KR101878681B1 - 무인항공기 배터리팩 장착구조 - Google Patents

무인항공기 배터리팩 장착구조 Download PDF

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장세훈
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주식회사 샘코
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Abstract

본 발명은 무인항공기의 배터리팩(200)을 탑재할 수 있도록 제작된 장착 장치와 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무인항공기의 배터리에 의한 기체 구조 하중을 분산시켜 기체 파손을 방지하고, 배터리팩(200)의 장착 및 탈착이 용이하며 상기 배터리팩(200) 고정 시 전, 후, 좌, 우, 상, 하 결속력이 우수하게 설계된 배터리팩(200) 장착 장치에 관한 것이다.
본 발명은 상기 항공기의 기체를 지지하기 위한 기체프레임(100); 상기 기체프레임(100)의 내부에 장착되어, 상기 항공기에 전력을 제공하는 배터리팩(200); 상기 배터리팩(200)을 상기 기체프레임(100)의 내부에 선택적으로 고정하기 위한 배터리고정부(300);를 포함하고, 상기 배터리고정부(300)는, 상기 기체프레임(100)의 일측에 회동 가능하게 설치되는 갈고리 형상의 걸림돌기부(310); 및 상기 배터리팩(200)의 일측에 구비되어, 상기 걸림돌기부(310)가 선택적으로 삽입될 수 있는 공간을 가지도록 형성되는 걸림수용부(320);를 포함하고, 상기 배터리팩(200)이 상기 기체프레임(100)의 내부에 장착된 경우에는, 상기 걸림돌기부(310)가 일방향으로 회동하여 상기 걸림수용부(320)에 삽입된 상태를 유지하여 상기 배터리팩(200)이 상기 기체프레임(100)에 고정되고, 상기 배터리팩(200)이 상기 기체프레임(100)으로부터 분리될 필요가 있는 경우에는, 상기 걸림돌기부(310)가 역방향으로 회동하여 상기 걸림수용부(320)로부터 이탈되어 상기 배터리팩(200) 및 기체프레임(100)의 고정이 해제되는 것을 특징으로 한다.

Description

무인항공기 배터리팩 장착구조{Battery pack structure for unmanned aerial vehicle}
본 발명은 무인항공기의 배터리팩을 탑재할 수 있도록 제작된 장착 장치와 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무인항공기의 배터리에 의한 기체 구조 하중을 분산시켜 기체 파손을 방지하고, 배터리팩의 장착 및 탈착이 용이하며 상기 배터리팩 고정 시 전, 후, 좌, 우, 상, 하 결속력이 우수하게 설계된 배터리팩 장착 장치에 관한 것이다.
무인항공기 중 전기모터를 동력원으로 사용할 경우 전체 중량의 상당한 중량 (약 15~35%)을 배터리가 차지한다. 그리고 이를 위해 기존의 무인항공기는, 도 1에 나타난 바와 같이, 항공기 구조물과 배터리를 밸크로 밴드를 사용하여 고정한다.
하지만 이 경우 장착을 견고히 하지 못했거나 다른 어떤 이유로 인해 배터리가 항공기 내부에서 이동할 경우 상기 항공기의 무게 중심 위치가 달라지거나 상기 배터리의 커넥터가 분리되어 제어 불능상태에 빠질 수 있다. 이 때, 무인항공기는 추락하거나 추락 이후 폭발과 같은 2차사고 위험성을 내재하고 있다.
일본 공개특허 JP2017518917
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 배터리팩 외부에 외골격을 장착함으로써 배터리를 외부 충격으로 보호할 수 있는 배터리팩 장착 장치 제조를 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 배터리의 하중으로 항공기 하부 바닥에 전해지는 구조하중을 다른 튼튼한 골격으로 분산할 수 있는 배터리팩 장착 장치 제조를 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전, 후, 좌, 우, 상, 하 모든 방향에서 결속력이 우수한 배터리팩 장착 장치 제조를 그 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기 항공기의 기체를 지지하기 위한 기체프레임(100); 상기 기체프레임(100)의 내부에 장착되어, 상기 항공기에 전력을 제공하는 배터리팩(200); 상기 배터리팩(200)을 상기 기체프레임(100)의 내부에 선택적으로 고정하기 위한 배터리고정부(300);를 포함하고, 상기 배터리고정부(300)는, 상기 기체프레임(100)의 일측에 회동 가능하게 설치되는 갈고리 형상의 걸림돌기부(310); 및 상기 배터리팩(200)의 일측에 구비되어, 상기 걸림돌기부(310)가 선택적으로 삽입될 수 있는 공간을 가지도록 형성되는 걸림수용부(320);를 포함하고, 상기 배터리팩(200)이 상기 기체프레임(100)의 내부에 장착된 경우에는, 상기 걸림돌기부(310)가 일방향으로 회동하여 상기 걸림수용부(320)에 삽입된 상태를 유지하여 상기 배터리팩(200)이 상기 기체프레임(100)에 고정되고, 상기 배터리팩(200)이 상기 기체프레임(100)으로부터 분리될 필요가 있는 경우에는, 상기 걸림돌기부(310)가 역방향으로 회동하여 상기 걸림수용부(320)로부터 이탈되어 상기 배터리팩(200) 및 기체프레임(100)의 고정이 해제되는 것을 특징으로 한다.
과제 해결 수단에 의해, 본 발명은 배터리팩(200) 외부에 외골격을 장착함으로써 배터리를 외부 충격으로 보호할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 배터리의 하중으로 항공기 하부 바닥에 전해지는 구조하중을 다른 튼튼한 골격으로 분산할 수 있다.
또한, 본 발명은 전, 후, 좌, 우, 상, 하 모든 방향에서 결속력이 우수한 배터리팩(200) 장착 장치를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 배터리의 결속력이 우수하여 무인항공기 내부의 무게 중심을 유지할 수 있고, 사고 위험성이 없는 배터리팩(200) 장착 장치를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 배터리팩(200)을 용이하게 장착하고 탈착할 수 있어 배터리의 교환이 용이하다.
또한, 본 발명은 배터리 크기에 따라 간격을 조절할 수 있도록 구성되어 호환성이 증가된 배터리팩(200) 장착 장치를 제조할 수 있다.
도 1은 종래에 무인항공기 배터리 장착을 위해 밸크로 밴드를 사용하여 고정한 형상을 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명인 무인항공기에 배터리팩(200)이 장착된 사시도이다.
도 3은 본 발명인 무인항공기에 배터리팩(200)이 장착된 측면도이다.
도 4는 배터리팩(200)을 무인항공기에서 탈거하기 위해 고리부가 일부 오픈(open)되는 형상을 나타낸 사시도이다.
도 5는 배터리팩(200)을 무인항공기에서 탈거하기 위해 고리부가 일부 오픈(open)되는 형상을 나타낸 측면도이다.
도 6은 배터리팩(200)을 무인항공기에서 탈거하기 위해 고리부가 완전히 오픈(open)된 형상을 나타낸 사시도이다.
도 7은 배터리팩(200)을 무인항공기에서 탈거하기 위해 고리부가 완전히 오픈(open)된 형상을 나타낸 측면도이다.
도 8은 배터리팩(200)이 무인항공기에서 제거되는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 9는 배터리팩(200)이 무인항공기에서 제거되는 모습을 나타낸 측면도이다.
도 10은 배터리팩(200)이 무인항공기에서 제거된 모습을 나타낸 측면도이다.
도 11은 배터리팩(200)의 크기를 달리하였을 때 무인항공기에 배터리팩(200)이 장착된 모습을 비교하여 나타낸 평면도로, (A)는 크기가 큰 배터리팩(200)이 장착된 도면이고, (B)는 크기가 작은 배터리팩(200)이 장착된 도면이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 발명은 무인항공기의 배터리팩(200)을 탑재할 수 있도록 제작된 장착 장치와 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무인항공기의 배터리에 의한 기체 구조 하중을 분산시켜 기체 파손을 방지하고, 배터리팩(200)의 장착 및 탈착이 용이하며 상기 배터리팩(200) 고정 시 전, 후, 좌, 우, 상, 하 결속력이 우수하게 설계된 배터리팩(200) 장착 장치에 관한 것이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 종래의 경우 배터리를 밸크로 밴드를 사용하여 항공기 구조물에 고정하였다. 이 경우 장착이 견고하지 못하여 상기 배터리가 항공기 내부에서 이동하게 되고 상기 배터리와 배터리커넥터가 분리되어 제어하지 못해 폭발 사고가 일어나는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명인 무인항공기 배터리팩(200) 장착구조를 제조하였다. 상기 무인항고기 배터리팩(200) 장착구조는 크게 기체프레임(100), 배터리팩(200) 및 배터리고정부(300)로 구성된다.
먼저, 상기 기체프레임(100)은 상기 항공기의 기체를 지지한다.
상기 기체프레임(100)은 상기 기체프레임(100)의 내부에 횡방향으로 설치되는 샤프트를 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 샤프트는 상기 기체프레임(100) 내부에 설치된 위치에 따라 제1샤프트(110), 제 1 날개지지샤프트(120), 제 2 날개지지샤프트(130), 제2샤프트(140)가 차례로 구성된다.
상기 제1샤프트(110)는 상기 기체프레임(100)의 전방에 마련되어 상기 항공기의 추력장치를 지지하거나 추력 방향의 전환을 실시할 수 있도록 설계된 틸팅 메커니즘이 장착되어 상기 기체프레임(100)의 내부에 횡방향으로 설치된다.
상기 제 1 날개지지샤프트(120)는 상기 제1샤프트(110) 후방에 마련되어 상기 항공기의 날개를 지지하거나 상기 기체프레임(100)을 지지하기 위하여 상기 기체프레임(100)의 내부에 횡방향으로 설치된다.
상기 제 2 날개지지샤프트(130)는 상기 제 1 날개지지샤프트(120) 후방에 마련되어 상기 항공기의 날개를 지지하거나 상기 기체프레임(100)을 지지하기 위하여 상기 기체프레임(100)의 내부에 횡방향으로 설치된다. 상기 날개지지샤프트(130) 하단에 상기 배터리팩(200)이 삽입되고, 상기 삽입된 배터리팩(200)과 상기 날개지지샤프트(130)에 구비된 상기 배터리팩(200)고정부에 의해 상기 배터리팩(200)이 고정된다.
상기 제2샤프트(140)는 상기 기체프레임(100)의 꼬리부에 종"?袖막? 마련되어 항공기의 꼬리날개 또는 항공기의 후방 모터가 장착되도록 설계되어 상기 항공기의 기체프레임(100)을 지지하기 위하여 마련된다.
다음으로, 상기 배터리팩(200)은 상기 기체프레임(100)의 내부에 장착되어, 상기 항공기에 전력을 제공한다. 보다 구체적으로, 상기 배터리팩(200)은 상기 날개지지샤프트(130)의 후방에 해당하는 상기 기체프레임(100)의 내부에 장착된다.
상기 배터리팩(200)은, 도 3에 나타난 바와 같이, 항공기의 실질적인 전력을 제공하는 배터리와 상기 배터리를 보호하는 케이스로 구성된다. 상기 케이스는 상기 배터리의 상부와 하부에 각각 끼움 결합할 수 있도록 분리형으로 마련되어 상기 배터리팩(200)의 무게를 줄이도록 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 케이스는 내골격 없이 외골격으로 구성되어 상기 배터리팩(200)이 상기 항공기 내에 장착되었을 때 무게를 줄이고, 적절한 무게중심을 유지하도록 구성되어 상기 항공기가 수직이착륙이 용이하도록 구성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 배터리고정부(300)는 상기 배터리팩(200)을 상기 기체프레임(100)의 내부에 선택적으로 고정할 수 있는 장치이다. 보다 구체적으로, 도 3의 붉은 정사각형으로 표시된 바와 같이, 상기 배터리고정부(300)는 걸림돌기부(310) 및 걸림수용부(320)로 구성된다.
상기 걸림돌기부(310)는 상기 기체프레임(100)의 일측에 회동 가능하게 설치되는 갈고리 형상으로 구비된다. 보다 구체적으로, 상기 걸림돌기부(310)는 후방으로 오목하게 만곡되는 갈고리 형상으로 설치된다.
또한, 상기 걸림돌기부(310)는, 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 걸림돌기부(310)에 형성되는 샤프트관통공(311)이 상기 날개지지샤프트(130)가 관통하는 형태로 상기 날개지지샤프트(130)에 체결되어, 상기 날개지지샤프트(130)를 중심축으로 전후방으로 회동할 수 있도록 설치된다.
상기 걸림돌기부(310)는 상기 배터리팩(200)의 양측면에 대응되는 상기 날개지지샤프트(130)의 2지점에 각각 설치되는 2개로 구비되며, 상기 배터리팩(200) 외부에 설치되는 높이는 상기 배터리팩(200)의 크기에 따라 가변적으로 설치될 수 있다.
다음으로, 상기 걸림수용부(320)는 상기 배터리팩(200)의 일측에 구비되어, 상기 걸림돌기부(310)가 선택적으로 삽입될 수 있는 공간을 가지도록 형성된다. 보다 구체적으로, 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 걸림수용부(320)는 상기 걸림돌기부(310)의 갈고리형이 맞물리도록, 후방으로 오목하게 만곡되는 형상으로 설치된다.
상기 배터리팩(200)이 전방으로 이동하려는 경향의 관성이 작용하는 경우에도, 상기 걸림돌기부(310) 및 걸림수용부(320) 사이의 구속력이 강화되어 상기 배터리팩(200)이 더욱 견고하게 고정된다. 따라서, 상기 배터리고정부(300)에 의해 상기 항공기 내에 장착된 상기 배터리팩(200)이 움직임이 제한된다.
상기 걸림수용부(320)는 상기 배터리팩(200)의 양측면에 각각 설치되는 2개로 구비되며, 상기 배터리팩(200)의 너비에 따라, 상기 2개의 걸림돌기부(310)의 간격이 가변할 수 있도록 상기 2개의 걸림돌기부(310)는 상기 날개지지샤프트(130)를 따라 횡방향으로 슬라이딩 이동 가능하다.
도 2 내지 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 배터리팩(200)이 상기 기체프레임(100)의 내부에 장착되는 경우에는, 상기 걸림돌기부(310)가 일방향으로 회동하여 상기 걸림수용부(320)에 삽입된 상태를 유지하여 상기 배터리팩(200)이 상기 기체프레임(100)에 고정된다.
또한, 도 4 내지 도 9에 나타난 바와 같이, 상기 배터리팩(200)이 상기 기체프레임(100)으로부터 분리될 필요가 있는 경우에는, 상기 걸림돌기부(310)가 역방향으로 회동하여 상기 걸림수용부(320)로부터 이탈되어 상기 배터리팩(200) 및 기체프레임(100)의 고정이 해제된다. 최종적으로 도 10에 나타난 바와 같이, 상기 배터리팩(200)이 제거되면 상기 걸림돌기부(310)가 일방향으로 자중으로 회전되어 본래의 위치로 되돌아온다.
하기에는 배터리팩(200)의 크기를 달리하였을 때 무인항공기에 배터리팩(200)이 장착된 모습을 비교하여 상기 배터리고정부(300)의 간격이 가변되는 형상을 설명하고자 한다.
상기 배터리팩(200)의 너비에 따라 상기 2개의 걸림돌기부(310)의 간격이 가변되어, 상기 2개의 걸림돌기부(310)가 상기 날개지지샤프트(130)를 따라 횡방향으로 슬라이딩 이동된다. 도 11의 (A)는 상기 배터리팩(200)의 크기가 큰 경우 상기 걸림돌기부(310)의 간격이 증가되어 장착된다. 도11의 (B)는 상기 배터리팩(200)의 크기가 작은 경우 상기 걸림부의 간격이 감소되어 장착된다.
과제 해결 수단에 의해, 본 발명은 배터리팩(200) 외부에 외골격을 장착함으로써 배터리를 외부 충격으로 보호할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 배터리의 하중으로 항공기 하부 바닥에 전해지는 구조하중을 다른 튼튼한 골격으로 분산할 수 있다.
또한, 본 발명은 전, 후, 좌, 우, 상, 하 모든 방향에서 결속력이 우수한 배터리팩(200) 장착 장치를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 배터리의 결속력이 우수하여 무인항공기 내부의 무게 중심을 유지할 수 있고, 사고 위험성이 없는 배터리팩(200) 장착 장치를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 배터리팩(200)을 용이하게 장착하고 탈착할 수 있어 배터리의 교환이 용이하다.
또한, 본 발명은 배터리 크기에 따라 간격을 조절할 수 있도록 구성되어 호환성이 증가된 배터리팩(200) 장착 장치를 제조할 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100. 기체프레임
110. 제1샤프트
120. 제 1 날개지지샤프트
130. 제 2 날개지지샤프트
140. 제2샤프트
200. 배터리팩
300. 배터리고정부
310. 걸림돌기부
311. 샤프트관통공
320. 걸림수용부

Claims (5)

  1. 항공기의 기체를 지지하기 위한 기체프레임(100);
    상기 기체프레임(100)의 내부에 장착되어, 상기 항공기에 전력을 제공하는 배터리팩(200);
    상기 배터리팩(200)을 상기 기체프레임(100)의 내부에 선택적으로 고정하기 위한 배터리고정부(300);를 포함하고,
    상기 배터리고정부(300)는,
    상기 기체프레임(100)의 일측에 회동 가능하게 설치되는 갈고리 형상의 걸림돌기부(310); 및
    상기 배터리팩(200)의 일측에 구비되어, 상기 걸림돌기부(310)가 선택적으로 삽입될 수 있는 공간을 가지도록 형성되는 걸림수용부(320);를 포함하고,
    상기 배터리팩(200)이 상기 기체프레임(100)의 내부에 장착된 경우에는, 상기 걸림돌기부(310)가 일방향으로 회동하여 상기 걸림수용부(320)에 삽입된 상태를 유지하여 상기 배터리팩(200)이 상기 기체프레임(100)에 고정되고,
    상기 배터리팩(200)이 상기 기체프레임(100)으로부터 분리될 필요가 있는 경우에는, 상기 걸림돌기부(310)가 역방향으로 회동하여 상기 걸림수용부(320)로부터 이탈되어 상기 배터리팩(200) 및 기체프레임(100)의 고정이 해제되는 것을 특징으로 하는 무인항공기 배터리팩(200) 장착구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기체프레임(100)은, 상기 항공기의 날개 지지하기 위하여 상기 기체프레임(100)의 내부에 횡방향으로 설치되는 날개지지샤프트(130)를 포함하고,
    상기 걸림돌기부(310)는, 상기 걸림돌기부(310)에 형성되는 샤프트관통공(311)이 상기 날개지지샤프트(130)가 관통하는 형태로 상기 날개지지샤프트(130)에 체결되어, 상기 날개지지샤프트(130)를 중심축으로 전후방으로 회동할 수 있도록 설치되는 것을 특징으로 하는 무인항공기 배터리팩(200) 장착구조.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 배터리팩(200)은 상기 날개지지샤프트(130)의 후방에 해당하는 상기 기체프레임(100)의 내부에 장착되고,
    상기 걸림돌기부(310)는 후방으로 오목하게 만곡되는 갈고리 형상으로 설치되어,
    상기 배터리팩(200)이 전방으로 이동하려는 경향의 관성이 작용하는 경우에도, 상기 걸림돌기부(310) 및 걸림수용부(320) 사이의 구속력이 강화되어 상기 배터리팩(200)이 더욱 견고하게 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 무인항공기 배터리팩(200) 장착구조.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 배터리팩(200)은 상기 배터리팩(200)의 후단부가 상기 기체프레임(100)의 내측 후벽면에 지지되도록 장착됨으로써, 상기 배터리팩(200)이 후방으로 이동하려는 경향의 관성이 작용하는 경우에도, 상기 배터리팩(200)의 이동이 저지되어 상기 배터리팩(200)이 더욱 견고하게 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 무인항공기 배터리팩(200) 장착구조.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 걸림돌기부(310)는 상기 배터리팩(200)의 양측면에 대응되는 상기 날개지지샤프트(130)의 2지점에 각각 설치되는 2개로 구비되고,
    상기 걸림수용부(320)는 상기 배터리팩(200)의 양측면에 각각 설치되는 2개로 구비되며,
    상기 배터리팩(200)의 너비에 따라, 상기 2개의 걸림돌기부(310)의 간격이 가변할 수 있도록 상기 2개의 걸림돌기부(310)는 상기 날개지지샤프트(130)를 따라 횡방향으로 슬라이딩 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 무인항공기 배터리팩(200) 장착구조.

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