KR101735483B1 - Energy harvesting device using thermoelectric element, system and method thereof - Google Patents
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Abstract
에너지 하베스팅 장치는, 고온측에 접속된 제 1 정션부 및 저온측에 접속된 제 2 정션부를 포함하며, 상기 고온측과 저온측의 온도차를 이용하여 전력을 생산하는 열전 소자, 상기 열전 소자가 생산한 전력을 자기 공진 무선 전송 방식으로 전송하는 송신 장치, 자기 공진 무선 전송 방식으로 상기 전송된 전력을 수신하는 수신 장치, 상기 수신 장치의 존재 및 위치를 감지하는 감지 장치 및 상기 감지 장치가 상기 수신 장치의 존재 및 위치를 감지할 경우, 상기 감지 사실을 알리는 알람 장치를 포함한다.An energy harvesting apparatus includes a thermoelectric element including a first junction portion connected to a high temperature side and a second junction portion connected to a low temperature side, the thermoelectric element producing power using the temperature difference between the high temperature side and the low temperature side, A receiving device for receiving the transmitted power in a self-resonant radio transmission system; a sensing device for sensing the presence and position of the receiving device; and a receiving device for receiving the transmitted And an alarm device for notifying the detection of the presence and position of the device.
Description
본 발명은 에너지 하베스팅 장치, 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 열전 소자를 이용하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 자기 공진 방식으로 수신 장치에 무선으로 전달할 수 있는 에너지 하베스팅 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an energy harvesting apparatus, a system and a method thereof, and more particularly, to an energy harvesting apparatus capable of producing electric power using a thermoelectric element and delivering the produced electric power to a receiving apparatus wirelessly, System and method.
에너지 하베스팅 (환경 발전) 기술은 운동 에너지, 광에너지, 열에너지 등의 환경 에너지를 압전 소자나 태양전지, 열전 소자, 전자 유도 등을 이용하여 전력으로 변환하는 것을 말한다. 이렇게 해서 얻은 전력은 축전되어 각종 전력 소비 장치의 전원으로서 이용된다.Energy harvesting (environmental power generation) technology refers to the conversion of environmental energy such as kinetic energy, light energy, and thermal energy into electric power by using piezoelectric elements, solar cells, thermoelectric elements, and electromagnetic induction. The electric power thus obtained is stored and used as a power source for various power consumption devices.
에너지 하베스팅에 사용되는 장치 중 열전 소자는 양 단의 온도차를 이용하여 전력을 생산할 수 있는데, 온도차가 크면 클수록 열전 소자가 생산하는 전력은 더 많아지게 된다. 따라서, 종래에는 열전 소자 양 단의 온도차를 크게하는 것에만 관심을 가지고 이에 대하 연구가 이루어졌다. 이러한 흐름으로서, 한국 특허출원발명 제10-2010-0030434호의 경우 열전 소자에 하우징을 형성하여, 외부로부터 이 하우징으로 입사된 열 또는 광 에너지를 이용하여 하우징 내부의 온도를 상승시켜 열전 소자 양 단의 온도차를 크게 하는 방법을 개시하고 있다.Among the devices used in energy harvesting, thermoelectric devices can produce power using the temperature difference between the two stages. The larger the temperature difference, the more power the thermoelectric device produces. Therefore, in the past, research has been carried out in order to increase the temperature difference between both ends of a thermoelectric element. In this case, in the case of Korean Patent Application No. 10-2010-0030434, a housing is formed on a thermoelectric element, and the temperature inside the housing is increased by using heat or light energy incident from the outside to the housing, Thereby increasing the temperature difference.
그러나, 에너지 하베스팅이 좀 더 효과적으로 이루어지기 위해서는, 열전 소자가 생산하는 전력량을 많게 하는 것도 중요하지만, 주변에서 전력 생산에 필요한 온도차를 손쉽게 획득하고, 또한 생산된 전력을 어떻게 수신 장치로 전송하는 것이 좀 더 효율적인가를 고려해야만 하나, 종래의 에너지 하베스팅은 이러한 점을 간과하여 에너지 하베스팅이 비효율적으로 이루어지는 문제점이 있어왔다.However, in order for energy harvesting to be more effective, it is also important to increase the amount of power produced by the thermoelectric elements, but it is also important to easily acquire the temperature difference necessary for power generation in the vicinity and to transmit the produced power to the receiving apparatus It is necessary to consider a more efficient energy harvesting. However, conventional energy harvesting has been overlooked, and energy harvesting has been inefficient.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 주변에서 손쉽게 열전 소자를 이용하여 전력을 생산하고, 열전 소자에 의해 생산된 전력이 효율적으로 수신 장치로 전송될 수 있게 하는 에너지 하베스팅 장치, 시스템 및 방법의 필요성이 대두되고 있다.In order to solve such a problem, there is a need for an energy harvesting apparatus, system, and method for efficiently generating electric power by using a thermoelectric element in the vicinity and transmitting electric power produced by a thermoelectric element to a receiving apparatus efficiently .
본 발명이 해결하려는 과제는, 열전 소자가 전력 생산에 필요로 하는 온도차를 주변에서 용이하게 획득하고, 생산된 전력을 좀 더 효율적으로 수신 장치로 전송할 수 있는 에너지 하베스팅 장치, 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an energy harvesting apparatus, system, and method that enables a thermoelectric element to easily acquire a temperature difference required for electric power generation and to transmit generated electric power to a receiving apparatus more efficiently I have to.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치는, 고온측에 접속된 제 1 정션부 및 저온측에 접속된 제 2 정션부를 포함하며, 상기 고온측과 저온측의 온도차를 이용하여 전력을 생산하는 열전 소자, 상기 열전 소자가 생산한 전력을 자기 공진 무선 전송 방식으로 전송하는 송신 장치, 자기 공진 무선 전송 방식으로 상기 전송된 전력을 수신하는 수신 장치, 상기 수신 장치의 존재 및 위치를 감지하는 감지 장치 및 상기 감지 장치가 상기 수신 장치의 존재 및 위치를 감지할 경우, 상기 감지 사실을 알리는 알람 장치를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an energy harvesting apparatus including a first junction portion connected to a high temperature side and a second junction portion connected to a low temperature side, wherein the temperature difference between the high temperature side and the low temperature side A transmission device for transmitting power generated by the thermoelectric device by a self-resonant wireless transmission method, a reception device for receiving the transmitted power by a self-resonant wireless transmission method, And an alarm device for notifying the detection of the presence and position of the receiving device when the sensing device detects the presence of the receiving device.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템은, 인체의 온도를 검출하는 인체 정션부 및 외부의 온도를 검출하는 외부 정션부를 구비하며, 상기 인체에 착용 가능한 열전 소자를 포함하는 에너지 하베스터부로서, 상기 인체 정션부와 외부 정션부의 출력 신호에 기초하고, 상기 인체 정션부와 외부 정션부 사이의 온도차를 이용하여 전력을 생산하는 에너지 하베스터부 및 상기 인체에 착용 가능하며, 상기 에너지 하베스터부가 생산한 전력을 자기 공진 무선 전송 방식으로 전송하는 무선 전송부를 포함하는 에너지 하베스팅 시스템으로서, 상기 에너지 하베스터부는 상기 무선 전송부가 전송하는 상기 전력을 수신하는 무선 수신부의 존재 및 위치를 감지하는 감지부 및 상기 감지부가 상기 무선 수신부의 존재 및 위치를 감지할 경우, 상기 감지 사실을 알리는 알람부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an energy harvesting system including a human body junction unit for detecting a temperature of a human body and an external junction unit for detecting an external temperature, An energy harvester unit which is based on an output signal of the human body part and the external junction part and generates electric power using a temperature difference between the human body part and the external junction part; And a wireless transmitting unit for transmitting the power generated by the energy harvester unit in a self-resonant wireless transmission mode, wherein the energy harvesting unit detects the presence and position of a wireless receiving unit that receives the power transmitted from the wireless transmitting unit, And a sensing unit for sensing the presence or absence of the wireless receiver And an alarm unit for informing the detection of the value.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방법은, 고온측에 접속된 제 1 정션부 및 저온측에 접속된 제 2 정션부를 포함한 열전 소자가, 상기 고온측과 저온측의 온도차를 이용하여 전력을 생산하는 단계, 송신 장치가 상기 열전 소자가 생산한 전력을 자기 공진 무선 전송 방식으로 수신 장치에 전송하는 단계 및 상기 수신 장치가 자기 공진 무선 전송 방식으로 상기 전송된 전력을 수신하는 단계를 포함하는 에너지 하베스팅 방법으로서, 상기 송신 장치가 상기 수신 장치로 상기 전력을 전송하기 전에, 상기 수신 장치의 존재 및 위치를 감지하는 단계 및 상기 감지 사실을 알리는 단계를 더 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an energy harvesting method including a thermoelectric element including a first junction portion connected to a high temperature side and a second junction portion connected to a low temperature side, Generating a power by using a temperature difference of the thermoelectric transducer, transmitting a power generated by the thermoelectric transducer to a receiving device by a self-resonant wireless transmission method, and transmitting the transmitted power by a self- The method of energy harvesting according to claim 1, further comprising the steps of sensing the presence and location of the receiving device and notifying the sensing result before the transmitting device transmits the power to the receiving device.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.
본 발명에 따르면, 열전 소자가 전력 생산에 필요로 하는 온도차를 주변에서 용이하게 획득하고, 생산된 전력을 좀 더 효율적으로 수신 장치로 전송할 수 있는 에너지 하베스팅 장치, 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.According to the present invention, there is provided an energy harvesting apparatus, system, and method capable of easily acquiring a temperature difference required for a thermoelectric element to produce electric power in the vicinity and transmitting the produced electric power to a receiving apparatus more efficiently .
도 1 은 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치, 시스템 및 방법에 사용되는 열전 소자의 개략도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치, 시스템 및 방법에 사용되는 송신 장치 및 수신 장치의 개략도이다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템의 개략도이다.
도 4 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템의 에너지 하베스터부의 개념도이다.
도 5 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방법의 흐름도이다.1 is a schematic diagram of a thermoelectric device used in an energy harvesting apparatus, system and method according to the present invention.
2 is a schematic diagram of a transmitting apparatus and a receiving apparatus used in an energy harvesting apparatus, system and method according to the present invention.
3 is a schematic diagram of an energy harvesting system according to a first embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram of an energy harvester portion of an energy harvesting system according to the first embodiment of the present invention.
5 is a flowchart of an energy harvesting method according to the first embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms " comprises "and / or" comprising ", as used herein, do not exclude the presence or addition of one or more other elements, steps and operations.
도 1 및 2 를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 설명한다. 도 1 은 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치, 시스템 및 방법에 사용되는 열전 소자의 개략도이다. 도 2 는 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치, 시스템 및 방법에 사용되는 송신 장치 및 수신 장치의 개략도이다.1 and 2, an energy harvesting apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described. 1 is a schematic diagram of a thermoelectric device used in an energy harvesting apparatus, system and method according to the present invention. 2 is a schematic diagram of a transmitting apparatus and a receiving apparatus used in an energy harvesting apparatus, system and method according to the present invention.
도 1 및 2 를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치는 열전 소자 (50), 송신 장치 (70), 수신 장치 (90), 감지 장치 및 알람 장치를 포함할 수 있다.1 and 2, an energy harvesting apparatus according to the first embodiment of the present invention may include a
열전 소자 (50) 는 제벡 효과 (서로 다른 금속 접합으로 이루어진 폐쇄회로에서 접점의 온도가 다르게 되면 전류가 흐르는 현상: seebeck effect) 를 이용하여 전력을 생산하는 소자이다. 이러한 열전 소자 (50) 는 서로 다른 2 종류의 금속 또는 반도체로 구성되며, 이러한 서로 다른 2 종류의 반도체는 n형 반도체 (10) 와 p형 반도체 (20) 이다.The
열전 소자 (50) 의 서로 다른 2 종류의 금속의 각각의 양단이 또는 서로 다른 2 종류의 반도체의 각각의 양단이 제 1 정션부 (30) (junction) 및 제 2 정션부 (40) 를 형성하고, 제 1 정션부 (30) 는 고온측에 접속할 수 있고, 제 2 정션부 (40) 는 저온측에 접속할 수 있으며, 열전소자는 고온측과 저온측의 온도차로 인해 두 금속 또는 반도체 사이로 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 되고 따라서 전력을 생산할 수 있다.Both ends of each of two different kinds of metals of the
예를 들어, 제 1 정션부 (30)의 온도가 'T+ΔT' 이고, 제 2 정션부 (40) 의 온도가 'T' 일 때, 제 1 정션부 (30) 와 제 2 정션부 (40) 는 'ΔT' 만큼의 온도차가 발생하게 되고 그 온도차 (ΔT) 에 상응하는 전압이 발생하며, 이 때 발생하는 열기전력은 다음과 같다. For example, when the temperature of the
Vab=αabΔTV ab = α ab ΔT
물론, 제 1 정션부 (30) 와 제 2 정션부 (40) 의 온도차를 더 크게하면, 그에 상응하여 더 많은 전압이 발생하게 된다.Of course, if the temperature difference between the
송신 장치 (70) 는 열전 소자 (50) 가 생산한 전력을 자기 공진 무선 전송 방식으로 수신 장치 (90) 에 전송하는 장치로서, 이러한 송신 장치 (70) 는 소스 코일 (60) 및 송신측 공진 코일 (65) 을 포함할 수 있다. 소스 코일 (60) 은 열전 소자 (50) 와 유선으로 연결될 수 있으며, 열전 소자 (50) 에 의해 생산된 전력을 전달 받아 자기 유도를 통해 상기 송신측 공진 코일 (65) 에 제공할 수 있다. 또한, 송신측 공진 코일 (65) 은 소스 코일 (60) 을 통해 유도된 전력을 자기 공진을 통해 공진시켜 수신 장치 (90) 에 전송할 수 있다.The transmitting
한편, 무선 송신 방식으로는 근거리에서의 자기 유도, 자기 공진 및 전자기파 전송 방식 등이 있다. 본 발명에 이용되는 자기 공진 무선 전력 전송 기술은 기존의 자기 유도 방식보다 먼 거리에서 에너지를 전달할 수 있으며, 마이크로파의 전자기파 방사 방식보다 높은 전송 효율을 보여준다는 장점이 있다.On the other hand, the radio transmission system includes a magnetic induction system in a short distance, a self resonance system, and an electromagnetic wave transmission system. The self-resonant radio power transmission technology used in the present invention is capable of transmitting energy at a greater distance than the conventional magnetic induction system and has a higher transmission efficiency than the microwave electromagnetic radiation system.
이러한 자기 공진 무선 전력 전송 기술은 두 가지 매체 (공진형 코일) 가 같은 주파수로 공진을 할 경우에 전자기파가 발생하여 한 매체에서 다른 매체로 이동을 하게 되는 감쇄파 현상을 이용하여 전력을 전송하는 방식이다.Such a self-resonant wireless power transmission technology is a technique of transmitting power using an attenuator wave phenomenon in which electromagnetic waves are generated when two media (resonant coils) resonate at the same frequency, to be.
수신 장치 (90) 는 송신 장치 (70) 가 자기 공진 무선 전송 방식으로 전송한 전력을 수신하는 장치로서, 이러한 수신 장치 (90) 는 수신측 공진 코일 (75) 및 로드 코일 (80) 을 포함한다. 수신측 공진 코일 (75) 은 송신 장치 (70) 로부터 자기 공진을 통해 전송된 전력을 수신하고, 헬리컬 또는 스파이럴 구조를 가질 수 있다. 또한, 로드 코일 (80) 은 자기 유도를 통해 수신측 공진 코일 (75) 로부터 전력을 제공받을 수 있고, 제공받은 전력을 부하 장치 (100) 또는 충전 장치 중 하나 이상의 장치에 공급할 수 있으며, 부하 장치 (100) 는 테블릿 PC, 모바일 폰 및 노트북을 포함할 수 있다.The
감지 장치는 수신 장치 (90) 의 존재 및 위치를 감지하는 장치로서, 전술한 바와 같이 열전 소자 (50) 에 의해 생산된 전력은 송신 장치 (70) 를 통해 자기 공진 무선 전송 방식으로 수신 장치 (90) 로 전송되게 되는 데, 이렇게 전력이 전송되기 위해서는 수신 장치 (90) 의 존재 및 위치 파악이 우선 이루어져야 하며, 이러한 역할을 감지 장치가 하게 된다. 감지 장치는 정전 용량의 변화 또는 공진 주파수의 변화를 감지하는 센서를 구비할 수 있으며, 이 센서를 통해 근접하는 수신 장치 (90) 의 존재 및 위치를 감지하게 된다.The sensing device is a device for sensing the presence and position of the
알람 장치는 감지 장치가 수신 장치 (90) 의 존재 및 위치를 감지할 경우, 이러한 감지 사실을 알리는 장치로서, 감지 사실을 알리는 방식으로는 알림음 또는 진동이 있을 수 있으며, 이 두 방식이 함께 사용될 수 있다.The alarm device is a device for notifying the detection result when the sensing device senses the presence and position of the
이상, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 설명하였으며, 이하는 이러한 에너지 하베스팅 장치를 적용한, 착용자가 휴대하고 다닐 수 있는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템을 설명한다.As described above, the energy harvesting apparatus according to the first embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, the energy harvesting apparatus according to the first embodiment of the present invention, Explain.
도 3 및 4 를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템을 설명한다. 도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템의 개략도이다. 도 4 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템의 에너지 하베스터부의 개념도이다.Referring to Figures 3 and 4, an energy harvesting system according to a first embodiment of the present invention will be described. 3 is a schematic diagram of an energy harvesting system according to a first embodiment of the present invention. 4 is a conceptual diagram of an energy harvester portion of an energy harvesting system according to the first embodiment of the present invention.
도 3 및 4 를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 시스템은 에너지 하베스터부 (120), 무선 전송부 및 무선 수신부를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4, the energy harvesting system according to the first embodiment of the present invention may include an
에너지 하베스터부 (120) 는 열전 소자 (115) 를 통해 전력을 생산하거나 생산된 전력을 정류 및 충전하는 역할을 하며, 이를 위해 하베스팅부 (117), 정류부 (118), 베터리부 (119), 감지부 (122), 알람부 (123), 표시부 (121) 및 제어부 (116) 를 포함할 수 있다.The
하베스팅부 (117) 는 인체의 온도를 검출하는 인체 정션부 및 외부의 온도를 검출하는 외부 정션부를 구비한 열전 소자 (115) 를 포함하며, 이를 통해 전력을 생산하는 역할을 하는 것으로서, 이러한 하베스팅부 (117) 는 열전 소자 (115) 의 인체 정션부와 외부 정션부의 출력 신호에 기초하고, 인체 정션부와 외부 정션부 사이의 온도차를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. The
구체적으로, 에너지 하베스터부 (120) 는 인체에 착용 가능하며, 특히 에너지 하베스터부 (120) 가 밴드 또는 띠 형상일 경우, 에너지 하베스터부 (120) 는 인체의 팔 (110) 에 착용되어 하베스팅부 (117) 의 인체 정션부는 팔 (110) 의 온도를 측정하고, 외부 정션부는 인체 이외의 외부 온도 (예를 들어, 대기 온도) 를 측정하여, 팔 (110) 의 온도와 외부 온도의 차를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 이렇게, 신체의 체온과 대기의 온도를 이용하여 전력을 생산하게 되어, 열전 소자 (115) 를 이용한 전력 생산이 손쉽고 용이하다는 장점이 있게 된다. In particular, when the
정류부 (118) 는 열전 소자 (115) 에 의해 생산된 전력을 정류하는 역할을 하며, 베터리부 (119) 는 정류부 (118) 에서 정류된 전력을 충전하는 역할을 할 수 있다.The rectifying
감지부 (122) 는 후술할 무선 전송부가 전송하는 전력을 수신하는 무선 수신부의 존재 및 위치를 감지하는 역할을 수행하는 것으로서, 전술한 바와 같이 하베스팅부 (117) 가 생산된 전력은 무선 전송부를 통해 자기 공진 무선 전송 방식으로 무선 수신부로 전송되게 되는 데, 이렇게 전력이 전송되기 위해서는 무선 수신부의 존재 및 위치 파악이 우선 이루어져야 하며, 이러한 역할을 감지부 (122) 가 하게 된다. The
감지부 (122) 는 정전 용량의 변화 또는 공진 주파수의 변화를 감지하는 센서를 구비할 수 있으며, 이 센서를 통해 근접하는 무선 수신부의 존재 및 위치를 감지하게 된다.The
알람부 (123) 는 감지부 (122) 가 무선 수신부의 존재 및 위치를 감지할 경우, 이러한 감지 사실을 알리는 역할을 수행하는 것으로서, 감지 사실을 알리는 방식으로는 알림음 또는 진동이 있을 수 있으며, 이 두 방식이 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 알람부 (123) 는 에너지 하베스터부 (120) 를 착용한 착용자에게 알람 소리 발생시켜 착용자가 이를 들음으로써 무선 수신부가 근접해왔음을 인지하게 되거나, 알람부 (123) 가 생성하는 진동을 느낌으로써 무선 수신부의 근접을 인지하게 될 수 있다. The
이렇게, 알람부 (123) 가 착용자에게 무선 수신부가 근접해왔음을 알리게 됨으로써, 착용자는 무선 전력 전송이 잘 이루어지도록 에너지 하베스팅 시스템을 이루는 구성 간의 거리를 일정하게 유지할 필요가 있음을 인식하게 되어, 베터리부 (119) 에 충전되어 있던 전력이 무선 송신부를 통해 무선 수신부로 전송되는 동안에, 각 구성 간의 거리를 무선 전력 송신이 차질 없이 이루어질 수 있는 거리가 되도록 주의를 기울일 수 있다. Thus, the wearer is aware that it is necessary to keep the distance between the constituent parts of the energy harvesting system constant so that the wireless power transmission can be performed well, Attention can be paid so that the distance between the respective components can be a distance at which the wireless power transmission can be performed without interruption while the power charged in the
표시부 (121) 는 베터리부 (119) 에 충전된 전력량, 감지부 (122) 에 의해 감지된 무선 수신부의 존재 및 위치 정보, 및 무선 수신부로의 전력 전송 상태 정보를 표시하는 역할을 수행하며, 구체적으로 에너지 하베스터부 (120) 에 디스플레이부가 형성되어 표시부 (121) 의 기능을 할 수 있고, 이 디스플레이 화면에 충전된 전력량, 에너지 하베스터부 (120)와 무선 수신부의 거리 및 전송되는 전력량의 변화 정도가 표시될 수 있다. 따라서, 착용자는 표시부 (121) 를 통해 무선 전력 전송과 관련된 정보를 신속하고 용이하게 확인할 수 있다.The
제어부 (116) 는 에너지 하베스터부 (120) 를 이루는 하베스팅부 (117), 정류부 (118), 베터리부 (119), 감지부 (122), 알람부 (123) 및 표시부 (121) 의 전반적인 관계를 조절하는 것으로서, 구체적으로 하베스팅부 (117) 가 전력을 생산하도록 하며, 정류부 (118) 가 생상된 전력을 정류시키도록 제어하며, 정류된 직류 전력을 베터리부 (119) 가 충전하도록 하고, 감지부 (122) 에게 수신 장치 (90) 의 근접 정도를 감지하도록 하며, 감지 사실을 알람부 (123) 가 알람음 또는 진동으로 착용자에게 알리도록 한다.The
이상, 에너지 하베스팅 시스템의 에너지 하베스터부 (120) 를 설명했으며, 이하는 무선 전송부 및 무선 수신부를 설명한다.The
무선 전송부는 에너지 하베스터부 (120) 가 생산한 전력을 자기 공진 무선 전송 방식으로 무선 수신부에 전송하는 역할을 수행할 수 있으며, 이러한 무선 전송부는 인체에 착용할 수 있고, 에너지 하베스팅부 (117) 와 유선으로 연결될 수 있다.The wireless transmitting unit may transmit the power generated by the
또한, 무선 전송부는 무선 전송을 위해 소스 코일 (125) 및 송신측 공진 코일 (130) 을 포함할 수 있다. 소스 코일은 에너지 하베스팅부 (117) 와 유선으로 연결될 수 있으며, 하베스팅부 (117) 에 의해 생산된 전력을 전달 받아 자기 유도를 통해 송신측 공진 코일 (130) 에 제공할 수 있다. 이 후, 송신측 공진 코일 (130) 은 소스 코일 (125) 을 통해 유도된 전력을 자기 공진을 통해 공진시켜 무선 수신부에 전송할 수 있다.In addition, the radio transmission unit may include a
무선 수신부는 무선 전송부가 자기 공진 무선 전송 방식으로 전송한 전력을 수신하는 역할을 수행하며, 이러한 무선 수신부는 수신측 공진 코일 (75) 및 로드 코일 (80) 을 포함한다. 수신측 공진 코일 (75) 은 무선 전송부로부터 자기 공진을 통해 전송된 전력을 수신하고, 헬리컬 또는 스파이럴 구조를 가질 수 있다. 또한, 로드 코일 (80) 은 자기 유도를 통해 수신측 공진 코일 (75) 로부터 전력을 제공받을 수 있고, 제공받은 전력을 부하 장치 (100) 또는 충전 장치 중 하나 이상의 장치에 공급할 수 있으며, 부하 장치 (100) 는 테블릿 PC, 모바일 폰 및 노트북을 포함할 수 있다.The radio receiving unit receives the power transmitted by the self-resonant radio transmission system. The radio receiving unit includes the receiving-side
도 5 를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방법을 설명한다. 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방법의 흐름도이다. Referring to FIG. 5, an energy harvesting method according to the first embodiment of the present invention will be described. 5 is a flowchart of an energy harvesting method according to the first embodiment of the present invention.
도 5 를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 방법은, 열전 소자를 이용하여 전력을 생산하는 단계 (S10), 생산된 전력을 정류하고 충전하는 단계 (S20), 수신 장치의 존재 및 위치를 감지하는 단계 (S30), 감지 사실을 알리는 단계 (S40), 자기 공진 무선 전송 방식으로 전력을 송신하는 단계 (S50) 및 자기 공진 무선 전송 방식으로 전력을 수신하는 단계 (S60) 을 포함한다.Referring to FIG. 5, the energy harvesting method according to the first embodiment of the present invention includes the steps of generating electric power using a thermoelectric element (S10), rectifying and charging the produced electric power (S20) A step S30 of detecting the presence and position of the self-resonant radio transmission system, a step S40 of notifying the detection, a step S50 of transmitting power by the self-resonant radio transmission system, .
도 1 및 5 를 참조하면, 열전 소자를 이용하여 전력을 생산하는 단계 (S10) 는, 고온측에 접속한 제 1 정션부 (30) 와 저온측에 접속한 제 2 정션부 (40) 의 온도차로 인해 두 금속 또는 반도체 사이로 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 되고 그에 따라 열전 소자 (50) 는 전력을 생산할 수 있다.1 and 5, a step S10 of producing power using a thermoelectric element is performed by using a temperature difference between a
도 5 를 참조하면, 생산된 전력을 정류하고 충전하는 단계 (S20) 는, 열전 소자 (50) 가 전력을 생산한 후, 정류 장치가 이 교류 전력을 정류하여 직류 전력으로 정류할 수 있으며, 이 정류된 직류 전력을 베터리에 충전하게 된다.Referring to FIG. 5, the step S20 of rectifying and charging the produced electric power may rectify the AC power to rectify the DC power after the
도 5 를 참조하면, 수신 장치의 존재 및 위치를 감지하는 단계 (S30) 는, 베터리에 전력이 충전된 후, 충전된 전력을 수신 장치 (90) 에 전송하기 위해서는, 수신 장치 (90) 의 존재 및 위치가 감지될 필요가 있으며, 이를 위해 감지 장치는 정전 용량의 변화 또는 공진 주파수의 변화를 감지하는 센서를 구비할 수 있으며, 이 센서를 통해 근접하는 수신 장치 (90) 의 존재 및 위치를 감지할 수 있다.5, the step S30 of detecting the presence and the position of the receiving device is performed in order to transmit the charged power to the receiving
도 5 를 참조하면, 감지 사실을 알리는 단계 (S40) 는, 감지 장치가 수신 장치 (90) 의 존재를 감지한 후, 알람 장치는 사용자에게 수신 장치 (90) 가 근접했음을 알람음 또는 진동을 통해 알릴 수 있다. 이렇게, 알람 장치가 착용자에게 수신 장치가 근접해왔음을 알리게 됨으로써, 사용자는 무선 전력 송신이 차질 없이 이루어질 수 있도록 주의를 기울일 수 있다.Referring to FIG. 5, in step S40, the detection device senses the presence of the
도 5 를 참조하면, 자기 공진 무선 전송 방식으로 전력을 수신하는 단계 (S60) 는, 감지 장치가 수신 장치 (90) 를 감지하고, 송신 장치 (70) 와 수신 장치 (90) 의 거리가 무선 전력 송신이 가능한 거리가 되었을 때, 자기 공진 무선 전력 방식으로 전력이 송신 장치 (70) 에서 수신 장치 (90) 로 전송될 수 있다. 수신 장치 (90) 가 수신한 전력은 부하 장치 (100) 또는 충전 장치 중 하나 이상의 장치에 공급될 수 있다.5, the step S60 of receiving the power in the self-resonant wireless transmission mode is performed when the sensing device senses the
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 에너지 하베스팅 방법은 사람의 체온과 대기의 온도차를 이용하여 손쉽게 전력을 생산할 수 있는 열전 소자를 이용하고 있으며, 또한 전송 거리가 길고 전송 효율이 높은 자기 공진 무선 전력 송신 방식을 이용한다는 점에서 전력 생산성이 우수하다는 장점이 있으며, 또한 수신 장치 (90) 가 송신 장치 (70) 에 근접하였음을 알려주는 알람 단계가 존재하여, 착용자 또는 사용자가 무선 전력 전송이 원활하게 이루어질 수 있도록 주의를 기울할 수 있다는 장점이 있다.As described above, the energy harvesting method of the present invention uses a thermoelectric element that can easily produce electric power using the temperature difference of a person's body temperature and the atmospheric temperature, and also uses a self-resonant radio power transmission And there is an alarm step for notifying that the receiving
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
10: n형 반도체 20: p형 반도체
30: 제 1 정션부 40: 제 2 정션부
50, 115: 열전 소자 60, 125: 소스 코일
65, 130: 송신측 공진 코일 70: 송신 장치
75: 수신측 공진 코일 80: 로드 코일
90: 수신 장치 100: 부하 장치
110: 팔 116: 제어부
117: 하베스팅부 118: 정류뷰
119: 베터리부 120: 에너지 하베스터부
121: 표시부 122: 감지부
123: 알람부10: n-type semiconductor 20: p-type semiconductor
30: first junction section 40: second junction section
50, 115:
65, 130: transmission side resonance coil 70: transmission device
75: receiving-side resonance coil 80: load coil
90: Receiving device 100: Load device
110: arm 116:
117: Harvesting 118: Rectification view
119: Battery unit 120: Energy harvester unit
121: Display section 122:
123: Alarm section
Claims (20)
소스 코일 및 송신측 공진 코일을 포함하며, 상기 소스 코일은 상기 열전 소자에 의해 생산된 전력을 전달 받아 자기 유도를 통해 상기 송신측 공진 코일에 제공하며, 상기 송신측 공진 코일은 상기 유도된 전력을 자기 공진을 통해 공진시켜 전송하는 송신장치;
자기 공진 무선 전송 방식으로 상기 전송된 전력을 수신하는 수신 장치;
공진 주파수의 변화에 따라 상기 수신 장치의 존재 및 위치를 감지하는 감지 장치; 및
상기 감지 장치가 상기 수신 장치의 존재 및 위치를 감지하여 상기 수신 장치가 상기 송신 장치로부터 전력 수신이 가능한 거리에 위치할 경우, 상기 감지 사실을 알람음 또는 진동을 통해 사용자에게 알람 장치를 포함하는 에너지 하베스팅 장치.A thermoelectric element including a first junction portion connected to the high temperature side and a second junction portion connected to the low temperature side, the thermoelectric element producing power using the temperature difference between the high temperature side and the low temperature side;
Wherein the source coil receives the power produced by the thermoelectric element and provides the power to the transmission-side resonance coil through magnetic induction, the transmission-side resonance coil generates the induced power A transmission device that resonates and transmits by resonance;
A receiving device for receiving the transmitted power in a self-resonant wireless transmission scheme;
A sensing device for sensing the presence and position of the receiver according to a change in resonant frequency; And
When the sensing device senses the presence and position of the receiving device and the receiving device is located at a distance where power can be received from the transmitting device, the sensing device informs the user of an alarm sound or vibration Harvesting device.
상기 열전 소자와 소스 코일은 유선으로 연결되어 있는 에너지 하베스팅 장치.The method according to claim 1,
Wherein the thermoelectric element and the source coil are connected by wire.
상기 수신 장치는 수신측 공진 코일 및 로드 코일을 포함하며,
상기 수신측 공진 코일은 자기 공진을 통해 상기 송신 장치로부터 상기 전력을 수신하고,
상기 로드 코일은 자기 유도를 통해 상기 수신측 공진 코일로부터 상기 전력을 제공받는 에너지 하베스팅 장치.The method according to claim 1,
The receiving apparatus includes a receiving-side resonant coil and a load coil,
Wherein the receiving-side resonant coil receives the power from the transmitting apparatus through self-resonance,
And the load coil receives the electric power from the receiving-side resonant coil through magnetic induction.
상기 수신측 공진 코일은 헬리컬 또는 스파이럴 구조를 가지는 에너지 하베스팅 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the receiving-side resonant coil has a helical or spiral structure.
상기 수신 장치가 수신한 전력은 부하 장치 또는 충전 장치 중 하나 이상에 공급되는 에너지 하베스팅 장치.The method according to claim 1,
Wherein the power received by the receiving device is supplied to at least one of a load device and a charging device.
상기 부하 장치는 테블릿 PC, 모바일 폰 및 노트북을 포함하는 에너지 하베스팅 장치.The method according to claim 6,
Wherein the load device comprises a tablet PC, a mobile phone, and a notebook.
상기 열전 소자는 서로 다른 2 종류의 금속 또는 반도체로 구성되며, 상기 서로 다른 2 종류의 금속의 각각의 양단이 또는 서로 다른 2 종류의 반도체의 각각의 양단이 제 1 정션부 및 제 2 정션부를 형성하는 에너지 하베스팅 장치.The method according to claim 1,
Wherein the thermoelectric element is formed of two different kinds of metals or semiconductors, and both ends of each of the two different types of metals, or both ends of the two kinds of semiconductors, form the first and second junction portions An energy harvesting device.
상기 서로 다른 2 종류의 반도체는 n형 반도체와 p형 반도체인 에너지 하베스팅 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the two different types of semiconductors are an n-type semiconductor and a p-type semiconductor.
상기 인체 정션부와 외부 정션부의 출력 신호에 기초하여 동작을 개시하고, 상기 인체와의 접촉에 의해 생성된 인체 정션부의 온도와 상기 외부의 온도에 의해 생성된 외부 정션부 사이의 온도차를 이용하여 전력을 생산하는 에너지 하베스터부; 및
상기 인체에 착용 가능하도록 밴드 또는 띠 형태로 마련되며, 상기 에너지 하베스터부가 생산한 전력을 자기 공진 무선 전송 방식으로 전송하는 무선 전송부를 포함하고,
상기 에너지 하베스터부는 상기 무선 전송부가 전송하는 상기 전력을 수신할 수 있는 무선 수신부의 존재 및 위치를 공진 주파수의 변화에 따라 감지하는 감지부; 및
상기 감지부가 상기 무선 수신부의 존재 및 위치를 감지하여 전력을 송신할 수 있는 상태가 되면, 상기 감지 사실을 알람음 또는 진동으로 사용자에게 알리는 알람부를 포함하는 것인 에너지 하베스팅 시스템.A human body part provided on the inside of the band or the band for detecting the temperature of the human body and an external junction part provided on the outside of the band or band for detecting the temperature of the external body, Comprising a thermoelectric element,
And a control unit that starts operation based on the output signals of the human body movement unit and the external movement unit and controls the operation of the human body movement unit based on the temperature difference between the temperature of the humanjunction unit generated by the contact with the human body and the external junction unit generated by the external temperature Energy harvester parts to produce; And
And a wireless transmission unit that is provided in the form of a band or band so as to be worn on the human body and transmits the power produced by the energy harvesting unit in a self resonant wireless transmission scheme,
Wherein the energy harvester unit comprises: a sensing unit that senses the presence and position of a wireless receiver capable of receiving the power transmitted by the wireless transmitter according to a change in a resonant frequency; And
And an alarm unit for informing a user of an alarm or vibration when the sensing unit is in a state capable of sensing the presence and position of the wireless receiver and transmitting power.
상기 에너지 하베스터부는 상기 열전 소자에 의해 생산된 전력을 정류하는 정류부를 포함하는 에너지 하베스팅 시스템.13. The method of claim 12,
Wherein the energy harvesting unit includes a rectifying unit for rectifying power produced by the thermoelectric element.
상기 에너지 하베스터부는 상기 정류된 전력을 충전하는 베터리부를 포함하는 에너지 하베스팅 시스템.15. The method of claim 14,
And the energy harvester unit includes a battery unit for charging the rectified power.
상기 에너지 하베스터부는, 상기 베터리부에 충전된 전력량, 상기 감지부에 의해 감지된 상기 무선 수신부의 존재 및 위치 정보, 및 상기 무선 수신부로의 전력 전송 상태 정보를 표시하는 표시부를 포함하는 에너지 하베스팅 시스템.16. The method of claim 15,
Wherein the energy harvester unit includes an energy harvesting system including a display unit for displaying an amount of power charged in the battery unit, presence and position information of the radio receiver unit sensed by the sensing unit, and power transmission status information to the radio receiver unit, .
소스 코일 및 송신측 공진 코일을 포함한 송신 장치에 있어서, 상기 소스 코일은 상기 열전 소자에 의해 생산된 전력을 전달 받아 자기 유도를 통해 상기 송신측 공진 코일에 제공하며, 상기 송신측 공진 코일은 상기 유도된 전력을 자기 공진을 통해 공진시켜 전송하는 단계;
수신 장치가 자기 공진 무선 전송 방식으로 상기 전송된 전력을 수신하는 단계를 포함하는 에너지 하베스팅 방법으로서,
상기 송신 장치가 상기 수신 장치로 상기 전력을 전송하기 전에, 감지부가 공진 주파수의 변화에 따라 상기 수신 장치의 존재 및 위치를 감지하는 단계; 및
상기 수신 장치가 상기 송신 장치로부터 전력 수신이 가능한 거리에 위치할 경우, 상기 감지 사실을 알람음 또는 진동으로 사용자에게 알리는 단계를 더 포함하는 에너지 하베스팅 방법.A thermoelectric element including a first junction portion connected to a high temperature side and a second junction portion connected to a low temperature side, the method comprising the steps of: producing electric power using a temperature difference between the high temperature side and the low temperature side;
A transmission apparatus including a source coil and a transmission side resonance coil, wherein the source coil receives power generated by the thermoelectric element and provides the transmission side resonance coil through magnetic induction, Resonating the generated power through self resonance and transmitting the resonated power;
And a receiving device receiving the transmitted power in a self-resonant radio transmission scheme, the method comprising:
Before the transmitting device transmits the power to the receiving device, sensing the presence and position of the receiving device according to a change in the resonant frequency; And
Further comprising the step of notifying the user of the detection result by an alarm sound or vibration when the receiving apparatus is located at a distance capable of receiving power from the transmitting apparatus.
상기 열전 소자에 의해 생산된 전력을 정류하고, 상기 정류된 전력을 충전하는 단계를 더 포함하는 에너지 하베스팅 방법.19. The method of claim 18,
Further comprising the step of rectifying the electric power produced by the thermoelectric element and charging the rectified electric power.
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