태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템{Flight management system with smart charge using solar power generation}

본 발명의 실시 예는 스마트 충전 기능이 포함되는 비행 관리 시스템에 관한 것으로서, 예컨대, 무인 비행체가 배터리의 충전량 저하 시마다 공연장 내에 분산 배치된 충전스테이션을 스스로 찾아가 충전 후 계속 공연을 이어가는 스마트형 충전 기능을 가짐에 따라, 무인 비행체를 이용한 공연 간에 무인 비행체별 충전을 위한 중단 시간이 최소화되면서 무인 비행체 공연의 일체감 및 몰입감 등이 향상될 수 있도록 하는 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 무인 비행체(or 무인 항공기, UAV: unmanned aerial vehicle, 이하 '무인 비행체'라 함)는 조종사의 탑승 없이 자율적인 비행을 하거나 원거리에서의 원격 조정을 통해 비행하는 비행체를 말하며, 드론(drone)이라 불리기도 한다.

이러한 무인 비행체는 일반 비행체와는 달리 조종사를 위한 공간과 안전장치를 별도로 구비하지 않기 때문에 소형화, 경량화가 가능하며, 초기에는 사람이 접근하기 어려운 곳의 정보 수집과 정찰 등의 용도로 많이 사용되었으나, 최근에는 방송 및 공연, 농약 살포나 화재 진압 등 민간 부분에서도 그 사용이 확산되는 추세이다.

그러나 무인 비행체는 배터리의 한계로 인하여 활동범위에 제한이 따르며, 이는 무인 비행체를 이용한 공연 시에도 방해 요인이 되는 것이었다. 즉, 무인 비행체들이 공연 중 배터리의 교체나 충전을 위해 공연장을 벗어나 배터리 교체 또는 충전을 한 후 다시 공연장으로 투입되는 현상이 반복됨에 따라 공연의 일체감 및 몰입감 등이 떨어지고 결과적으로 공연에 대한 흥미를 저하되는 요인이 되고 있다.

본 발명의 실시 예는 무인 비행체가 비행 중 배터리의 잔여 량을 실시간으로 확인하고 배터리 잔여량이 사전 설정된 충전을 요하는 상태가 되면 태양광 발전식 충전스테이션들에 대한 거리 및 충전 가능량을 기반으로 충전에 가장 적합한 충전스테이션을 선택 후 해당 충전스테이션으로 비행하여 충전 후 비행을 계속할 수 있도록 하는 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템을 제공한다.

또한 본 발명의 실시 예는 공연 중인 무인 비행체가 배터리의 충전량 저하 시마다 공연장 내에 분산 배치된 충전스테이션을 스스로 찾아가 충전 후 계속 공연을 이어가는 스마트형 충전 기능을 가짐에 따라, 무인 비행체를 이용한 공연 간에 기존의 배터리 교체나 충전에서 기인하는 무인 비행체별 공연의 일시 중단 및 이러한 공연 중단이 비교적 길게 이어지는데 따른 무인 비행체 간 공연의 일체감 저하 그리고 관객들의 공연에 대한 몰입감 저하 등의 현상이 잘 방지되어 무인 비행체 공연의 일체감 및 몰입감 등이 향상될 수 있도록 하는 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템은, 태양전지판 및 충전 전류 공급용의 충전판이 서로 위치 반전될 수 있는 상태로 설치되며 분산 배치되는 복수의 충전스테이션과, 배터리 충전량을 실시간 감지하며 배터리 충전량이 사전 설정된 임계값의 미만 상태가 되는 경우 현재 위치를 기준으로 상기 충전스테이션들 각각에 대한 거리 및 충전스테이션별 충전 가능량을 기준으로 충전용 충전스테이션을 선택하여 선택된 충전스테이션으로 이동하여 충전이 이루어지는 비행체와, 상기 충전스테이션별로 전송되는 상기 태양전지판을 통한 현재 충전량 정보 및 상기 비행체의 충전 정보 중 어느 하나 또는 둘 모두를 수신하며 수신된 정보의 표시 기능을 갖는 중앙관리센터를 포함할 수 있다.

또한 상기 비행체는 충전 시 상기 충전스테이션의 선택을 위해 임계 거리 및 임계 충전량이 사전 설정되어 상기 임계 거리 내에 위치한 만충전이 가능한 충전스테이션, 상기 임계 거리 내에 만충전 가능한 충전스테이션이 없을 경우 현재 충전량이 상기 임계 충전량 이상이면서 가장 가깝게 위치한 충전스테이션, 상기 임계 거리 내에 현재 충전량이 상기 임계 충전량 이상인 충전스테이션이 없을 경우 현재 위치에서 가장 가깝게 위치한 충전스테이션의 순서로 충전용 충전스테이션을 선택하는 것일 수 있다.

또한 상기 충전스테이션은 상기 태양전지판 또는 충전판의 외부 노출 및 반전 배치를 위한 회전이 가능하도록 상부가 개방되며 상기 충전스테이션의 외형을 형성하는 스테이션 본체와, 상기 스테이션 본체에 상기 태양전지판 및 충전판의 반전 배치를 위해 회전 가능하게 결합되며 상기 태양전지판 및 충전판을 서로 마주보는 동시에 이격되는 상태로 지지하는 판 연결부와, 상기 판 연결부에 회전 동력을 제공하는 회전동력원을 포함할 수 있다.

또한 상기 회전동력원은 상기 스테이션 본체의 내면에 고정되는 모터이며, 상기 판 연결부는 상기 스테이션 본체의 내면에 회전 가능하게 결합되는 회전축을 포함하는 동시에 상기 모터의 구동축이 일측에 직접 연결되거나 감속기를 매개로 연결되는 것일 수 있다.

또한 상기 충전스테이션은 상기 태양전지판을 통해 생성되는 전기에너지를 충전하는 충전지 및 상기 충전지의 충전량을 감지하는 충전량 감지부를 포함할 수 있다.

또한 상기 충전스테이션은 상기 태양전지판을 통해 생성되는 전원과는 별도의 외부 전원을 공급받기 위한 전원 공급부 및 상기 태양전지판을 통해 생성되는 전원 및 상기 전원 공급부를 통한 전원 중 어느 한쪽이 상기 충전판과 접속되게 하는 충전회로 전환부를 포함할 수 있다.

또한 상기 비행체는 상기 충전스테이션에 상기 충전판의 상부 배치를 위한 반전 신호 전송용의 제1 근거리 통신모듈을 포함하여 배터리 충전량이 상기 임계값 미만이 되면 상기 제1 근거리 통신모듈을 통해 상기 반전 신호를 송출하며, 상기 충전스테이션은 상기 비행체로부터 전송되는 상기 반전 신호의 수신을 위해 제2 근거리 통신모듈을 포함하여 상기 제2 근거리 통신모듈에 상기 비행체의 상기 반전 신호 수신 시 상기 충전판을 상부에 위치하도록 반전시키는 것일 수 있다.

또한 상기 충전스테이션은 상기 비행체로부터 충전 요청 신호를 수신 시 식별정보 및 상기 태양전지판을 통한 현재 충전량 정보가 포함된 회신 신호를 해당 비행체에 전송하며, 상기 비행체는 배터리 충전량이 상기 임계값 미만인 경우 상기 충전 요청 신호를 송출하고 상기 비행체의 회신 신호로부터 상기 식별정보 및 태양전지판을 통한 현재 충전량 정보를 검출하여 검출된 정보를 기반으로 상기 충전스테이션들 각각에 대한 거리 및 충전스테이션별 충전 가능량을 파악하되, GPS 모듈을 포함하고 상기 충전스테이션별 GPS 좌표정보가 해당 충전스테이션의 식별정보와 매핑된 상태로 저장된 것일 수 있다.

또한 상기 충전스테이션은 사전 설정된 송출 주기에 따라 식별정보 및 상기 태양전지판을 통한 현재 충전량 정보가 포함된 신호를 주기적으로 송출하고, 상기 비행체는 현재 위치정보의 검출을 위한 GPS 모듈을 포함하며 상기 충전스테이션별 GPS 좌표정보가 해당 충전스테이션의 식별정보와 매핑된 상태로 저장되어 상기 충전스테이션의 신호로부터 해당 충전스테이션의 식별정보 및 충전량 정보를 검출 후 검출된 식별정보에 따른 해당 충전스테이션별 GPS 좌표정보 및 충전량 정보를 토대로 충전을 위한 상기 충전스테이션을 선택하는 것일 수 있다.

또한 상기 충전스테이션의 충전판은 양극부 및 음극부가 중앙의 절연부를 기준으로 양분되는 형태이며, 상기 비행체는 상기 충전판에 대한 착륙 시 상기 양극부 및 음극부에 각각 접속되기 위한 양극단자 및 음극단자를 포함하되, 상기 양극단자 및 음극단자는 상기 충전판의 양극부 및 음극부에 대한 접촉 시의 상호 간격이 상기 절연부의 중앙으로부터 상기 양극부 또는 음극부의 단부를 직선 연결한 거리보다 큰 형태로 형성되는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 무인 비행체가 비행 중 배터리의 잔여 량을 실시간으로 확인하고 배터리 잔여량이 사전 설정된 충전을 요하는 상태가 되면 태양광 발전식 충전스테이션들에 대한 거리 및 충전 가능량을 기반으로 충전에 가장 적합한 충전스테이션을 선택 후 해당 충전스테이션으로 비행하여 충전 후 비행을 계속할 수 있게 된다.

또한 공연 중인 무인 비행체가 배터리의 충전량 저하 시마다 공연장 내에 분산 배치된 충전스테이션을 스스로 찾아가 충전 후 계속 공연을 이어가는 스마트형 충전을 하게 되므로, 무인 비행체를 이용한 공연 간에 기존의 배터리 교체나 충전에서 기인하는 무인 비행체별 공연의 일시 중단 및 이러한 공연 중단이 비교적 길게 이어지는데 따른 무인 비행체 간 공연의 일체감 저하 그리고 관객들의 공연에 대한 몰입감 저하 등의 현상이 잘 방지되어 무인 비행체 공연의 일체감 및 몰입감 등이 향상될 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템을 개념적으로 보인 도면
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템에서 비행체의 구성을 보인 블록도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템에서 충전 스테이션의 구성을 보인 블록도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템에서 충전 스테이션에 대한 비행체의 충전용 구성 일례를 보인 사시도
도 5는 도 4에 따른 비행체의 충전용 구성을 다른 각도에서 보인 사시도
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템에서 충전 스테이션의 외형을 보인 사시도
도 7은 도 6에 따른 충전 스테이션의 태양전지판과 충전판의 반전 구성을 개략적으로 보인 도면

이하의 본 발명에 대한 상세한 설명들은 본 발명이 실시될 수 있는 실시 예이고 해당 실시 예에 대한 예시로써 도시된 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한 각각의 기재된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.

따라서 후술되는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

발명에서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한 명세서에 기재된 “…부”, ＂…모듈“ 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템을 개념적으로 보인 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템은 충전스테이션(200), 비행체(100), 중앙관리센터(300)를 포함하여 구성된다.

충전스테이션(200)은 비행체(100)의 충전을 위해 분산 설치되는 것으로서, 비행체(100)의 착륙이 이루어지는 일면에 태양전지판(260) 및 비행체(100)에 충전 전류를 공급하기 위한 충전판(미도시, 도 4 및 도 5 참조)이 서로 위치 반전이 이루어질 수 있는 상태로 설치된다. 즉, 충전스테이션(100)에는 태양전지판(260) 및 충전판이 상하 반전이 이루어질 수 있는 상태로 설치되며, 이에 따라 비행체(100)가 충전을 위해 착륙하기 전에는 태양전지판(260)이 상부에 위치한 상태에서 태양광 발전을 하게 되고, 비행체(100)가 충전을 위해 착륙하는 경우에는 충전판이 상부에 위치하는 상태로 반전되어 상부로 반전된 충전판에 비행체(100)의 착륙이 이루어지면서 해당 비행체(100)에 충전 전류가 공급된다.

그리고 충전스테이션(200)의 태양전지판(260)과 충전판 간 상하 반전의 구체적 구성 및 태양전지판(260)과 충전판의 구체적 구성에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 후술키로 한다.

비행체(100)는 그 배터리(160)의 충전량을 감지하는 기능을 가져 비행 중에 실시간으로 배터리(160) 충전량을 감지하며, 배터리(160)의 충전량이 사전 설정된 임계값 미만 상태가 되면 현재 위치를 기준으로 충전스테이션(200)들 각각에 대한 거리 및 충전스테이션(200)의 충전 가능량을 기준으로 충전용 충전스테이션(200)을 선택한다. 그리고 비행체(100)는 이렇게 선택되는 충전스테이션(200)으로 이동하여 충전을 한다.

이 과정에서 비행체(100)는 배터리(160)의 충전량이 상기 임계값 미만인 경우 충전 요청 신호를 생성하여 송출한 다음, 상기 충전 요청 신호에 따른 충전 스테이션(200)별 회신 신호를 통해 해당 충전스테이션(200)별 위치정보 및 태양전지판(260)을 통한 현재 충전량 정보를 검출하여 이렇게 검출되는 충전스테이션(200)별 위치정보 및 태양전지판(260)을 통한 현재 충전량 정보를 토대로 충전용 충전스테이션(200)을 선택하는 것일 수 있다.

이를 위해 비행체(100)는 비행 간 현재 위치정보의 검출을 위한 GPS 모듈(미도시, 도 2 참조)을 포함하며, 또한 비행체(100)는 충전스테이션(200)별 GPS 좌표정보가 해당 충전스테이션(200)의 식별정보와 매핑되어 저장될 수 있다. 그리고 충전스테이션(200)은 비행체(100)의 충전 요청 신호에 따른 회신 신호에 식별정보를 태양전지판(260)을 통한 현재 충전량 정보와 함께 포함시켜 전송한다.

이와 다른 형태로써, 충전스테이션(200)은 사전 설정된 송출 주기에 따라 식별정보 및 태양전지판(260)을 통한 현재 충전량 정보가 포함된 신호를 주기적으로 송출하는 것일 수 있다. 이에 따라, 비행체(100)는 배터리(160)의 충전량이 상기 임계값 미만인 경우 GPS 모듈(미도시, 도 2 참조)을 통해 현재 위치정보를 검출하고, 충전스테이션(200)의 신호로부터 충전스테이션(200)별 식별정보 및 태양전지판(260)을 통한 현재 충전량 정보를 검출 후 이렇게 검출되는 식별정보에 따른 충전스테이션(200)별 GPS 좌표정보 및 태양전지판(260)을 통한 현재 충전량 정보를 토대로 충전용 충전스테이션(200)을 선택하여 해당 충전스테이션(200)으로 이동한다.

또한 비행체(100)는 충전 시 충전스테이션(200)의 선택을 위해 임계 거리 및 임계 충전량이 사전 설정될 수 있다. 이에 따라 비행체(100)는 상기 임계 거리 내에 위치한 만충전이 가능한 충전스테이션(200), 상기 임계 거리 내에 만충전 가능한 충전스테이션(200)이 없을 경우 현재 충전량이 상기 임계 충전량 이상이면서 가장 가깝게 위치한 충전스테이션(200), 상기 임계 거리 내에 현재 충전량이 상기 임계 충전량 이상인 충전스테이션(200)이 없을 경우 현재 위치에서 가장 가깝게 위치한 충전스테이션(200)의 순서로 충전용 충전스테이션(200)을 선택하는 것일 수 있다.

중앙관리센터(300)는 충전스테이션(200)별로 전송되는 비행체(100)의 충전 정보를 수신 후 이렇게 수신되는 충전스테이션(200)별, 다시 말해 비행체(100)별 충전 정보를 표시한다. 또한 중앙관리센터(300)는 충전스테이션(200)별로 전송되는 태양전지판(260)을 통한 현재 충전량 정보를 수신하며, 이렇게 수신된 정보의 표시 기능을 갖는다.

다음은 도 2 및 도 3을 참조하여 비행체(100) 및 충전 스테이션(200)의 구체적인 구성에 대해 차례로 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템에서 비행체의 구성을 보인 블록도이다.

도시된 바와 같이, 비행체(100)는 배터리(160), 충전량 감지부,(130) 통신부(180), 제어부(140), GPS 모듈(120), 데이터베이스부(110), 제1 근거리 통신모듈(150), 양극단자(171), 음극단자(172)를 포함하는 충전부(170)를 포함하여 구성된다.

배터리(160)는 비행체(100)의 비행 시를 포함한 동력을 공급하는 것으로서, 이러한 배터리(160)는 비행체(100)의 크기 및 기능 등을 고려하여 통상의 배터리 중 적합한 것이 선택되어 사용되면 될 것이다.

충전량 감지부(130)는 배터리(160)의 충전량을 실시간 감지하는 것으로서, 이러한 충전량 감지부(130)는 실시간 감지되는 배터리(160)의 충전량에 대한 정보를 제어부(140)에 입력한다.

통신부(180)는 비행체(100)가 충전스테이션(200) 및 중앙관리센터(300)와 다양한 신호들을 송수신할 수 있게 하는 기능을 한다. 즉, 비행체(100)는 통신부(180)를 통해 배터리(160)의 충전을 위한 충전 요청 신호를 송출하고 충전스테이션(200)으로부터 송출되는 신호를 수신한다.

제어부(140)는 충전량 감지부(130)를 통해 비행체(100)의 배터리 충전량을 실시간으로 파악하며, 이러한 제어부(140)는 비행체(100)의 배터리 충전량에 대한 사전 설정된 임계값을 설정하고 있어, 충전량 감지부(130)를 통해 입력되는 비행체(100)의 실시간 배터리 충전량이 상기 임계값의 미만 상태가 될 때 충전 요청 신호를 생성하여 통신부(180)를 통해 외부 송출한다. 또한 제어부(140)는 상기 충전 요청 신호의 외부 송출에 따라 통신부(180)를 통해 수신되는 충전스테이션(200)별 회신 신호로부터 해당 충전스테이션(200)의 식별정보 및 태양전지판(260)을 통한 현재 충전량 정보를 검출하고, 이렇게 검출된 식별정보 및 태양전지판(260)을 통한 현재 충전량 정보에 따라 충전용 충전스테이션(200)을 선택 후 선택된 충전스테이션(200)으로 비행체(100)를 비행시켜 착륙시키는 기능을 한다.

그리고 제어부(140)는 이를 위해 충전 스테이션(200)의 전송 신호로부터 검출되는 식별정보에 따라 해당 충전 스테이션(200)의 GPS 좌표정보를 데이터베이스부(110)로부터 검출한다.

또한 이와 다른 형태로써, 제어부(140)는 충전량 감지부(130)를 통해 입력되는 비행체(100)의 실시간 배터리 충전량이 상기 임계값의 미만 상태가 될 때, 충전 스테이션(200)으로부터 주기적으로 송출되는 신호를 통신부(180)를 통해 수신 후 이렇게 수신되는 충전 스테이션(200)의 전송 신호로부터 해당 충전 스테이션(200)의 식별정보 및 태양전지판(260)을 통한 현재 충전량 정보를 검출하는 것일 수 있다. 이후의 과정은 상술한 제어부(140)가 충전 요청 신호를 전송하는 형태와 동일하게 진행된다.

GPS 모듈(120)은 비행체(100)에 설치되며, 이러한 GPS 모듈(120)은 비행체(100)의 비행 시를 포함하여 해당 비행체(100)의 현재 GPS 위치정보를 획득하는 기능을 한다.

제1 근거리 통신모듈(150)은 비행체(100)가 충전을 위해 선택된 충전스테이션(200)으로 이동 시 해당 충전스테이션(200)의 충전판이 상부에 위치케 하는 반전 신호를 해당 충전스테이션(200)에 전송되게 하는 기능을 한다. 즉, 제어부(140)는 충전량 감지부(130)를 통해 확인되는 배터리(160)의 충전량이 사전 설정된 임계값 미만이 될 경우 제1 근거리 통신모듈(150)을 통해 반전 신호를 주기적으로 송출시킨다. 따라서 충전스테이션(200)에는 제1 근거리 통신모듈(150)로부터 전송되는 반전 신호의 수신을 위해 제2 근거리 통신모듈(240)이 설치된다.

데이터베이스부(110)는 충전스테이션(200)별 GPS 좌표정보를 해당 충전스테이션(200)의 식별정보와 매핑시켜 저장하고 있으며, 또한 데이터베이스부(110)는 비행체(100)의 비행 과정을 포함한 동작정보 및 그밖에 해당 비행체(100)와 관련된 다양한 정보들을 저장한다.

양극단자(171) 및 음극단자(172)는 충전스테이션(200)을 통한 비행체(100)의 충전 시 사용되는 것으로서, 이러한 양극단자(171) 및 음극단자(172)에 대해서는 이어지는 충전스테이션(200)의 설명에서 더 설명키로 한다.

다음은 도 3을 참조하여 충전 스테이션(200)에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템에서 충전 스테이션의 구성을 보인 블록도이다.

도시된 바와 같이, 충전 스테이션(200)은 제1 통신부(210), 제2 통신부(250) 제어부(220), 저장부(230), 제2 근거리 통신모듈(240), 태양전지판(260), 태양전지판(260)을 통해 생성되는 전기에너지를 충전시키는 충전지(270), 충전지(270)의 충전량을 실시간으로 감지하는 충전량 감지부(275), 전원 공급부(295), 충전회로 전환부(290)를 포함하여 구성된다.

제1 통신부(210)는 비행체(100)와의 데이터 및 신호 송수신이 이루어지게 하는 기능을 한다. 즉, 충전스테이션(200)은 비행체(100)로부터 충전 요청 신호 수신 시의 회신 신호 또는 사전 설정된 주기에 따라 주기적으로 식별정보가 포함된 신호를 제1 통신부(210)를 통해 송출한다.

제2 통신부(250)는 중앙관리센터(300)와의 데이터 및 신호 송수신이 이루어지게 하는 기능을 한다. 즉, 충전스테이션(200)은 태양전지판(260)을 통한 현재 충전량 정보 및 비행체(100)의 충전정보를 제2 통신부(250)를 통해 중앙관리센터(300)에 전송한다.

제어부(220)는 제1 통신부(210)를 통해 비행체(100)의 충전 요청 신호를 수신 시 저장부(230)에 저장된 식별정보 및 태양전지판(260)을 통한 현재 충전량 정보를 검출 후 이렇게 검출된 식별정보 및 태양전지판(260)을 통한 현재 충전량 정보를 포함한 회신 신호를 생성하여 제1 통신부(210)를 통해 송출한다. 또한 제어부(220)는 식별정보 및 태양전지판(260)을 통한 현재 충전량 정보가 포함된 신호의 송신 주기가 사전 설정되어 있어, 이렇게 설정된 송신 주기에 따라 식별정보 및 태양전지판(260)을 통한 현재 충전량 정보가 포함된 신호를 제1 통신부(210)를 통해 주기적으로 송출하는 것일 수 있다.

저장부(230)는 충전스테이션(200)의 식별정보 및 태양전지판(260)을 통한 현재 충전량 정보 그리고 충전스테이션(200)의 비행체(100)에 대한 충전 정보 그리고 충전스테이션(200)의 비행체(100)에 대한 충전 동작을 포함한 여러 동작 정보 등 충전스테이션(200)과 관련된 다양한 정보들을 저장한다.

제2 근거리 통신모듈(240)은 비행체(100)의 제1 근거리 통신모듈(150)에 대한 설명 시 함께 언급된 바와 같이 비행체(100)의 제1 근거리 통신모듈(150)로부터 전송되는 반전 신호를 수신하는 기능을 한다. 이에 따라, 충전스테이션(200)은 제2 근거리 통신모듈(240)을 통해 비행체(100)의 반전 신호 수신 시 충전판(280)을 태양전지판(260)의 상측에 위치하는 상태로 반전시킨다.

태양전지판(260)은 충전판(280)과 서로 반전 가능한 상태로 설치되어 해당 충전스테이션(200)에 대한 비행체(100)의 착륙이 이루어지지 않는 상태에서는 항상 충전판(280)의 상측으로 배치되어 태양광을 이용한 발전을 한다.

충전지(270)는 태양전지판(260)을 통해 발전되는 전기에너지를 충전하는 기능을 한다.

충전량 감지부(275)는 태양전지판(260)을 통해 발전되어 충전지(270)에 충전된 량, 다시 말해 충전지(270)의 충전량을 실시간으로 감지하는 기능을 한다.

전원 공급부(295)는 태양전지판(260)을 통해 발전되는 전원, 다시 말해 충전지(270)의 전원과는 별도의 외부 전원을 공급받는 기능을 한다. 다시 말해 전원 공급부(295)에 외부 전원이 연결되어 충전판(280)에 충전 전류를 공급하게 된다.

충전회로 전환부(290)는 충전지(270)의 전원 및 전원 공급부(295)를 통한 전원 중 어느 한쪽이 충전판(280)과 접속되게 하는 기능을 한다. 다시 말해 충전회로 전환부(290)를 통해 충전지(270)의 전원이 충전판(280)에 공급되거나 전원 공급부(295)의 전원이 충전판(280)에 공급되게 된다.

양극부(280) 및 음극부(282)는 절연부(283)와 함께 충전판(280)을 형성하는 것으로서, 즉, 충전판(280)은 중앙의 절연부(283)를 기준으로 양극부(281) 및 음극부(282)가 양분된 형태로 형성된다. 그리고 이러한 양극부(281) 및 음극부(282)는 충전회로 전환부(290)를 매개로 충전지(270) 또는 전원 공급부(295)와 전기적으로 접속되어 비행체(100) 충전을 위한 충전 전류를 공급받는다.

그리고 비행체(100)의 충전판(280)에 대한 착륙 시, 양극부(281)에 비행체(100)의 양극단자(171)가 접촉되고 음극부(282)에 비행체(100)의 음극단자(172) 접촉됨으로써, 충전지(270) 또는 전원 공급부(295)의 전원이 양극부(281) 및 양극단자(171) 그리고 음극부(282) 및 음극단자(172)를 통해 비행체(100)의 배터리(160)에 전기적으로 접속되면서 비행체(100)의 배터리(160)에 충전이 이루어지게 된다.

도 4 및 도 5는 이를 도시한 것으로서, 이를 참조하여 더 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템에서 충전 스테이션에 대한 비행체의 충전용 구성 일례를 보인 사시도이고, 도 5는 도 4에 따른 비행체의 충전용 구성을 다른 각도에서 보인 사시도이다.

도시된 바와 같이, 충전판(280)은 양극부(281) 및 음극부(282)가 중앙의 절연부(283)를 기준으로 양분되는 형태로 형성된다. 그리고 비행체(100)의 양극단자(171) 및 음극단자(172)는 충전판(280)에 대한 비행체(100) 착륙에 따른 양극부(281) 및 음극부(292)와의 접촉 시 상호 간격이 절연부(283)의 중앙으로부터 양극부(281) 또는 음극부(282)의 단부를 직선 연결한 거리보다 큰 형태로 형성된다.

부연 설명하면, 양극부(281) 및 음극부(282)는 절연부(283)를 중심으로 충전판(280)을 양분하는 형태이므로, 절연부(283)의 중앙으로부터 양극부(281)의 단부까지 거리(도면의 a) 그리고 절연부(283)의 중앙으로부터 음극부(282)의 단부까지 거리(도면의 b)는 동일한 거리를 나타낸다. 그리고 비행체(100)가 충전판(280)에 착륙된 상태를 기준으로, 비행체(100)의 양극단자(171) 및 음극단자(172)가 양극부(281) 및 음극부(282)에 각각 접촉된 상태에서의 상호 간 거리(도면의 c)가 상기 a 또는 b의 거리보다 길게 형성된다.

이는 비행체(100)의 충전판(280)에 대한 착륙 시 비행체(100)의 양극단자(171) 및 음극단자(172)가 충전스테이션(200)의 양극부(281) 또는 음극부(282)에 편중되어 위치되는 것을 방지하기 위한 것이다. 그리고 이를 위해 c의 길이가 a 또는 b의 길이에 대해 1.5배 이상이 되도록 할 수 있다.

그리고 비행체(100)의 양극단자(171) 및 음극단자(172)는 비행체(100)의 비행 시에는 해당 비행체(100)의 내부로 수용되고, 충전을 위해 충전판(280)에 착륙 시에만 해당 비행체(100)의 몸체로부터 인출되어 충전판(280)의 양극부(281) 및 음극부(282)에 접촉되는 형태일 수 있다. 또한 이렇게 비행체(100)의 양극단자(171) 및 음극단자(172)가 충전을 위해 충전스테이션(200)에 대한 착륙 시에만 해당 비행체(100)의 몸체로부터 인출되는 구성은 공지된 다양한 기술을 통해 다양한 형태로 구현될 수 있는바 본 실시 예에서 이에 대한 구체적인 도시 및 설명은 생략한다.

다음은 도 6 및 도 7을 참조하여 충전스테이션(200)의 외형을 포함한 구성 및 태양전지판(260)과 충전판(280) 간의 반전 구성에 대해 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템에서 충전 스테이션의 외형을 보인 사시도이고, 도 7은 도 6에 따른 충전 스테이션의 태양전지판과 충전판의 반전 구성을 개략적으로 보인 도면이다.

도시된 바와 같이, 충전스테이션(200)은 스테이션 본체(201), 판 연결부(202), 회전동력원(203)을 포함하여 구성될 수 있다.

스테이션 본체(201)는 태양전지판(260) 또는 충전판(280)의 외부 노출 및 반전 배치를 위한 회전이 가능하도록 상부가 개방된 형태이며, 이러한 스테이션 본체(201)는 충전스테이션(200)의 외형을 형성한다.

판 연결부(202)는 스테이션 본체(201)에 태양전지판(260) 및 충전판(280)의 반전 배치를 위해 회전 가능하게 결합되는 것으로서, 이러한 판 연결부(202)는 태양전지판(260) 및 충전판(280)을 서로 마주보는 동시에 이격되는 상태로 지지한다.

회전동력원(203)은 판 연결부(202)에 회전 동력을 제공하는 것으로서, 본 실시 예에서는 이러한 회전동력원(203)이 스테이션 본체(201)의 내면에 고정되는 모터인 것을 예로 하였다.

본 실시 예에서는 판 연결부(202)가 스테이션 본체(201)의 내면에 회전 가능하게 결합되는 회전축(204)을 포함하며, 또한 모터의 구동축이 일측에 직접 연결되거나 감속기를 매개로 연결되어 회전력을 전달받는 형태를 예로 하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고 회전구동부(203)인 모터는 도 3을 참조하여 설명한 제어부(220)의 제어에 따라 구동하는 것으로서, 다시 말해 제어부(220)는 제2 근거리 통신모듈(240)을 통해 입력되는 비행체(100)를 통한 반전 신호에 따라 충전판(280)이 태양전지판(260)의 상측에 배치되는 상태로 반전될 수 있도록 모터 구동을 제어한다.

상술한 도 1 내지 도 7의 실시 예들을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전을 이용하는 스마트 충전 기능의 비행 관리 시스템은, 무인 비행체가 비행 중 배터리의 잔여 량을 실시간으로 확인하고 배터리 잔여량이 사전 설정된 충전을 요하는 상태가 되면 태양광 발전식 충전스테이션들에 대한 거리 및 충전 가능량을 기반으로 충전에 가장 적합한 충전스테이션을 선택 후 해당 충전스테이션으로 비행하여 충전 후 비행을 계속할 수 있게 한다.

또한 공연 중인 무인 비행체가 배터리의 충전량 저하 시마다 공연장 내에 분산 배치된 충전스테이션을 스스로 찾아가 충전 후 계속 공연을 이어가는 스마트형 충전을 하므로, 무인 비행체를 이용한 공연 간에 기존의 배터리 교체나 충전에서 기인하는 무인 비행체별 공연의 일시 중단 및 이러한 공연 중단이 비교적 길게 이어지는데 따른 무인 비행체 간 공연의 일체감 저하 그리고 관객들의 공연에 대한 몰입감 저하 등의 현상이 잘 방지될 수 있게 하고, 이를 통해 무인 비행체 공연의 일체감 및 몰입감 등이 향상시킨다.

또한 무인 비행체의 충전스테이션에 대한 거리 및 충전 가능량을 기반으로 하는 충전이 서로 다른 종류의 UAV별 서로 다른 충전량에 따라 충전스테이션을 선택하는 기준이 달라질 것이며, 따라서 충전스테이션의 현재 충전량이 무인 비행체의 만충전을 가능케 하는 정도인지 여부는 무인 비행체의 종류별로 달라지고, 따라서 서로 다른 종류의 무인 비행체들이 자신의 충전 조건에 맞는 충전스테이션을 보다 효율적으로 찾아 비행하면서 충전을 하게 된다.

또한 충전스테이션의 태양전지판 및 충전판이 각자의 기능을 최대화시킬 수 있는 배치 및 반전 배치 구조를 가짐에 따라, 태양전지판을 통한 발전이 평상 시 지속적으로 이루어져 충분한 충전량을 확보할 수 있는 동시에 무인 비행체의 충전 시에만 충전판이 반전되어 무인 비행체에 대한 충전이 이루어지게 할 수 있다.

이상과 같이 본 설명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술되는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100 : 비행체 110 : 데이터베이스부
120 : GPS 모듈 130 : 충전량 감지부
140 : 제어부 150 : 제1 근거리 통신모듈
160 : 배터리 170 : 충전부
171 : 양극단자 172 : 음극단자
180 : 통신부 200 : 충전스테이션
201 : 스테이션 본체 202 : 판 연결부
203 : 모터 204 : 회전축
210 : 제1 통신부 220 : 제어부
230 : 저장부 240 : 제2 근거리 통신모듈
250 : 제2 통신부 260 : 태양전지판
270 : 충전지 275 : 충전량 감지부
281 : 양극부 282 : 음극부
283 : 절연부 290 : 충전회로 전환부
295 : 전원 공급부 300 : 중앙관리센터