KR20170039356A

KR20170039356A - 무인비행체 무선충전 시스템 및 이의 구동 방법

Info

Publication number: KR20170039356A
Application number: KR1020150138373A
Authority: KR
Inventors: 박성수
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2015-10-01
Filing date: 2015-10-01
Publication date: 2017-04-11

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 무인비행체의 구동 방법은 GPS 정보에 기초하여 상기 무인비행체가 이동하고, 상기 충전 장치의 위치 정보를 포함하는 무선 신호를 상기 충전 장치로부터 수신하는 단계와, 상기 GPS 정보와 상기 무선 신호에 포함된 위치 정보의 일치 여부를 판단하고, 상기 GPS 정보와 상기 무선신호에 기초하여 착륙하는 단계와, 상기 무인비행체의 전력 정보를 포함하는 수신 패킷을 상기 충전 장치로 전송하고, 상기 수신 패킷에 기초하여 생성된 상기 충전 장치의 위치 좌표를 포함하는 정밀 위치 정보를 상기 충전 장치로부터 수신하는 단계를 포함한다.

Description

무인비행체 무선충전 시스템 및 이의 구동 방법{wireless charging system for unmaned aircraft and method having the same}

본 발명은 무인비행체 무선충전 시스템 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.

무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.

한편, 무인 비행체는 조종사가 탑승하지 않고 원격 조정 또는 자율 비행 제어 장치에 의해 비행하여 정착, 화물 수송, 산불 감시, 방사능 감시 등 사람이 직접 수행하기 힘들거나 직접 수행하기 위험한 임무를 수행하는 등 활용도가 매우 높지만 무인비행체의 전력 공급이 수월하지 않아 장시간 비행에 어려운 문제가 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 무선 충전 효율이 향상된 무인비행체 무선충전 시스템 및 동작 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 충전 장치의 구동 방법은 충전 장치의 AP 정보를 포함하는 무선 신호를 상기 무인비행체에 전송하는 단계와, 상기 무인비행체를 감지하여 디지털 신호를 송신하고, 상기 무인 비행체로부터 수신 패킷을 수신하는 단계와, 상기 수신 패킷에 포함된 무선 전력 수신 장치의 수신 전력 정보에 기초하여 얼라인 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 무인비행체의 착륙부에 무선 충전 모듈을 배치하여 충전 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, IR-UWB 통신 방식을 이용한 위치 측위를 통해 무인비행체의 정확한 착륙을 유도할 수 있다.

또한, 무인비행체의 착륙 지점에 기초하여 무선 전력 송신 장치를 활성화하거나 이동시켜 충전 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 자기 유도 방식 등가회로이다.
도 2는 자기 공진 방식 등가회로이다.
도 3a 및 3b는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 무선 전력 송신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 무선 전력 수신 장치를 나타낸 블록도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템을 설명하는 도면이고, 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인비행체의 사시도이다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체의 시스템 블록도이고, 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인비행체의 시스템 블록도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템을 설명하는 도면이다.
도 11a와 도 11b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템을 설명하는 도면이다.
도 13a는본 발명의 실시예에 따른 충전 장치의 시스템 블록도이고, 도 13b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전 장치의 시스템 블록도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체의 구동 방법을 설명하는 순서도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 충전장치의 구동 방법을 설명하는 순서도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전장치의 구동 방법을 설명하는 순서도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충전장치의 구동 방법을 설명하는 순서도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충전장치의 구동 방법을 설명하는 순서도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 무선으로 전력을 전송하는 기능을 구비한 무선 전력 송신 장치와 무선으로 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치를 포함한 무선전력전송 시스템을 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

실시예는 무선 전력 전송을 위하여 저주파(50kHz)부터 고주파(15MHz)까지의 다양한 종류의 주파수 대역을 선택적으로 사용하며, 시스템 제어를 위하여 데이터 및 제어신호를 교환할 수 있는 통신시스템을 포함할 수도 있다.

실시예는 배터리를 사용하거나 필요로 하는 전자기기를 사용하는 휴대단말 산업, 스마트 시계 산업, 컴퓨터 및 노트북 산업, 가전기기 산업, 전기자동차 산업, 의료기기 산업, 로봇 산업 등 다양한 산업분야에 적용될 수 있다.

실시예는 하나 또는 복수개의 전송 코일을 사용하여 한 개 이상의 다수기기에 전력 전송이 가능한 시스템을 고려할 수 있다.

실시예에 따르면 스마트폰, 노트북 등 모바일 기기에서의 배터리 부족문제를 해결할 수 있고, 일 예로 테이블에 무선충전패드를 놓고 그 위에서 스마트폰, 노트북을 사용하면 자동으로 배터리가 충전되어 장시간 사용할 수 있게 된다. 또한 까페, 공항, 택시, 사무실, 식당 등 공공장소에 무선충전패드를 설치하면 모바일기기 제조사별로 상이한 충전단자에 상관없이 다양한 모바일기기를 충전할 수 있다. 또한 무선전력전송 기술이 청소기, 선풍기 등의 생활가전제품에 적용되면 전원케이블을 찾아 다닐 필요가 없게 되고 가정 내에서 복잡한 전선이 사라지면서 건물 내 배선이 줄고 공간활용 폭도 넓어질 수 있다. 또한 현재의 가정용 전원으로 전기자동차를 충전할 경우 많은 시간이 소요되지만 무선전력전송 기술을 통해서 고전력을 전송한다면 충전시간을 줄일 수 있게 되고 주차장 바닥에 무선충전시설을 설치하게 되면 전기자동차 주변에 전원케이블을 준비 해야 하는 불편함을 해소 할 수 있다.

실시예에서 사용되는 용어와 약어는 다음과 같다.

무선전력전송 시스템 (Wireless Power Transfer System): 자기장 영역 내에서 무선 전력 전송을 제공하는 시스템

무선 전력 송신 장치(Wireless Power Transfer System-Charger): 자기장 영역 내에서 전력수신기에게 무선전력전송을 제공하며 시스템 전체를 관리하는 장치.

무선 전력 수신 장치(Wireless Power Transfer System-Device): 자기장 영역 내에서 전력송신기로부터 무선전력 전송을 제공받는 장치.

충전 영역(Charging Area): 자기장 영역 내에서 실제적인 무선 전력 전송이 이루어지는 지역이며, 응용 제품의 크기, 요구 전력, 동작주파수에 따라 변할 수 있다.

S 파라미터(Scattering parameter): S 파라미터는 주파수 분포상에서 입력전압 대 출력전압의 비로 입력 포트 대 출력 포트의 비(Transmission; S21) 또는 각각의 입/출력 포트의 자체 반사값, 즉 자신의 입력에 의해 반사되어 돌아오는 출력의 값(Reflection; S11, S22).

품질 지수 Q(Quality factor): 공진에서 Q의 값은 주파수 선택의 품질을 의미하고 Q 값이 높을수록 공진 특성이 좋으며, Q 값은 공진기에서 저장되는 에너지와 손실되는 에너지의 비로 표현됨.

무선으로 전력을 전송하는 원리를 살펴보면, 무선 전력 전송 원리로 크게 자기 유도 방식과 자기 공진 방식이 있다.

자기 유도 방식은 소스 인덕터(Ls)와 부하 인덕터(Ll)를 서로 근접시켜 한쪽의 소스 인덕터(Ls)에 전류를 흘리면 발생하는 자속을 매개로 부하 인덕터(Ll)에도 기전력이 발생하는 비접촉 에너지 전송기술이다. 그리고 자기 공진 방식은 2개의 공진기를 결합하는 것으로 2개의 공진기 간의 고유 주파수에 의한 자기 공진이 발생하여 동일 주파수로 진동 하면서 동일 파장 범위에서 전기장 및 자기장을 형성시키는 공명 기법을 활용하여 에너지를 무선으로 전송하는 기술이다.

도 1은 자기 유도 방식 등가회로이다.

도 1을 참조하면, 자기 유도 방식 등가회로에서 무선 전력 송신 장치는 전원을 공급하는 장치에 따른 소스 전압(Vs), 소스 저항(Rs), 임피던스 매칭을 위한 소스 커패시터(Cs) 그리고 무선 전력 수신 장치와의 자기적 결합을 위한 소스 코일(Ls)로 구현될 수 있고, 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 수신 장치의 등가 저항인 부하 저항(Rl), 임피던스 매칭을 위한 부하 커패시터(Cl) 그리고 무선 전력 송신 장치와의 자기적 결합을 위한 부하 코일(Ll)로 구현될 수 있고, 소스 코일(Ls)과 부하 코일(Ll)의 자기적 결합 정도는 상호 인덕턴스(Msl)로 나타낼 수 있다.

도 1에서 임피던스 매칭을 위한 소스 커패시터(Cs)와 부하 커패시터(Cl)이 없는 오로지 코일로만 이루어진 자기 유도 등가회로로부터 입력전압 대 출력전압의 비(S21)를 구하여 이로부터 최대 전력 전송 조건을 찾으면 최대 전력 전송 조건은 이하 수학식 1을 충족한다.

[수학식 1]

Ls/Rs=Ll/Rl

상기 수학식 1에 따라 송신 코일(Ls)의 인덕턴스와 소스 저항(Rs)의 비와 부하 코일(Ll)의 인덕턴스와 부하 저항(Rl)의 비가 같을 때 최대 전력 전송이 가능하다. 인덕턴스만 존재하는 시스템에서는 리액턴스를 보상할 수 있는 커패시터가 존재하지 않기 때문에 최대 전력 전달이 이루어지는 지점에서 입/출력 포트의 자체 반사값(S11)의 값은 0이 될 수 없고, 상호 인덕턴스(Msl) 값에 따라 전력 전달 효율이 크게 변화할 수 있다. 따라서, 임피던스 매칭을 위한 보상 커패시터로써 무선 전력 송신 장치에 소스 커패시터(Cs)가 부가될 수 있고, 무선 전력 수신 장치 에 부하 커패시터(Cl)가 부가될 수 있다. 상기 보상 커패시터(Cs, Cl)는 예로 수신 코일(Ls) 및 부하 코일(Ll) 각각에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 또한 임피던스 매칭을 위하여 무선 전력 송신 장치 및 무선 전력 수신 장치 각각에는 보상 커패시터 뿐만 아니라 추가적인 커패시터 및 인덕터와 같은 수동 소자가 더 부가될 수 있다.

도 2는 자기 공진 방식 등가회로이다.

도 2를 참조하면, 자기 공진 방식 등가회로에서 무선 전력 송신 장치는 소스 전압(Vs), 소스 저항(Rs) 그리고 소스 인덕터(Ls)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 소스 코일(Source coil)과 송신측 공진 인덕터(L1)와 송신측 공진 커패시터(C1)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 송신측 공진 코일(Resonant coil)로 구현되고, 무선 전력 수신 장치는 부하 저항(Rl)와 부하 인덕터(Ll)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 부하 코일(Load coil)과 수신측 공진 인덕터(L2)와 수신측 공진 커패시터(C2)의 직렬 연결로 폐회로를 구성하는 수신측 공진 코일로 구현되며, 소스 인덕터(Ls)와 송신측 인덕터(L1)는 K01의 결합계수로 자기적으로 결합되고, 부하 인덕터(Ll)와 부하측 공진 인덕터(L2)는 K23의 결합계수로 자기적으로 결합되고, 송신측 공진 인덕터(L1)와 수신측 공진 인덕터(L2)는 L12의 결합 계수로 자기적으로 결합된다. 또 다른 실시예의 등가회로에서는 소스 코일 및/또는 부하 코일을 생략하고 송신측 공진 코일과 수신측 공진 코일만으로 이루어질 수도 있다.

자기 공진 방식은 두 공진기의 공진 주파수가 동일할 때에는 무선 전력 송신 장치의 공진기의 에너지의 대부분이 무선 전력 수신 장치의 공진기로 전달되어 전력 전달 효율이 향상될 수 있고, 자기 공진 방식에서의 효율은 이하 수학식 2를 충족할 때 좋아진다.

[수학식 2]

k/Γ >> 1 (k는 결합계수, Γ 감쇄율)

자기 공진 방식에서 효율을 증가시키기 위하여 임피던스 매칭을 위한 소자를 부가할 수 있고, 임피던스 매칭 소자는 인덕터 및 커패시터와 같은 수동 소자가 될 수 있다.

이와 같은 무선 전력 전송 원리를 바탕으로 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전달하기 위한 무선전력전송 시스템을 살펴본다.

<무선 전력 송신 장치>

도 3a 및 도 3b는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 무선 전력 송신 장치를 나타낸 블록도이다.

도 3a를 참조하면, 실시예에 따른 무선전력전송 시스템은 무선 전력 송신 장치(1000)와 무선 전력 송신 장치(1000)로부터 무선으로 전력을 전송받는 무선 전력 수신 장치(2000)를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(1000)는 입력되는 교류 신호를 전력 변환하여 교류 신호로 출력하는 전력변환부(101)와 상기 전력변환부(101)로부터 출력되는 교류 신호에 기초하여 자기장을 생성하여 충전 영역 내의 무선 전력 수신 장치(2000)에 전력을 제공하는 공진회로부(102) 및 상기 전력변환부(101)의 전력 변환을 제어하고, 상기 전력변환부(101)의 출력 신호의 진폭과 주파수를 조절하고, 상기 공진회로부(102)의 임피던스 매칭을 수행하며, 상기 전력변환부(101) 및 상기 공진회로부(102)로부터 임피던스, 전압, 전류 정보를 센싱하며, 상기 무선 전력 수신 장치(2000)와 무선 통신할 수 있는 제어부(103)를 포함할 수 있다. 상기 전력변환부(101)는 교류신호를 직류로 변환하는 전력변환부, 직류의 레벨을 가변하여 직류를 출력하는 전력변환부, 직류를 교류로 변환하는 전력변환부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 상기 공진회로부(102)는 코일과 상기 코일과 공진할 수 있는 임피던스 매칭부를 포함할 수 있다. 또한 상기 제어부(103)는 임피던스, 전압, 전류 정보를 센싱하기 위한 센싱부와 무선 통신부를 포함할 수 있다.

구체적으로 도 3b를 참조하면, 상기 무선 전력 송신 장치(1000)는 송신측 교류/직류 변환부(1100), 송신측 직류/교류 변환부(1200), 송신측 임피던스 매칭부(1300), 송신 코일부(1400) 그리고 송신측 통신 및 제어부(1500)을 포함할 수 있다.

송신측 교류/직류 변환부(1100)는 송신측 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 외부로부터 제공되는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 전력 변환부로써, 상기 송신측 교류/직류 변환부(1100)는 서브 시스템으로 정류기(1110)와 송신측 직류/직류 변환부(1120)을 포함할 수 있다. 상기 정류기(1110)는 제공되는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 시스템으로써 이를 구현하는 실시예로 고주파수 동작 시 상대적으로 높은 효율을 가지는 다이오드 정류기, 원-칩(one-chip)화가 가능한 동기 정류기 또는 원가 및 공간 절약이 가능하고 및 데드 타임(Dead time)의 자유도가 높은 하이브리드 정류기가 될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 교류를 직류로 변환하는 시스템이라면 적용 가능하다. 또한 상기 송신측 직류/직류 변환부(1120)는 송신측 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 상기 정류기(1110)으로부터 제공되는 직류 신호의 레벨을 조절하는 것으로 이를 구현하는 예로 입력 신호의 레벨을 낮추는 벅 컨버터(Buck converter), 입력 신호의 레벨을 높이는 부스트 컨버터(Boost converter), 입력 신호의 레벨을 낮추거나 높일 수 있는 벅 부스트 컨버터(Buck Boost converter) 또는 축 컨버터(Cuk converter)가 될 수 있다. 또한 상기 송신측 직류/직류 변환부(1120)는 전력 변환 제어 기능을 하는 스위치소자와 전력 변환 매개 역할 또는 출력 전압 평활 기능을 하는 인덕터 및 커패시터, 전압 이득을 조절 또는 전기적인 분리 기능(절연 기능)을 하는 트랜스 등을 포함할 수 있으며, 입력되는 직류 신호에 포함된 리플 성분 또는 맥동 성분(직류 신호에 포함된 교류 성분)을 제거하는 기능을 할 수 있다. 그리고 상기 송신측 직류/직류 변환부(1120)의 출력 신호의 지령치와 실제 출력 치와의 오차는 피드백 방식을 통해 조절될 수 있고, 이는 상기 송신측 통신 및 제어부(1500)에 의하여 이루어 질 수 있다.

송신측 직류/교류 변환부(1200)는 송신측 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 송신측 교류/직류 변환부(1100)으로부터 출력되는 직류 신호를 교류 신호로 변환하고, 변환된 교류 신호의 주파수를 조절할 수 있는 시스템으로 이를 구현하는 예로 하프 브릿지 인버터(Half bridge inverter) 또는 풀 브릿지 인버터(Full bridge inverter)가 있다. 그리고 무선전력전송 시스템은 직류를 교류로 변환하는 다양한 증폭기가 적용될 수 있고, 예로 A급, B급, AB급, C급, E 급 F급 증폭기가 있다. 또한 상기 송신측 직류/교류 변환부(1200)는 출력 신호의 주파수를 생성하는 오실레이터(Ocillator)와 출력 신호를 증폭하는 파워 증폭부를 포함할 수 있다.

송신측 임피던스 매칭부(1300)는 서로 다른 임피던스를 가진 지점에서 반사파를 최소화하여 신호의 흐름을 좋게 한다. 무선 전력 송신 장치(1000)와 무선 전력 수신 장치 (2000)의 두 코일은 공간적으로 분리되어 있어 자기장의 누설이 많으므로 무선 전력 송신 장치(1000)와 무선 전력 수신 장치(2000)의 두 연결단 사이의 임피던스 차이를 보정하여 전력 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 송신측 임피던스 매칭부(1300)는 인덕터, 커패시터 그리고 저항 소자로 구성될 수 있고, 통신 및 제어부(1500)의 제어 하에 상기 인덕터의 인덕턴스와 커패시터의 커패시턴스 그리고 저항의 저항 값을 가변하여 임피던스 매칭을 위한 임피던스 값을 조정할 수 있다. 그리고 무선전력전송 시스템이 자기 유도 방식으로 전력을 전송하는 경우, 송신측 임피던스 매칭부(1300)는 직렬 공진 구조 또는 병렬 공진 구조를 가질 수 있고, 무선 전력 송신 장치(1000)와 무선 전력 수신 장치(2000) 사이의 유도 결합 계수를 증가시켜 에너지 손실을 최소화 할 수 있다. 그리고 무선전력전송 시스템이 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 경우, 송신측 임피던스 매칭부(1300)는 무선 전력 송신 장치(1000)와 무선 전력 수신 장치(2000) 간의 이격 거리가 변화되거나 금속성 이물질(FO; Foreign Object), 다수의 디바이스에 의한 상호 영향 등에 따라 코일의 특성의 변화로 에너지 전송 선로상의 매칭 임피던스 변화에 따른 임피던스 매칭의 실시간 보정을 가능하게 할 수 있고, 그 보정 방식으로써 커패시터를 이용한 멀티 매칭 방식, 멀티 안테나를 이용한 매칭 방식, 멀티 루프를 이용한 방식 등이 될 수 있다.

송신측 코일(1400)은 복수개의 코일 또는 단수개의 코일로 구현될 수 있고, 송신측 코일(1400)이 복수개로 구비되는 경우 이들은 서로 이격되어 배치되거나 서로 중첩되어 배치될 수 있고, 이들이 중첩되어 배치되는 경우 중첩되는 면적은 자속 밀도의 편차를 고려하여 결정할 수 있다. 또한 송신측 코일(1400)을 제작할 때 내부 저항 및 방사 저항을 고려하여 제작할 수 있고, 이 때 저항 성분이 작으면 품질 지수(Quality factor)가 높아지고 전송 효율이 상승할 수 있다.

통신 및 제어부(1500)는 송신측 제어부(1510)와 송신측 통신부(1520)를 포함할 수 있다. 상기 송신측 제어부(1510)는 무선 전력 수신 장치(2000)의 전력 요구량, 현재 충전량 그리고 무선 전력 방식을 고려하여 상기 송신측 교류/직류 변환부(1100)의 출력 전압을 조절하는 역할을 할 수 있다. 그리고 최대 전력 전송 효율를 고려하여 상기 송신측 직류/교류 변환부(1200)를 구동하기 위한 주파수 및 스위칭 파형들을 생성하여 전송될 전력을 제어할 수 있다. 또한, 송신측 제어부(1510)는 무선 전력 수신 장치로부터 수신된 고유정보(RXID)에 기초하여 무선 전력 수신 장치의 크기를 판단할 수 있다. 즉, 상기 무선 전력 수신 장치의 크기에 따라 복수의 송신 코일 중 하나를 선택할 수 있다. 상기 고유정보(RXID)는 RXID 메시지, 인증정보(certification version), 식별정보, 오류검출코드(CRC)를 포함할 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니다. 상기 RXID 메시지는 무선 전력 수신 장치의 전력량 정보를 포함할 수 있다.

또한 무선 전력 수신 장치(2000)의 저장부(미도시)로부터 독출한 제어에 요구되는 알고리즘, 프로그램 또는 어플리케이션을 이용하여 무선 전력 수신 장치 (2000)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 한편 상기 송신측 제어부(1510)는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤유닛(Micro Controller Unit) 또는 마이콤(Micom)이라고 지칭할 수 있다. 상기 송신측 통신부(1520)는 수신측 통신부(2620)와 통신을 수행할 수 있고, 통신 방식의 일 예로 블루투스, NFC, Zigbee 등의 근거리 통신 방식을 이용할 수 있다. 상기 송신측 통신부(1520)와 수신측 통신부(2620)는 서로간에 충전 상황 정보 및 충전 제어 명령 등의 송수신을 진행할 수 있다. 그리고 상기 충전 상황 정보로는 무선 전력 수신 장치(2000)의 개수, 배터리 잔량, 충전 횟수, 사용량, 배터리 용량, 배터리 비율 그리고 무선 전력 송신 장치(1000)의 전송 전력량 등을 포함할 수 있다. 또한 송신측 통신부(1520)는 무선 전력 수신 장치(2000)의 충전 기능을 제어하는 충전 기능 제어 신호를 송신할 수 있고, 상기 충전 기능 제어 신호는 무선 전력 수신 장치(2000)를 제어하여 충전 기능을 인에이블(enabled) 또는 디스에이블(disabled)하게 하는 제어 신호일 수 있다.

이처럼, 송신측 통신부(1520)는 별도의 모듈로 구성되는 아웃-오브-밴드(out-of-band) 형식으로 통신될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 무선 전력 송신 장치가 전송하는 전력신호를 이용하여 무선 전력 수신 장치가 무선 전력 송신 장치에 전달하는 피드백 신호를 이용하는 인-밴드(in-band) 형식으로 통신을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신 장치는 피드백 신호를 변조하여 충전 개시, 충전 종료, 배터리 상태 등의 정보를 피드백 신호를 통해 송신기에 전달할 수도 있다. 또한 상기 송신측 통신부(1520)는 상기 송신측 제어부(1510)와 별도로 구성될 수 있고, 상기 무선 전력 수신 장치(2000) 또한 수신측 통신부(2620)가 수신 장치의 제어부(2610)에 포함되거나 별도로 구성될 수 있다.

< 무선 전력 수신 장치 >

도 4는 무선전력전송 시스템을 구성하는 서브 시스템 중 하나로 무선 전력 수신 장치를 나타낸 블록도이다.

도 4를 참조하면, 무선전력전송 시스템은 무선 전력 송신 장치(1000)와 상기 무선 전력 송신 장치(1000)로부터 무선으로 전력을 전송받는 무선 전력 수신 장치 (2000)를 포함할 수 있고, 상기 무선 전력 수신 장치(2000)는 수신측 코일부(2100), 수신측 임피던스 매칭부(2200), 수신측 교류/직류 변환부(2300), 수신측 직류/직류변환부(2400), 부하(2500) 및 수신측 통신 및 제어부(2600)를 포함할 수 있다.

수신측 코일부(2100)은 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식을 통해 전력을 수신할 수 있다. 이와 같이 전력 수신 방식에 따라서 유도 코일 또는 공진 코일 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 그리고 수신측 코일부(2100)는 근거리 통신용 안테나(NFC: Near Field Communication)를 함께 구비할 수 있다. 그리고 상기 수신측 코일부(2100)은 송신측 코일부(1400)와 동일할 수 있고, 수신 안테나의 치수는 무선 전력 수신 장치(2000)의 전기적 특성에 따라 달라질 수 있다.

수신측 임피던스 매칭부(2200)는 무선 전력 송신 장치(1000)와 무선 전력 수신 장치(2000) 사이의 임피던스 매칭을 수행한다.

상기 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 수신측 코일부(2100)으로부터 출력되는 교류 신호를 정류하여 직류 신호를 생성한다.

수신측 직류/직류변환부(2400)는 수신측 교류/직류 변환부(2300)에서 출력되는 직류 신호의 레벨을 부하(2500)의 용량에 맞게 조정할 수 있다.

상기 부하(2500)는 배터리, 디스플레이, 음성 출력 회로, 메인 프로세서 그리고 각종 센서들을 포함할 수 있다.

수신측 통신 및 제어부(2600)는 송신측 통신 및 제어부(1500)로부터 웨이크-업 전력에 의해 활성화 될 수 있고, 상기 송신측 통신 및 제어부(1500)와 통신을 수행하고, 무선 전력 수신 장치(2000)의 서브 시스템의 동작을 제어할 수 있다.

상기 무선 전력 수신 장치(2000)는 단수 또는 복수개로 구성되어 무선 전력 송신 장치(1000)로부터 동시에 에너지를 무선으로 전달 받을 수 있다. 즉 자기 공진 방식의 무선전력전송 시스템에서는 하나의 무선 전력 송신 장치(1000)로부터 복수의 타켓 무선 전력 수신 장치(2000)가 전력을 공급받을 수 있다. 이때 상기 무선 전력 송신 장치(1000)의 송신측 매칭부(1300)는 복수개의 무선 전력 수신 장치 (2000)들 사이의 임피던스 매칭을 적응적으로 수행할 수 있다. 이는 자기 유도 방식에서 서로 독립적인 수신측 코일부를 복수개 구비하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

또한 상기 무선 전력 수신 장치(2000)가 복수개로 구성된 경우 전력 수신 방식이 동일한 시스템이거나, 서로 다른 종류의 시스템이 될 수 있다. 이 경우, 무선 전력 송신 장치(1000)는 자기 유도 방식 또는 자기 공진 방식으로 전력을 전송하는 시스템이거나 양 방식을 혼용한 시스템일 수 있다.

한편 무선전력전송 시스템의 신호의 크기와 주파수 관계를 살펴보면, 자기 유도 방식의 무선 전력 전송의 경우, 무선 전력 송신 장치(1000)에서 송신측 교류/직류 변환부(1100)은 수십 또는 수백 V대(예를 들어 110V~220V)의 수십 또는 수백 Hz 대(예를 들어 60Hz)의 교류 신호를 인가 받아 수V 내지 수십V, 수백V(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 송신측 직류/교류 변환부(1200)는 직류 신호를 인가 받아 KHz대(예를 들어 125KHz)의 교류 신호를 출력할 수 있다. 그리고 무선 전력 수신 장치(2000)의 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 KHz대(예를 들어 125KHz)의 교류 신호를 입력 받아 수V 내지 수십V, 수백V대(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 수신측 직류/직류변환부(2400)는 부하(2500)에 적합한, 예를 들어 5V의 직류 신호를 출력하여 상기 부하(2500)에 전달할 수 있다. 그리고 자기 공진 방식의 무선 전력 전송의 경우, 무선 전력 송신 장치(1000)에서 송신측 교류/직류 변환부(1100)은 수십 또는 수백 V대(예를 들어 110V~220V)의 수십 또는 수백 Hz 대(예를 들어 60Hz)의 교류 신호를 인가 받아 수V 내지 수십V, 수백V(예를 들어 10V~20V)의 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 송신측 직류/교류 변환부(1200)는 직류 신호를 인가받아 MHz대(예를 들어 6.78MHz)의 교류 신호를 출력할 수 있다. 그리고 무선 전력 수신 장치(2000)의 수신측 교류/직류 변환부(2300)는 MHz(예를 들어 6.78MHz)의 교류 신호를 입력 받아 수V 내지 수십V, 수백V (예를 들어 10V~20V)의 수신측 직류 신호로 변환하여 출력할 수 있고, 직류/직류변환부(2400)는 부하(2500)에 적합한, 예를 들어 5V의 직류 신호를 출력하여 상기 부하(2500)에 전달할 수 있다.

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템을 설명하는 도면이다. 도 5a를 참조하면, 무인비행체 무선충전 시스템(10)은 무인비행체(100)와 충전장치(200)를 포함한다.

무인비행체는 사람이 비행체에 탑승하여 조종하지 않아도 원격으로 조종이 가능하거나 미리 저장된 프로그램에 의해 동작이 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 편의를 위해 쿼드로터를 일례로 들어 설명하지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정하는 것이 아니며, 프로펠러의 개수 및 구성에 따라 다양한 형태의 무인비행체가 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 무인비행체(100)는 전원 공급 및 비행 동작을 제어하는 모듈이 실장되는 몸체부(110), 몸체부(110)를 중심으로 4방향의 프레임과 프로펠러를 포함하는 날개부(120) 및 몸체부(110)의 하부에 배치되는 다리부(130)를 포함한다.

몸체부(110)는 도 8a에 후술할 무인비행체(100)의 비행동작을 제어하는 제어부(195), 원격조정기, 서버 또는 충전장치와 데이터를 주고 받기 위한 무선통신부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.

몸체부(110)는 무인비행체의 종류에 따라 형상이 달라질 수 있다. 예컨대, 트라이로터의 경우 몸체부(110)는 정삼각형판으로 형성될 수 있고, 쿼드로터의 경우 몸체부(110)는 정사각판으로 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니다.

날개부(120)는 전기에너지를 기계에너지로 변환시켜 프로펠러를 회전시키는 구동부와 상기 구동부에 의해 회전하는 프로펠러를 포함할 수 있다.

다리부(130)는 무인비행체(110)의 하부에 배치되어 무인비행체가 지면에 착륙시 안정적인 자세를 유지하고 착륙 충격을 완화할 수 있다. 다리부(130)는 스티로폼, 메모리폼 또는 경화 스펀지를 이용할 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니다.

다리부(130)는 몸체부(110)를 지지하는 지지부(131)와 지지부(131)의 하단에 연결되는 착륙부(133)로 구성될 수 있다.

특히, 본 발명은 착륙부(133) 에 무선 전력 수신 장치(180, 도 4의 2000)가 장착되어 충전장치(200)로부터 무선 충전 전력을 수신할 수 있다. 또한 착륙부(133)의 하단에 무선 전력 수신 장치(180, 도 4의 2000)가 장착되어 충전장치(200)로부터 전력을 수신할 수도 있다. 또한, 무선전력 수신 장치(180)는 몸체부(110)의 하단, 또는 몸체부(110)의 하단에 장착되는 카메라부(미도시)의 하단에 장착되어 충전장치(200)로부터 전력을 수신할 수 있다.

충전장치(200)는 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신 장치(260, 도 3a와 도 3b의 1000)와 지지부재(210)를 포함한다. 상기 송신 코일은 단일한 코일 또는 다수의 코일이 배치되는 어레이일 수 있으며, 상기 송신 코일의 직경은 다리부(130)간의 간격보다 클 수 있다.

또한, 도 5b를 참조하면, 무선전력 수신장치의 수신 코일은 상기 송신코일과 동일한 형상과 크기일 수 있다. 무인비행체(100)의 다리부(130)는 몸체부를 지지하는 지지부(131)와 지지부(131)의 하단에 연결되는 착륙부(133)로 구성될 수 있고, 착륙부(133)은 상기 송신코일과 동일한 형상과 크기의 수신코일이 장착되어 충전장치(200)로부터 전력을 수신할 수도 있다. 예컨대, 무선전력 수신장치의 상기 수신코일의 직경(R1)과 상기 송신코일의 직경(R2)은 동일할 수 있다. 상기 동일한 형상과 크기의 수신코일은 무인비행체의 균형을 맞추면서 착륙부의 역할을 할 수 있다. 실시예에 따라 상기 수신코일과 상기 송신코일의 형상은 다각형, 타원형일 수 있다.

무선 전력 송신 장치(260)는 홀 센서(hall sensor; 215)를 송신 코일 내측에 배치하여 무선 전력 수신 장치(180)의 수신 코일 내측에 배치된 자성체를 감지하여, 무인비행체(100)의 착륙 여부 및 얼라인을 판단할 수 있다. 홀 센서(215)가 상기 자성체의 자속 밀도의 세기를 감지하여 임계값 이상인 경우, 충전장치(200)의 제어부(도 13a의 295)는 무인비행체(100)가 충전을 위해 착륙 및 얼라인이 완료된 것으로 판단하고 충전을 개시하도록 제어할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템은 무인비행체(100)가 충전장치(200)에 착륙하여 무인비행체(100)에 장착된 무선 전력 수신 장치와 충전장치(200)에 배치된 무선 전력 송신 장치가 무선 전력을 송수신하여 충전할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체의 정면도이다.도 6을 참조하면, 무인비행체(100)는 전원 공급 및 비행 동작을 제어하는 모듈이 실장되는 몸체부(110), 몸체부(110)를 중심으로 4방향의 프레임과 프로펠러를 포함하는 날개부(120) 및 몸체부(110)의 하부에 배치되고 지지부(131)와 착륙부(133)를 포함하는 다리부(130)로 구성된다. 다리부(130)간의 간격(W1)은 15cm이하일 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인비행체의 사시도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예는 도 5의 실시예와 비교하여 다리부(130)의 형태가 상이한 것 이외에는 동일하다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 예를 설명함에 있어서, 도 5의 실시예와 공통되는 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다. 다리부(130a)는 몸체부(110a)를 지지하는 지지부(131a)와 지지부(131a)의 종단에 연결되는 착륙부(133a)로 구성될 수 있다. 실시예에서, 무인비행체(100a)는 착륙부(133a)가 2개로 구성될 수 있고, 착륙부(133a)의 하단에 무선 전력 수신 장치(180)가 장착되어 충전장치(200)로부터 전력을 수신할 수 있다.

또한, 실시예에 따라 무선 전력 수신 장치(180)의 수신 코일과 충전장치(200)에 배치되는 무선 전력 송신 장치(280)의 송신 코일은 각각 1:1로 매칭되도록 복수개가 배치될 수 있고, 상기 수신 코일과 상기 송신 코일은 동일한 형상과 크기로 배치되어 무선 충전 효율을 향상시킬 수 있다.

실시예에 따라 상기 수신코일과 상기 송신코일의 형상은 다각형, 타원형일 수 있다.

도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체의 시스템 블록도이다.

도 8a를 참조하면, 무인 비행체(100)는 무선통신부(140), 배터리(170), 무선 전력 수신 장치(180), 메모리(190), 구동부(193) 및 제어부(195)를 포함한다.

무선 통신부(140)는 무인비행체(100)와 무선 통신 시스템(미도시) 사이, 무인 비행체(100)와 타 무인 비행체 사이 또는 무인비행체(100)와 클라우드(cloud) 서버(미도시) 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 무선 통신부(140)는, 무인비행체(100)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.

무선 통신부(140)는 근거리 통신 모듈(143), 위치정보 모듈(145) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 근거리 통신 모듈(143)은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 이러한, 근거리 통신 모듈(143)은, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 무인비행체(100)와 무선 통신 시스템 사이, 무인비행체(100)와 타 무인비행체 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 상기 근거리 무선 통신망은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.

위치정보 모듈(145)은 무인비행체(100)의 위치를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈이 있다. 예컨대, 무인비행체(100)는 GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 무인비행체(100)의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, 무인비행체(100)는 Wi-Fi모듈을 활용하면, Wi-Fi모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 무인비행체(100)의 위치를 획득할 수 있다. 위치정보모듈(145)은 무인비행체(100)의 위치를 획득하기 위해 이용되는 모듈로, 무인비행체(100)의 위치를 직접적으로 계산하거나 획득하는 모듈로 한정되지는 않는다.

배터리(170)는 제어부(195)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 무인비행체(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 배터리(170)는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.

무선 전력 수신 장치(180)는 도 1 내지 도 4에서 설명한 무선 전력 수신 장치(2000)와 동일하게 구성될 수 있다.

메모리(190)는 무인비행체(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(190)는 무인비행체(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program) 또는 애플리케이션(application), 무인비행체(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(190)에 저장되고, 무인비행체(100) 상에 설치되어, 제어부(195)에 의하여 무인비행체(100)의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.

구동부(193)는 무인비행체(100)가 비행을 할 수 있도록 하나 이상의 동력 장치를 포함할 수 있다. 예컨대, 구동부(193)는 모터, 엔진 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

제어부(195)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(190)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.

또한, 제어부(195)는 메모리(190)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 8과 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(195)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 무인비행체(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.

상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 무인비행체(100)의 동작, 제어, 또는 제어 방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 무인비행체(100)의 동작, 제어, 또는 제어 방법은 메모리(190)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 무인 비행체(100) 상에서 구현될 수 있다.

도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인비행체의 시스템 블록도이다. 도 8b를 참조하면, 무인 비행체(100)는 무선 통신부(140), 입력부(150), 센싱부(160), 배터리(170), 무선 전력 수신 장치(180), 메모리(190), 구동부(193), 제어부(195) 및 인터페이스부(197)를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예는 도 8a의 실시예와 공통되는 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다. 도 8b에 도시된 구성요소들은 무인비행체(100)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 무인 비행체(100)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.

무선 통신부(140)는 무선 인터넷 모듈(141), 근거리 통신 모듈(143), 위치정보 모듈(145) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 무선 인터넷 모듈(141)은 무선 인터넷 접속을 할 수 있고, 무인비행체(100)에 내장되거나 외장될 수 있다. 무선 인터넷 모듈(141)은 무선 인터넷 기술들에 따른 통신망에서 무선 신호를 송수신하도록 이루어진다.

무선 인터넷 기술로는, 예컨대 WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), WiBro(Wireless Broadband), WiMAX(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등이 있으며, 무선 인터넷 모듈(141)은 상기에서 나열되지 않은 인터넷 기술까지 포함한 범위에서 적어도 하나의 무선 인터넷 기술에 따라 데이터를 송수신하게 된다.

입력부(150)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라(151) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 153), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(155, 예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(150)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.

입력부(150)는 영상 정보(또는 신호), 오디오 정보(또는 신호), 데이터, 또는 사용자로부터 입력되는 정보의 입력을 위한 것으로서, 영상 정보의 입력을 위하여, 무인 비행체(150)는 하나 또는 복수의 카메라(151)를 구비할 수 있다.

카메라(151)는 화상 통화모드 또는 촬영 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상 등의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 메모리(190)에 저장되거나 보호자나 관련 공공 기관에 전송되거나 클라우드 서버에 전송되어 저장될 수 있다.

마이크로폰(153)은 외부의 음향 신호를 전기적인 음성 데이터로 처리한다. 사용자 입력부(153)는 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 것으로서, 사용자 입력부(153)를 통해 정보가 입력되면, 제어부(195)는 입력된 정보에 대응되도록 무인비행체(100)의 동작을 제어할 수 있다. 이러한, 사용자 입력부(153)는 기계식 (mechanical) 입력수단(또는, 메커니컬 키, 예컨대, 무인비행체(100)의 전·후면 또는 측면에 위치하는 버튼, 돔 스위치(dome switch), 조그 휠, 조그 스위치 등) 및 터치식 입력수단을 포함할 수 있다. 일 예로서, 터치식 입력수단은, 소프트웨어적인 처리를 통해 터치스크린에 표시되는 가상 키(virtual key), 소프트 키(soft key) 또는 비주얼 키(visual key)로 이루어지거나, 상기 터치스크린 이외의 부분에 배치되는 터치 키(touch key)로 이루어질 수 있다.

센싱부(160)는 무인비행체(100) 내 정보, 무인비행체(100)를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 센싱부(160)는 근접센서(161, proximity sensor), 조도 센서(illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(142, infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(151 참조)), 마이크로폰(microphone, 153 참조), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 무인비행체(100)는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.

근접 센서(161)는 소정의 검출면에 접근하는 물체, 혹은 근방에 존재하는 물체의 유무를 전자계의 힘 또는 적외선 등을 이용하여 기계적 접촉이 없이 검출하는 센서를 말한다. 이러한 근접 센서(161)에 의해 무인비행체(100)의 전방이나 후방의 물체를 감지하여 해당 물체를 피해 비행하거나 해당 물체가 무엇인지 파악될 수 있다.

적외선 센서(163)는 전방의 물체와의 거리를 검출하여 주는 센서로서, 무인 비행체(100)가 사용자와의 거리를 일정하게 유지하면서 사용자의 전/후/좌/우측 방향의 상공에서 비행이 가능하도록 할 수 있다.

이상에서 설명된 센서들이 일 예로서, 본 발명은 이상에서 설명된 센서들 이외가 더 많은 센서들이 부가되거나 이상에서 설명된 센서들 중 일부 센서들은 생략될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템을 설명하는 도면이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템(10)은 도 5의 실시예와 비교하여 충전장치의 구성이 상이한 것 이외에는 동일하다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 예를 설명함에 있어서, 도 5의 실시예와 공통되는 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

충전장치(200a)는 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신 장치(260a)와 지지부재(210a)를 포함한다. 충전장치(200a)는 복수의 무선 전력 송신 장치(260a)를 포함할 수 있고, 예컨대 4개의 무선 전력 송신 장치(260a)가 배치될 수 있다. 이때, 무선 전력 수신 장치의 수신 코일과 무선 전력 송신 장치(260a)의 송신 코일은 동일한 형상과 크기로 배치되어 무선 충전 효율을 향상시킬 수 있다.

무인비행체(100)는 복수의 착륙부 각각에 복수의 무선 전력 송신 장치(260a) 가 배치될 수 있다. 무인비행체(100)의 복수의 착륙부간의 간격(W2)은 충전 장치(200a)는 복수의 무선 전력 송신 장치(260a)간의 간격과 같거나 클 수 있고, 예컨대 무인비행체(100)의 복수의 착륙부간의 간격(W2)은 15cm 이하일 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니다. 즉, 무인비행체(100)의 착륙부 각각에 배치된 무선 전력 수신 장치가 병렬 구조의 복수의 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신함으로써 무선 충전 효율이 향상될 수 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템을 설명하는 도면이다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템(10)은 도 5의 실시예와 비교하여 충전장치의 구성이 상이한 것 이외에는 동일하다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 예를 설명함에 있어서, 도 5의 실시예와 공통되는 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

충전장치(200b)는 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신 장치(260b)와 지지부재(210b)를 포함한다. 충전장치(200b)는 지지부재(210b) 상에 매트릭스 형태의 복수의 무선 전력 송신 장치(260b)를 포함할 수 있다.

실시예에서 무인비행체(100)는 위치정보모듈(145)을 통해 충전장치(200)가 설치된 장소의 GPS 정보를 수신하여, 상기 GPS 정보에 의해 충전장치(200)로 착륙할 수 있다. 충전장치(200)는 무인비행체(100)의 착륙지점에 대응하는 적어도 하나 이상의 무선 전력 송신 장치를 선택하고, 선택된 무선 전력 송신 장치(빗금부분)하여 무선 충전을 수행할 수 있다.

즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템은 무인비행체(100)의 무선 전력 수신 장치와 부분적으로 커플링되는 무선 전력 송신 장치만을 구동시켜 무선충전 효율을 향상시킬 수 있다.

충전장치(200)의 송신 코일과 무인비행체(100)의 수신 코일이 1:1로 매칭되는 경우에, 충전장치(200)가 무인비행체(100)의 착륙을 가이딩하는 방법(도 15 참조)은 아래와 같다.

무인비행체(100)는 GPS 정보에 기초하여 충전장치(200)에 근접하도록 이동할 수 있다. 이때, 충전장치(200)는 무선 신호를 무인비행체(100)에 전송할 수 있다. 상기 무선 신호는 충전장치(200)가 위치하는 AP(access point) 정보를 포함할 수 있다. 무인비행체(100)는 상기 GPS 정보와 수신된 무선 신호에 포함된 AP 정보에 기초하여 착륙 지점을 판단하고 착륙할 수 있다.

무인비행체(100)가 착륙한 경우, 충전장치(200)는 디지털 신호를 송신할 수 있다.

상기 디지털 신호는 전력 비콘(power beacon)을 포함할 수 있고, 상기 전력 비콘은 무선 전력 수신 장치가 시동 및 응답을 할 수 있도록 충분한 전력을 갖도록 제공할 수 있다. 실시예에서, 충전장치(200)는 28ms 이하의 시간 동안 5회 이하의 상기 디지털 신호를 송신할 수 있고, 무선 전력 수신 장치의 응답이 없으면 스탠바이 상태로 돌아갈 수 있다.

무인비행체(100)의 무선 전력 수신 장치는 수신 패킷을 충전장치(200)에 전송할 수 있다. 상기 수신 패킷은 수신 전력 정보를 포함할 수 있고, 충전장치(200)는 상기 수신 전력 정보에 기초하여 무인비행체(100)의 얼라인 여부를 판단할 수 있다. 예컨대, 충전장치(200)의 제어부(295)는 상기 수신 패킷에 포함된 수신 전력 정보가 임계값 이상인 경우 무인비행체(100)가 얼라인이 완료되었다고 판단하고 충전을 개시할 수 있다. 또한, 상기 수신 전력 정보가 임계값을 초과하면 구동부 전원이 오프되도록 제어할 수 있다.

상기 수신 패킷에 포함된 수신 전력 정보가 임계값 이하인 경우, 무인비행체(100)가 얼라인에 실패하였다고 판단하고, 상기 수신 패킷에 포함된 수신 전력 정보에 기초하여 정밀 위치 정보를 생성하고 무인비행체(100)에 전송할 수 있다. 이때, 상기 정밀 위치 정보는 상기 수신패킷의 수신 전력 정보에 기초하여 송신코일의 정밀 위치 좌표를 포함할 수 있다.

충전장치(200)의 송신 코일과 무인비행체(100)의 수신 코일이 1:1로 매칭되는 경우에, 충전장치(200)가 홀 센서를 이용하여 무인비행체(100)의 착륙을 가이딩하는 방법(도 16 참조)은 아래와 같다.

무인비행체(100)가 착륙한 경우, 충전장치(200)는 디지털 신호를 송신할 수 있다. 상기 디지털 신호는 전력 비콘(power beacon)을 포함할 수 있고, 상기 전력 비콘은 무선 전력 수신 장치가 시동 및 응답을 할 수 있도록 충분한 전력을 갖도록 제공할 수 있다. 실시예에서, 충전장치(200)는 28ms 이하의 시간 동안 5회 이하의 상기 디지털 신호를 송신할 수 있고, 무선 전력 수신 장치의 응답이 없으면 스탠바이 상태로 돌아갈 수 있다.

충전장치(200)의 무선 전력 송신 장치(260)는 홀 센서(hall sensor; 215)를 송신 코일 내측에 배치하여 무선 전력 수신 장치(180)의 수신 코일 내측에 배치된 자성체를 감지할 수 있고, 이에 따라 무인비행체(100)의 착륙 여부 및 얼라인을 판단할 수 있다. 홀 센서(215)가 상기 자성체의 자속 밀도의 세기를 감지하여 기설정된 임계값 이상인 경우, 충전장치(200)의 제어부(295)는 무인비행체(100)가 충전을 위해 착륙 및 얼라인이 완료된 것으로 판단하고 충전을 개시하도록 제어할 수 있고, 임계값 이하인 경우 무인비행체(100)에 정밀 위치 정보를 송신하여 재착륙을 유도할 수 있다.

도 11a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템을 설명하는 도면이다. 도 11a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템(10)은 도 5의 실시예와 비교하여 충전장치의 구성이 상이한 것 이외에는 동일하다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 예를 설명함에 있어서, 도 5의 실시예와 공통되는 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

충전장치(200d)는 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신 장치(260d), 지지부재(210d), 이동부재(220d), 구동모터(230d)를 포함한다. 충전장치(200d)는 지지부재(210d) 상에 페어링된 4개의 무선 전력 송신 장치(260a)가 배치될 수 있다.

이동부재(220d)는 복수의 무선 전력 송신 장치(260d) 각각과 연결되고, 복수의 무선 전력 송신 장치(260d)와 지지부재를 서로 연결한다. 이동부재(220d)는 복수의 무선 전력 송신 장치를 지지부재(210d) 상에서 수평 이동할 수 있도록 구동할 수 있고, 이동부재(220)는 구동모터(230)에 의해서 제어될 수 있다.

즉, 충전장치(200)는 무인비행체(100)가 착륙하는 경우, 홀 센서 또는 무인비행체로부터 수신된 수신 전력 정보에 기초하여 얼라인 여부를 판단할 수 있고, 얼라인이 정확하게 이루어지지 않은 경우, 제어부는 페어링된 복수의 무선 전력 송신 장치(260d)가 무인비행체와 얼라인되도록 제어할 수 있다. 이때, 복수의 무선 전력 송신 장치(260d) 중 적어도 하나의 장치가 선택되어 충전을 개시할 수 있다.

즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템은 GPS 오차로 인해 정확하게 착륙하지 못한 경우에 무선 전력 송신 장치를 이동시켜 무선충전 효율을 향상시킬 수 있다.

도 11b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템을 설명하는 도면이다. 도 11b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템(10)은 도 5의 실시예와 비교하여 충전장치의 구성이 상이한 것 이외에는 동일하다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 예를 설명함에 있어서, 도 5의 실시예와 공통되는 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

충전장치(200c)는 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신 장치(260c), 지지부재(210c) 및 이동부재(220)를 포함한다. 충전장치(200c)는 지지부재(210c) 상에 4개의 무선 전력 송신 장치(260a)가 배치될 수 있다.

이동부재(220)는 복수의 무선 전력 송신 장치(260c) 각각과 연결되고, 복수의 무선 전력 송신 장치(260c)와 지지부재를 서로 연결한다. 이동부재(220)는 복수의 무선 전력 송신 장치를 지지부재(210c) 상에서 수평이동할 수 있도록 구동할 수 있고, 이동부재(220)는 압전소자나 서브 모터 등의 구동 소자가 필요하며, 이는 해당 분야의 통상의 기술자가 용이하게 구성할 수 있는 것으로 자세한 설명은 생략한다.

즉, 충전장치(200)는 무인비행체(100)의 착륙지점에 기초하여 복수의 무선 전력 송신 장치(260c)를 수평이동하여 무선 충전을 수행할 수 있다.

충전장치(200)는 착륙한 물체의 충전 가능 여부를 식별하거나, 충전 완료 여부, 충전 중 전압이나 온도의 이상 변화를 감지하는 센서와 제어 회로를 포함할 수 있고, 이는 무선 전력 수신 장치와 무선 전력 송신 장치 사이에 흐르는 캐리어 전류를 이용할 수 있다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템을 설명하는 도면이다. 도 12을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인비행체 무선충전 시스템(10)은 도 5의 실시예와 비교하여 충전장치의 구성이 상이한 것 이외에는 동일하다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 예를 설명함에 있어서, 도 5의 실시예와 공통되는 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

도 12의 (a)와 (b)를 참조하면, 충전장치(200d)는 송신 코일이 구비된 무선 전력 송신 장치(260d), 지지부재(210d) 및 전자섬유센서(230)를 포함할 수 있다.

전자섬유센서(230)는 충전장치(200d) 상에 무인이동체(100)의 착륙 여부를 감지할 수 있다. 전자섬유센서(230)는 전자섬유로 구현될 수 있고, 전자섬유(electronic textile)는 섬유 자체의 고유 특성을 유지하면서 전기적인 특성을 갖는 섬유이다. 다양한 센서(예컨대, 비접촉 정전용량 센서, 압력센서, 온도센서 등)에 적용이 가능하다.

전자섬유센서(230)는 무선 전력 송신 장치(260d)와 지지부재(210d) 사이에 배치되고, 감지센서(230)는 직물 전극으로 구현된 전극층(230a), 전극층(230a) 간에 전기적으로 연결하는 연결부(230b), 절연 폼 또는 절연 시트로 구현된 센싱층(230c) 및 지지부(230d)를 포함할 수 있다.

즉, 충전장치(200d)는 무인비행체(100)가 착륙하는 경우, 전자섬유센서(230)가 무게를 감지하여 무인비행체(100)의 착륙 여부 및 착륙 위치를 감지할 수 있다. 전자섬유센서(230)를 이용하여 무선충전 대상을 신속하게 탐지하여 충전 효율을 향상시킬 수 있다.

도 13a는 본 발명의 실시예에 따른 충전 장치의 시스템 블록도이다. 도 13a를 참조하면, 충전장치(200)는 무선 통신부(240), 무선 전력 송신 장치(260), 전원공급부(280), 메모리(290)를 포함한다.

무선 통신부(240)는 근거리 통신 모듈(243), 위치정보 모듈(245) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 근거리 통신 모듈(243)은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것이고, 위치정보 모듈(245)은 무인비행체(100)의 위치를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈이 있다. 예컨대, 충전장치(200)는 GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 충전장치(200)의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, 충전장치(200)는 Wi-Fi모듈을 활용하면, Wi-Fi모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 충전장치(200)의 위치를 획득할 수 있다. 또한, 근거리 통신 모듈(243)은 정밀 위치 정보를 무인비행체(100)에 전송하여 착륙을 가이딩할 수 있다.무선 전력 송신 장치(260)는 도 1 내지 도 4에서 설명한 무선 전력 송신 장치(1000)와 동일하게 구성될 수 있다.

전원공급부(280)는 제어부(295)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 충전장치(200)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다.

메모리(290)는 충전장치(200)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(290)는 충전장치(200)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program) 또는 애플리케이션(application)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다.

도 13b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충전 장치의 시스템 블록도이다.

도 13b를 참조하면, 충전장치(200)는 무선 통신부(240), 센싱부(250), 무선 전력 송신 장치(260), 거리측위부(270), 전원공급부(280), 메모리(290), 제어부(295) 및 인터페이스부(297)을 포함한다. 도 13b에 도시된 구성요소들은 충전장치(200)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 충전장치(200)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.

무선 통신부(240)는 충전장치(200)와 무선 통신 시스템 사이, 충전장치(200)와 타 충전장치(200) 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 무선 통신부(240)는 충전장치(200)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.

무선 통신부(240)는 무선 인터넷 모듈(241), 근거리 통신 모듈(243), 위치정보 모듈(245) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 무선 인터넷 모듈(241)은 무선 인터넷 접속을 할 수 있고, 충전장치(200)에 내장되거나 외장될 수 있다. 무선 인터넷 모듈(241)은 무선 인터넷 기술들에 따른 통신망에서 무선 신호를 송수신하도록 이루어진다.

근거리 통신 모듈(243)은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 이러한, 근거리 통신 모듈(243)은, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 충전장치(200)와 무선 통신 시스템 사이, 충전장치(200)와 타 충전장치 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 상기 근거리 무선 통신망은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.

위치정보 모듈(245)은 무인비행체(100)의 위치를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈이 있다. 예컨대, 충전장치(200)는 GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 충전장치(200)의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, 충전장치(200)는 Wi-Fi모듈을 활용하면, Wi-Fi모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 충전장치(200)의 위치를 획득할 수 있다. 위치정보모듈(145)은 충전장치(200)의 위치를 획득하기 위해 이용되는 모듈로, 충전장치(200)의 위치를 직접적으로 계산하거나 획득하는 모듈로 한정되지는 않는다. 나아가, 충전장치(200)는 무선 AP의 정보를 무인비행체(100)에 제공할 수 있다.

센싱부(250)는 충전장치(200) 내 정보, 충전장치(200)를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 센싱부(250)는 근접센서(251, proximity sensor), 조도 센서(illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(142, infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor), 마이크로폰(microphone), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 충전장치(200)는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.

근접 센서(251)는 소정의 검출면에 접근하는 물체, 혹은 근방에 존재하는 물체의 유무를 전자계의 힘 또는 적외선 등을 이용하여 기계적 접촉이 없이 검출하는 센서를 말한다. 적외선 센서(253)는 충전장치(200) 주변의 물체와의 거리를 검출하여 주는 센서이다. 전자섬유센서(255)는 도 12에 도시된 전자섬유센서(230)로 구현될 수 있다.

무선 전력 송신 장치(260)는 도 1 내지 도 4에서 설명한 무선 전력 송신 장치(1000)와 동일하게 구성될 수 있다.

거리측위부(270)는 IR-UWB 통신 방식으로 주변의 물체와의 거리를 검출할 수 있다. IR-UWB 통신 방식은 캐리어를 사용하지 않고 나노-초 이하의 짧은 펄스를 사용하는 특징을 가지는 근거리 무선 통신 기술로서, 연속적인 에너지의 전송이 없기 때문에 초저전력 통신이 가능하며, 센서 네트워크나 높은 해상도를 가지는 무선 측위 시스템에서 사용될 수 있다.

즉, 충전장치(200)는 거리측위부(270)를 통해 IR-UWB 통신 방식을 이용하여 무인비행체(100)와의 거리를 측위할 수 있고, 검출된 위치 측위 정보를 무인비행체(100)에 제공하여 정확한 위치에 착륙할 수 있도록 도울 수 있다.

제어부(195)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(290)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.

인터페이스부(297)는 충전장치(200)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체의 구동 방법을 설명하는 순서도이다.

도 14를 참조하면, 무인비행체(100)는 수신된 충전장치(200)의 GPS 정보에 기초하여 이동할 수 있다(S1610). 무인비행체(100)는 충전장치(200)에 접근하여 충전장치(200)의 AP 정보를 포함하는 무선 신호를 수신할 수 있다(S1620). 무인비행체(100)는 상기 GPS 정보와 상기 무선 신호를 비교하고(S1630), 일치하는 경우 상기 GPS 정보와 상기 무선 신호에 기초하여 착륙할 수 있다(S1640). 착륙을 한 후, 무인비행체(100)는 충전장치(200)의 무선 전력 송신 장치로부터 디지털 신호를 수신하고, 무인비행체(100)는 무인비행체(100)의 수신 전력 정보가 포함된 수신 패킷을 충전장치(200)로 전송할 수 있다(S1650). 충전장치(200)는 무인비행체(100)로부터 수신된 수신패킷의 수신 전력 정보를 판단하여, 무인비행체(100)의 수신코일과 충전장치(200)의 송신코일의 얼라인 여부를 판단하여 무인비행체(100)의 재착륙 여부를 통지할 수 있다. 즉, 송신장치는 상기 수신패킷의 수신 전력 정보에 기초하여 송신코일의 정밀 위치를 포함하는 정밀 위치 정보를 생성할 수 있다.

무인비행체(100)는 상기 정밀 위치 정보를 수신할 수 있고(S1660), 무인비행체의 착륙 위치와 상기 정밀 위치를 비교하고(S1670), 일치하면 무선 전력을 수신할 수 있고(S1680), 일치하지 않으면, 상기 정밀 위치 정보에 기초하여 재착륙을 할 수 있다(S1690).

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 충전장치의 구동 방법을 설명하는 순서도이다. 도 15를 참조하면, 무인비행체의 수신코일과 충전장치의 송신코일이 1:1로 매칭되는 경우의 충전장치의 구동방법을 나타낸다.

충전장치(200)는 무선 신호를 무인비행체(100)에 전송할 수 있다(S1710). 상기 무선 신호는 충전장치(200)가 위치하는 AP(access point) 정보를 포함할 수 있다. 무인비행체(100)가 착륙하면, 충전장치(200)는 디지털 신호를 송신할 수 있다(S1720). 상기 디지털 신호는 전력 비콘(power beacon)을 포함할 수 있고, 상기 전력 비콘은 무선 전력 수신 장치가 시동 및 응답을 할 수 있도록 충분한 전력을 갖도록 제공할 수 있다. 실시예에서, 충전장치(200)는 28ms 이하의 시간 동안 5회 이하의 상기 디지털 신호를 송신할 수 있고, 무선 전력 수신 장치의 응답이 없으면 스탠바이 상태로 돌아갈 수 있다.

충전장치(200)는 무인비행체(100)로부터 수신 패킷을 수신할 수 있다(S1730). 상기 수신 패킷은 수신 전력 정보를 포함할 수 있고, 충전장치(200)는 상기 수신 전력 정보에 기초하여 무인비행체(100)의 얼라인 여부를 판단할 수 있다(S1740). 예컨대, 충전장치(200)의 제어부(295)는 상기 수신 패킷에 포함된 수신 전력 정보가 임계값 이상인 경우 무인비행체(100)가 얼라인이 완료되었다고 판단하고 충전을 개시할 수 있다(S1750).

상기 수신 패킷에 포함된 수신 전력 정보가 임계값 이하인 경우, 무인비행체(100)가 얼라인에 실패하였다고 판단하고, 송신장치(200)의 제어부(295)는 상기 수신패킷의 수신 전력 정보에 기초하여 송신코일의 정밀 위치를 포함하는 정밀 위치 정보를 생성할 수 있고, 상기 정밀 위치 정보를 무인비행체(100)에 전송할 수 있다(S1760).

도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전장치의 구동 방법을 설명하는 순서도이다. 도 16을 참조하면, 충전장치(200)의 송신 코일과 무인비행체(100)의 수신 코일이 1:1로 매칭되는 경우에, 충전장치(200)는 홀 센서를 이용하여 무인비행체(100)의 착륙을 가이딩할 수 있다.

충전장치(200)는 무선 신호를 무인비행체(100)에 전송할 수 있다(S1810). 상기 무선 신호는 충전장치(200)가 위치하는 AP(access point) 정보를 포함할 수 있다. 무인비행체(100)는 상기 GPS 정보와 수신된 무선 신호에 포함된 AP 정보에 기초하여 착륙 지점을 판단하고 착륙할 수 있다.

무인비행체(100)가 착륙한 경우, 충전장치(200)는 디지털 신호를 송신할 수 있다(S1820).

충전장치(200)의 무선 전력 송신 장치(260)는 홀 센서(hall sensor; 215)를 송신 코일 내측에 배치하여 무선 전력 수신 장치(180)의 수신 코일 내측에 배치된 자성체를 감지할 수 있고, 이에 따라 무인비행체(100)의 착륙 여부 및 얼라인을 판단할 수 있다(S1830). 홀 센서(215)가 상기 자성체의 자속 밀도의 세기를 감지하여 기설정된 임계값 이상인 경우, 충전장치(200)의 제어부(295)는 무인비행체(100)가 충전을 위해 착륙 및 얼라인이 완료된 것으로 판단하고 충전을 개시하도록 제어할 수 있고(S1850), 임계값 이하인 경우 무인비행체(100)에 정밀 위치 정보를 송신하여 재착륙을 유도할 수 있다(S1860).

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충전장치의 구동 방법을 설명하는 순서도이다. 도 17을 참조하면, 충전장치(200)의 송신 코일과 무인비행체(100)의 수신 코일이 n:1로 매칭되는 경우의 충전장치의 구동 방법을 설명한다.

충전장치(200)는 무선 신호를 무인비행체(100)에 전송할 수 있다(S1910). 상기 무선 신호는 충전장치(200)가 위치하는 AP(access point) 정보를 포함할 수 있다. 무인비행체(100)는 상기 GPS 정보와 수신된 무선 신호에 포함된 AP 정보에 기초하여 착륙 지점을 판단하고 착륙할 수 있다.

무인비행체(100)가 착륙한 경우, 충전장치(200)는 무인비행체(100)의 착륙 지점에 상응하는 복수의 무선 전력 송신 장치 중 적어도 하나를 선택할 수 있다(S1920). 상기 선택된 무선 전력 송신 장치는 무인비행체(100)의 무선 전력 수신 장치에 디지털 신호를 송신할 수 있다(S1930).

충전장치(200)는 무인비행체(100)의 무선 전력 수신 장치로부터 수신 패킷을 수신할 수 있다(S1940). 충전장치(200)는 상기 수신 패킷에 포함된 수신 전력 정보에 기초하여 무인비행체(100)의 얼라인 여부를 판단할 수 있다(S1950). 예컨대, 충전장치(200)의 제어부(295)는 상기 수신 패킷에 포함된 수신 전력 정보가 임계값 이상인 경우 무인비행체(100)가 얼라인이 완료되었다고 판단하고 충전을 개시할 수 있다(S1970).

상기 수신 패킷에 포함된 전력 정보가 임계값 이하인 경우, 무인비행체(100)가 얼라인에 실패하였다고 판단하고, 상기 수신 패킷에 포함된 전력 정보에 기초하여 정밀 위치 정보를 생성하고 상기 정밀 위치 정보를 무인비행체(100)에 전송할 수 있다(S1980).

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충전장치의 구동 방법을 설명하는 순서도이다. 도 18을 참조하면, 충전장치(200)의 송신 코일이 무인비행체(100)의 착륙 지점으로 이동하여 충전을 수행하는 충전장치의 구동 방법을 설명한다.

충전장치(200)는 무선 신호를 무인비행체(100)에 전송할 수 있다(S2010). 상기 무선 신호는 충전장치(200)가 위치하는 AP(access point) 정보를 포함할 수 있다. 무인비행체(100)는 상기 GPS 정보와 수신된 무선 신호에 포함된 AP 정보에 기초하여 착륙 지점을 판단하고 착륙할 수 있다.

무인비행체(100)가 착륙한 경우, 충전장치(200)는 무인비행체(100)의 착륙 지점에 상응하는 복수의 무선 전력 송신 장치 중 적어도 하나를 선택할 수 있다(S2020). 상기 선택된 무선 전력 송신 장치는 무인비행체(100)의 무선 전력 수신 장치에 디지털 신호를 송신할 수 있다(S2030).

충전장치(200)는 무인비행체(100)의 무선 전력 수신 장치로부터 수신 패킷을 수신할 수 있다(S2040). 충전장치(200)는 상기 수신 패킷에 포함된 수신 전력 정보에 기초하여 무인비행체(100)의 얼라인 여부를 판단할 수 있다(S2050). 예컨대, 충전장치(200)의 제어부(295)는 상기 수신 패킷에 포함된 수신 전력 정보가 임계값 이상인 경우 무인비행체(100)가 얼라인이 완료되었다고 판단하고 충전을 개시할 수 있다(S2080).

상기 수신 패킷에 포함된 수신 전력 정보가 임계값 이하인 경우, 무인비행체(100)가 얼라인에 실패하였다고 판단하고, 상기 수신 패킷에 포함된 전력 정보 또는 홀센서에 의해 감지된 정보에 기초하여 상기 선택된 무선 전력 송신 장치를 이동할 수 있다(S2070).

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

10; 무인비행체 무선충전 시스템
100; 무인비행체
110; 몸체부
120; 날개부
130; 다리부
200; 충전장치

Claims

충전 장치로부터 무선 충전 전력을 수신하는 무인비행체의 구동 방법에 있어서,
GPS 정보에 기초하여 상기 무인비행체가 이동하고, 상기 충전 장치의 위치 정보를 포함하는 무선 신호를 상기 충전 장치로부터 수신하는 단계;
상기 GPS 정보와 상기 무선 신호에 포함된 위치 정보의 일치 여부를 판단하고, 상기 GPS 정보와 상기 무선 신호에 기초하여 착륙하는 단계; 및
상기 무인비행체의 전력 정보를 포함하는 수신 패킷을 상기 충전 장치로 전송하고, 상기 수신 패킷에 기초하여 생성된 상기 충전 장치의 위치 좌표를 포함하는 정밀 위치 정보를 상기 충전 장치로부터 수신하는 단계를 포함하는 무인비행체의 구동 방법.
제1항에 있어서,
상기 무인비행체의 착륙 위치 정보와 상기 정밀 위치 정보를 비교하고, 상기 착륙 위치 정보와 상기 정밀 위치 정보가 일치하는 경우, 무선 충전 전력을 수신하는 단계를 더 포함하는 무인비행체의 구동 방법.
제1항에 있어서,
상기 무인비행체의 착륙 위치 정보와 상기 정밀 위치 정보를 비교하고, 착륙 위치 정보와 상기 정밀 위치 정보가 일치하지 않는 경우, 상기 정밀 위치 정보에 기초하여 상기 무인비행체가 재착륙하는 단계를 더 포함하는 무인비행체의 구동 방법.
제1항에 있어서,
상기 전력 정보를 포함하는 수신 패킷에 기초하여 상기 전력 정보가 임계값을 초과하면 구동부 전원이 오프되도록 제어하는 단계를 더 포함하는 무인비행체의 구동 방법.
제1항에 있어서,
상기 무인비행체는
몸체부;
상기 몸체부와 연결되고 복수의 프로펠러를 포함하는 날개부; 및
상기 충전 장치로부터 무선 충전 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치를 장착하는 다리부를 포함하는 무인비행체의 구동 방법.
제5항에 있어서,
상기 무선 전력 수신 장치의 수신 코일의 크기와 형상은, 상기 충전 장치의 송신 코일의 크기와 형상과 동일한 무인비행체의 구동 방법.
무선 충전 전력을 무인비행체에 전송하는 충전 장치의 구동 방법에 있어서,
상기 충전 장치의 AP 정보를 포함하는 무선 신호를 상기 무인비행체에 전송하는 단계; 및
상기 무인비행체를 감지하여 디지털 신호를 송신하고, 상기 무인 비행체로부터 수신 패킷을 수신하는 단계; 및
상기 수신 패킷에 포함된 무선 전력 수신 장치의 수신 전력 정보에 기초하여 얼라인 여부를 판단하는 단계를 포함하는 충전 장치의 구동 방법.
제7항에 있어서,
상기 수신 패킷이 임계값을 초과하는 경우, 상기 무인비행체에 무선 전력을 충전하는 단계를 더 포함하는 충전 장치의 구동 방법.
제7항에 있어서,
상기 수신 패킷이 임계값 이하인 경우, 상기 수신 패킷에 기초하여 상기 충전 장치의 위치 좌표를 포함하는 정밀 위치 정보를 생성하고, 상기 무인비행체로 생성된 정밀 위치 정보를 송신하는 단계를 더 포함하는 충전 장치의 구동 방법.
제7항에 있어서,
상기 무인비행체의 착륙 지점에 상응하는 다수개의 무선 전력 송신 장치 중 적어도 하나를 선택하는 단계를 더 포함하는 충전 장치의 구동 방법.
제8항에 있어서,
상기 수신 패킷이 임계값 이하인 경우, 상기 수신 패킷 또는 상기 충전 장치의 홀 센서에 감지된 정보에 의해 상기 충전 장치의 위치 좌표를 포함하는 정밀 위치 정보를 생성하고, 상기 무인비행체로 생성된 정밀 위치 정보를 송신하는 단계를 더 포함하는 충전 장치의 구동 방법.
제7항에 있어서,
상기 충전 장치는,
송신 코일이 구비된 무선 전력 송신 장치;
상기 수신 패킷에 기초하여 상기 충전 장치의 위치 좌표를 포함하는 정밀 위치 정보를 생성하는 제어부; 및
상기 정밀 위치 정보를 상기 무인비행체에 전송하는 무선 통신부를 포함하는 충전장치의 구동 방법.
제12항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 무인비행체가 얼라인에 실패하는 경우 페어링된 다수개의 무선 전력 송신 장치가 수평 이동하도록 제어하는 충전장치의 구동 방법.