KR101816803B1 - 드론의 전원공급시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 드론의 전원공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지상유닛에서 교류전력을 고주파 및 고전압의 전력으로 변환하여 유선의 전력선을 통해 공중의 드론에 공급하고 드론에서 변압기를 이용하여 전압을 강하하는 드론의 전원공급시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 드론의 전원공급시스템은 지상에 설치되고 교류전력을 고주파 전력으로 변환하는 지상유닛;
상기 고주파 전력을 전송받아 BLDC 모터 회전에 의해 공중을 비행하는 드론; 및
상기 지상유닛과 드론 사이를 연결하고 지상유닛의 고주파 전력을 드론에 전송하는 와이어유닛;
을 포함하여 구성된다.

Description

드론의 전원공급시스템 {Power supply systems of the drone}
본 발명은 드론의 전원공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지상유닛에서 교류전력을 고주파 및 고전압의 전력으로 변환하여 유선의 전력선을 통해 공중의 드론에 공급하고, 드론에서 변압기를 이용하여 전압을 강하하는 드론의 전원공급시스템에 관한 것이다.
일반적으로 드론(Drone)은 배터리의 전력을 이용하여 모터에 의해 다수 개의 프로펠러를 회전시킴으로써 하늘을 비행하는 비행유닛의 일종이다.
이때, 드론을 비행시키기 위해서는 상기 다수 개의 프로펠러가 매우 빠르게 회전되어야 하므로 배터리 소모량이 매우 많아지고, 이에 따라 배터리를 지속적으로 교체해 주어야 한다는 단점이 있다.
일반적으로 일회용 배터리를 드론에 장착시키는 경우, 제한된 시간에만 드론을 비행시킬 수 있으므로, 드론을 장시간 비행시키기 위해서는 일회용 배터리 사용량이 매우 많아져 비용이 많이 소모된다는 단점이 있다.
이와 같은 배터리 교체 비용문제를 해결하기 위하여 드론에 충전 배터리를 사용할 수 있는데, 충전 배터리를 사용할 때에는 주기적으로 배터리를 충전시켜야 한다는 번거로움이 있다.
예를 들어 일반적인 전력을 이용하는 회전익 드론은 3.8V~24V의 배터리를 전원으로 사용하고 있으나, 배터리의 용량의 한계로 인해 비행시간이 30분 이하로 제약되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 선행특허문헌 등록번호 제10-1350291호에는 유선연결 수직 이착륙 무인항공기 시스템이 개시되어 있다.
이 선행특허는 통신장치와 관측장치를 탑재하고 로터(모터)를 가동하여 공중에 체공하는 회전익 타입의 무인항공기; 및 무인항공기와 통신하여 무인항공기의 체공 비행을 제어하고 관측정보를 전송받는 지상통제장비;를 포함하는 무인항공기 시스템에 있어서, 상기 무인항공기와 지상통제장비 전력선을 포함한 테더 케이블을 이용하여 전기적으로 연결하고, 무인항공기에서 필요한 전력을 상기 전력선을 통해 지상통제장비에서 공급한다.
이와 같이 비행 목적이 정찰이나 특정 지역 촬영 등 지정된 장소로 제한된 경우 비행시간의 제약을 해결하고자 전력선을 통해 지상(지상통제장비)과 무인항공기(드론)을 전기적으로 연결하여 전원을 공급하는 기술이 개시되어 있다.
하지만, 드론의 모터를 구동하기 위해 수십~수백 암페어(A) 이상의 큰 전력을 필요로 하고 그에 따라 두꺼운 직경의 전력선이 필요하다.
이 두꺼운 전력선은 드론의 고도가 높아짐에 따라 그만큼 길이가 길어질수록 급격히 무게가 증가하여 단지 50~100m 이하의 매우 낮은 고도 비행만을 가능하게 하였다.
또한, SMPS를 포함한 대부분의 변압기는 상용 주파수와 전압에 맞추어져 있어 수백w~수kw 이상의 전압 강하가 필요한 경우 그 변압기의 무게가 수십kg 이상 무거운 문제점이 있었다.
등록번호 제10-1350291호(등록일자 2014년01월06일)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 지상유닛에서 교류전력을 고주파 및 고전압의 전력으로 변환하여 유선의 전력선을 통해 공중의 드론에 공급하고, 드론에서 변압기를 이용하여 전압을 강하함으로써 500m 이상의 높이까지 드론을 비행할 수 있고 변압기를 소형 및 경량화할 수 있는 드론의 전원공급시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 전원공급시스템은, 지상에 설치되고 교류전력을 고주파 전력으로 변환하는 지상유닛;
상기 고주파 전력을 전송받아 BLDC 모터 회전에 의해 공중을 비행하는 드론; 및
상기 지상유닛과 드론 사이를 연결하고 지상유닛의 고주파 전력을 드론에 전송하는 와이어유닛;
을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 와이어유닛은 드론과 지상유닛 사이의 전기적 연결을 위한 전력와이어와, 상기 전력와이어와 함께 연장되는 고정와이어를 포함하고, 상기 전력와이어는 드론에 전력을 전송하기 위한 전원선 및 접지선이 각각 구분되어 별개로 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전력와이어는 알루미늄 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지상유닛은 상용교류전력을 고주파 및 고전압 전력으로 변환하여 와이어유닛을 통해 드론에 전송하고,
상기 드론은 고주파 및 고전압 전력을 감압 및 직류화한 후 전자변속기(ESC)를 통해 다시 교류화하여 BLDC 모터에 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지상유닛은 3상 상용교류전력을 입력받아 고주파의 3상 전력으로 변환하는 인버터와, 상기 드론에 구비된 다운변압기의 출력 전압을 맞추기 위해 상기 인버터에서 출력되는 고주파의 3상 전력을 조정하는 슬라이닥스와, 상기 슬라이닥스에서 출력되는 조정된 고주파의 3상 전력을 고주파의 단상 고전압 전력으로 변환하여 와이어유닛을 통해 공중의 드론에 전송하는 스코트 변압기를 구비하고,
상기 드론은 상기 고주파의 단상 고전압 고전력을 감압하여 BLDC 모터의 구동에 필요한 전압으로 감압하는 다운변압기와, 상기 다운변압기에서 출력되는 전압 강하된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류기와, 상기 정류기에서 출력되는 변환된 직류 전압을 BLDC 모터가 사용할 수 있게 고주파 3상으로 변환하며 지상유닛의 신호에 따라 BLDC 모터의 회전수를 변화시키는 전자변속기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지상유닛은 3상 상용교류전력을 입력받아 드론의 전자변속기와 같은 고주파의 3상 전력으로 변환하는 인버터와, 상기 인버터에서 출력되는 전자변속기와 같은 고주파의 3상 전력을 전자변속기와 같은 고주파의 3상 고전압 전력으로 변환하여 와이어유닛을 통해 공중의 드론에 전송하는 3상 승압변압기를 구비하고,
상기 드론은 전자변속기와 같은 고주파의 3상 고전압 전력을 BLDC 모터의 구동에 필요한 3상 고주파 전압으로 감압하여 BLDC 모터에 공급하는 3상 다운변압기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지상유닛은 3상 상용교류전력을 입력받아 BLDC 모터가 견딜 수 있는 전압(이하 중전압) 범위 내에서 드론의 전자변속기와 같은 고주파의 3상 전력으로 변환하여 와이어유닛을 통해 드론의 BLDC 모터에 전송, 공급하는 슬라이닥스 기능이 내장된 인버터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지상유닛은 3상 상용교류전력을 입력받아 드론의 전자변속기와 같은 고주파의 3상 전력으로 변환하는 인버터와, 상기 인버터에서 출력되는 전자변속기와 같은 고주파의 3상 전력을 전자변속기와 같은 고주파의 3상 중전압 전력으로 변환하여 와이어유닛을 통해 드론의 BLDC 모터에 전송, 공급하는 3상 변압기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 BLDC 모터는 동종의 BLDC 모터 다수 개를 상호 반대로 회전하도록 연결하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 BLDC 모터의 회전력은 지상유닛의 인버터 제어에 의해 조정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 드론의 전원공급시스템은, 지상에 설치되고 교류전력을 고주파 전력으로 변환하는 지상유닛;
상기 고주파 전력을 전송받아 BLDC 모터 회전에 의해 공중을 비행하는 드론; 및
상기 지상유닛과 드론 사이를 연결하고 지상유닛의 고주파 전력을 드론에 전송하는 와이어유닛; 을 포함하되,
상기 드론에서 드론 가동시 전압 강하를 측정하여 지상유닛에 피드백하고, 상기 지상유닛에서 고주파 전력의 전압을 조절하여 드론의 수신 전압을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 드론의 전원공급시스템은, 지상에 설치되고 교류전력을 고주파 전력으로 변환하는 지상유닛;
상기 고주파 전력을 전송받아 BLDC 모터 회전에 의해 공중을 비행하는 드론; 및
상기 지상유닛과 드론 사이를 연결하고 지상유닛의 고주파 전력을 드론에 전송하는 동축 케이블; 을
포함하여 구성된다.
상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 지상유닛에서 교류전력을 고주파 및 고전압의 전력으로 변환하여 유선의 전력선을 통해 공중의 드론에 공급하고 드론에서 변압기를 이용하여 전압을 강하함으로써 500m 이상의 높이까지 드론을 비행할 수 있고 변압기를 소형 및 경량화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 드론 전원공급시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 제1 실시예를 나타내는 상세 블록도이다.
도 3은 도 1의 제2 실시예를 나타내는 상세 블록도이다.
도 4는 도 1의 제3 실시예를 나타내는 상세 블록도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 드론 전원공급시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 도 1은 본 발명에 따른 드론 전원공급시스템은 지상유닛(10), 와이어유닛(20) 및 드론(30)을 포함하여 구성된다.
상기 드론(30)은 공중을 비행하면서 다양한 작업을 수행하기 위한 것으로, 예를 들어 정찰이나 촬영 또는 관측 등 다양한 작업을 수행한다.
상기 드론(30)에는 드론의 비행을 위한 프로펠러, 그 프로펠러의 구동을 위한 모터(BLDC 모터) 및 전자변속기(ESC)뿐 아니라 드론을 이용한 작업을 위한 각종 측정장비(센서 포함)가 구비된다.
또한, 상기 드론(30)에는 감압수단을 구비하여 예를 들어 400~2000Hz의 고주파와 고전압을 강하하여 드론의 구동에 필요한 전원을 공급한다.
상기 감압수단의 가장 크고 무거운 핵심 부품은 코일로서, 이 코일은 주파수가 높아지는 경우 크기를 작게 할 수 있는 특성이 있다.
이와 같이 고주파를 이용하는 감압수단 예를 들어 변압기를 구성하는 코일이 작아져도 큰 전력의 송신이 가능한 특성을 이용하여 고주파와 고전압의 전력을 드론(30)에 전송하게 된다.
그리고 상기 드론(30)에서 드론의 가동시 전압 강하를 측정하여 지상유닛(10)으로 피드백한 후 지상유닛(10)에서 송전 전압을 조절하여 드론의 수신 전압을 자동 유지하게 할 수 있다.
상기 지상유닛(10)은 지상에 설치되어 상기 드론(30)의 위치를 유지하고, 드론(30)에 의해 관측, 촬영된 데이터를 수신하며, 특히 상기 드론(30)에 전력을 공급하는 역할을 수행한다.
이를 위해 상기 지상유닛(10)은 상기 드론(30)과 와이어유닛(20)에 의해 연결된다.
이와 같은 지상유닛(10)은 한 개 또는 다수 개가 구비될 수 있는데, 상기 지상유닛(10)이 한 개 구비된 경우에는 상기 지상유닛(10)이 상기 드론(30)의 위치를 일정 범위 내로 한정하게 되나, 더욱 안정적인 위치 유지를 위하여는 복수 개의 지상유닛(10)이 구비되는 것이 바람직하다.
상기 지상유닛(10)은 고주파 발생수단을 구비하여 예를 들어 400~2000Hz의 고주파와 고전압을 만들어 와이어유닛(20)을 통해 공중의 드론(30)에 전력을 전송한다.
상기 와이어유닛(20)은 상기 드론(30)과 상기 지상유닛(10) 사이의 전기적 연결을 위한 전력와이어(24)와, 상기 전력와이어(24)와 함께 연장되는 고정와이어(21)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 전력와이어(24)는 드론(30)에 전원을 공급하기 위한 2개의 전원선(22) 및 접지선(23)이 각각 구분되어 별개로 구비된다.
이는 전원선(22)과 접지선(23)이 하나로 구비되는 경우에 필요한 상호 절연을 위한 절연부재를 생략함으로써 상기 와이어유닛(20)의 무게를 줄이기 위한 것이다.
특히 상기 전력와이어(24)가 알루미늄 재질로 이루어지는 경우 그 무게를 더 줄일 수 있다.
상기 고정와이어(21)는 인장력을 통해 상기 드론(30)이 상기 지상유닛(10)으로부터 일정 거리 이상 멀어지는 것을 방지하는 기능을 수행하는 것으로, 본 실시예에서는 다수 가닥의 고강도섬유 재질로 형성된다.
물론, 상기 고정와이어(21)는 유리강화섬유 또는 그 PE 합사를 비롯한 섬유재질로 만들어지거나 기타 다양한 재질이 더 포함되어 구성될 수도 있다.
또한, 상기 와이어유닛(20)에는 다수의 전류센서부가 와이어유닛(20)의 길이방향을 따라 소정간격으로 구비되어 와이어유닛(20)의 단락을 감지할 수 있다.
그리고 상기 와이어유닛(20)의 상기 지상유닛(10)에 인접한 적어도 일부에는 상기 와이어유닛(20)의 강도보강을 위한 보강커버가 구비되거나, 상기 와이어유닛(20)의 두께가 두꺼워지도록 형성되어 조류 등과의 충돌로 인한 와이어유닛(20)의 손상을 방지할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 와이어유닛(20)을 동축 케이블로 대치하여 사용할 수도 있다.
인구 밀집 지역에서 방송 중계 등의 목적에 맞추어 운용하는 경우 비행 고도보다는 안전성이 중요시됨으로, 동축 케이블을 사용하여 고주파 간섭을 없애고 외부 쉴드에 연결된 전선을 접지하여 와이어가 다른 물체에 접촉하거나 절연피복이 손상되는 경우에도 누전사고로부터 안전하게 운영할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해 지상유닛(10)의 고주파 발생수단에서 고주파 전력을 발생하여 와이어유닛(20)을 통해 공중의 드론(30)에 전송하고, 드론(30)의 감압수단에서 고주파로 공급된 전력의 전압을 강하여 드론(30)의 구동에 필요한 전원을 공급한다.
도 2는 도 1의 제1 실시예를 나타내는 상세 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 지상유닛(10)에는 인버터(11), 슬라이닥스(SLIDE-AC)(12) 및 스코트(Scott) 변압기(13)를 구비하고, 드론(30)에는 다운변압기(31), 정류기(32), 전자변속기(33), BLDC 모터(34) 및 배터리(36)를 구비한다.
또한, 지상유닛(10)의 스코트 변압기(13)와 드론의 다운변압기(31)는 와이어유닛(20)의 전력와이어(24)를 통해 전기적으로 연결된다.
먼저, 상기 인버터(11)는 고주파를 발생하여 출력하는 것으로, 상용교류전력 예를 들어 50Hz나 60Hz의 3상 380V의 전력을 입력받아 고주파(400~2000Hz)의 3상 380V 전력으로 변환하여 출력한다.
또한, 인버터(11)는 단상이나 이동 자가발전으로 생성된 교류전력을 입력받아 고주파의 전력으로 변환한다.
이때 인버터(11)의 내부에는 컨버터가 구비되어 교류를 직류(DC)로 변환하여 지상유닛(10)에 전원을 공급하고, 그 나머지 직류에 대해 인버터(11)에서 고주파를 발생하여 출력할 수도 있다.
또한, 인버터(11)에는 전력, 주파수를 자동으로 조정해주는 프로그램이 내장되어, 드론 동작 중 드론(30)에서 전압 강하 후 전압을 검출하여 지상유닛(10)에 피드백하는 경우 인버터의 출력 전압을 자동으로 조절할 수도 있다.
다음 슬라이닥스(12)는 전압을 가변하는 것으로 상기 전력와이어(24)의 길이에 따라 전압 강하가 발생하므로 드론(30)에 구비된 다운변압기(31)의 출력 전압을 맞추기 위해 지상 전압(3상 고주파(400~2000Hz) 380V)을 조정(가변)한다.
즉, 슬라이닥스(12)는 현재 입력되어 있는 교류전압을 원하는 크기로 변환하여 새로운 교류전압을 출력시키는 가변전원장치이다.
다음 스코트 변압기(13)는 3상의 전원으로부터 단상의 고전압 출력을 얻는 변압기이다.
이 스코트 변압기(13)는 예를 들어 3상 고주파(400~2000Hz) 380V 전압을 단상 고주파(400~2000Hz) 2000V 고전압으로 변환하여 출력한다.
상기 스코트 변압기(13)는 전력와이어(24)를 2선만 쓰기 위한 장치이다.
상기 스코트 변압기(13)에서 출력된 단상 고주파 고전압은 전력와이어(24)를 통해 드론(30)의 다운변압기(31)에 송신한다.
이와 같이 고주파 고전압을 사용하여 전력을 송신하면 전류를 작게 흘려 전력을 송신함으로써 얇은 전력와이어(24)를 사용할 수 있고 이에 따라 전력와이어(24)의 무게를 줄일 수 있다.
예를 들어 드론(30)이 12V, 60A*6(헥사 콥터)이라면 전력선 규격상 약 65sq(square) 이상 무거운 전력와이어(24)를 사용해야 하나, 본 발명에 의하면 0.5sq(square)의 전력와이어(24)를 사용해도 된다.
또한, 전술한 바와 같이 드론(20)에 탑재되는 감압수단의 일종인 다운변압기(31)의 크기와 무게를 줄일 수 있다.
드론(30)의 다운변압기(31)는 예를 들어 단상 400~2000Hz의 고주파, 2000V의 고전압 전력을 감압하여 BLDC 모터(34)의 구동에 필요한 전압 예를 들어 23V의 전압으로 감압한다.
정류기(32)는 다운변압기(31)에서 BLDC 모터(34)의 구동에 필요한 전압에 맞추어 전압 강하된 교류(AC) 전압을 직류(DC) 전압으로 변환한다.
전자변속기(ESC: electronic speed controller)(33)는 이 직류 전압을 BLDC 모터(34)가 사용할 수 있게 고주파 3극(3상)으로 바꾸어주며 지상유닛(10)의 신호에 따라 BLDC 모터(34)의 회전수를 변화시킨다.
BLDC 모터(34)는 세 개의 극이 주파수 컨트롤에 의해 위상이 변하면서 회전하여 드론(30)이 비행할 수 있게 한다.
배터리(30)는 정류기(32)에서 변환되어 공급되는 직류 전원에 의해 충전을 하고, 지상유닛(10)으로부터 전력 공급이 중단되더라도 전자변속기(33)에 전원을 공급하여 드론(30)이 일정시간 비행할 수 있게 한다.
이와 같이 제1 실시예에서는 고주파 고전압 전력을 송전한 후 직류화하고 이를 다시 전자변속기(33)를 통해 고주파 3상으로 교류화하여 BLDC 모터(34)를 회전한다.
본 제1 실시예에서 드론(30)의 무게 10kg, 탑재 중량 30kg으로 약 8kw의 전력을 사용하고, 22.8v x 60A BLDC 모터 6개를 사용해서, 고도 약 500mm~1km까지 비행할 수 있고 전력와이어(24)로 알루미늄을 사용하면 고도 2km까지 비행할 수 있다.
도 3은 도 1의 제2 실시예를 나타내는 상세 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 지상유닛(10)에는 인버터(11) 및 3상 승압변압기(15)를 구비하고, 드론(30)에는 3상 다운변압기(37) 및 BLDC 모터(34a,34b)를 구비한다.
또한, 지상유닛(10)의 3상 승압변압기(15)와 드론(30)의 3상 다운변압기(37)는 전력와이어(24)를 통해 전기적으로 연결된다.
먼저, 상기 인버터(11)는 일종의 대용량 전자변속기(ESC)로 활용되고 고주파를 발생하여 출력하는 것으로, 상용교류전력 예를 들어 50Hz나 60Hz의 3상 380V의 전력을 입력받아 드론(30)의 전자변속기와 같은 고주파의 3상 380V 전력으로 변환하여 출력한다.
다음 3상 승압변압기(15)는 예를 들어 3상 고주파 380V 전압을 3상 고주파 2000V 고전압으로 변환하여 출력한다.
상기 3상 승압변압기(15)에서 출력된 3상 고주파 고전압은 전력와이어(24)를 통해 드론(30)의 3상 다운변압기(37)에 송신한다.
이와 같이 고주파 고전압을 사용하여 전력을 송신하면 전류를 작게 흘려 전력을 송신함으로써 얇은 전력와이어(24)를 사용할 수 있고 이에 따라 전력와이어(24)의 무게를 줄일 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 드론(30)에 탑재되는 감압수단의 일종인 3상 다운변압기(37)의 크기와 무게를 줄일 수 있다.
드론(30)의 3상 다운변압기(37)는 예를 들어 3상 고주파(전자변속기와 같은 주파수) 2000V의 고전압 전력을 감압하여 BLDC 모터(34a,34b)의 구동에 필요한 3상 고주파 14~50V의 저전압으로 감압한다.
BLDC 모터(24a,34b)는 3상 고주파 14~50V의 저전압에 의해 세 개의 극이 주파수 컨트롤에 의해 위상이 변하면서 회전하여 프로펠러를 회전시킴으로써 드론(30)이 비행할 수 있게 한다.
이때 BLDC 모터(34a,34b)는 동종의 BLDC 모터 다수 개를 상호 반대로 회전하도록 연결하여 사용할 수 있다.
이때 BLDC 모터(34a,34b)의 회전력은 드론의 전자변속기 역할을 하는 지상의 인버터(11)를 통제하여 조정할 수 있다.
이와 같은 제2 실시예에 의하면 인버터(11)의 3상 전력을 고전압으로 승압한 후, 3상 전력을 그대로 드론(30)에 송전하고 드론(30)에서 3상 다운변압기(37)를 이용하여 다시 BLDC 모터(34a,34b)용 전압으로 다운한 후 별도의 정류기나 전자변속기(ESC) 없이 즉시, BLDC 모터(34a,34b)에 전력을 공급함으로써, 단순한 구조로 비용을 절감하고 드론(30)을 경량화할 수 있다.
도 4는 도 1의 제3 실시예를 나타내는 상세 블록도이다.
제3 실시예는 제2 실시예를 더욱 단순화하여 지상유닛(10)의 3상 승압변압기(15) 또는 드론(30)의 3상 다운변압기(37)를 삭제할 수 있도록 한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이 지상유닛(10)에는 슬라이닥스(12) 기능이 내장된 인버터(11)를 구비하고, 드론(30)에는 BLDC 모터(34a,34b)를 구비한다.
또한, 지상유닛(10)의 슬라이닥스(12) 기능이 내장된 인버터(11)와 드론(30)의 BLDC 모터(34a,34b)는 전력와이어(24)를 통해 전기적으로 연결된다.
먼저, 상기 슬라이닥스(12) 기능이 내장된 인버터(11)는 일종의 대용량 전자변속기로 활용되고 고주파를 발생하여 출력하는 것으로, 상용교류전력 예를 들어 50Hz나 60Hz의 3상 380V의 전력을 입력받아 BLDC 모터가 견딜 수 있는 전압 범위(예를 들어 100V~380V)(이하 중전압) 내에서 드론(30)의 전자변속기와 같은 고주파의 3상 전력으로 변환하여 출력한다.
상기 슬라이닥스(12) 기능이 내장된 인버터(11)에서 출력된 3상 고주파 중전압은 전력와이어(24)를 통해 드론(30)의 BLDC 모터(34a,34b)에 직접 송신한다.
이와 같이 고주파 중전압을 사용하여 전력을 송신하면 전류를 작게 흘려 전력을 송신함으로써 얇은 전력와이어(24)를 사용할 수 있고 이에 따라 전력와이어(24)의 무게를 줄일 수 있다.
한편, 상기 인버터(11)에 슬라이닥스(12) 기능이 없는 경우 도 4의 3단 승압변압기(15) 대신에 3상 변압기를 구비하여 예를 들어 3상 고주파 380V 전압을 3상 고주파 중전압(예를 들어 100V~380V)으로 변환하여 출력한다.
드론(30)의 BLDC 모터(34a,34b)는 3상 고주파 중전압에 의해 세 개의 극이 주파수 컨트롤에 의해 위상이 변하면서 회전하여 프로펠러를 회전시킴으로써 드론(30)이 비행할 수 있게 한다.
이때 BLDC 모터(34a,34b)는 동종의 BLDC 모터 다수 개를 상호 반대로 회전하도록 연결하여 사용할 수 있다.
이때 BLDC 모터(34a,34n)의 회전력은 드론(30)의 전자변속기 역할을 하는 지상유닛(10)의 인버터(11)를 통제하여 조정할 수 있다.
이 제3 실시예에 의하면 약 100~500m 범위 내에서 초경량 드론(30)을 비행할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10; 지상유닛 11: 인버터
12: 슬라이닥스 13: 스코트 변압기
15: 3상 승압변압기 20: 와이어유닛
21: 고정와이어 22: 전원선
23: 접지선 24: 전력와이어
30: 드론 31: 다운변압기
32: 정류기 33: 전자변속기
34: BLDC 모터 36: 배터리
37: 3상 다운변압기

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  5. 지상에 설치되어 드론의 위치를 유지하고, 드론에 의해 관측, 촬영된 데이터를 수신하며 교류전력을 400~2000Hz의 고주파 전력으로 변환하는 지상유닛;
    상기 고주파 전력을 전송받아 BLDC 모터 회전에 의해 공중을 비행하는 드론; 및
    상기 지상유닛과 드론 사이를 연결하고 지상유닛의 고주파 전력을 드론에 전송하는 와이어유닛; 을 포함하되,
    상기 와이어유닛은 드론과 지상유닛 사이의 전기적 연결을 위한 알루미늄 재질의 전력와이어와, 상기 전력와이어와 함께 연장되는 고정와이어를 포함하고,
    상기 드론에서 드론 가동시 전압 강하를 측정하여 지상유닛에 피드백하고, 상기 지상유닛에서 고주파 전력의 전압을 조절하여 드론의 수신 전압을 일정하게 유지하며,
    상기 지상유닛은 3상 상용교류전력을 입력받아 고주파의 3상 전력으로 변환하는 인버터와, 상기 드론에 구비된 다운변압기의 출력 전압을 맞추기 위해 상기 인버터에서 출력되는 고주파의 3상 전력을 조정하는 슬라이닥스와, 상기 슬라이닥스에서 출력되는 조정된 고주파의 3상 전력을 고주파의 단상 고전압 전력으로 변환하여 와이어유닛을 통해 공중의 드론에 전송하는 스코트 변압기를 구비하고,
    상기 드론은 상기 고주파의 단상 고전압 고전력을 감압하여 BLDC 모터의 구동에 필요한 전압으로 감압하는 다운변압기와, 상기 다운변압기에서 출력되는 전압 강하된 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류기와, 상기 정류기에서 출력되는 변환된 직류 전압을 BLDC 모터가 사용할 수 있게 고주파 3상으로 변환하며 지상유닛의 신호에 따라 BLDC 모터의 회전수를 변화시키는 전자변속기를 구비하는 것을 특징으로 하는 드론의 전원 공급 시스템.
  6. 지상에 설치되어 드론의 위치를 유지하고, 드론에 의해 관측, 촬영된 데이터를 수신하며 교류전력을 400~2000Hz의 고주파 전력으로 변환하는 지상유닛;
    상기 고주파 전력을 전송받아 BLDC 모터 회전에 의해 공중을 비행하는 드론; 및
    상기 지상유닛과 드론 사이를 연결하고 지상유닛의 고주파 전력을 드론에 전송하는 와이어유닛; 을 포함하되,
    상기 와이어유닛은 드론과 지상유닛 사이의 전기적 연결을 위한 알루미늄 재질의 전력와이어와, 상기 전력와이어와 함께 연장되는 고정와이어를 포함하고,
    상기 드론에서 드론 가동시 전압 강하를 측정하여 지상유닛에 피드백하고, 상기 지상유닛에서 고주파 전력의 전압을 조절하여 드론의 수신 전압을 일정하게 유지하며,
    상기 지상유닛은 3상 상용교류전력을 입력받아 드론의 전자변속기와 같은 고주파의 3상 전력으로 변환하는 인버터와, 상기 인버터에서 출력되는 전자변속기와 같은 고주파의 3상 전력을 전자변속기와 같은 고주파의 3상 고전압 전력으로 변환하여 와이어유닛을 통해 공중의 드론에 전송하는 3상 승압변압기를 구비하고,
    상기 드론은 전자변속기와 같은 고주파의 3상 고전압 전력을 BLDC 모터의 구동에 필요한 3상 고주파 전압으로 감압하여 BLDC 모터에 공급하는 3상 다운변압기를 구비하는 것을 특징으로 하는 드론의 전원공급시스템.
  7. 지상에 설치되어 드론의 위치를 유지하고, 드론에 의해 관측, 촬영된 데이터를 수신하며 교류전력을 400~2000Hz의 고주파 전력으로 변환하는 지상유닛;
    상기 고주파 전력을 전송받아 BLDC 모터 회전에 의해 공중을 비행하는 드론; 및
    상기 지상유닛과 드론 사이를 연결하고 지상유닛의 고주파 전력을 드론에 전송하는 와이어유닛; 을 포함하되,
    상기 와이어유닛은 드론과 지상유닛 사이의 전기적 연결을 위한 알루미늄 재질의 전력와이어와, 상기 전력와이어와 함께 연장되는 고정와이어를 포함하고,
    상기 드론에서 드론 가동시 전압 강하를 측정하여 지상유닛에 피드백하고, 상기 지상유닛에서 고주파 전력의 전압을 조절하여 드론의 수신 전압을 일정하게 유지하며,
    상기 지상유닛은 3상 상용교류전력을 입력받아 BLDC 모터가 견딜 수 있는 전압(이하 중전압) 범위 내에서 드론의 전자변속기와 같은 고주파의 3상 전력으로 변환하여 와이어유닛을 통해 드론의 BLDC 모터에 전송, 공급하는 슬라이닥스 기능이 내장된 인버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 드론의 전원공급시스템.
  8. 지상에 설치되어 드론의 위치를 유지하고, 드론에 의해 관측, 촬영된 데이터를 수신하며 교류전력을 400~2000Hz의 고주파 전력으로 변환하는 지상유닛;
    상기 고주파 전력을 전송받아 BLDC 모터 회전에 의해 공중을 비행하는 드론; 및
    상기 지상유닛과 드론 사이를 연결하고 지상유닛의 고주파 전력을 드론에 전송하는 와이어유닛; 을 포함하되,
    상기 와이어유닛은 드론과 지상유닛 사이의 전기적 연결을 위한 알루미늄 재질의 전력와이어와, 상기 전력와이어와 함께 연장되는 고정와이어를 포함하고,
    상기 드론에서 드론 가동시 전압 강하를 측정하여 지상유닛에 피드백하고, 상기 지상유닛에서 고주파 전력의 전압을 조절하여 드론의 수신 전압을 일정하게 유지하며,
    상기 지상유닛은 3상 상용교류전력을 입력받아 드론의 전자변속기와 같은 고주파의 3상 전력으로 변환하는 인버터와, 상기 인버터에서 출력되는 전자변속기와 같은 고주파의 3상 전력을 전자변속기와 같은 고주파의 3상 중전압 전력으로 변환하여 와이어유닛을 통해 드론의 BLDC 모터에 전송, 공급하는 3상 변압기를 구비하는 것을 특징으로 하는 드론의 전원공급시스템.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BLDC 모터는 동종의 BLDC 모터 다수 개를 상호 반대로 회전하도록 연결하여 사용하는 것을 특징으로 하는 드론의 전원공급시스템.
  10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BLDC 모터의 회전력은 지상유닛의 인버터 제어에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는 드론의 전원공급시스템.
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