KR100928637B1 - An apparatus of piezoelectric harvesting system for independent power of sense node - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A piezoelectric harvesting device for independent power for a sensor is provided to prevent an accident due to the contact between a terminal and a connection line using the power generated by the piezoelectric element. CONSTITUTION: A current transformer(S) includes an upper case(10) and a lower case(20). A lower core(22) and a coil(24) are arranged inside the lower case. The lower core has U shape. The lower core is made of cast iron or metal. The coil is inserted into the lower core. An upper core(12) is arranged in the upper case and is contacted with the lower core. A piezoelectric element(40) is fixed in the upper side or lower side of the upper core of the current transformer. The piezoelectric element induces the voltage by a piezoelectric direct effect according to the vibration of the current transformer. A collector is connected to the piezoelectric device by a line or cable to collect the voltage induced by the piezoelectric device.

Description

센서 노드용 독립 전원을 위한 압전 하비스팅 장치{An apparatus of Piezoelectric harvesting system for independent power of sense node}An apparatus of piezoelectric harvesting system for independent power of sense node

본 발명은 센서 노드용 독립 전원을 위한 압전 하비스팅 장치에 관한 것으로서, 변전소에서 송신되는 전력이 배전용 주상변압기 또는 지상변압기의 고압선로로 인가될 때 해당 고압선로의 전력선 일측에 전류변성기(CT)와 전류변성기 일측에 압전소자를 구성하여 전력선을 통해 인입되는 전력을 통해 전류변성기의 진동에 따라 압전소자에 발생되는 전압을 집진장치로 수용하여 사용함으로써, 배전용변압기 부하감시를 위한 인입전력 또는 2차 인하선에 부착된 프로브에서 측정된 전류를 변압기 하단의 설치된 단말기에 무선 전송할 수 있는 전원으로 사용할 수 있는 센서 노드용 독립 전원을 위한 압전 하비스팅 장치를 제공한다.The present invention relates to a piezoelectric harvesting device for an independent power supply for a sensor node, when the power transmitted from the substation is applied to the high-voltage line of the pole-type transformer or ground transformer for power distribution current transformer (CT) on one side of the power line of the corresponding high-voltage line And a piezoelectric element formed at one side of the current transformer, and receives the voltage generated in the piezoelectric element in accordance with the vibration of the current transformer through the power drawn through the power line, and uses it as a dust collector, so that the incoming power for the load monitoring of the distribution transformer or 2 It provides a piezoelectric harvesting device for an independent power supply for the sensor node that can be used as a power source that can wirelessly transmit the current measured from the probe attached to the car downline to the terminal installed at the bottom of the transformer.

최근, 무선통신 기술이 발달함에 따라 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network, 이하 USN 이라 칭함)을 이용하여 주위환경 등과 같은 필요한 정보를 감지하고 제어하고자 하는 요구가 급증하고 있다. 이러한 USN 시스템은 저전력 CMOS를 이용한 무선통신 모듈과 센서를 부착한 소형 무선센서노드(Wireless Sensor Node)로 구성되며, 이러한 무선통신모듈과 소형 무선센서 노드를 넓은 지역에 임의적으로 분포시켜 필요한 정보를 센싱하고, 센싱한 정보를 무선으로 송신하는 특징을 갖고 있다.Recently, with the development of wireless communication technology, there is an increasing demand for detecting and controlling necessary information such as a surrounding environment using a ubiquitous sensor network (hereinafter referred to as USN). The USN system consists of a wireless communication module using a low power CMOS and a small wireless sensor node attached with a sensor. The wireless communication module and the small wireless sensor node are randomly distributed in a large area to sense necessary information. And wirelessly transmit the sensed information.

그러나, 넓은 지역에 산재한 소형 USN 시스템을 구동하기 위해서는 외부로 부터의 전선연결이나 배터리 등과 같은 별도의 전원공급 장치가 필요하기 때문에 USN 시스템의 적용 및 보급이 제한되고 있다.However, in order to drive a small USN system dispersed in a large area, a separate power supply device such as a wire connection or a battery from the outside is required, and the application and dissemination of the USN system is limited.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 '버려지는 에너지를 환경에너지로부터 전기에너지를 얻는 에너지 하비스팅(Energy Harvesting)에 대한 연구'가 활발히 이루어지고 있으며, USN 시스템과의 결합을 목적으로 하는 다양한 에너지 수집방법(예: 태양열, 빛, 온도차, 진동, RF 등)들이 제안되고 있으며 연구되고 있다.In order to solve this problem, 'energy harvesting' is being actively conducted to obtain electric energy from environmental energy, and various energy collection methods aimed at combining with the USN system (eg : Solar heat, light, temperature difference, vibration, RF, etc.) have been proposed and studied.

그 중에서 특히 압전 세라믹스를 이용한 에너지 수집 방식은 구조적인 단순성과 간단한 에너지 변환 매커니즘 특성으로 인해 많은 연구가 진행되고 있다.Among them, in particular, the energy collection method using piezoelectric ceramics has been studied because of its structural simplicity and simple energy conversion mechanism.

압전 세라믹스는 전기에너지를 기계적 진동 에너지로 바꾸거나 반대로 기계적인 진동 에너지를 전기에너지를 변환하는 특징을 갖고 있기 때문에 액츄에이터 또는 센서 등으로 사용되고 있다.Piezoelectric ceramics are used as actuators or sensors because they have the characteristics of converting electrical energy into mechanical vibration energy or conversely converting mechanical vibration energy into electrical energy.

따라서, 이러한 압전 세라믹스의 특성을 이용하면, 다양한 환경하에서의 의도하지 않는 외부적인 진동을 압전 세라믹스에 전달시켜 줌에 따라 압전 세라믹스로부터 전기에너지를 수집할 수 있다.Therefore, using the characteristics of the piezoelectric ceramics, it is possible to collect the electrical energy from the piezoelectric ceramics by transmitting the unintended external vibration to the piezoelectric ceramics under various environments.

이러한 압전 세라믹스의 기본 특성을 이용하여 본 출원인은 전류변성기 (Current Transformer : 이하 CT라 칭함)의 진동을 인위적으로 유도하여 그 진동을 압전 세라믹스에 전달시켜 줌에 따라 압전 세라믹스에서 발생한 전기적 에너지를 축적할 수 있는 에너지 공급장치를 개발하여 소형 에너지 전원장치로서 실용화가 필요한 실정이다.By using the basic characteristics of the piezoelectric ceramics, the applicant artificially induces vibration of a current transformer (hereinafter referred to as CT) and transmits the vibration to the piezoelectric ceramics, thereby accumulating electrical energy generated in the piezoelectric ceramics. It is necessary to develop a power supply that can be used as a small energy power supply.

본 출원인은 첨부된 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 USN 시스템 특성을 갖는 배전용 변압기 무선 감시 시스템을 개발하여 특허출원 후 현재 권리를 가지고 있지만, 상기 변압기 무선 감시 시스템은 배전용 주상변압기 및 지상변압기의 상태를 감시하여 이상이 발생한 경우 유무선 통신을 이용하여 담당자에게 통보하여 실시간으로 문제점을 제어할수 있도록 구성되어 있다.Applicant has the current right after patent application by developing a distribution transformer wireless monitoring system having the USN system characteristics, as shown in the accompanying Figure 1, the transformer wireless monitoring system is a distribution-type column transformer and ground transformer It is configured to control the problem in real time by notifying the person in charge using wired / wireless communication in case of abnormality by monitoring the status of the sensor.

그러나, 이러한 변압기 무선 감시 시스템을 구동시키기 위하여 고압의 배전선로로부터 220V의 별도 전원 라인을 인출하여 전원을 공급해 주고 있는 실정으로, 설치의 어려움 및 비용증가 등으로 인해 전력품질의 고급화를 실현할 수 있는 변압기 무선 감시 시스템의 적용 및 보급이 어려운 실정이다. However, in order to drive such a transformer wireless monitoring system, a separate power supply line of 220V is drawn from a high-voltage distribution line to supply power, and a transformer capable of realizing high quality power due to difficulty in installation and increase in cost. Application and dissemination of a wireless surveillance system is difficult.

따라서, 선진형 전력 공급 시스템 구현을 위한 배전용 변압기 무선 감시 시스템의 보급 확대를 위해서는 상기 시스템 구성을 위한 독립적 전원 공급장치가 필수적인 상황이며, 배전선로 상의 전류변성기(CT)와 결합된 압전식 에너지 수집 장치의 개발을 통해 별도의 시설투자 비용없이 독립적 전원 공급 장치의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, an independent power supply for the system configuration is essential for the expansion of distribution transformer wireless monitoring system for implementing an advanced power supply system, and piezoelectric energy collection combined with a current transformer (CT) on a distribution line. Through the development of the device, it is necessary to develop an independent power supply without any additional facility investment cost.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 배전용 주상변압기 또는 지상변압기의 고압선로와 체결되어 교류 전류계의 측정 범위를 확대하기 위해 사용되는 전류변성기(CT: current transformer)와 CT 일측에 압전소자를 구성하여 고압선로에 흐르는 전류에 의해 CT의 진동을 임의로 유발하고 그 진동을 압전소자에 전달함으로써 압전소자의 정효과에 의해 발생되는 전압을 집진장치로 수용하여 독립전원으로 사용하거나 부가적인 전력으로 사용할 수 있도록 구성함으로써, 단말기에 전원공급을 위해 변압기을 통한 부가적인 연결선 구성 및 절차없이 압전소자의 진동에 의해 생성되는 전압을 생성, 수집, 변환, 응용할 수 있는 센서 노드용 독립 전원을 위한 압전 하비스팅 장치를 제공하는데 있다.In order to solve the above problems, it is connected to the high-voltage line of the distribution-type column transformer or the ground transformer to form a piezoelectric element on one side of the current transformer (CT) and CT used to expand the measurement range of the AC ammeter. By generating the vibration of the CT arbitrarily by the current flowing in the furnace and transmitting the vibration to the piezoelectric element, it is configured to accept the voltage generated by the positive effect of the piezoelectric element as a dust collector and use it as an independent power source or as an additional power source. The present invention provides a piezoelectric harvesting device for an independent power supply for a sensor node that can generate, collect, convert, and apply a voltage generated by vibration of a piezoelectric element without an additional connection line configuration and procedure through a transformer for powering a terminal. have.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 1 특징에 따르면, 배전용 주상변압기 또는 지상변압기의 고압선로와 체결되어 교류 전류계의 측정 범위를 확대하기 위해 사용되거나, 1차측과 2차측을 개방할 경우 1차전류에 의해 자화되고 그 자속에 의해 진동이 발생하는 전류 변성기(CT)와; 상기 전류 변성기(CT)의 일측에 고정 부착되어 전류 변성기의 진동에 따라 압전 정효과에 의해 전압을 유기하는 압전소자와; 상기 압전소자와 전선 또는 케이블로 연결되어 상기 전류변성기의 진동에 따라 상기 압전소자의 압전에 의해 유기되는 전압을 수집하는 집진장치;를 포함하여 구성되는 센서 노드용 독립 전원을 위한 압전 하비스팅 장치를 제공한다.According to a first aspect of the present invention, in order to achieve the above object, it is used to expand the measurement range of the alternating current ammeter by being fastened with the high-voltage line of the columnar transformer or the ground transformer for power distribution, or to open the primary side and the secondary side. A current transformer CT magnetized by the primary current and vibrating by the magnetic flux; A piezoelectric element fixedly attached to one side of the current transformer CT to induce a voltage by a piezoelectric positive effect according to the vibration of the current transformer; A piezoelectric harvesting apparatus for an independent power supply for a sensor node, comprising: a dust collector connected to the piezoelectric element and a wire or a cable to collect voltage induced by the piezoelectric element of the piezoelectric element according to the vibration of the current transformer. to provide.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 특징에 따르면, 배전용 주상변압기 또는 지상변압기의 고압선로와 체결되어 교류 전류계의 측정 범위를 확대하기 위해 사용되거나, 1차측과 2차측을 개방할 경우 1차전류에 의해 자화되고 그 자속에 의해 진동이 발생하는 전류 변성기(CT)와; 상기 전류 변성기(CT)의 일측에 고정 부착되어 전류 변성기의 진동에 따라 압전효과에 의해 전압을 유기하는 압전소자와; 상기 압전소자와 전선 또는 케이블로 연결되어 상기 압전소자의 진동에 의해 발생하는 전압을 상기 배전용 주상변압기 저압간선의 전류, 전압감시 또는 장애발생시 무선 전송을 제공하는 단말기와 직접연결하여 전원으로 사용할 수 있도록 구성되는 센서 노드용 독립 전원을 위한 압전 하비스팅 장치을 제공한다.According to a second aspect of the present invention for achieving the above object, it is used to expand the measuring range of the alternating current ammeter by being engaged with the high-voltage line of the columnar transformer or the ground transformer for power distribution, or open the primary side and secondary side A current transformer CT magnetized by the primary current and vibrating by the magnetic flux; A piezoelectric element fixedly attached to one side of the current transformer CT to induce a voltage by a piezoelectric effect according to the vibration of the current transformer; The piezoelectric element may be connected to a wire or a cable to directly connect the voltage generated by the vibration of the piezoelectric element to a terminal providing wireless transmission in the event of a current, voltage monitoring or failure of the low voltage trunk line of the distribution-type transformer. A piezoelectric harvesting device for an independent power supply for a sensor node is configured.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 전류변성기(CT)는 상부케이스와 하부케이스의 각 일측이 힌지로 결합되고, 타 일측은 각각 체결될 수 있도록 구성을 가지고, 하부케이스 내부에는 주철, 금속 등의 재질로 구성되어 전류가 도통할 수 있는 유(U) 형태의 하부코아와 상기 하부코아에 각각 삽입할 수 있도록 코일이 권선된 코일부가 구성되며, 상부케이스 내부에는 상기 하부코아와 접촉할 수 있는 상부코아가 구성되고, 상기 압전소자는 상기 상부코아의 상부 또는 하부의 일측에 구성되는 것이 바람직하다.At this time, according to an additional feature of the present invention, the current transformer (CT) has a configuration such that each side of the upper case and the lower case is coupled by a hinge, the other side can be fastened, respectively, cast iron, It is composed of a material such as a metal, the lower core of the U (U) form that the current can be conducted and the coil portion is wound around the coil to be inserted into the lower core, respectively, the upper case is in contact with the lower core The upper core may be configured, and the piezoelectric element may be configured at one side of the upper or lower portion of the upper core.

또한, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 압전소자는 배전용 주상변압기 또는 지상변압기의 고압선로의 인가 전력에 의해 상기 진동 효율에 따라 그 형상, 크기를 가변적으로 적용할 수 있는 것이 바람직하다.In addition, according to an additional feature of the present invention, it is preferable that the piezoelectric element can be variably applied in shape and size according to the vibration efficiency by the power applied to the high voltage line of the columnar transformer or the ground transformer for power distribution.

또한, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 전류변성기의 진동에 따라 상기 압전소자의 압전특성에 의해 유기되는 전압을 집진장치에 수집하고, 상기 집 진장치에 수집된 전압을 타 전원으로 변환, 사용하기 위해 저장하는 저장부를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, according to an additional feature of the present invention, according to the vibration of the current transformer, the voltage induced by the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element is collected in the dust collector, and converts the voltage collected by the dust collector to another power source, It is preferable to further include a storage for storing for use.

본 발명에 따른 센서 노드용 독립 전원을 위한 압전 하비스팅 장치는 배전용 주상변압기 또는 지상변압기의 고압선로와 체결되어 교류 전류계의 측정 범위를 확대하기 위해 사용되는 전류변성기(CT: current transformer)와 CT 일측에 압전소자를 구성하여 CT 진동에 의한 압전소자의 발생되는 전압을 집진장치로 수집하여 무선전송을 위해 변압기에서 인입되는 단말기의 별도의 연결선의 전원 구성없이 압전소자를 통해 집진된 전원을 단말기의 인가전원으로 사용함으로써, 단말기와 연결선의 전력선/통신선 접촉에 의한 각종 안전사고를 미연에 방지할 수 있고, 단말기의 설치 위치를 기본보다 지면에 가깝도록 할 수 있어 단말기 자체의 설치 및 유지보수를 간편하게 할 수 있다.The piezoelectric harvesting device for the independent power supply for the sensor node according to the present invention is coupled to the high-voltage line of the pole-type transformer or ground transformer for power distribution, the current transformer (CT) and CT used to expand the measurement range of the AC ammeter The piezoelectric element is configured on one side to collect the generated voltage of the piezoelectric element due to CT vibration with the dust collector, and the power collected by the piezoelectric element without the power connection of the separate connection line of the terminal drawn from the transformer for wireless transmission. By using the power supply, various safety accidents caused by the contact of the power line and communication line between the terminal and the connecting line can be prevented in advance, and the installation position of the terminal can be closer to the ground than the basic, so that the installation and maintenance of the terminal itself is easy. can do.

또한, 단말기의 설치 위치를 지면에 가깝게 위치함으로써, 주상변압기의 상태 즉, 정상, 비정상, 과부하, 정전 등 상태를 육안으로 식별할 수 있어 배전선로 현장 점검시 주상 변압기의 운용 상태를 순시자가 직접 확인할 수 있는 장점이 있다.In addition, the position of the terminal is located close to the ground, so that the state of the column transformer, i.e., normal, abnormal, overload, power failure, etc. can be visually identified. There are advantages to it.

또한, CT 및 압전소자의 진동에 의해 발생되는 전력을 생성, 수집, 변환하여 추가적인 전력을 생산 및 이용할 수 있다.In addition, by generating, collecting, and converting power generated by vibration of the CT and piezoelectric elements, additional power may be produced and used.

또한, 배전용 변압기 부하감시 단말기의 설치 및 유지보수를 간편하게 할 수 있다.In addition, it is possible to simplify the installation and maintenance of the transformer load monitoring terminal for power distribution.

또한, 본 발명을 통해 전류변성기(CT) 분야, 압전 세라믹스 분야 및 충전시스템 분야 등의 재료 및 소재 산업의 기술향상과 산업 활성화를 도모할 수 있으며, 독립적인 전원 공급 장치를 구비한 변압기 무선 감시 시스템의 생산 및 보급 확대를 통하여 무정전, 낮은 전압 변동율 등의 전력품질의 고급화의 실현 및 저전력 디바이스용 전원장치 또는 초소형 전원 모듈 장치로 사용이 가능하다.In addition, through the present invention, it is possible to improve the technology and material activation of the material and material industries, such as the field of current transformer (CT), piezoelectric ceramics, and charging system, and to activate a transformer wireless monitoring system having an independent power supply. It is possible to realize high quality of power quality such as uninterrupted power, low voltage fluctuation rate, and to use as power supply device or small power supply module device for low power device through expansion of production and distribution.

또한, 압전 에너지 하비스트 시스템은 전력 IT 산업 분야로의 적용뿐만 아니라 USN 시스템의 소형 동력원에서 부터 자동차의 보조동력원에 이르기까지 전자산업에서 자동차, 에너지 산업 등에 다양하게 활용할 수 있으며, 부가적으로 환경오염이 발생하지 않는 신 대체 에너지원으로 사용이 가능하다.In addition, the piezoelectric energy harvesting system can be used not only in the power IT industry, but also in the electronics industry, the automobile industry, and the energy industry, from the small power source of the USN system to the auxiliary power source of the automobile. It can be used as a new alternative energy source that does not occur.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 센서 노드용 독립 전원을 위한 압전 하비스팅 장치의 일실시예로서 전류변성기(CT: current transformer)의 단면도이고, 도 3는 도 2에 따라 전력선을 통해 인가된 전원에 의해 압전소자의 유기 전압에 따라 전력 수집을 위한 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 일 실시예로서 전류변성기의 진동에 의해 압전 소자로부터 유기된 전압 파형을 나타내는 사진을 나타낸다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a piezoelectric harvesting apparatus for an independent power source for a sensor node according to the present invention, and FIG. 3 is a power transformer applied through a power line according to FIG. 4 is a configuration diagram for power collection according to an induced voltage of a piezoelectric element, and FIG. 4 is a photograph showing a voltage waveform induced from a piezoelectric element by vibration of a current transformer as an embodiment according to the present invention.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 센서 노드용 독립 전원을 위한 압전 하비스팅 장치의 구성 및 동작상태를 설명하면 다음과 같다.Referring to the configuration and operation state of the piezoelectric harvesting apparatus for the independent power supply for the sensor node according to the present invention having the above configuration as follows.

첨부된 도 2는 본 발명에 따른 센서 노드용 독립 전원을 위한 압전 하비스팅 장치을 구성하기 위해 전력선에 체결되는 전류변성기(CT: current transformer)의 단면도로서, 이는 교류 전류계의 측정 범위를 확대하기 위해 사용되는 것으로 통상적으로 CT라는 약어로 칭하며, 그 하부의 내부에는 코일이 양 방향으로 권선되어 있다.2 is a cross-sectional view of a current transformer (CT) fastened to a power line for constructing a piezoelectric harvesting device for an independent power supply for a sensor node according to the present invention, which is used to expand the measuring range of an alternating current ammeter. Usually referred to as abbreviation CT, the coil is wound in both directions inside the lower portion.

한편, 상기 CT는 고전압의 전류를 저전압의 전류로 변성하는 경우에도 사용된다. 배율은 권수비의 역수와 같다.On the other hand, the CT is also used in the case of converting a high voltage current into a low voltage current. The magnification is equal to the inverse of the turn ratio.

본 발명의 전류변성기(CT)는 교류 전류계의 측정범위를 확대하기 위해 사용되거나, 1차측과 2차측을 개방할 경우 1차전류에 의해 자화되고 그 자속에 의해 진동을 발생할 수 있도록 구성하여 사용된다.The current transformer CT of the present invention is used to expand the measuring range of the alternating current ammeter, or when the primary side and the secondary side are opened, the magnetized by the primary current and configured to generate vibration by the magnetic flux. .

즉, 하기에 기술될 유(U) 형태의 하부코아(U core)(22)에 코일이 권선된 코일부(24)가 각각 삽입되는데, 이때 코일부(24)에서 권취수가 적은 부분을 한쪽을 1차측으로 지정하고, 권취수가 많은 다른 한쪽을 2차측으로 지정하여 상기 전류변성기(CT)에 전력이 인입될 때 1차측과 2차측을 개방할 경우 1차전류에 의해 자화되고 그 자속에 의해 진동이 발생되도록 구성된다.That is, each of the coils 24 wound with coils is inserted into a U core 22 having a U shape to be described below. When the primary side and the other side with a large number of turns are designated as the secondary side, when the primary side and the secondary side are opened when electric power is drawn into the current transformer CT, the magnetization is caused by the primary current and vibrated by the magnetic flux. It is configured to occur.

상기의 도 2는 본 발명에 따른 압전소자를 구성하기 위한 전류변성기의 단면도로서 그 구성을 살펴보면,2 is a cross-sectional view of a current transformer for configuring a piezoelectric element according to the present invention.

상기 전류변성기(CT)(S)는 상부케이스(10)와 하부케이스(20)의 각 일측이 힌지(도면 미도시)로 결합되고, 타 일측은 각각 체결부(도면 미도시)에 의해 체결될 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 하부케이스(20) 내부에는 주철, 금속 등의 재질로 구성되어 전류가 도통할 수 있는 유(U) 형태의 하부코아(U core)(22)과 상기 하부코아(U core)에 각각 삽입할 수 있도록 코일이 권선된 코일부(24)가 구성되며, 상기 상부케이스(10) 내부에는 상기 하부코아(U core)(22)과 접촉할 수 있는 상부코아(I core)(12)이 구성되어 있다.The current transformer (CT) (S) is coupled to each side of the upper case 10 and the lower case 20 by a hinge (not shown), the other side is to be fastened by a fastening portion (not shown), respectively. It is configured to be. In addition, the lower case 20 is made of a cast iron, a metal, etc., and is inserted into the lower core (U core) 22 and the lower core (U core) having a U shape, through which current can be conducted. The coil part 24 wound around the coil is configured to be formed, and the upper core 10 includes an upper core 12 that is in contact with the lower core 22. It is.

또한, 상기의 구성에서 배전용 주상변압기 또는 지상변압기의 고압선로가 상기 전류변성기(CT)의 관통홈(70)사이에 체결되고 전류가 인가될 때 진동을 하는 압전소자(40)을 상기 CT 상부의 상부코아(I core)(12) 일측에 부착하게 된다.In addition, in the above configuration, the high-voltage line of the columnar transformer or the ground transformer for power distribution is fastened between the through grooves 70 of the current transformer CT and the piezoelectric element 40 oscillates when an electric current is applied to the upper portion of the CT. The upper core (I core) of 12 is attached to one side.

한편, 상기 압전소자(40)는 상기 상부코아(I core)(12)의 상부 일측 또는 하부의 일측에 구성될 수 있으며, 진동의 효율에 따라 그 형상, 크기 및 용도를 가변적으로 적용할 수 있다.On the other hand, the piezoelectric element 40 may be configured on one side of the upper side or the lower side of the upper core (I core) 12, the shape, size and use can be variably applied according to the efficiency of vibration. .

상기와 같이 배전용 주상변압기 또는 지상변압기의 고압선로가 상기 전류변성기(CT)상의 관통홈(70)사이에 체결되고 해당 고압선로의 전력선을 통해 전류가 도통되면, 상기 전류변성기(CT)에 진동이 발생되며, 상기 전류변성기(CT) 상의 상부코아(I core)(12)에 위치한 압전소자는 전류변성기(CT)의 진동에 따라 압전효과에 의해 전압이 유기되는데 이를 위해 유기된 전압의 수집, 변환하게 된다.As described above, when the high-voltage line of the distribution-type column transformer or the ground transformer is fastened between the through grooves 70 on the current transformer CT and the current is conducted through the power line of the high-voltage line, the current transformer CT vibrates. This is generated, the piezoelectric element located in the upper core (I core) 12 on the current transformer (CT) is a voltage induced by the piezoelectric effect according to the vibration of the current transformer (CT) to collect the induced voltage for this, Will be converted.

보다 구체적으로 상기의 압전소자로부터 전압발생은 상기의 유(U) 형태의 하부코아(U core)(22)에 코일이 권선된 코일부(24)가 각각 삽입되는데, 이때 코일부(24)에서 권취수가 적은 부분을 한쪽을 1차측으로 지정하고, 권취수가 많은 다른 한쪽을 2차측으로 지정하여 상기 전류변성기(CT)에 전력이 인입될 때 1차측과 2차측을 개방할 경우 1차 코아에 전류에 의해 코아부분이 자화가 발생되고, 상기 상부코아(I core)(12) 및 상기 하부코아(U core)(22)에 자화가 진행되어 상기 상부코아(I core)(12) 및 상기 하부코아(U core)(22)에서 반발력이 발생되어 해당 반발력이 상기 상기 상부코아(I core)(12)로 부상되는데, 이때 상기 상부코아(I core)(12)가 부상하였다가 떨어지면서 상기 압전소자(40)에 압력을 전달하여 이로 인해 압전소자(40)에 전압이 유기된다.More specifically, the voltage generation from the piezoelectric element is inserted into the coil portion 24, the coil wound around the U core (22) of the U shape (U), wherein the coil portion 24 One side of the winding number is designated as the primary side, and the other side having a large number of windings is designated as the secondary side, when the primary side and the secondary side are opened when the power is drawn into the current transformer CT. The magnetization is generated by the core portion, magnetization proceeds to the upper core (I core) 12 and the lower core (U core) 22 to the upper core (I core) 12 and the lower core Repulsive force is generated in the U core 22 so that the repulsive force rises to the upper core I core 12. At this time, the upper core I core 12 rises and falls and the piezoelectric element The pressure is transmitted to the 40, which causes a voltage to be induced in the piezoelectric element 40.

상기 도 2에 도시되어 있는 구성에 따라 상기 배전용 주상변압기에 전력이 도통하면 상기 전류변성기 CT(S)에 진동이 발생을 하게 된다.According to the configuration shown in FIG. 2, when electric power is conducted to the columnar transformer for power distribution, vibration occurs in the current transformer CT (S).

이때, 진동에 따라 전류변성기(CT)(S)의 상부코아(I core) 상부 또는 하부 일측에 구성된 압전소자(40)의 정효과에 의해 압전소자(40)에 유기되는 전압 파형은 첨부된 도 4에 도시된 바와 같이 표시되며 인가되는 전류에 반응하여 유기되는 전압의 파형은 가변적으로 생성, 변형된다.At this time, the voltage waveform induced in the piezoelectric element 40 by the positive effect of the piezoelectric element 40 formed on one side of the upper core (I core) or the lower side of the current transformer (CT) (S) according to the vibration is shown in the accompanying drawings. As shown in Fig. 4, the waveform of the induced voltage in response to the applied current is variably generated and modified.

한편, 상기 상부코아(I core) 상부 또는 하부의 일측에 구성된 압전소자(40)의 동작에 따라 전압이 발생되면, 상기에 의해 발생된 전압은 상기 압전소자(40)와 연결된 전선 또는 케이블을 통해 전송되어, 상기 전선 또는 케이블의 끝단과 연결된 집진장치(50)에 수집된다.On the other hand, when a voltage is generated in accordance with the operation of the piezoelectric element 40 configured on one side of the upper core (I core) or lower, the voltage generated by the through the wire or cable connected to the piezoelectric element 40 Is transmitted and collected in the dust collector 50 connected to the end of the wire or cable.

상기 집진장치(50)를 통해 수집된 전압을 저장부(60)를 통해 한 곳으로 모아 서 여분 전원으로 사용할 수 있다.The voltage collected through the dust collector 50 may be collected in one place through the storage unit 60 and used as an extra power source.

본 발명의 목적에 따라 다른 일실시예로서, 상기의 저장부(60)에 저장된 전압을 잉여전력으로 사용하거나 상기 배전용 주상변압기의 전류, 전압 감시 또는 장애발생시 무선 전송을 위해 단말기와 직접연결하여 전원으로 사용할 수 있다.In another embodiment according to the object of the present invention, by using the voltage stored in the storage unit 60 as surplus power or by directly connecting with the terminal for wireless transmission in the event of current, voltage monitoring or failure of the pole-type transformer for power distribution Can be used as a power source.

즉, 상기 상부코아(I core)(12) 상부 또는 하부의 일측에 구성된 압전소자(40)와 연결관계를 갖는 전선 또는 케이블을 상기 단말기와 직접 연결하고, 상기 배전용 주상변압기에서 분선되는 2차 인하선의 저압간선의 전력선과 상기 전류변성기(CT)(S)가 체결되고 전력이 도통될 때 상기 전류변성기(CT) 상의 상부코아(I core)(12)에 위치한 압전소자는 전류변성기(CT)의 진동에 따라 압전효과에 의해 전압이 유기되어, 유기된 전압을 상기 단말기에 전송됨으로써, 상기 배전용 주상변압기의 전류, 전압 감시 또는 장애발생시 무선 전송을 위한 장치의 구동 전원으로 사용할 수 있다.That is, a secondary wire connected directly to the terminal or a wire or cable having a connection relationship with the piezoelectric element 40 formed on one side of the upper core (I core) 12 or the lower side, and disconnected from the columnar transformer for distribution The piezoelectric element located in the upper core (I core) 12 on the current transformer CT when the power line of the low voltage trunk of the lower line and the current transformer CT are coupled and power is conducted, the piezoelectric element is a current transformer CT. The voltage is induced by the piezoelectric effect according to the vibration of the transmission, and the induced voltage is transmitted to the terminal, so that it can be used as a driving power source of the device for wireless transmission in case of current, voltage monitoring or failure of the distribution-type columnar transformer.

한편, 상기의 다른 일실시예로서 상기에 의해 발생된 전원을 이용하여 구동전원에 따라 상기 단말기는 그 내부에 무선통신부를 구성하여 무선으로 송수신할 수 있도록 무선 송수신 구조와 RFID(Radio Frequency IDentification) 통신, 지그비(Zigbee) 통신이 구성할 수 있다.On the other hand, according to another embodiment of the present invention, according to the driving power using the power generated by the terminal, the wireless communication structure and RFID (Radio Frequency IDentification) communication so as to transmit and receive wirelessly by configuring a wireless communication unit therein Zigbee communication can be configured.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들 에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.The invention described above is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art, which are included in the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims.

도 1은 종래의 배전용 주상변압기 부하 감시시스템의 일실시예로서 프로브 및 단말기의 구성도1 is a configuration diagram of a probe and a terminal as an embodiment of a conventional pole-type transformer load monitoring system for power distribution

도 2는 본 발명에 따른 센서 노드용 독립 전원을 위한 압전 하비스팅 장치의 일실시예로서 전류변성기(CT: current transformer)의 단면도2 is a cross-sectional view of a current transformer (CT) as an embodiment of a piezoelectric harvesting apparatus for an independent power supply for a sensor node according to the present invention.

도 3은 도 2에 따라 전력선을 통해 인가된 전원에 의해 압전소자의 유기 전압에 따라 전력 수집을 위한 구성도3 is a configuration diagram for power collection according to an induced voltage of a piezoelectric element by a power source applied through a power line according to FIG. 2;

도 4는 본 발명에 따른 일 실시예로서 전류변성기의 진동에 의해 압전 소자로부터 유기된 전압 파형을 나타내는 사진Figure 4 is a picture showing the voltage waveform induced from the piezoelectric element by the vibration of the current transformer as an embodiment according to the present invention

<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

전류 변성기(CT) : SCurrent Transformer (CT): S

10 : 상부케이스 12 : 상부코아 (I Core) 10: upper case 12: upper core (I Core)

20 : 하부케이스 22 : 하부코아 (U Core) 20: lower case 22: lower core (U Core)

24 : 코일부 24: coil part

40 : 압전소자 50 : 집진장치40: piezoelectric element 50: dust collector

60 : 저장부 70 : 관통홈60: storage unit 70: through groove

Claims (5)

배전용 주상변압기 또는 지상변압기의 고압선로와 관통홈을 통해 체결되어 교류 전류계의 측정 범위를 확대하기 위해 사용되는 전류변성기(CT)에 있어서,In the current transformer (CT) which is fastened through the high-voltage line and the through-groove of the columnar transformer or the ground transformer for distribution and used to expand the measuring range of the AC ammeter, 상부케이스와 하부케이스의 각 일측이 힌지로 결합되고, 타 일측은 각각 체결될 수 있도록 구성을 가지고, 하부케이스 내부에는 주철 또는 금속 재질로 구성되어 전류가 도통할 수 있는 유(U) 형태의 하부코아(U core)와 상기 하부코아(U core)에 각각 코일이 삽입되어 권선되고 권선수가 적은 부분 한쪽을 1차측, 권선수가 많은 다른 한쪽을 2차측으로 지정된 코일부가 구성되며, 상기 상부케이스 내부에는 상기 하부코아(U core)와 접촉할 수 있는 상부코아(I core)가 구성되어 상기 1차측과 2차측을 개방할 경우 상기 고압선로의 전력선을 통해 전류가 인가될 때 1차전류에 의해 자화가 되고 그 자속에 의해 진동이 발생되는 전류변성기(CT)와;Each side of the upper case and the lower case is coupled to the hinge, the other side has a configuration to be fastened respectively, the lower case is made of cast iron or metal material in the U-shaped lower portion that can conduct current A coil is inserted into the core and the lower core, respectively, and the coil is inserted and wound, and a coil part designated as one of the primary side and the other side having a large number of windings as the secondary side is configured to have a smaller number of windings. When the upper core (I core) is configured to contact the lower core (U core) to open the primary side and the secondary side, magnetization is caused by the primary current when a current is applied through the power line of the high voltage line. And a current transformer CT in which vibration is generated by the magnetic flux; 상기 전류변성기(CT)의 상부코아(I core)의 상부 일측 또는 하부의 일측에 고정 부착되어 전류변성기의 진동에 따라 압전 정효과에 의해 전압을 유기하는 압전소자와; A piezoelectric element fixedly attached to one upper or one side of an upper core (I core) of the current transformer CT to induce a voltage by a piezoelectric effect according to the vibration of the current transformer; 상기 압전소자와 전선 또는 케이블로 연결되어 상기 전류변성기의 진동에 따라 상기 압전소자의 압전에 의해 유기되는 전압을 수집하는 집진장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 노드용 독립 전원을 위한 압전 하비스팅 장치.A piezoelectric device connected to the piezoelectric element and a wire or a cable to collect a voltage induced by the piezoelectric element of the piezoelectric element according to the vibration of the current transformer; and a piezoelectric for an independent power source for a sensor node, comprising: Harvesting device. 배전용 주상변압기 또는 지상변압기의 고압선로와 관통홈을 통해 체결되어 교류 전류계의 측정 범위를 확대하기 위해 사용되는 전류변성기(CT)에 있어서,In the current transformer (CT) which is fastened through the high-voltage line and the through-groove of the columnar transformer or the ground transformer for distribution and used to expand the measuring range of the AC ammeter, 상부케이스와 하부케이스의 각 일측이 힌지로 결합되고, 타 일측은 각각 체결될 수 있도록 구성을 가지고, 하부케이스 내부에는 주철 또는 금속 재질로 구성되어 전류가 도통할 수 있는 유(U) 형태의 하부코아(U core)와 상기 하부코아(U core)에 각각 코일이 삽입되어 권선되고 권선수가 적은 부분 한쪽을 1차측, 권선수가 많은 다른 한쪽을 2차측으로 지정된 코일부가 구성되며, 상기 상부케이스 내부에는 상기 하부코아(U core)와 접촉할 수 있는 상부코아(I core)가 구성되어 상기 1차측과 2차측을 개방할 경우 상기 고압선로의 전력선을 통해 전류가 인가될 때 1차전류에 의해 자화가 되고 그 자속에 의해 진동이 발생되는 전류변성기(CT)와;Each side of the upper case and the lower case is coupled to the hinge, the other side has a configuration to be fastened respectively, the lower case is made of cast iron or metal material in the U-shaped lower portion that can conduct current A coil is inserted into the core and the lower core, respectively, and the coil is inserted and wound, and a coil part designated as one of the primary side and the other side having a large number of windings as the secondary side is configured to have a smaller number of windings. When the upper core (I core) is configured to contact the lower core (U core) to open the primary side and the secondary side, magnetization is caused by the primary current when a current is applied through the power line of the high voltage line. And a current transformer CT in which vibration is generated by the magnetic flux; 상기 전류변성기(CT)의 상부코아(I core)의 상부 일측 또는 하부의 일측에 고정 부착되어 전류 변성기의 진동에 따라 압전 정효과에 의해 전압을 유기하는 압전소자와; A piezoelectric element fixedly attached to an upper one side or a lower side of an upper core (I core) of the current transformer CT to induce a voltage by a piezoelectric effect according to the vibration of the current transformer; 상기 압전소자와 전선 또는 케이블로 연결되어 상기 압전소자의 진동에 의해 발생하는 전압을 상기 배전용 주상변압기 저압간선의 전류, 전압감시 또는 장애발생시 무선 전송을 제공하는 단말기와 직접연결하여 전원으로 사용할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 센서 노드용 독립 전원을 위한 압전 하비스팅 장치.The piezoelectric element may be connected to a wire or a cable to directly connect the voltage generated by the vibration of the piezoelectric element to a terminal providing wireless transmission in the event of a current, voltage monitoring or failure of the low voltage trunk line of the distribution-type transformer. Piezoelectric harvesting device for independent power supply for the sensor node, characterized in that configured to. 삭제delete 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 압전소자는 배전용 주상변압기 또는 지상변압기의 고압선로의 인가 전력에 의해 상기 진동 효율에 따라 그 형상 또는 크기를 가변적으로 적용할 수 있는 것을 특징으로 하는 센서 노드용 독립 전원을 위한 압전 하비스팅 장치.The piezoelectric element is a piezoelectric harvesting device for an independent power supply for a sensor node, characterized in that the shape or size of the piezoelectric transformer or ground transformer can be applied in accordance with the vibration efficiency. . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전류변성기의 진동에 따라 상기 압전소자의 압전특성에 의해 유기되는 전압을 집진장치에 수집하고, 상기 집진장치에 수집된 전압을 타 전원으로 변환하여 사용하기 위해 저장하는 저장부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 노드용 독립 전원을 위한 압전 하비스팅 장치.A storage unit for collecting the voltage induced by the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element in accordance with the vibration of the current transformer in a dust collecting device, and storing the voltage collected by the dust collecting device for conversion to another power source for use. Piezoelectric harvesting device for an independent power supply for the sensor node, characterized in that configured.
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