特表 2024-505614 ＵＡＶ充電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-07

(54)【発明の名称】ＵＡＶ充電システム

(51)【国際特許分類】

   B64U 50/34 20230101AFI20240131BHJP

   B64U 10/14 20230101ALI20240131BHJP

   B64U 50/19 20230101ALI20240131BHJP

   B64U 50/23 20230101ALI20240131BHJP

   B64U 20/87 20230101ALI20240131BHJP

【ＦＩ】

B64U50/34

B64U10/14

B64U50/19

B64U50/23

B64U20/87

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023537259

(86)(22)【出願日】2021-10-31

(85)【翻訳文提出日】2023-07-26

(86)【国際出願番号】 IB2021060078

(87)【国際公開番号】W WO2023047177

(87)【国際公開日】2023-03-30

(31)【優先権主張番号】P6001689/2021

(32)【優先日】2021-09-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】AE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520314308

【氏名又は名称】ドバイ エレクトリシティ アンド ウォーター オーソリティ

【氏名又は名称原語表記】ＤＵＢＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣＩＴＹ ＆ ＷＡＴＥＲ ＡＵＴＨＯＲＩＴＹ

【住所又は居所原語表記】Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ ５６４ Ｄｕｂａｉ（ＡＥ）

(74)【代理人】

【識別番号】110003487

【氏名又は名称】弁理士法人東海特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】イスメール モハマド，へシャム

(72)【発明者】

【氏名】イブラヒム アルジャスミ，ナワル

(72)【発明者】

【氏名】サイード アル タニ，タニ

(72)【発明者】

【氏名】アーメド アルマイーニ，クーラウド

(72)【発明者】

【氏名】スゴーリディス，スゴーリス

(57)【要約】

本発明は、無人航空機（ＵＡＶ）充電システムに関する。ＵＡＶ充電システムは、第１のＵＡＶおよびエネルギーＵＡＶを含み、第１のＵＡＶおよびエネルギーＵＡＶが、充電可能バッテリーによって電力供給される電気推進を備える。エネルギーＵＡＶのバッテリーが、第１のＵＡＶのバッテリーよりも比較的大きい容量を有し、エネルギーＵＡＶは、一端でバッテリー充電器に接続され、他端に充電コネクタを有する充電要素を含む。第１のＵＡＶが、充電コネクタに接続するための相補型コネクタを有する。システムはまた、ＵＡＶの移動を制御し、必要に応じて、ＵＡＶを充電位置に移動させるガイダンスコントローラを含み、充電コネクタが相補型コネクタと係合し、第１のＵＡＶのバッテリーが充電システムを通じてエネルギーＵＡＶのバッテリーから充電される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の無人航空機（ＵＡＶ）およびエネルギーＵＡＶを備えるＵＡＶ充電システムであって、前記第１のＵＡＶおよび前記エネルギーＵＡＶが、充電可能バッテリーによって電力供給される電気推進を備え、前記エネルギーＵＡＶのバッテリーが、前記第１のＵＡＶのバッテリーよりも比較的大きな容量を有し、前記エネルギーＵＡＶが、一端でバッテリー充電器に接続され、他端に充電コネクタを有する前記エネルギーＵＡＶから延びる充電要素を含み、前記バッテリー充電器が、前記エネルギーＵＡＶのバッテリーによって電力供給され、前記第１のＵＡＶが、相補型コネクタが前記充電コネクタに接続されると、前記バッテリー充電器が前記第１のＵＡＶのバッテリーを充電するように、前記充電コネクタに取り外し可能に接続するための前記相補型コネクタを有し、前記システムが、前記ＵＡＶの移動を制御し、必要に応じて、前記ＵＡＶを充電位置に移動させるガイダンスコントローラを含み、前記充電コネクタが前記相補型コネクタと係合し、前記第１のＵＡＶのバッテリーが前記充電システムを通じて前記エネルギーＵＡＶのバッテリーから充電される、ＵＡＶ充電システム。

【請求項2】

前記第１のＵＡＶおよび前記エネルギーＵＡＶが、マルチローターヘリコプターである、請求項１に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項3】

前記マルチローターヘリコプターが、クアッドコプターである、請求項２に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項4】

前記電気推進が、４つのブラシレス直流（ＤＣ）電気モーターによって駆動される４つのプロペラによって提供される、請求項１に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項5】

前記充電要素が、２つ以上の導体を含む、請求項１に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項6】

前記導体が、充電線である、請求項５に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項7】

前記ＵＡＶが、前記充電位置にあるときに、前記ＵＡＶが互いに離れて前記充電位置を維持できるように、前記充電線が延長可能である、請求項６に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項8】

延長可能な前記充電線が、バネ仕掛けである、請求項７に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項9】

延長可能な前記充電線が、前記充電線を引き込むように伸長できるバネ仕掛けのスプール上にある、請求項８に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項10】

前記充電要素が、前記エネルギーＵＡＶから上方に動作可能に延びるロッドを含む、請求項１に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項11】

前記要素は、前記要素が前記ＵＡＶから上方に延びる活動位置と、前記要素が前記ＵＡＶの本体に沿って配置される非活動位置との間で移動可能である、請求項１に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項12】

前記充電コネクタおよび前記相補型コネクタが、機械的接続を形成する、請求項１に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項13】

前記充電コネクタが、誘導コイルを含み、前記相補型コネクタが、誘導コイルを含み、前記充電コネクタおよび前記相補型コネクタが、接続されたときに、エネルギーが電磁結合を介して伝達され得るように誘導結合を形成する、請求項１に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項14】

前記バッテリー充電器が、前記誘導結合のための交流を生成する、請求項１３に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項15】

前記交流が、前記エネルギーＵＡＶのバッテリーに接続されたインバーターによって生成される、請求項１４に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項16】

前記充電コネクタおよび前記相補型コネクタが、前記接続を生成および固定するための磁気要素を含む、請求項１に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項17】

前記充電コネクタが、電磁石を含む、請求項１６に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項18】

前記相補型コネクタが、永久磁石を含む、請求項１６に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項19】

ガイダンスシステムが、デジタルカメラを含む、請求項１に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項20】

前記デジタルカメラが、前記第１のＵＡＶに取り付けられる、請求項１９に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項21】

前記ガイダンスシステムが、前記デジタルカメラによって捕捉された画像を使用して、前記第１のＵＡＶと前記エネルギーＵＡＶとの間の相対位置を決定し、前記相対位置に基づいて前記ＵＡＶを前記充電位置に移動させる、請求項１９に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項22】

前記デジタルカメラのレンズが、前記相補型コネクタの一部と同軸である、請求項１９に記載のＵＡＶ充電システム。

【請求項23】

前記システムが、複数のエネルギーＵＡＶを含み、前記ガイダンスコントローラが、前記エネルギーＵＡＶのうちのいずれか１つを前記第１のＵＡＶに向かって充電位置に移動させる、請求項１に記載のＵＡＶ充電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

発明の分野
本発明は、無人航空機（ＵＡＶ）充電システムに関し、より具体的には、マルチローターＵＡＶ充電システムに関するが、これに限定されるものではない。

【背景技術】

【0002】

発明の背景
無人航空機（ＵＡＶ）は、一般にドローンとも呼ばれ、人間の操縦者が搭乗せずに飛行する航空機である。ＵＡＶは、人間の操縦者によって遠隔操作されることがあり、ＵＡＶが人間の操縦者なしで特定の動作を行うことを可能にする様々な程度の自律的な機能を含み得る。人間の操縦者が搭乗する必要がないため、ＵＡＶのサイズを小さくして、人間の操縦者が搭乗するのに十分な大きさのＵＡＶでは不可能な動作を実行し得る。

【0003】

過去数十年にわたり、マルチローターヘリコプターＵＡＶが非常に普及してきた。具体的には、４つのローターを備えたクアッドコプターは機械的にシンプルで安定していることが証明されており、アビオニクスのコストの低下とバッテリーおよび電気推進の進歩とにより、クアッドコプターは自律的に動作する低速ＵＡＶの好ましいプラットフォームになりつつある。マルチローターＵＡＶのいくつかの用途は、航空写真、監視、および検査を含む。

【0004】

すべての電動航空機、特に小型のマルチローターＵＡＶの問題は、内燃エンジンで使用される燃料と比較した場合、バッテリーの比エネルギーが非常に低いことである。電動航空機の設計では、追加のバッテリー容量（および結果的に飛行時間）と航空機のペイロードとの間に設計上のトレードオフがある。ただし、バッテリー容量の増加とそれに伴う重量も航空機の操縦性と速度に悪影響を及ぼす。例えば、長距離にわたる送電線の検査など、より長い飛行時間が必要な場合、高容量バッテリーの重量増加と操縦性の低下により、そのようなＵＡＶの使用が不可能になり得る。

【0005】

発明の目的
したがって、本発明の目的は、従来技術に関連する問題を少なくとも部分的に軽減する、または従来技術に対する有用な代替手段を提供するＵＡＶ充電システムを提供することである。

【発明の概要】

【0006】

本発明によれば、以下を備えるＵＡＶ充電システムが提供される：
－第１のＵＡＶおよびエネルギーＵＡＶ、
－充電可能バッテリーによって電力供給される電気推進を備える第１のＵＡＶおよびエネルギーＵＡＶ、
－第１のＵＡＶのバッテリーよりも比較的大きな容量を有するエネルギーＵＡＶのバッテリー、
－一端でバッテリー充電器に接続され、他端に充電コネクタを有するエネルギーＵＡＶから延びる充電要素を含むエネルギーＵＡＶ、
－エネルギーＵＡＶのバッテリーによって電力供給されるバッテリー充電器、
－相補型コネクタが充電コネクタに接続されると、バッテリー充電器が第１のＵＡＶのバッテリーを充電するように、充電コネクタに取り外し可能に接続するための相補型コネクタを有する第１のＵＡＶ、
－システムが、ＵＡＶの移動を制御し、必要に応じて、ＵＡＶを充電位置に移動させるガイダンスコントローラを含み、充電コネクタが相補型コネクタと係合し、第１のＵＡＶのバッテリーが充電システムを通じてエネルギーＵＡＶのバッテリーから充電される。

【0007】

ＵＡＶが、マルチローターヘリコプターであり得る。マルチローターヘリコプターが、クアッドコプターであり得る。

【0008】

電気推進が、４つのブラシレスＤＣ電気モーターによって駆動される４つのプロペラによって提供され得る。

【0009】

充電要素が２つ以上の導体を含んでもよい。導体が充電線であり得る。

【0010】

充電要素が、エネルギーＵＡＶから上方に動作可能に延びるロッドを含み得る。

【0011】

ＵＡＶが、充電位置にあるときに、ＵＡＶが互いに離れて充電位置および接続を維持できるように、充電線が、延長可能であり得る。

【0012】

延長可能な充電線が、バネ仕掛けであり得る。

【0013】

延長可能な充電線が、線を伸縮させることができるバネ仕掛けのスプール上にあってもよい。

【0014】

要素が、要素が前記ＵＡＶから上方に延びる活動位置と、要素がＵＡＶの本体に沿って配置される非活動位置との間で移動可能であり得る。

【0015】

コネクタが機械的な接続を形成し得る。

【0016】

コネクタが誘導結合を形成し得、コネクタが誘導コイルを含み、相補型コネクタが、接続されたときにエネルギーが電磁結合を介して伝達され得るように、誘導コイルを含む。

【0017】

バッテリー充電器が、誘導結合のために交流を生成し得る。交流が、エネルギーＵＡＶのバッテリーに接続されたインバーターによって生成され得る。

【0018】

コネクタおよび相補型コネクタが、接続を生成および固定するための磁気要素を含み得る。

【0019】

コネクタが電磁石を含み得る。

【0020】

相補型コネクタが永久磁石を含み得る。

【0021】

ガイダンスシステムがデジタルカメラを含み得る。デジタルカメラが第１のＵＡＶに搭載され得る。

【0022】

ガイダンスシステムが、デジタルカメラによって捕捉された画像を使用して、ＵＡＶの間の相対位置を決定し、相対位置に基づいてＵＡＶを充電位置に移動させ得る。
デジタルカメラのレンズが、相補型コネクタの少なくとも一部と同軸であり得る。

【0023】

システムが、複数のエネルギーＵＡＶを含み、ガイダンスコントローラが、エネルギーＵＡＶのうちのいずれか１つを第１のＵＡＶに向かって充電位置に移動させ得る。

【図面の簡単な説明】

【0024】

本発明の実施形態は、例示のみで、以下の図面を参照しながら以下に説明される：

【0025】

【図1】非活動位置にある充電要素を有するエネルギーＵＡＶの上方透視図である。

【図2】活動位置にある充電要素を有するエネルギーＵＡＶの上方透視図である。

【図3】第１のＵＡＶの下方透視図である。

【図4】充電位置にある第１のＵＡＶおよびエネルギーＵＡＶの下側透視図である。

【図5a】活動位置にある充電要素を有する第１のＵＡＶおよびエネルギーＵＡＶの第２の実施形態の透視図である。

【図5b】充電位置にある図５ａの第１のＵＡＶおよびエネルギーＵＡＶの透視図である。

【図6】充電要素の導体が延長された、図５ａおよび５ｂの第１のＵＡＶおよびエネルギーＵＡＶの透視図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

同様の特徴が同様の数字で示される図面を参照して、ＵＡＶ充電システムは概して、参照数字１によって示される。

【0027】

ＵＡＶ充電システム１は、第１のＵＡＶ２と、第２のエネルギーＵＡＶ３とを含む。図に示す第１のＵＡＶ２および第２のＵＡＶ３は、実質的に同様の大きさで表されている。しかし、第１のＵＡＶ２がエネルギーＵＡＶ３より大きいか小さいかに関係なく、ＵＡＶの相対的な大きさが異なる場合でも、システムは同等に効果的であると考えられる。第１のＵＡＶ２とエネルギーＵＡＶ３は両方とも、充電可能バッテリーによって電力供給される電気推進を備える。この例におけるエネルギーＵＡＶのバッテリー４は、エネルギーＵＡＶ３の本体５の下に動作可能に配置され、第１のＵＡＶのバッテリーは本体５内に配置される。各ＵＡＶは、ブラシレスＤＣ電気モーター７によって駆動される４つのプロペラ６を備えたクアッドコプターの形態のマルチローターヘリコプターである。エネルギーＵＡＶ３のプロペラ６は下を向いており、一方で第１のＵＡＶ２のプロペラ６は上を向いている。エネルギーＵＡＶのバッテリー４の容量は、第１のＵＡＶのバッテリーよりも比較的大きい。これにより、第１のＵＡＶ２をエネルギーＵＡＶ３よりも軽くすることができ、ペイロード運搬能力を高めたり、飛行時間を長くしたりすることができる。

【0028】

エネルギーＵＡＶ３は、本体５内の充電器に接続される充電要素８を充電要素８の一端に有し、要素８の他端に充電コネクタ９を有する。バッテリー充電器は、エネルギーＵＡＶのバッテリー４によって電力供給される。現在の例では、充電要素８は、エネルギーＵＡＶ３から動作可能に上方に延びるロッドの形態であり、ロッド内に導体を含む。要素８は、要素がＵＡＶから上方に延びる活動位置（図２に示す）と、要素がエネルギーＵＡＶ３の本体に沿って水平に配置される非活動位置（図１に示す）との間で移動可能である。

【0029】

この例では、第１のＵＡＶ２は、その本体５の下側に、充電コネクタ９に解放可能に係合して接続できる相補型コネクタ１０を有する。相補型コネクタ１０はまたエネルギーＵＡＶ上にあってもよく、その場合、充電要素は第１のＵＡＶ２の一部を形成する。相補型コネクタ１０と充電コネクタとが係合して接続を形成すると、バッテリー充電器はエネルギーＵＡＶのバッテリー４から第１のＵＡＶのバッテリーを充電する。充電コネクタ９および相補型コネクタ１０は、充電コネクタ９上の導体が相補型コネクタ１０上の導体と係合する機械的接続を形成し得る。あるいは、現在の例の場合のように、コネクタが誘導結合を形成し得、充電コネクタ９が誘導コイルを含み、相補型コネクタ１０が、接続されたときにエネルギーが電磁結合を介して伝達され得るように、誘導コイルを含む。コネクタが誘導結合を形成する場合、バッテリー充電器は、エネルギーＵＡＶのバッテリー４に接続されたインバーターによって誘導結合用の交流を生成し得る。充電コネクタ９および相補型コネクタ１０が、接続を生成および固定するための磁気要素を含み得る。現在の例では、充電要素９は、エネルギーＵＡＶのバッテリー４から電力供給され、ＵＡＶが充電位置にあるか否かに応じて選択的に作動または停止され得る電磁石を含み、相補型コネクタ１０は永久磁石を有する。

【0030】

（図５ａ、５ｂ、および６に示す）第２の実施形態では、充電要素は、ロッド８と、充電要素８から延びる延長可能な充電線または充電線のセットを含む。これにより、第１のＵＡＶ２とエネルギーＵＡＶ３が充電位置で充電接続を形成できるようになり、充電接続が確立されると第１のＵＡＶ２と第２のＵＡＶ３が互いに離れることが可能になる。延長可能な充電線は、バネ仕掛けの方法で伸縮し得る。あるいは、必要に応じて充電線１１の伸縮を作動させてもよい。図５ａ、５ｂ、および６に示す例では、延長可能な充電線は、エネルギーＵＡＶ３内に配置されたバネ仕掛けのスプール上にある。

【0031】

充電接続が確立されると、充電要素は安全に（図６に示すように）非活動位置に移動し、充電接続が維持されている間、ＵＡＶは互いに相対的に遠ざかることができる。ＵＡＶは、第１のＵＡＶ２のプロペラからの下降気流がエネルギーＵＡＶ３の推進に影響（ｉｍｐａｃｔ）または影響（ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ）を与えないように、（図６に示すように）十分に離れて移動するのが理想的である。さらに、エネルギーＵＡＶ３ではプロペラが下を向いている。これにより、充電線がエネルギーＵＡＶ３のプロペラ６に干渉したり絡まったりする可能性が減少する。必要に応じて充電接続を解除することができ、延長可能な充電線はバネ仕掛けのスプールまたは作動スプールに巻き戻される。

【0032】

システム１は、第１のＵＡＶ２とエネルギーＵＡＶ３の両方の動きを制御するために、電子アビオニクス機器の形態であるガイダンスコントローラと、その上で動作するソフトウェアとを含む。ガイダンスコントローラは、第１のＵＡＶ２またはエネルギーＵＡＶ３のいずれかの制御システムの一部を形成し得、その場合、ガイダンスコントローラは１つの本体５内に配置される。あるいは、ガイダンスコントローラは外部にあり、ＵＡＶと無線通信し得る。ガイダンスコントローラは、必要に応じて、ＵＡＶを充電位置に移動させ得、充電コネクタ９が相補型コネクタ１０と係合して充電接続を形成できるように、第１のＵＡＶ２およびエネルギーＵＡＶ３の移動およびその間の移動を制御するように構成される。充電接続が形成されると、第１のＵＡＶのバッテリーはエネルギーＵＡＶのバッテリー４から充電される。充電位置は、第１のＵＡＶのバッテリーが完全に充電されるまで維持され得、その後、第１のＵＡＶ２は係合を解除し、充電接続を切断し得る。エネルギーＵＡＶ３は、第１のＵＡＶのバッテリーが低充電に達するまで、ベースステーションまたは陸地に戻ることができる。第１のＵＡＶ２が低充電に達すると、エネルギーＵＡＶ３は充電のために再び第１のＵＡＶ２に送られ得る。

【0033】

システム１はまた、第１のＵＡＶ２の動作要件に応じて、複数のエネルギーＵＡＶ３を含み得る。例えば、システムがエネルギーＵＡＶ３用の充電装置を備えたベースステーションを含む場合、２つのエネルギーＵＡＶ３がベースステーションで同時に充電し得る。この例では、エネルギーＵＡＶ３のうちの１つが、充電のために第１のＵＡＶ２に送られ得、第１のＵＡＶ２を充電した後、エネルギーＵＡＶのバッテリー４を充電するためにベースステーションに戻り得る。第１のＵＡＶ２がさらなる充電を必要とする場合、第２のエネルギーＵＡＶ３は充電のために第１のＵＡＶ２に送られ得、一方で、第１は、そのバッテリー４を充電するためにベースステーションに留まる。充電時間、エネルギーＵＡＶのバッテリー４の容量、および第１のＵＡＶ２によって実行される動作に応じて、第１のＵＡＶ２は、長期間、場合によっては無期限にさえも飛行し続けることができる。

【0034】

ガイダンスコントローラは、第１のＵＡＶ２に搭載され得るデジタルカメラを含み得る。ガイダンスコントローラが、デジタルカメラによって捕捉された画像を使用して、ＵＡＶの間の相対位置を決定し、相対位置に基づいてＵＡＶを充電位置に移動させ得る。ガイダンスコントローラの測位システム（ＧＰＳなど）の精度が、確実に接続を形成するのに必要な精度を備えていない可能性があるため、これが必要である。ガイダンスコントローラはまた、システムの精度を高めるためにリアルタイムキネマティック位置決め（ＲＴＫ）を利用し得る。

【0035】

本発明は、１つ以上のエネルギーＵＡＶを充電することによって滞空時間の増加を確保しながら、第１のＵＡＶをより軽量にし、その動作要件に対処するためのより良い装備を可能にするＵＡＶ充電システムを提供することが想定される。

【0036】

本発明は、本明細書に記載される正確な詳細に限定されるものではない。例えば、ＵＡＶはクアッドコプターの代わりに、６つ以上のローターを備えたマルチローターヘリコプターであり得る。さらに、プロペラを駆動するブラシレスＤＣ電気モーターの代わりに、通常のＤＣモーター、ＡＣモーター、または誘導モーターを使用することもできる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6】

【国際調査報告】