무인 비행기의 차지 스테이션, 이를 포함하는 차지 시스템, 무인 비행기의 차징 방법 및 무인 비행기를 이용한 물류 운송 방법{CHARGE STATION OF UNMANNED AERIAL VEHICLE, CHARGE STATION INCLUDING THE SAME, METHOD OF CHARGING UNMANNED AERIAL VEHICLE, AND METHOD OF TRANSPORTING GOODS USING UNMANNED AERIAL VEHICLE}

본 발명은 무인 비행기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무인 비행기의 차지 스테이션 이를 포함하는 차지 시스템, 무인 비행기의 차징 방법 및 무인 비행기를 이용한 물류 운송 방법에 관한 것이다.

본 발명은 교육과학기술부 및 한국연구재단의 국가연구개발사업의 일환으로 한국과학기술원이 주관기관인 과제고유번호: 2010-0029179, 연구사업명: 기초연구사업, 연구과제명: “자기장 공진기반 무선에너지 전송 기술” 및 교육과학기술부 및 한국연구재단의 국가연구개발사업의 일환으로 한국과학기술원이 주관기관인 과제고유번호: 2010-0029374, 연구사업명: 기초연구사업, 연구과제명:“자동차 전력시스템 통합“에 관한 것이다.

무인 비행기 기술이 발달하면서 무인 비행기를 이용한 물류 운송 방법이 개발되고 있다. 무인 비행기를 이용하여 물류를 운송하기 위해서는 충분한 크기의 배터리가 필요하나 현실적으로 배터리의 크기는 제한될 수밖에 없다.

유선 충전 방식으로 무선 비행기의 배터리를 충전하는 경우, 무선 비행기의 배터리 충전 단자와 충전 스테이션의 충전 단자를 정확히 일치시키기 어려운 문제점과 야외 충전 시 빗물 등에 의한 전류 누설의 문제점이 존재할 수 있다.

무인 비행기의 배터리에 전력을 안전하고 효율적으로 전달하기 위한 방법이 필요하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 높은 충전 효율을 가지는 무인 비행기의 차지 스테이션을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 목적은 높은 충전 효율을 가지도록 차지 스테이션에 포함된 송신 코일의 위치를 상기 차지 스테이션에 착륙한 무인 비행기에 포함된 수신 코일의 위치와 상기 송신 코일의 위치 차이에 기초하여 제어하는 무인 비행기의 차지 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 높은 충전 효율을 가지도록 차지 스테이션에 포함된 송신 코일의 위치를 상기 차지 스테이션에 착륙한 무인 비행기에 포함된 수신 코일의 위치와 상기 송신 코일의 위치 차이에 기초하여 제어하는 무인 비행기의 차징 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 높은 충전 효율을 가지도록 차지 스테이션에 포함된 송신 코일의 위치를 상기 차지 스테이션 착륙한 무인 비행기에 포함된 수신 코일의 위치와 상기 송신 코일의 위치 차이에 기초하여 제어하는 무인 비행기를 이용한 물류 운송 방법을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 무인 비행기의 차지 스테이션은 스파이럴(Spiral) 형태의 수신 코일을 구비하고, 상기 수신 코일을 통해 무선으로 공급된 전력을 이용하여 복수의 모터들을 구동하여 지상으로 비행하는 무인 비행기의 상기 수신 코일의 제1 면과 대향하는 제2 면, 송신 코일 및 표면을 구비한다. 상기 송신 코일은 상기 수신 코일에 무선으로 상기 전력을 공급한다. 상기 표면을 상기 무인 비행기가 착륙한다. 상기 차지 스테이션은 상기 수신 코일의 제1 위치와 상기 송신 코일의 제2 위치 간의 차이에 기초하여 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어한다.

일 실시예에 있어서, 상기 표면은 X축 및 상기 X축에 직각인 Y축으로 표현될 수 있다. 상기 수신 코일의 상기 제1 위치는 상기 X축 및 상기 Y축으로 표현되는 상기 수신 코일의 상기 제1 면의 중심축의 2차원 위치일 수 있다. 상기 송신 코일의 상기 제2 위치는 상기 X축 및 상기 Y축으로 표현되는 상기 송신 코일의 상기 제2 면의 중심축의 2차원 위치일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 차지 스테이션은 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 X축 방향으로 제어한 후, 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 Y축 방향으로 제어할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 차지 스테이션은 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 Y축 방향으로 제어한 후, 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 X축 방향으로 제어할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 차지 스테이션은 상기 수신 코일의 상기 제1 위치와 상기 송신 코일의 상기 제2 위치가 동일해지도록 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 차지 스테이션은 GPS 센서, 거리 센서 혹은 자기장 센서를 이용하여 측정한 상기 수신 코일의 상기 제1 위치와 상기 송신 코일의 상기 제2 위치 간의 차이에 기초하여 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어할 수 있다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 무인 비행기의 차지 시스템은 무인 비행기, 화물 박스 및 차지 스테이션(Charge station)을 포함한다. 상기 무인 비행기는 동체, 복수의 암들(Arms), 복수의 모터들, 복수의 프로펠러들, 복수의 착륙 장치들 및 스파이럴(Spiral) 형태의 수신 코일을 포함한다. 상기 복수의 암들은 상기 동체에 연결된다. 상기 복수의 모터들은 상기 복수의 암들과 각각 연결된다. 상기 복수의 프로펠러들은 상기 복수의 모터들과 각각 연결된다. 상기 복수의 착륙 장치들은 각각 상기 동체의 하단부에 착륙 장치 연결부를 통해 연결되며 화물 박스 연결부를 구비한다. 상기 수신 코일은 상기 착륙 장치 연결부들의 중앙에 위치한다. 상기 무인 비행기는 상기 수신 코일을 통해 무선으로 공급된 전력을 이용하여 상기 복수의 모터들을 구동하여 지상으로 비행한다. 상기 화물 박스는 상기 화물 박스 연결부들과 결합되며 내부에 배달 물품을 보관한다. 상기 차지 스테이션(Charge station)은 스파이럴 형태의 송신 코일 및 표면을 포함한다. 상기 송신 코일은 상기 수신 코일의 제1 면과 대향하는 제2 면을 구비한다. 상기 송신 코일은 상기 수신 코일에 무선으로 상기 전력을 공급한다. 상기 표면에는 상기 무인 비행기가 착륙한다. 상기 차지 스테이션은 상기 수신 코일의 제1 위치와 상기 송신 코일의 제2 위치 간의 차이에 기초하여 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어한다.

일 실시예에 있어서, 상기 화물 박스는 상기 송신 코일과 상기 수신 코일 간의 커플링 계수(Coupling coefficient)를 높이는 중계기(Repeater)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 무인 비행기는 컨버터(Converter) 및 배터리를 더 포함할 수 있다. 상기 컨버터는 교류 전력인 상기 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다. 상기 배터리는 상기 직류 전력으로 변환된 전력을 저장할 수 있다. 상기 무인 비행기는 상기 배터리에 저장된 전력을 이용하여 상기 복수의 모터들을 구동할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 차지 스테이션은, 자기장을 집속시켜 상기 송신 코일과 상기 수신 코일 간의 커플링 계수를 높이는 페라이트(Ferrite)를 더 포함할 수 있다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 무인 비행기의 차징(Charging) 방법은 동체, 상기 동체에 연결된 복수의 암들(Arms), 상기 복수의 암들과 각각 연결된 복수의 모터들, 상기 복수의 모터들과 각각 연결된 복수의 프로펠러들, 각각 상기 동체의 하단부에 착륙 장치 연결부를 통해 연결되며 화물 박스 연결부를 구비하는 복수의 착륙 장치들 및 상기 착륙 장치 연결부들의 중앙에 위치하는 스파이럴 형태의 수신 코일을 포함하고, 상기 수신 코일을 통해 무선으로 공급된 전력을 이용하여 상기 복수의 모터들을 구동하여 지상으로 비행하고, 내부에 배달 물품을 보관하는 화물 박스와 상기 화물 박스 연결부들을 통해 결합된 무인 비행기가 차지 스테이션의 표면에 착륙하는 단계, 상기 수신 코일의 제1 위치와 상기 차지 스테이션에 포함되고 상기 수신 코일의 제1 면과 대향하는 제2 면을 구비하는 스파이럴 형태의 송신 코일의 제2 위치 간의 차이에 기초하여 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어하는 단계, 및 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일 및 상기 수신 코일을 통해 상기 무인 비행기에 무선으로 전력을 공급하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 표면은 X축 및 상기 X축에 직각인 Y축으로 표현될 수 있다. 상기 수신 코일의 상기 제1 위치는 상기 X축 및 상기 Y축으로 표현되는 상기 수신 코일의 상기 제1 면의 중심축의 2차원 위치일 수 있다. 상기 송신 코일의 상기 제2 위치는 상기 X축 및 상기 Y축으로 표현되는 상기 송신 코일의 상기 제2 면의 중심축의 2차원 위치일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어하는 단계는, 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 X축 방향으로 제어하는 단계 및 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 Y축 방향으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어하는 단계는, 상기 차지 스테이션이 상기 수신 코일의 상기 제1 위치와 상기 송신 코일의 상기 제2 위치가 동일해지도록 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 무인 비행기를 이용한 물류 운송 방법은 동체, 상기 동체에 연결된 복수의 암들(Arms), 상기 복수의 암들과 각각 연결된 복수의 모터들, 상기 복수의 모터들과 각각 연결된 복수의 프로펠러들, 각각 상기 동체의 하단부에 착륙 장치 연결부들을 통해 연결되며 화물 박스 연결부를 구비하는 복수의 착륙 장치들 및 상기 착륙 장치 연결부들의 중앙에 위치하는 스파이럴 형태의 수신 코일을 포함하고, 상기 수신 코일을 통해 무선으로 공급된 전력을 이용하여 상기 복수의 모터들을 구동하여 지상으로 비행하고, 내부에 제1 배달 물품을 보관하는 화물 박스와 상기 화물 박스 연결부들을 통해 결합된 무인 비행기가 상기 제1 배달 물품을 제1 배달 목적지에 배달하는 단계, 상기 무인 비행기가 차지 스테이션으로 회귀하는 단계, 상기 무인 비행기가 상기 차지 스테이션의 표면에 착륙하는 단계, 상기 수신 코일의 제1 위치와 상기 차지 스테이션에 포함되고 상기 수신 코일의 제1 면과 대향하는 제2 면을 구비하는 스파이럴 형태의 송신 코일의 제2 위치 간의 차이에 기초하여 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어하는 단계, 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일 및 상기 수신 코일을 통해 상기 무인 비행기에 무선으로 전력을 공급하는 단계, 상기 화물 박스에 제2 배달 물품을 적재하는 단계 및 상기 무인 비행기가 상기 제2 배달 물품을 제2 배달 목적지에 배달하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 무인 비행기의 차지 시스템, 무인 비행기의 차징 방법 및 무인 비행기를 이용한 물류 운송 방법은 차지 스테이션에 포함된 송신 코일의 위치를 상기 차지 스테이션에 착륙한 무인 비행기에 포함된 수신 코일의 위치와 상기 송신 코일의 위치 차이에 기초하여 제어하여 무인 비행기에 포함되는 배터리의 충전 효율을 높이고 배터리의 충전 시간을 감소시킬 수 있다.

이 경우, 무인 비행기가 시간 내에 보다 많은 물류를 운송할 수 있게 되므로, 물류 운송 비용은 낮아질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행기의 차지 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 차지 시스템에 포함되는 차지 스테이션을 Z 방향에서 본 평면도이다.
도 3 내지 5는 도 2의 차지 스테이션이 송신 코일의 위치를 제어하는 절차를 나타내는 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행기의 차징 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 도 6의 순서도에 포함되는 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어하는 단계를 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행기를 이용한 물류 운송 방법을 나타내는 순서도이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시(說示)된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행기의 차지 시스템을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 무인 비행기의 차지 시스템(100)은 무인 비행기(110), 화물 박스(120) 및 차지 스테이션(130)을 포함한다. 무인 비행기(110)는 동체(150), 복수의 암들(Arms; 119), 복수의 모터들(114), 복수의 프로펠러들(115), 복수의 착륙 장치들(117a, 117b) 및 스파이럴(Spiral) 형태의 수신 코일(113)을 포함한다. 복수의 암들(119)은 동체(150)에 연결된다. 복수의 모터들(114)은 복수의 암들(119)과 각각 연결된다. 복수의 프로펠러들(115)은 복수의 모터들(115)과 각각 연결된다. 복수의 착륙 장치들(117a, 117b)은 각각 동체(150)의 하단부에 착륙 장치 연결부들(118)을 통해 연결되며 화물 박스 연결부(116a, 116b)를 구비한다. 수신 코일(113)은 착륙 장치 연결부들(118)의 중앙에 위치한다. 무인 비행기(110)는 수신 코일(113)을 통해 무선으로 공급된 전력을 이용하여 복수의 모터들(114)을 구동하여 지상으로 비행한다. 화물 박스(120)는 화물 박스 연결부들(116a, 116b)과 결합되며 내부에 배달 물품(121)을 보관한다. 차지 스테이션(130)은 스파이럴 형태의 송신 코일(133) 및 표면(131)을 포함한다. 송신 코일(133)은 수신 코일(113)의 제1 면과 대향하는 제2 면을 구비한다. 송신 코일(133)은 수신 코일(113)에 무선으로 전력을 공급한다. 표면(131)에는 무인 비행기(110)가 착륙한다. 차지 스테이션(131)은 수신 코일(113)의 제1 위치와 송신 코일(133)의 제2 위치 간의 차이에 기초하여 송신 코일(133)의 제2 위치를 제어한다.

수신 코일(113)을 +Z 방향으로 바라본 면이 수신 코일(113)의 제1 면일 수 있다. 송신 코일(133)을 Z 방향으로 바라본 면이 송신 코일(133)의 제2 면일 수 있다.

차지 스테이션(130)은 택배용 화물 트럭에 포함될 수 있다. 바람직하게는, 차지 스테이션(130)은 택배용 화물 트럭의 지붕 혹은 화물칸에 위치할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 차지 스테이션(130)은 무인 비행기(110)가 차지 스테이션(130)의 표면(131)에 착륙한 이후에 송신 코일(133)의 제2 위치를 제어할 수 있다. 표면(131)은 X축 및 X축에 직각인 Y축으로 표현될 수 있다. 수신 코일(113)의 제1 위치는 X축 및 Y축으로 표현될 수 있다. 수신 코일(113)의 제1 위치는 수신 코일(113)의 제1 면의 중심축의 2차원 위치일 수 있다. 송신 코일(133)의 제2 위치는 X축 및 Y축으로 표현될 수 있다. 송신 코일(133)의 제2 위치는 송신 코일(133)의 제2 면의 중심축의 2차원 위치일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 무인 비행기(110) 및 차지 스테이션(130)은 각각 GPS 센서를 포함할 수 있다. 차지 스테이션(130)은 무인 비행기(110)에 포함된 상기 GPS 센서 및 차지 스테이션(130)에 포함된 상기 GPS 센서를 이용하여, 수신 코일(113)의 제1 위치와 송신 코일(133)의 제2 위치 간의 차이를 측정할 수 있다. 차지 스테이션(130)은 상기 GPS 센서들로 측정된 수신 코일(113)의 제1 위치와 송신 코일(133)의 제2 위치 간의 차이에 기초하여 송신 코일(133)의 제2 위치를 제어할 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 무인 비행기(110) 및 차지 스테이션(130)은 각각 거리 센서를 포함할 수 있다. 차지 스테이션(130)은 무인 비행기(110)에 포함된 상기 거리 센서 및 차지 스테이션(130)에 포함된 상기 거리 센서를 이용하여, 수신 코일(113)의 제1 위치와 송신 코일(133)의 제2 위치 간의 차이를 측정할 수 있다. 차지 스테이션(130)은 상기 거리 센서들로 측정된 수신 코일(113)의 제1 위치와 송신 코일(133)의 제2 위치 간의 차이에 기초하여 송신 코일(133)의 제2 위치를 제어할 수 있다.

또 다른 실시예에 있어서, 무인 비행기(110) 및 차지 스테이션(130)은 각각 자기장 센서를 포함할 수 있다. 차지 스테이션(130)은 무인 비행기(110)에 포함된 상기 자기장 센서 및 차지 스테이션(130)에 포함된 상기 자기장 센서를 이용하여, 수신 코일(113)의 제1 위치와 송신 코일(133)의 제2 위치 간의 차이를 측정할 수 있다. 차지 스테이션(130)은 상기 자기장 센서로 측정된 수신 코일(113)의 제1 위치와 송신 코일(133)의 제2 위치 간의 차이에 기초하여 송신 코일(133)의 제2 위치를 제어할 수 있다.

차지 스테이션(130)은 수신 코일(113)의 제1 위치와 송신 코일(133)의 제2 위치가 동일해지도록 송신 코일(133)의 제2 위치를 제어할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 차지 스테이션(130)은 송신 코일(133)의 제2 위치를 X축 방향으로 제어한 후, 송신 코일(133)의 제2 위치를 Y축 방향으로 제어할 수 있다. 차지 스테이션(130)이 송신 코일(133)의 제2 위치를 X축 방향으로 제어한 후, 송신 코일(133)의 제2 위치를 Y축 방향으로 제어하는 과정을 도 3 내지 5를 참조하여 후술한다.

다른 실시예에 있어서, 차지 스테이션(130)은 송신 코일(133)의 제2 위치를 Y축 방향으로 제어한 후, 송신 코일(133)의 제2 위치를 X축 방향으로 제어할 수 있다. 차지 스테이션(130)이 송신 코일(133)의 제2 위치를 Y축 방향으로 제어한 후, 송신 코일(133)의 제2 위치를 X축 방향으로 제어하는 과정은 도 3 내지 5를 참조하여 이해할 수 있으므로 설명을 생략한다.

화물 박스(120)는 송신 코일(133)과 수신 코일(113) 간의 커플링 계수(Coupling coefficient)를 높이는 중계기(122)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 송신 코일(133) 및 수신 코일(113)의 반지름이 클수록 전력 전달 효율은 좋아진다. 무인 비행기(110)는 크기의 제한을 가지므로, 송신 코일(133) 및 수신 코일(113)의 반지름의 크기 또한 제한을 가진다. 중계기(122)는 제한된 크기의 반지름을 가지는 송신 코일(133) 및 수신 코일(113) 간의 커플링 계수를 높여 송신 코일(133) 및 수신 코일(113) 간의 전력 전달 효율을 높일 수 있다.

중계기(122)는 스파이럴 형태의 코일로 구현될 수 있다. 중계기(122)는 제3 면과 제4 면을 포함할 수 있다. 중계기(122)의 제3 면은 수신 코일(113)의 제1 면과 대향할 수 있다. 중계기(122)의 제4 면은 송신 코일(133)의 제2 면과 대향할 수 있다. 차지 스테이션(130)이 수신 코일(113)의 제1 위치와 송신 코일(133)의 제2 위치가 동일해지도록 송신 코일(133)의 제2 위치를 제어한 경우, 중계기(122)의 제3 면 및 제4 면의 중심축은 수신 코일(113)의 제1 면의 중심축 및 송신 코일(133)의 제2 면의 중심축과 일직선을 이룰 수 있다.

무인 비행기(110)는 컨버터(112) 및 배터리(111)를 더 포함할 수 있다. 컨버터(112)는 송신 코일(133)에서 수신 코일(113)을 통해 전달된 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다. 배터리(111)는 상기 직류 전력으로 변환된 전력을 저장할 수 있다. 무인 비행기(110)는 배터리(111)에 저장된 전력을 이용하여 복수의 모터들(114)을 구동할 수 있다.

차지 스테이션(130)은 자기장을 집속시켜 송신 코일(133)과 수신 코일(113) 간의 커플링 계수를 높이는 페라이트(134)를 더 포함할 수 있다. 페라이트(134)는 송신 코일(133) 아래 또는 위에 존재할 수 있다. 차지 스테이션(130)은 송신 코일(133)과 페라이트(134)를 동시에 이동시킬 수 있다.

도 2는 도 1의 차지 시스템에 포함되는 차지 스테이션을 Z 방향에서 본 평면도이다.

도 2를 참조하면, 차지 시스템(130)은 X축 모터들(142, 144) 및 X축 와이어들(136)을 이용하여 송신 코일(133) 및 페라이트(134)의 위치를 X 축 방향으로 제어할 수 있다. X축 와이어들(1136)은 X축 모터들(142, 144)과 송신 코일(133) 및 페라이트(134)를 연결할 수 있다. 차지 시스템(130)은 Y축 모터들(141, 143) 및 Y축 와이어들(135, 137)을 이용하여 송신 코일(133) 및 페라이트(134)의 위치를 Y축 방향으로 제어할 수 있다. Y축 와이어들(135, 137)은 Y축 모터들(141, 143)과 송신 코일(133) 및 페라이트(134)를 연결할 수 있다.

도 3 내지 5는 도 2의 차지 스테이션이 송신 코일의 위치를 제어하는 절차를 나타내는 도면들이다.

도 3은 무인 비행기(110)가 차지 시스템(130)의 표면(131)에 착지한 경우를 나타낸다. 차지 스테이션(130)의 구조는 도 2에 기초하여 이해할 수 있다. 수신 코일(113)의 제1 위치와 송신 코일(133)의 제2 위치 간의 차이가 크기 때문에, 송신 코일(133)로부터 수신 코일(113)로의 전력 전달 효율은 낮다.

도 4는 무인 비행기(110)의 수신 코일(113)의 제1 위치의 X좌표와 송신 코일(133)의 제2 위치의 X좌표가 동일하도록, 차지 스테이션(130)이 X축 모터들(142, 144) 및 X축 와이어들(136, 138)을 이용하여 송신 코일(133) 및 페라이트(134)를 X축 방향으로 제어한 경우를 나타낸다. 차지 스테이션(130)의 구조는 도 2에 기초하여 이해할 수 있다. 도 4의 수신 코일(113)의 제1 위치와 송신 코일(133)의 제2 위치 간의 차이가 도 3의 수신 코일(113)의 제1 위치와 송신 코일(133)의 제2 위치 간의 차이보다 작기 때문에, 도 4의 송신 코일(133)로부터 수신 코일(113)로의 전력 전달 효율은 도 3의 송신 코일(133)로부터 수신 코일(113)로의 전력 전달 효율보다 크다.

도 5는 무인 비행기(110)의 수신 코일(113)의 제1 위치의 Y좌표와 송신 코일(133)의 제2 위치의 Y좌표가 동일하도록, 차지 스테이션(130)이 Y축 모터들(141, 143) 및 Y축 와이어들(135, 137)을 이용하여 송신 코일(133) 및 페라이트(134)를 Y축 방향으로 제어한 경우를 나타낸다. 차지 스테이션(130)의 구조는 도 2에 기초하여 이해할 수 있다. 도 5에서 수신 코일(113)의 제1 위치와 송신 코일(133)의 제2 위치 간의 차이가 없으므로, 수신 코일(113)로부터 송신 코일(133)로의 전력 전달 효율이 최대화될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행기의 차징 방법을 나타내는 순서도이다.

도 6을 참조하면, 무인 비행기의 차징(Charging) 방법은 동체, 상기 동체에 연결된 복수의 암들(Arms), 상기 복수의 암들과 각각 연결된 복수의 모터들, 상기 복수의 모터들과 각각 연결된 복수의 프로펠러들, 각각 상기 동체의 하단부에 착륙 장치 연결부를 통해 연결되며 화물 박스 연결부를 구비하는 복수의 착륙 장치들 및 상기 착륙 장치 연결부들의 중앙에 위치하는 스파이럴 형태의 수신 코일을 포함하고, 상기 수신 코일을 통해 무선으로 공급된 전력을 이용하여 상기 복수의 모터들을 구동하여 지상으로 비행하고, 내부에 배달 물품을 보관하는 화물 박스와 상기 화물 박스 연결부들을 통해 결합된 무인 비행기가 차지 스테이션의 표면에 착륙하는 단계(단계 S110)를 포함한다.

상기 무인 비행기가 차지 스테이션의 표면에 착륙하는 단계(S110)는 도 1 및 3을 참조하여 이해할 수 있으므로 설명을 생략한다.

상기 무인 비행기의 차징 방법은 상기 수신 코일의 제1 위치와 상기 차지 스테이션에 포함되고 상기 수신 코일의 제1 면과 대향하는 제2 면을 구비하는 스파이럴 형태의 송신 코일의 제2 위치 간의 차이에 기초하여 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어하는 단계(단계 S120)를 포함한다. 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어하는 단계(S120)는 도 7을 참조하여 후술한다.

상기 무인 비행기의 차징 방법은 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일 및 상기 수신 코일을 통해 상기 무인 비행기에 무선으로 전력을 공급하는 단계(단계 S130)를 포함한다. 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일 및 상기 수신 코일을 통해 상기 무인 비행기에 무선으로 전력을 공급하는 단계(S130)는 도 1을 참조하여 이해할 수 있으므로 설명을 생략한다.

도 7은 도 6의 순서도에 포함되는 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어하는 단계를 나타내는 순서도이다.

도 7을 참조하면, 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어하는 단계(S120)는, 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 X축 방향으로 제어하는 단계(단계 S121) 및 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 Y축 방향으로 제어하는 단계(단계 S122)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 X축 방향으로 제어하는 단계(S121)가 수행된 후에 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 Y축 방향으로 제어하는 단계(S122)가 수행될 수 있다. 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 X축 방향으로 제어하는 단계(S121)가 수행된 후에 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 Y축 방향으로 제어하는 단계(S122)가 수행되는 경우는 도 3 내지 5를 참조하여 이해할 수 있으므로 설명을 생략한다.

다른 실시예에 있어서, 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 Y축 방향으로 제어하는 단계(S122)가 수행된 후에 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 X축 방향으로 제어하는 단계(S121)가 수행될 수 있다. 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 Y축 방향으로 제어하는 단계(S122)가 수행된 후에 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 X축 방향으로 제어하는 단계(S121)가 수행되는 경우는 도 3 내지 5를 참조하여 이해할 수 있으므로 설명을 생략한다.

상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어하는 단계(S120)는, 상기 차지 스테이션이 상기 수신 코일의 상기 제1 위치와 상기 송신 코일의 상기 제2 위치가 동일해지도록 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어하는 단계(S123)를 포함할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행기를 이용한 물류 운송 방법을 나타내는 순서도이다.

도 8을 참조하면, 무인 비행기를 이용한 물류 운송 방법은 동체, 상기 동체에 연결된 복수의 암들(Arms), 상기 복수의 암들과 각각 연결된 복수의 모터들, 상기 복수의 모터들과 각각 연결된 복수의 프로펠러들, 각각 상기 동체의 하단부에 착륙 장치 연결부를 통해 연결되며 화물 박스 연결부를 구비하는 복수의 착륙 장치들 및 상기 착륙 장치 연결부들의 중앙에 위치하는 스파이럴 형태의 수신 코일을 포함하고, 상기 수신 코일을 통해 무선으로 공급된 전력을 이용하여 상기 복수의 모터들을 구동하여 지상으로 비행하고, 내부에 제1 배달 물품을 보관하는 화물 박스와 상기 화물 박스 연결부들을 통해 결합된 무인 비행기가 상기 제1 배달 물품을 제1 배달 목적지에 배달하는 단계(단계 S210)를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 무인 비행기가 상기 제1 배달 물품을 상기 제1 배달 목적지에 배달하는 단계(S210)는 상기 무인 비행기가 상기 제1 배달 목적지에 착륙하고, 상기 제1 배달 목적지의 직원 또는 수령자가 상기 제1 배달 물품을 하적하는 방법으로 수행될 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 무인 비행기가 상기 제1 배달 물품을 상기 제1 배달 목적지에 배달하는 단계(S210)는 상기 무인 비행기가 상기 제1 배달 목적지에 착륙하지 않고, 화물 박스(120)를 투하하는 방법으로 수행될 수 있다.

상기 무인 비행기가 상기 제1 배달 물품을 상기 제1 배달 목적지에 배달하는 단계(S210)의 다른 부분은 도 1 및 3을 참조하여 이해할 수 있으므로 설명을 생략한다.

상기 무인 비행기를 이용한 물류 운송 방법은 상기 무인 비행기가 차지 스테이션으로 회귀하는 단계(단계 S220) 및 상기 무인 비행기가 상기 차지 스테이션의 표면에 착륙하는 단계(단계 S230)를 포함한다.

상기 무인 비행기를 이용한 물류 운송 방법은 상기 수신 코일의 제1 위치와 상기 차지 스테이션에 포함되고 상기 수신 코일의 제1 면과 대향하는 제2 면을 구비하는 스파이럴 형태의 송신 코일의 제2 위치 간의 차이에 기초하여 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어하는 단계(단계 S240)를 포함한다.

상기 차지 스테이션의 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어하는 단계(S240)는 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 X축 방향으로 제어하는 단계, 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 Y축 방향으로 제어하는 단계 및 상기 차지 스테이션이 상기 수신 코일의 상기 제1 위치와 상기 송신 코일의 상기 제2 위치가 동일해지도록 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 X축 방향으로 제어하는 단계가 수행된 후에 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 Y축 방향으로 제어하는 단계가 수행될 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 Y축 방향으로 제어하는 단계가 수행된 후에 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일의 상기 제2 위치를 상기 X축 방향으로 제어하는 단계가 수행될 수 있다.

상기 무인 비행기를 이용한 물류 운송 방법은 상기 차지 스테이션이 상기 송신 코일 및 상기 수신 코일을 통해 상기 무인 비행기에 무선으로 전력을 공급하는 단계(단계 S250), 상기 화물 박스에 제2 배달 물품을 적재하는 단계(단계 S260) 및 상기 무인 비행기가 상기 제2 배달 물품을 제2 배달 목적지에 배달하는 단계(단계 S270)를 포함할 수 있다.

상기 무인 비행기가 상기 제2 배달 물품을 상기 제2 배달 목적지에 배달하는 단계(S270)가 수행된 이후에 상기 단계들(S220, S230, S240, S250, S260 및 S270)은 반복적으로 수행될 수 있다.

본 발명은 무인 비행기를 이용하는 물류 운송 시스템에 널리 사용될 수 있다. 더욱 자세하게는, 본 발명은 수 Km 내외의 근거리 물류 운송 시스템에 널리 사용될 수 있으며, 사람이 이동하여 물류를 운송하기 힘든 도서 지역 및 산간 지역에 물류를 배달하기 위해 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.