수신부(220) 및 배터리(230)와 신호를 송수신할 수 있다.
예컨대, 제어부(250)는 무선 통신부(210)를 제어하여 충전 유닛(100)과 송수신하는 신호를 전달받아 처리할 수 있고, 제어부(250)는 전력 수신부(220) 및 배터리(230)를 제어하는 신호를 송신할 수 있고, 전력 수신부(220) 및 배터리(230)에서 보내는 특정 신호를 전달받아 처리할 수 있다.
한편, 제어부(250)는 주파수 할당에 따른 무선 충전 제어방식을 이용하여 현재 충전 요청중인 드론 유닛(200)의 필요 충전량을 산정할 수 있고, 최대 전압값을 기반한 단일 코일에서 충전량 및 충전 시간을 바탕으로 코일 전압값을 변경하여 최대 충전량 및 대역폭을 결정할 수 있다.
또한, 제어부(250)는 15V 내지 5V 2A (30W 내지 10W) 충전을 진행하며 표준 충전 방식의 주파수는 동일하며 전압 변경에 따른 충전량에 따라 대역폭을 변경할 수 있으며, 충전 진행 시 배터리 사양에 따라 과충전에 근접할 시 코일의 전압값을 변경하여 단계별 충전량을 다운시킬 수 있다.
또한, 제어부(250)는 단계별 충전 후 최소 충전단계 5W 내지 2W 에 근접하면 완충 되어 충전을 완료시킬 수 있다.
또한, 제어부(250)는 무선 충전 규격인 QI(chi) 모드 규격을 따라 충전 주파수로 105 khz 내지 140 khz 의 대역을 사용하고 충전에 필요한 전압은 무선 대역폭의 크기에 따라 변경될 수 있다. 일반적으로 충전을 진행하는데 있어서 2A 조건하에 5V (10W)로 충전이 진행되면 저속 모드, 5V 내지 15V (10W 내지 30W) 사이에서 진행되면 완속 모드, 15V(30W)로 진행되면 고속 모드로 정의될 수 있다.
여기서, 상세한 제어부(250)의 제어 과정 및 신호 처리 과정은 드론의 무선 충전 방법과 함께 후술한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 무선 충전 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 무선 충전 방법 중 충전 방식 결정 과정을 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 도 8 및 도 9와 도 1 내지 도 7을 함께 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 무선 충전 시스템(1000)을 이용한 드론의 무선 충전 방법을 설명한다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 무선 충전 방법은 충전 유닛(100)과 드론 유닛(200)에서 처리되는 일련의 과정을 순차적으로 설명한다.
여기서, 후술할 충전 유닛(100)의 신호 처리 과정과 각 구성의 동작은 제어부(150)를 통해 제어될 수 있다. 또한, 드론 유닛(200)의 신호 처리 과정과 각 구성의 동작은 제어부(250)를 통해 제어될 수 있다.
우선, 도 8A를 참조하면, 충전 유닛(100)은 설치된 장소의 위치 정보 및 충전 가능 여부 정보를 포함하는 제1신호를 무선 통신부(110)를 통해 주변으로 전송한다(S110).
드론 유닛(200)은 배터리(230)의 용량 정보를 기반으로 배터리(230)의 충전이 필요한지 여부를 판단한다(S210).
여기서, 배터리(230)의 회로 모듈(미도시)은 배터리(230)의 잔존 용량을 주기적으로 측정하고, 잔존 용량이 임계치 이하인 경우 배터리(230)의 용량 정보를 제어부(250)에 전달한다.
한편, 배터리(230)의 잔존 용량이 임계치 이하인 경우 드론 유닛(200)은 무선 통신부(210)를 통해 충전 유닛(100)에서 송신하는 제1신호를 수신하는 통신 채널을 개방하고, 제1신호가 수신되는지 여부를 판단한다(S220).
주변에서 제1신호가 수신되지 않는다면, 드론 유닛(200)은 기 저장된 충전 유닛(100)의 위치정보를 기반으로 해당 위치로 이동한다(S225).
주변에서 제1신호가 수신되면, 드론 유닛(200)은 무선 통신부(210)를 통해 충전 유닛(100)에 착륙 요청 신호를 송신한다(S230).
충전 유닛(100)은 무선 통신부(110)를 통해 드론 유닛(200)의 착륙 요청을 수신하고, 드론 유닛(200)의 식별 정보를 요청하는 제2신호를 드론 유닛(200)에 전송한다(S120).
충전 유닛(100)으로부터 제2신호가 수신되면, 드론 유닛(200)은 무선 통신부(210)를 통해 충전 유닛(100)에 식별 정보를 송신한다(S240).
여기서, 드론 유닛(200)의 식별 정보는 드론 유닛(200)의 형상 정보, 식별 코드 정보, 소유자 개인 정보, 배터리 정보, 드론의 무선 충전 시스템(1000)에서의 소유자 계약 정보 등을 포함할 수 있다.
여기서, 소유자는 드론의 무선 충전 시스템(1000)을 이용하는 사용자와 혼용될 수 있다.
충전 유닛(100)은 무선 통신부(110)를 통해 드론 유닛(200)의 식별 정보를 수신하면, 충전 플레이트(10)의 충전 영역(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) 중 충전 가능한 영역이 존재하는지 식별하여, 해당 드론 유닛(200)이 착륙 가능한지 여부를 판단한다(S130).
만약, 충전 플레이트(10)의 충전 영역(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)에 드론 유닛(200)이 착륙 불가능한 것이라 판단하면, 충전 유닛(100)은 무선 통신부(110)를 통해 드론 유닛(200)에 대기 요청 신호를 전송한다(S135).
충전 유닛(100)으로부터 대기 요청 신호를 수신하면, 드론 유닛(200)은 충전 유닛(100) 주변에서 대기한다(S250).
한편, 충전 플레이트(10)의 충전 영역(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)에 드론 유닛(200)이 착륙 가능한 것이라 판단하면, 충전 유닛(100)은 착륙 가능 영역을 안내하는 착륙 가능 영역 안내 신호를 무선 통신부(110)를 통해 드론 유닛(200)에 전송한다(S140).
충전 유닛(100)으로부터 착륙 가능 영역 안내 신호를 수신하면, 드론 유닛(200)은 안내받은 해당 충전 영역(예컨대, 11)으로 이동하여 착륙한다(S260).
이후, 도 8B를 참조하면, 드론 유닛(200)이 안내받은 충전 영역(11)에 착륙 후, 무선 통신부(210)를 통해 고정 및 충전 요청 신호를 충전 유닛(100)에 전송한다(S270).
충전 유닛(100)은 무선 통신부(110)를 통해 드론 유닛(200)의 고정 및 충전 요청 신호를 수신하면, 고정부(140)는 충전 영역(11)에 자기장을 발생시키고, 고정부(140)를 통해 드론 유닛(200)을 충전 플레이트(10)의 충전 영역(11)에 고정한다(S150).
여기서, 상술한 바와 같이 고정부(140)는 자기장 발생 시 자성을 갖는 금속 부재로 구성되어 드론 유닛(200)의 고정부(240)를 자력으로 고정한다.
이후, 충전 유닛(100)은 드론 유닛(200)의 식별 정보를 기반으로 드론 유닛(200)의 충전 방식을 결정한다(S160).
여기서, 충전방식 결정 단계(S160)는 도 9에 도시된 흐름도와 같이 진행될 수 있다.
우선, 충전 유닛(100)은 드론 유닛(200)의 식별 정보를 기반으로 드론 유닛(200) 내에 인식 모듈(미도시)이 존재하는지 여부를 판단한다(S1610).
만약, 해당 드론 유닛(200) 내에 인식 모듈이 존재하지 않는다면, 충전 유닛(100)은 드론 유닛(200)의 식별 정보 중 사용자 개인 정보를 통해 연락처를 획득하고, 해당 연락처로 SNS를 보내 계약 정보 입력을 요청한다(S1611).
이후, 충전 유닛(100)은 사용자가 별도로 입력한 정보를 수신한다(S1612).
충전 유닛(100)은 해당 드론 유닛(200) 내에 인식 모듈에 저장된 식별 정보 또는 사용자가 입력한 입력 정보를 기반으로 전력 공급받을 수 있는 최대 사용자 참여 용량을 고려한 부하량을 계산한다(S1615).
충전 유닛(100)에서 전력량은 무한으로 공급이 되는 것이 아니라 한전 또는 전력 공급자와의 계약을 통해서 일정 전력량을 공급할 수 있도록 되어 있으므로 충전 유닛(100)은 충전 중인 드론 유닛(200)의 개수를 파악하고, 저속, 완속 그리고 급속 충전의 방식을 확인하여 해당 드론 유닛(200)들의 참여하는 전력 수요량을 파악해서 전력 부하량을 계산한다.
이후, 충전 유닛(100)은 계산된 전력 부하량을 적용하고(S1620), 전력 부하량이 적용된 가중치를 적용한다(S1625).
전력 공급자와 사용자의 전력 계약에 근거 또는 과도한 전력 수요를 방지하기 위해서 드론 유닛(200)의 배터리(230)를 충전하기 위해 가중치를 적용하여 저속, 완속 및 급속 충전으로 구분한다.
이를 통해, 충전 방식은 드론 유닛(200)에 따라 모두 다르게 할 수 있고, 특정 드론 유닛(200)의 배터리(230) 충전 방식을 급속으로만 선택하게 되어 모두 급속으로 충전을 진행하게 되는 경우 전력 부하량이 급속으로 올라가게 될 수 있는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 드론 유닛(200)이 충전 플레이트(10)에 착륙하는 시간에 따라 충전 시간이 달라지게 되므로 도착 시간에 따른 시간별로 발생할 수 있는 충전 부하량을 계산하여 해당 드론 유닛(200)에 따라 가중치를 두어 충전을 위한 전력 배분 방식을 달리할 수 있다.
여기서, 충전 유닛(100)은 복수의 드론 유닛(200)에 다른 대역폭의 공진 주파수를 할당하여 드론 유닛(200)을 충전할 수 있다.
충전 유닛(100)은 다른 대역폭의 공진 주파수들은 모두 일정한 주파수 대역폭을 가지는 채널로 나누고 채널 분배 방식을 통해 무선 충전에 필요한 채널을 드론 유닛(200)들이 할당 받는 방식으로, 저속, 완속 및 고속 3가지의 충전 방식을 제공할 수 있다.
한편, 드론 유닛(200)의 충전 플레이트(10) 도착시간에 따라 충전 시작이 달리 되기 때문에 시간에 따라 드론에게 배분할 수 있는 주파수와 채널이 점차 감소하게 된다.
다만, 일정 비율로 주파수와 채널이 감소하게 되는 것을 예측할 수 없기 때문에 일정한 비율로 할당할 수 있는 주파수들과 해당 주파수들의 채널이 남지 않았다면 가중치에 따른 주파수와 대역폭을 결정하는 것이 바람직하다.
여기서, 가중치가 높다는 것은 무선충전에 필요한 주파수 대역폭(채널)들이 많이 남아 있거나 해당 주파수 대역폭은 일정한 시간동안 계속 사용할 수 있다는 것을 의미하므로 해당 대역폭을 사용하는 사용자들은 충전을 안정적이고 급속 충전이 가능하다는 의미이고, 가중치가 낮다는 것은 무선 충전에 필요한 주파수 대역폭이 적거나 해당 주파수 대역폭은 다른 사람들과 번갈아서 사용하기 때문에 해당 대역폭 사용자는 항상 빈 대역폭을 찾아서 옮겨야 하기 때문에 드론 유닛(200)의 배터리(230) 충전 시간이 길어질 수 있다.
이후, 충전 유닛(100)은 해당 가중치 적용 후 식별 정보에 따른 우선 순위를 결정하여 주파수를 할당할 수 있다(S1630).
여기서, 드론 유닛(200)의 배터리(230) 충전을 위한 드론 유닛(200)이 적을 경우에는 주파수와 채널 할당이 원활하게 이루어 지지만 무선 충전을 위한 드론 유닛(200)이 많아질 경우 충전 플레이트(10) 위에 도착하는 시점이 다르고 드론 유닛(200)에 내장 또는 사용자가 수동으로 입력한 사용자 입력 정보(충전 방식 요구)에 따라서도 시간차가 발생하기 때문에 같은 충전 방식이라도 시간 순서에 따라 우선 순위가 결정된다.
이후, 충전 유닛(100)은 계약 정보를 통해 복수의 사용자의 충전 비용을 비교하고, 이에 따라 충전에 따른 우선 순위를 부여할 수 있다(S1635).
충전 유닛(100)은 서로 다른 충전 방식을 요구하는 드론 유닛(200)이 있을 경우 충전 방식 과금 체제에 기인해서 차등으로 충전에 따른 우선 순위를 부여할 수 있다.
예컨대, 충전 유닛(100)은 높은 요금을 지불할 것으로 계약한 사용자의 드론 유닛(200)에게는 높은 순위의 우선 순위를 부여하여 넓은 주파수 대역을 할당하고, 낮은 요금을 지불할 것으로 계약한 사용자의 드론 유닛(200)에게는 상대적으로 낮은 가중치를 가지는 대역폭을 할당할 수 있다.
여기서, 무선 주파수를 이용한 전력 충전 방식은 충전에 필요한 주파수와 해당 대역폭이 많을수록 충전이 빠르게 진행이 되므로 많은 주파수와 대역폭을 할당 받는 것이 충전에 유리하다.
다만, 무선충전 서비스를 제공하는 입장에서는 무선 충전 규격에 따른 제한된 주파수를 가지고 무선 충전을 진행하므로 무한정의 주파수와 주파수 대역을 할당할 수 없기 때문에 효율적인 주파수 관리가 필수적이며, 해당 무선 충전 QI 규격에서는 무선 충전을 위한 주파수 대역만 결정되어 있을 뿐 주파수 사용방법에는 언급이 없으므로 무선 충전 주파수의 효율적인 관리를 위해서는 주파수를 동일한 간격을 가지고 있는 주파수 대역으로 나누고 이를 채널이라고 하여 같은 주파수에 여러 채널을 가지고 있는 것이 채널 획득에 따라 남은 주파수 대역폭을 산정할 수 있고 주파수 관리에도 편리하다.
즉, 채널 할당 개수가 많으면 주파수 대역폭이 넓어 지므로 고속 충전이 가능하고, 반대로 주파수 대역폭이 좁아지면 저속 충전으로 전환될 수 있다.
한편, 충전 유닛(100)은 드론 유닛(200)에 내장된 배터리(230)를 무선충전을 하기 위해서는 드론 유닛(200)의 운영 목적에 따라 배터리(230)의 충전에 필요한 방식을 선택하고 해당 방식에 따라 사용자가 요금을 지불하기 때문에 시간을 결정했으면 해당 시간동안 급속 또는 완속으로 충전할지 결정할 수 있다.
예컨대, 채널 할당에 따른 무선 충전 방식이므로, 충전 유닛(100)은 필요에 따라서 충전 시간을 오래 두고 드론 유닛(200)을 저속으로 충전할 수 있다.
이후, 충전 유닛(100)은 드론 유닛(200)의 충전량이 전력 허용 범위에 따른 가중치 또는 사용자 선택에 따라 최소량 충전(드론이 동작하기 위한 최소 전력량)으로 충전하는 것이 가능한지 여부를 판단한다(S1640).
또한, 충전 유닛(100)은 드론 유닛(200)의 식별 정보 또는 사용자 입력 따라 드론 유닛(200)이 급속으로 충전 가능한지 여부를 판단한다(S1645).
전력이 무한정으로 공급되지 않고 무선 충전을 위한 주파수들은 한정이 되어 있으므로 다수의 배터리를 충전하기 위해 드론 유닛(200)들이 무선 충전 플레이트(10)에 있을 경우 해당 공급 계약 전력량과 할당할 수 있는 주파수 대역을 충전 유닛(100)은 항상 고려한다.
또한, 드론 유닛(200)의 사용자는 해당 충전 방식에 따라 요금을 지불하기 때문에 사용자 선택에 따라 충전 방식과 시간이 결정될 수 있다.
따라서, 충전 유닛(100)은 드론 유닛(200)의 배터리(230) 충전을 위해서 무선 충전 플레이트(10)에 충전 대기 중인 드론 유닛(200)이 소비하는 전력을 제외한 시간당 전력량의 나머지와 해당 드론 유닛(200)을 제외하고 새로 무선 충전을 위한 드론 유닛(200)에게 할당할 수 있는 주파수 대역을 고려한다.
한편, 충전 유닛(100)은 특정 드론 유닛(200)에서 할당 받은 주파수 대역이 적고 시간당 공급할 수 있는 전력량이 적은 경우, 사용자가 충전 방식을 변경하도록 요청할 수 있고, 충전 방식 변경에 따라 드론 유닛(200)의 주파수 대역폭을 재할당할 수 있다.
이후, 충전 유닛(100)은 부하량을 고려하여, 부하의 범위 내에서 무선 충전이 이루어 지고 있는지 판단할 수 있다(S1650).
또한, 충전 유닛(100)은 충전이 완료된 것으로 판단된 후 충전 플레이트(10)를 떠난 드론 유닛(200)이 있고, 충전 플레이트(10)에 남은 배터리 미 충전 드론 유닛(200)이 존재하는지 여부를 판단하고(S1665), 미 충전 드론 유닛(200)이 존재한다면 부하량을 다시 계산한다.
예컨대, 특정 드론 유닛(200)의 배터리(230)의 충전이 완료되면 해당 배터리(230)에 계속 무선으로 전력을 공급하는 것은 낭비이므로 완충된 배터리(230)를 제외한 나머지 배터리(230)들에게는 충전량을 고려해서 공급 계약 전력량에 따라 채널을 다시 할당하여 주어진 시간 동안 배터리 충전을 완료한다.
여기서, 드론 유닛(200)이 충전을 위해 무선 충전 플레이트(10)에 도착하는 시간이 차이가 있으므로 모두 급속 충전을 선택하더라도 제 1순위로 도착한 드론 유닛(200)은 완충이 완료될 시점이 나머지 드론 유닛(200)들 보다 빠르므로 계속 급속 충전을 할 필요가 없이 완충된 시점에서 해당 배터리에 속해 있는 전력을 다른 배터리에 배분하는 방식으로 전력 소모 피크를 줄일 수 있다.
이후, 다시 도 8B를 참조하면, 충전 유닛(100)은 결정된 충전 방식에 따라 드론 유닛(200)을 충전한다(S170).
이후, 충전 유닛(100)은 해당 드론 유닛(200)의 배터리(230)가 충전이 완료되었는지 판단한다(S180).
이후, 충전 유닛(100)은 해당 드론 유닛(200)의 배터리(230) 충전이 완료되었다고 판단하면, 드론 유닛(200)에 이륙 요청 신호를 전송한다(S190).
충전 유닛(100)으로부터 이륙 요청 신호를 수신하면, 드론 유닛(200)은 이륙 준비를 완료하고, 충전 플레이트(10)에서 이륙할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
1000: 드론의 무선 충전 시스템
100: 충전 유닛
110: 무선 통신부
120: 전력 송신부
130: 감지부
140: 고정부
150: 제어부
200: 드론 유닛
210: 무선 통신부
220: 전력 수신부
230: 배터리
240: 고정부
250: 제어부

Claims (11)

  1. 드론 유닛을 충전하는 드론의 무선 충전 시스템에 있어서,
    복수의 충전 영역 중 적어도 하나의 충전 영역에 상기 드론 유닛을 착륙시킨 후, 상기 드론 유닛의 배터리를 충전시키는 충전 유닛; 을 포함하고,
    상기 충전 유닛은,
    상기 배터리의 충전 방식을 결정하고, 상기 충전 방식을 기반으로 무선 충전을 위한 공진 주파수를 할당하는 제어부를 포함하고,
    상기 충전 유닛은,
    상기 드론 유닛이 안착되고 충전되는 공간을 제공하며, 자기장을 발생하여 상기 드론 유닛을 충전하는 충전 플레이트를 포함하고,
    상기 충전 플레이트는
    차폐층인 제1층,
    상기 제1층 상에 배치되며, 상이한 주파수의 자기장을 발생하는 복수의 코일을 포함하는 제2층, 및
    상기 제2층 상에 배치되며, 상기 제2층에서 발생한 자기장에 의해 자성을 갖는 금속 시트를 포함하는 제3층,을 포함하고,
    상기 드론 유닛은 금속 부재로 구성되어, 상기 충전 플레이트에서 자기장 발생 시 자력에 의해 상기 제3층에 고정되는 적어도 하나의 다리를 포함하는 드론의 무선 충전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전 유닛은 자기공진방식으로 상기 배터리를 충전하며,
    상기 배터리의 충전 방식은 저속 충전, 완속 충전 또는 고속 충전을 포함하는 드론의 무선 충전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전 유닛은,
    다른 대역의 공진 주파수들을 모두 일정한 주파수 대역폭을 가지는 채널로 나누고,
    채널 분배 방식을 통해 무선 충전에 필요한 채널을 상기 드론 유닛에 할당하는 드론의 무선 충전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충전 유닛은,
    상기 드론 유닛의 식별 정보를 기반으로 충전 우선 순위를 결정하고,
    상기 충전 우선 순위에 따라 상기 드론 유닛의 배터리의 충전 방식을 결정하되,
    상기 식별 정보는, 상기 드론 유닛의 형상 정보, 식별 코드 정보, 사용자 개인 정보, 배터리 정보, 또는 계약 정보를 포함하는 드론의 무선 충전 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 충전 유닛에서 수행되는 드론의 무선 충전 방법에 있어서,
    (A) 드론 유닛으로부터 충전을 위한 착륙 요청 신호를 수신하면, 복수의 충전 영역 중 적어도 하나의 충전 영역에 상기 드론 유닛을 착륙시키는 단계;
    (B) 상기 드론 유닛의 식별 정보를 기반으로 충전 방식을 결정하고, 상기 충전 방식을 기반으로 무선 충전을 위한 공진 주파수를 할당하는 단계; 및
    (C) 상기 결정된 충전 방식에 따라 상기 드론 유닛의 배터리를 충전시키는 단계;를 포함하고,
    상기 충전 유닛은,
    상기 드론 유닛이 안착되고 충전되는 공간을 제공하며, 자기장을 발생하여 상기 드론 유닛을 충전하는 충전 플레이트를 포함하고,
    상기 충전 플레이트는
    차폐층인 제1층,
    상기 제1층 상에 배치되며, 상이한 주파수의 자기장을 발생하는 복수의 코일을 포함하는 제2층, 및
    상기 제2층 상에 배치되며, 상기 제2층에서 발생한 자기장에 의해 자성을 갖는 금속 시트를 포함하는 제3층,을 포함하고,
    상기 드론 유닛은 금속 부재로 구성되어, 상기 충전 플레이트에서 자기장 발생 시 자력에 의해 상기 제3층에 고정되는 적어도 하나의 다리를 포함하는 드론의 무선 충전 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (A) 단계는,
    상기 충전 유닛이 설치된 장소의 위치 정보 및 충전 가능 여부 정보를 포함하는 신호를 송신하는 단계, 를 더 포함하되,
    상기 드론 유닛이 상기 신호를 수신한 경우에는 상기 충전 유닛으로 착륙 요청 신호를 송신하고, 상기 드론 유닛이 상기 신호를 수신하지 않는 경우에는 기저장된 충전 유닛의 위치정보를 기반으로 해당 위치로 이동하는 드론의 무선 충전 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (B)단계는;
    (B-1) 상기 드론 유닛의 참여 용량을 고려한 부하량을 계산하는 단계;
    (B-2) 상기 부하량이 적용된 가중치를 적용하는 단계; 및
    (B-3) 상기 가중치 적용 후 식별 정보에 따른 우선 순위를 결정하여 상기 드론 유닛에 주파수를 할당하는 단계; 를 포함하는 드론의 무선 충전 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (B-1) 단계 이전에,
    상기 드론 유닛 내 인식 모듈이 존재하는지 판단하는 단계;
    상기 드론 유닛 내 인식 모듈이 존재하지 않는다면, 상기 드론 유닛의 식별 정보 중 사용자 개인 정보를 통해 연락처를 획득하고, 상기 연락처로 SNS를 보내 계약 정보 입력을 요청하고, 사용자가 입력한 계약 정보를 수신하는 단계;
    상기 드론 유닛 내 인식 모듈이 존재하거나, 또는 사용자가 입력한 계약 정보를 수신하면, 상기 드론 유닛 내 인식 모듈에 저장된 식별 정보 또는 사용자가 입력한 계약 정보를 기반으로 참여 용량을 판단하는 단계;를 더 포함하는 드론의 무선 충전 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 (B-3) 단계는,
    상기 식별 정보에 따라 상대적으로 높은 요금을 지불할 것으로 계약한 사용자의 드론 유닛에게는 상대적으로 높은 순위의 우선 순위를 부여하여 상대적으로 넓은 주파수 대역을 할당하고, 상대적으로 낮은 요금을 지불할 것으로 계약한 사용자의 드론 유닛에게는 상대적으로 낮은 순위의 우선 순위를 부여하여 상대적으로 좁은 대역폭을 할당하는 드론의 무선 충전 방법.
KR1020190117824A 2019-05-23 2019-09-25 드론의 무선 충전 시스템 KR102332991B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20190060675 2019-05-23
KR1020190060675 2019-05-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200135118A KR20200135118A (ko) 2020-12-02
KR102332991B1 true KR102332991B1 (ko) 2021-11-30

Family

ID=73791476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190117824A KR102332991B1 (ko) 2019-05-23 2019-09-25 드론의 무선 충전 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102332991B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102246312B1 (ko) * 2020-12-31 2021-04-30 윤현식 버스정류장 및 지하철역 지붕 공간활용을 위한 탈착식 모듈러 공간 시스템
KR102578231B1 (ko) 2021-04-28 2023-09-15 주식회사 웨이브쓰리디 드론의 무선 충전 시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013070500A (ja) * 2011-09-22 2013-04-18 Nissan Motor Co Ltd 充電装置及び充電方法
JP2017527479A (ja) * 2014-08-08 2017-09-21 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッドＳｚ Ｄｊｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ エネルギー提供ステーション
KR101813257B1 (ko) * 2016-11-23 2018-01-03 (주)제이에이치아이 전기차 충전 서비스 시스템

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130047901A (ko) * 2011-11-01 2013-05-09 한국에너지기술연구원 전기자동차의 배터리 충전 관리 방법, 이를 위한 충전관리장치 및 이를 위한 시스템
KR20170040961A (ko) * 2015-10-06 2017-04-14 엘지이노텍 주식회사 무인비행체 무선충전 시스템 및 이의 구동 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013070500A (ja) * 2011-09-22 2013-04-18 Nissan Motor Co Ltd 充電装置及び充電方法
JP2017527479A (ja) * 2014-08-08 2017-09-21 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッドＳｚ Ｄｊｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ エネルギー提供ステーション
KR101813257B1 (ko) * 2016-11-23 2018-01-03 (주)제이에이치아이 전기차 충전 서비스 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200135118A (ko) 2020-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Niyato et al. Wireless powered communication networks: Research directions and technological approaches
Lu et al. Wireless charger networking for mobile devices: Fundamentals, standards, and applications
CN103138406B (zh) 无线电力传送器及其传送电力的方法
US9438067B2 (en) Wireless charging system having different charging modes
KR101974703B1 (ko) 전기 차량 및 충전 스테이션의 상호 검출 및 식별과 관련된 시스템들, 방법들, 및 장치
Jadidian et al. Magnetic MIMO: How to charge your phone in your pocket
KR101891426B1 (ko) 무선 전력 전송 제어 방법 및 무선 전력 전송 시스템
US9142997B2 (en) Wireless power transmission system, and method and apparatus for allocating communication channel and transmitting power in wireless power transmission system
CN109946998B (zh) 无人机牧场续航方法及系统
KR102332991B1 (ko) 드론의 무선 충전 시스템
CN104756358B (zh) 无线电力接收器和用于在无线电力接收器中设定睡眠模式的方法
CN103782486A (zh) 无线功率发送与充电系统以及其中控制通信和功率的方法
CN104823224B (zh) 无线电力发送器和接收器以及用于在无线充电网络中发送紧急信息的方法
US20180287413A1 (en) Wireless charging device alignment guiding method and device and system for same
EP3376635A1 (en) Multi-coil wireless charging method, and apparatus and system therefor
CN108767954B (zh) 智能家居的远程无线充电系统、控制系统及方法
CN105009412A (zh) 无线电力发送器及其控制方法
CN103346599A (zh) 一种电动汽车充电的方法及系统
JP2012516131A5 (ko)
KR20110103294A (ko) 무선 충전을 수행하는 장치 및 방법
KR20140008975A (ko) 무선 전력 송신기, 무선 전력 수신기 및 각각의 제어 방법
KR101697303B1 (ko) 차량용 무선충전 송신모듈
KR20120134999A (ko) 무선 전력 전송 및 충전 시스템, 무선 전력 전송 및 충전 시스템의 통신 및 전력 제어 방법
KR101555577B1 (ko) 무선 전력 전송 방법
CN110654255A (zh) 多插口车辆充电装置及控制策略

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right