KR20240034272A - 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트 - Google Patents

재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 슈퍼커패시터에 충전된 전력으로 구동되는 BLDC 모터의 동력을 이용하여 드론 구동에 필요한 안정적인 전력을 생성하고, 이렇게 생성된 전류를 다시 슈퍼커패시터에 공급하는 자가충전 방식을 적용함으로써, 드론의 비행 시간을 획기적으로 늘림으로써 배터리 한계로 인한 드론의 단시간 비행 한계점을 극복할 수 있도록 하는 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트에 관한 것이다.

Description

재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트{SELF-CHARGING DRONE KIT WITH SUPER CAPACITOR BATTERY USING RENEWABLE ENERGY}
본 발명은 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 슈퍼커패시터에 충전된 전력으로 구동되는 BLDC 모터의 동력을 이용하여 드론 구동에 필요한 안정적인 전력을 생성하고, 이렇게 생성된 전류를 다시 슈퍼커패시터에 공급하는 자가충전 방식을 적용함으로써, 드론의 비행 시간을 획기적으로 늘림으로써 배터리 한계로 인한 드론의 단시간 비행 한계점을 극복할 수 있도록 하는 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트에 관한 것이다.
일반적으로, 정보 수집, 화재 및 재난 구조, 택배 등 다양한 분야에서 드론을 활용하고자 하는 다양한 시도와 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 드론은 본체에 구비된 배터리의 전력을 이용하여 다수 개의 프로펠러를 회전시킴으로써 비행할 수 있다.
드론에는 프로펠러의 회전에 필요한 전원을 공급하기 위한 배터리가 탑재되어 있는데, 드론을 비행시키기 위해서는 프로펠러가 매우 빠르게 회전되어야 하므로 배터리 소모량이 매우 많아지고 있다.
특히, 최근에는 배터리의 효율 개선이 이루어지면서 배터리의 전원공급능력이 많이 향상되고 있지만, 배터리는 저온 또는 환경에서 효율이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 드론의 배터리 효율성을 극대화하여 단시간 비행이 가능한 비행 한계성을 극복하기 위한 다양한 기술 개발이 시도되고 있는 실정이다.
한국공개특허 제10-2020-0106907호
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위함으로써, 슈퍼커패시터에 충전된 전력으로 구동되는 BLDC 모터의 동력을 이용하여 드론 구동에 필요한 안정적인 전력을 생성하고, 이렇게 생성된 전류를 다시 슈퍼커패시터에 공급하는 자가충전 방식을 적용함으로써, 드론의 비행 시간을 획기적으로 늘림으로써 배터리 한계로 인한 드론의 단시간 비행 한계점을 극복할 수 있도록 하는 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트는 드론에 전력을 공급하는 전력 공급부(110), 상기 전력 공급부(110)와 연결되며, 회전을 통해 동력을 생성하는 모터부(120) 및 상기 모터부(120)의 동력에 상응하게 회전하여 전력을 생성하고, 생성된 전력을 상기 전력 공급부(110)로 공급하여 전력 순환이 진행되도록 하는 발전부(130)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전력 공급부(110)는 상기 발전부(130)를 통해 생성되는 AC 전류를 DC 전류로 정류하는 DC 정류기(브릿지다이오드)(111), 상기 DC 전류를 기 설정된 기준 전압에 도달하도록 승강압하는 저전압 승강압기(112), 상기 저전압승강압기(112)를 통해 승강압이 이루어진 DC 전류에 의해 충전이 진행되는 슈퍼커패시터(113), 상기 슈퍼커패시터(113)와 연결되는 역류방지회로(114) 및 상기 역류방지회로(114)를 통과한 DC 전류를 저장하는 충전기(115)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 모터부(120)는 상기 충전기(115)와 연결되는 슈퍼커패시터(121), 상기 슈퍼커패시터(121)와 연결되는 역류방지회로(122), 상기 역류방지회로(122)와 연결되는 속도조절기(123) 및 상기 속도조절기(123)와 연결되는 발전 모터(124)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발전부(130)는 상기 발전 모터(124)의 회전력을 토대로 AC 유도 전류를 생성하는 유도 코일 장치(131)를 포함하며, 상기 유도 코일 장치(131)는 상기 DC 정류기(브릿지다이오드)(111)와 전기적으로 연결되며, 생성된 AC 유도 전류를 상기 DC 정류기(브릿지다이오드)(111)로 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발전부(130)는 발전축과 상기 발전 모터(124)에 연결된 회전자가 자력을 통해 서로 연결되도록 하는 자성체(132)를 더 포함하며, 상기 자성체(132)를 통해 연결된 발전축이 회전자의 회전력을 토대로 회전하면서 AC 유도 전류를 생성이 유도될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발전 모터(124)는 BLDC 모터일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 DC 정류기(브릿지다이오드)(111)는 3상 단상변환 DC 정류기(브릿지다이오드)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 DC 정류기(브릿지다이오드)(111)는 상기 슈퍼커패시터(113, 121)는 22.2V 전압을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발전부(130)는 상기 발전 모터(124)와 발전기 샤프트를 통해 연결되는 발전 모터(133)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 발전 모터(133)는 BLDC 모터에 해당하고, 3상 배선을 통해 상기 전력 공급부(110)와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 드론의 비행 시간을 획기적으로 늘림으로써 배터리 한계로 인한 드론의 단시간 비행 한계점을 극복할 수 있는 이점을 가진다.
특히 본 발명은 드론에 국한되지 않고, 더 나아가 자동차, 전동스쿠터, 전동자전거, 전동킥보드 등 전기를 이용해서 사람이 타고 다니는 물건까지 적용범위를 넓힐 수 있어 산업현장, 농업, 군용, 산림, 경찰, 해양, 방범, 택배 등 폭넓은 임무에 적용할 수 있는 이점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트(100)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 발전 모터(124)와 발전 모터(133)가 발전기 샤프트를 통해 서로 연결된 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트(100)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 함께 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트(100)는 드론에 전력을 공급하는 전력 공급부(110), 전력 공급부(110)와 연결되며 회전을 통해 동력을 생성하는 모터부(120) 및 모터부(120)의 동력에 상응하게 회전하여 전력을 생성하고, 생성된 전력을 전력 공급부(110)로 공급하여 전력 순환이 진행되도록 하는 발전부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 전력 공급부(110)는 크게 후술되는 발전부(130)를 통해 생성되는 AC 전류를 DC 전류로 정류하는 DC 정류기(브릿지다이오드)(111), DC 전류를 기 설정된 기준 전압에 도달하도록 승강압하는 저전압 승강압기(112), 저전압승강압기(112)를 통해 승강압이 이루어진 DC 전류에 의해 충전이 진행되는 슈퍼커패시터(113), 슈퍼커패시터(113)와 연결되는 역류방지회로(114) 및 역류방지회로(114)를 통과한 DC 전류를 저장하는 충전기(115)를 포함하여 구성될 수 있다.
DC 정류기(브릿지다이오드)(111)는 후술되는 발전부(130)의 코일 장치(131)와 연결된 3상 배선과 연결되어 AC 유도 전류를 공급 받을 수 있는데, 이때 AC 유도 전류는 불규칙하기 때문에 드론에 공급하기 위해서는 안정적인 DC 전류로 변환할 필요가 있다. 따라서, DC 정류기(브릿지다이오드)(111)는 AC 유도 전류를 DC 전류로 변환하게 된다. 이러한 DC 정류기(브릿지다이오드)(111)는 3상 단상변환 DC 정류기(브릿지다이오드)가 적용될 수 있다.
저전압 승강압기(112)는 발전부(130)의 저항값을 줄이는 역할과, 앞서 생성된 AC 유도 전류의 전압값이 20V~25V 사이에서 들쑥날쑥하기 때문에 드론에서 필요로 하는 안정적인 고정 전압값인 22.2V를 맞추는 역할을 한다.
저전압 승강압기(112)를 거쳐 생성되는 DC 전류는 곧바로 22.2V 전압값을 가지는 슈퍼커패시터(113)로 공급되어 충전이 개시되며, 슈퍼커패시터(113)를 통과한 전류는 역류방지회로(114)를 거쳐 충전기(115)에 저장된다.
한편, 충전기(115)에 저장된 전류는 모터부(120)에 마련된 슈퍼커패시터(121)를 거쳐 드론의 동력 모터(미도시)로 공급되어 드론을 구동하게 된다.
이때 슈퍼커패시터(121)는 충전기(115)로부터 공급되는 전류를 통해 충전되어 역류방지회로(122) 및 속도조절기(123)를 거쳐 발전 모터(124)로 공급된다.
보다 구체적으로, 여기에서 발전 모터(124)는 발전부(130)의 발전축을 회전시키기 위한 동력을 생성하는 동력원으로써, 슈퍼커패시터(121)를 통해 공급되는 전류를 기반으로 회전하여 회전력을 발전부(130)로 전달하게 된다.
이때, 발전 모터(124)는 BLDC 모터가 적용될 수 있으며, 속도조절기(123)는 BLDC 3상 속도조절기가 적용될 수 있다.
발전부(130)는 발전 모터(124)의 회전력을 토대로 AC 유도 전류를 생성하는 유도 코일 장치(131)와, 발전축과 발전 모터(124)에 연결된 회전자가 서로 자력을 통해 연결되도록 하는 자성체(132)를 포함하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 유도 코일 장치(131)는 코일 연결커버 내에서 회전 가능하도록 발전축이 마련되며, 발전축은 자성체(132)를 통해 발전 모터(124)의 회전자와 연결된다. 회전자는 발전 모터(124)의 회전력에 의해 회전하게 되고, 이러한 회전력은 자성체(132)에 의해 연결된 발전축을 회전시키게 된다. 발전축의 회전은 유도 코일 장치(131)의 코일에 AC 유도 전류 생성을 유도하게 되며, 이렇게 생성된 AC 유도 전류가 앞서 살펴본 DC 정류기(브릿지다이오드)(111)로 공급되는 것이다.
즉, 발전부(130)를 통해 생성되는 전류는 전력 공급부(110)로 공급되어 드론을 구동함과 동시에 다시 모터부(120)를 구동하는 전력원으로써 역할을 하게 되며, 이러한 순환작용에 의해 드론에 끊임없이 자가충전이 가능한 에너지가 공급됨으로써 드론의 비행시간이 획기적으로 늘어날 수 있는 것이다.
한편, 일 실시예에서, 발전부(130)는 발전 모터(124)와 발전기 샤프트를 통해 직접적으로 연결되는 또 다른 형태의 발전 모터(133)를 포함하여 구성될 수 있다. 이에 관해서는 도 2를 통해 살펴보기로 한다.
도 2는 발전 모터(124)와 발전 모터(133)가 발전기 샤프트를 통해 서로 연결된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2를 살펴보면, 발전부(130)는 앞서 살펴본 유도 코일 장치(131) 및 자성체(132) 대신 발전 모터(133)만을 가지도록 구성될 수 있으며, 이때 모터부(120)의 발전 모터(124)와 발전기 샤프트가 직접 연결된 상태에서 발전 모터(124)는 동력기 역할, 발전 모터(133)는 발전기 역할을 하게 된다. 발전 모터(133)를 통해 생성된 전류는 3상 배선을 통해 전력 공급부(110)의 DC 정류기(브릿지다이오드)(111)로 동일하게 공급될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트
110: 전력 공급부
111: DC 정류기(브릿지다이오드)
112: 저전압 승강압기
113: 슈퍼커패시터
114: 역류방지회로
115: 충전기
120: 모터부
121: 슈퍼커패시터
122: 역류방지회로
123: 속도조절기
124: 발전 모터
130: 발전부
131: 유도 코일 장치
132: 자성체
133: 발전 모터

Claims (10)

  1. 드론에 전력을 공급하는 전력 공급부(110);
    상기 전력 공급부(110)와 연결되며, 회전을 통해 동력을 생성하는 모터부(120); 및
    상기 모터부(120)의 동력에 상응하게 회전하여 전력을 생성하고, 생성된 전력을 상기 전력 공급부(110)로 공급하여 전력 순환이 진행되도록 하는 발전부(130);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력 공급부(110)는,
    상기 발전부(130)를 통해 생성되는 AC 전류를 DC 전류로 정류하는 DC 정류기(111);
    상기 DC 전류를 기 설정된 기준 전압에 도달하도록 승강압하는 저전압 승강압기(112);
    상기 저전압승강압기(112)를 통해 승강압이 이루어진 DC 전류에 의해 충전이 진행되는 슈퍼커패시터(113);
    상기 슈퍼커패시터(113)와 연결되는 역류방지회로(114); 및
    상기 역류방지회로(114)를 통과한 DC 전류를 저장하는 충전기(115);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모터부(120)는,
    상기 충전기(115)와 연결되는 슈퍼커패시터(121);
    상기 슈퍼커패시터(121)와 연결되는 역류방지회로(122);
    상기 역류방지회로(122)와 연결되는 속도조절기(123); 및
    상기 속도조절기(123)와 연결되는 발전 모터(124);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발전부(130)는,
    상기 발전 모터(124)의 회전력을 토대로 AC 유도 전류를 생성하는 유도 코일 장치(131);를 포함하며,
    상기 유도 코일 장치(131)는 상기 DC 정류기(111)와 전기적으로 연결되며, 생성된 AC 유도 전류를 상기 DC 정류기(111)로 공급하는 것을 특징으로 하는, 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발전부(130)는,
    발전축과 상기 발전 모터(124)에 연결된 회전자가 자력을 통해 서로 연결되도록 하는 자성체(132);를 더 포함하며,
    상기 자성체(132)를 통해 연결된 발전축이 회전자의 회전력을 토대로 회전하면서 AC 유도 전류를 생성이 유도되는 것을 특징으로 하는, 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 발전 모터(124)는,
    BLDC 모터인 것을 특징으로 하는, 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 DC 정류기(111)는,
    3상 단상변환 DC 정류기인 것을 특징으로 하는, 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 DC 정류기(111)는,
    상기 슈퍼커패시터(113, 121)는 22.2V 전압을 가지는 것을 특징으로 하는, 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발전부(130)는,
    상기 발전 모터(124)와 발전기 샤프트를 통해 연결되는 발전 모터(133);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 발전 모터(133)는,
    BLDC 모터에 해당하고, 3상 배선을 통해 상기 전력 공급부(110)와 연결되는 것을 특징으로 하는, 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트.
KR1020220111993A 2022-09-05 2022-09-05 재생에너지를 이용한 슈퍼커패시터 배터리 자가충전 드론 키트 KR20240034272A (ko)

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