KR101397422B1 - 표유전계 에너지 하베스팅 장치, 표유 전계 에너지 하베스팅 기반의 센서 네트워크의 전력공급 장치 - Google Patents

표유전계 에너지 하베스팅 장치, 표유 전계 에너지 하베스팅 기반의 센서 네트워크의 전력공급 장치 Download PDF

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Abstract

센서 네트워크의 전력 공급 장치를 개시한다.
센서 네트워크 전력 공급 장치는 전력선의 소정 면적을 차지하도록 상기 전력선의 외주를 감싸는 도체부, 상기 전력선과 상기 도체부 사이에 발생된 표유용량에 의해 생성된 전압을 정류하고, 상기 정류된 전압을 저장하는 하베스팅 회로부를 포함한다.

Description

표유전계 에너지 하베스팅 장치, 표유 전계 에너지 하베스팅 기반의 센서 네트워크의 전력공급 장치{Apparatus for stray electric field energy harvesting and supplying electric power of sensor network}
기술분야는 센서 표유전계 에너지 하베스팅 장치, 센서 네트워크의 전력공급 장치에 관한 것이다.
최근 유비쿼터스 무선 센서네트워크(USN) 분야가 발달하면서 'Smart environments'를 실현하기 위해서 수많은 센서들이 거리, 집, 건물, 자동차 등 곳곳에 설치되고 있다. 수 미터 단위의 통신거리를 기반으로 하는 스마트홈 시스템부터 수십 미터 단위의 통신거리를 기반으로 하는 구조물 안전 모니터링(Structure Health Monitoring) 시스템까지 수십에서 수백 개의 무선 센서들이 설치되어 정보를 수집하여 송신하고 있다.
이러한 무선 센서네트워크를 구성하는 다양한 무선 센서 노드들의 전력 공급원으로는 일반적으로 220V의 전력선으로부터 획득된다. 220V의 전력선에서 무선 센서 노드 구동에 필요한 직류전압을 추출하기 위해서는 SMPS과 같은 부가적인 장치들이 필요하다. 따라서 다수의 무선 센서 노드들은 상기 부가적인 장치가 요구되지 않는 전원장치로 배터리를 사용하고 있다.
하지만 다수의 무선 센서 노드들이 사용하고 있는 배터리는 방전 여부에 따라서 일정 주기마다 교체해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 전력선에 도체를 감싸 전계에너지를 하베스팅(harvesting)하는 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 하베스팅된 전계에너지를 센서 노드로 제공하여, 무선 센서 노드의 전원으로 사용하기 위한 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 하베스팅된 전계에너지에 따라 전력선의 통전여부를 확인할 수 있도록 하는 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 전력선, 상기 전력선의 소정 면적을 차지하도록 상기 전력선의 외주를 감싸는 도체부, 및 상기 전력선과 상기 도체부 사이에 발생된 표유용량에 의해 생성된 전압을 정류하고, 상기 정류된 전압을 저장하는 하베스팅 회로부를 포함하고, 상기 전력선 및 상기 도체부는 전기적으로 도전되지 않도록 직접 접촉되지 않는 센서 네트워크의 전력 공급 장치가 제공된다.
상기 하베스팅 회로부는 상기 전력선과 상기 도체부 사이에 발생된 표유용량에 의해 생성되는 교류전압을 직류전압으로 변환하는 정류부, 및 상기 정류된 직류전압을 저장하고 상기 저장된 직류전압을 센서 노드로 제공하는 에너지 축적부를 포함할 수 있다.
상기 에너지 축적부는 상기 센서 노드에 제공될 직류전압의 축적 용량을 가지는 커패시터일 수 있다.
상기 전력선 및 상기 도체부의 사이에 절연 피복을 개입시킴으로써, 상기 전력선 및 상기 도체부가 직접 접촉하지 않고 전기적으로 도전되지 않도록 할 수 있다.
상기 도체부는 상기 전력선의 활선과 제1 표유용량(C1)을 생성하는 제1 도체와 상기 전력선의 접지선과 제2 표유용량(C2)을 생성하는 제2 도체를 포함할 수 있다.
상기 도체부는 상기 전력선의 일부 외주면을 소정길이와 면적을 갖도록 덮는 형태 일 수 있다.
상기 하베스팅 회로부의 접지는 금속박판이 연결된 전선(Plate Ground)일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실예에 따른 센서 네트워크의 전력 공급 장치는, 활선과 접지선을 포함하는 절연 피복된 전력선의 일부를 덮는 판형 도체부, 상기 전력선과 도체 사이에 발생된 제1 표유용량(C1)과 제2 표유용량(C2)에 의해 생성된 전압을 정류하는 정류부, 및 상기 정류된 전압을 저장하고, 상기 저장된 전압을 센서노드로 제공하는 에너지 축적부를 포함한다.
상기 도체부는, 상기 전력선의 활선과 제1 표유용량을 생성하는 제1 도체 및 상기 전력선의 접지선과 제2 표유용량을 생성하는 제2 도체를 포함할 수 있다. 상기 제1 표유용량은 상기 활선과 제1 도체에 의해 생성된 표유용량이고, 상기 제2 표유용량은 상기 접지선과 제2 도체에 의해 생성된 표유용량이고, 상기 전력선 및 상기 도체부는 전기적으로 도전되지 않도록 직접 접촉되지 않는다.
또한 본 발명의 일실예에 따른 센서 네트워크의 전력 공급 장치는, 전력선이 소정 면에 부착 또는 매설된 부분을 제외한 상기 전력선의 일부를 감싸는 도체부, 상기 전력선과 상기 도체부 사이에 발생된 표유용량에 의해 생성된 전압을 정류하는 정류부, 및 상기 정류된 전압을 저장하고, 상기 저장된 전압을 센서 노드로 제공하는 에너지 축적부를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일실예에 따른 센서 네트워크의 전력 공급 장치는, 전력선과 상기 전력선 외주에 감긴 도체부와 하베스팅 회로부를 통해 생성 및 충전된 전압을 수신하고, 상기 충전 전압을 센서에 제공하는 전원 제공부, 센서 데이터를 수집하는 센서부, 및 상기 수집된 데이터를 소정 시간 마다 데이터 수집부로 전송하는 전송부를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일실예에 따른 센서 네트워크의 전력 공급 장치는, 전력선의 소정 면적을 차지하도록 상기 전력선의 외주를 감싸는 도체부, 및 상기 전력선과 도체부 사이에 발생되는 표유용량에 의해 생성된 전압을 충전하며, 상기 충전된 전압값에 따른 상기 전력선의 통전 여부를 판단하는 통전 감지부를 포함할 수 있다.
상기 통전 감지부는 상기 전력선과 도체부 사이에 발생된 표유용량에 의해 생성된 전압을 충전하는 하베스팅 회로, 상기 충전된 전압값에 따른 통전 전압값을 저장하는 메모리부, 및 상기 충전된 전압값에 따른 통전 전압값을 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 통전 감지부는 상기 충전된 전압값에 따른 통전 전압값을 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
상기 하베스팅 회로부는 상기 전력선과 상기 도체 사이에 발생된 표유용랑에 의해 생성되는 교류전압을 직류전압으로 변환하는 정류부, 상기 정류된 직류전압을 저장하고, 상기 저장된 직류전압을 상기 센서 노드로 제공하는 에너지 축적부를 포함할 수 있다.
상기 도체부는 상기 전력선의 외주를 원통형으로 감싸는 형태일 수 있다.
상기 도체부는 상기 활선과 접지선을 포함하는 전력선의 일부를 덮는 판형의 제1 도체와 제2 도체를 포함하며, 상기 제1 도체는 상기 전력선의 활선과 제1 표유용량을 생성하며, 상기 제2 도체는 전력선의 접지선과 제2 표유용량을 생성할 수 있다.
상기 도체부는 상기 전력선의 일부가 면에 부착 또는 매설된 경우 상기 면에 부착되거나 매설된 부분을 제외한 상기 전력선을 감싸는 형태일 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면 무선 센서 네트워크의 센서 노드에서 별도의 전원 인가 장치가 요구되지 않는다.
또한 본 발명의 실시 예들에 따르면, 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 설치 위치가 제한되지 않는다.
또한 본 발명의 실시 예들에 따르면, 피복된 전력선의 피복을 제거하지 않고도 전력선의 통전 여부를 용이하게 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 네트워크의 전력 공급을 위한 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력선에 도체부를 감싸는 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 하베스팅회로부의 접지와 전력선의 접지 연결 유무에 따른 평균 전력량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 하베스팅회로부의 접지 연결 상태에 따른 평균전력량을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 전력선에 감긴 도체의 길이에 따른 평균전력량을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 블록 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전력선의 통전 여부를 감지하기 위한 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 프렉탈(fractal) 안테나를 이용한 에너지 수집량을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 프렉탈(fractl) 안테나의 종류에 따른 에너지 수집량을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 안테나에 따른 수집 에너지량을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 네트워크의 전력 공급을 위한 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드에 제공하기 위한 에너지 수집 장치는 전력선(100), 상기 전력선을 감싸고 있는 도체부(110) 및 하베스팅 회로부(150)를 포함한다.
전력선(100)은 절연 피복된 교류 전력선으로 본 발명의 실시 예에서는 가정용 220V콘센트에 연결된 전류가 흐르지 않는 무부하 교류 전력선을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 전력선(100)은 절연 피복되어, 전력선(100) 및 도체부(110)는 직접 접촉하지 않고 서로 전기적으로 도전되지 않는다.
도체부(110)는 상기 전력선을 감싸고 있는 도체로써, 본 발명의 실시 예에서는 알루미늄 포일을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 도체부(110)는 상기 절연 피복된 전력선(100)의 설치 상태 또는 위치에 따라 전력선을 감싸는 다양한 형태를 가질 수 있다. 도체부(110)의 다양한 형태에 대해서는 도 2에서 상세히 설명한다.
교류 전력선(100)에 원통형으로 알루미늄 포일을 감게 되면 전력선의 활선(Hot line)과 포일 사이, 접지선(Ground line)과 포일 사이에 표유용량(C1, C2)이 발생하게 된다. 전력선의 활선과 제1 도체에 의해 제1 표유용량(C1)이 발생하고, 전력선의 접지선과 제2 도체에 의해 제2 표유용량(C2)이 발생한다. 상기 교류 전력선(100)에 전압이 인가되면 C1, C2 커패시터에 전압이 분배되고, 교류 전압을 생성하게 된다. 즉, 제1 표유용량(C1) 및 제2 표유용량(C2)에 전압이 분배된다.
하베스팅 회로부(150)는 정류부(152)와 에너지 축적부(154)를 포함한다.
상기 정류부(152)는 상기 표유용량에 의해 생성된 교류전압을 직류전압으로 변환한다. 본 발명의 실시 예에 따른 정류부(152)는 2개의 다이오드를 포함하는 전파정류회로를 예를 들어 설명하였으나, 이외에도 다양한 형태의 정류 회로들이 적용될 수 있다.
에너지 축적부(154)는 상기 정류부(152)를 통해 정류된 직류전압을 저장하고, 상기 저장된 직류 전압을 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드(160)로 제공하게 된다. 상기 에너지 축적부(154)는 센서 노드(160)에 제공될 직류전압의 축적 용량을 가지는 커패시터이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력선에 도체를 감싸는 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따라 전력선에 도체를 감싸는 형태는 전력선이 설치된 상태나 위치에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 2(a)의 예시도는 절연 피복된 전력선(100)에 알루미늄 포일(110)을 원통형으로 감싼 형태를 도시한 예시도이다. 전력선(100)이 완전히 노출되어 있는 경우 상기 전력선의 외주를 도체인 알루미늄 포일(110)로 소정 길이만큼 감쌀 수 있다.
도 2(b)의 예시도는 전력선(100)이 벽(10)과 같은 특정 면(面)에 설치되어 전력선(100)의 일부가 노출된 경우 상기 전력선(100)에 도체(111)를 덮는 형태를 도시한 예시도이다.
도 2(c)의 예시도는 전력선(100)이 벽과 같은 특정 면의 내부에 매설된 경우 상기 전력선이 매설된 벽(10)의 외주에 도체(1110)를 덮는 형태를 도시한 예시도이다.
도 2(b)의 예시도와 같이 전력선(100)의 일부가 벽면 또는 바닥 등에 부착되거나 매설된 경우 도 2(a)의 예시도와 같이 도체로 전력선을 감싸는 형태는 불가하다. 따라서, 전력선이 벽과 같은 면에 설치되어 일부가 노출된 경우 상기 노출된 절연 피복된 전력선의 외주를 도체인 알루미늄 포일(111)로 덮을 수 있다.
또한 도 2(c)의 예시도와 같이 전력선이 매설되어 외부로 드러나 있지 않은 경우 상기 면의 외부에 상기 전력선을 덮는 형태로 도체인 알루미늄 포일(111)을 형성 시킬 수 있다..
도 2(d)의 예시도는 전력선(100)이 노출되어 있는 경우 복수개의 판형 도체(112a, 112b)로 상기 전력선(100)을 덮는 형태를 나타낸 예시도 이다. 복수개의 판형 도체(112a, 112b)를 전력선(100)의 상하 또는 좌우로 덮는 형태일 수 있다.
상기 도 2의 예시도와 같이 전력선이 설치된 위치나 상태에 따라 도체는 상기 전력선을 감싸거나 덮는 다양한 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 전력선을 감싸거나 덮는 형태에 한정하여 예를 들어 설명하였으나 이외에도 상기 도체는 도선(wire) 또는 안테나(antenna)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 하베스팅 회로의 접지와 전력선의 접지 연결 유무에 따른 평균전력량을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 절연 피복된 전력선(100)을 감싸는 알루미늄 포일(110)의 길이를 20cm로 고정시키고 에너지 축적부(154)의 저장 커패시터 용량을 변화시켰을 경우 변화되는 평균 전력량을 나타낸 그래프이다.
에너지 축적부(154)는 에너지를 수집하는 동안 전력선(100)의 접지선(102)과 하베스팅 회로부(150)의 접지가 연결되어 있는 경우(Ground, G) 에너지 축적부(154)의 용량과 무관하게 약 900mA를 수집할 수 있다.
반면, 전력선(100)의 접지선(102)과 하베스팅 회로부(150)의 접지(156)가 분리되어 있는 경우(Separate Ground, SG)는 80~100mA가 수집된다.
따라서, 에너지 축적부(154)의 에너지 수집을 위해서는 하베스팅회로부(150)의 접지(156)와 전력선(100)의 접지선(102)이 연결되어 있도록 구성한다. 본 발명의 실시 예에서는 전력선(100)의 접지를 대지 접지로 가정한다.
하베스팅 회로부(150)는 접지 상태에 따라 에너지 축적부(154)에 축적되는 전류량이 변화한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하베스팅회로의 접지 연결 상태에 따른 평균전력량을 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에서는 하베스팅 회로부(150)의 접지에 아무것도 연결되지 않은 경우(No Ground, NG), 일반 전선으로만 연결된 경우(Wire Ground, WG), 일정 면적을 갖는 금속박판(3*4 cm)이 연결된 전선을 사용하여 연결한 경우(Plate Ground, PG)에 대하여 예를 들어 설명한다.
도 4의 그래프에 도시된 바와 같이 NG상태에서는 수집되는 평균 전류량은 93mA, WG상태에서의 평균전류는 210mA이다. 하지만 콘크리트 바닥과 같은 대지와의 접촉면을 넓혀서 접촉 저항을 줄이기 위해 금속 박판을 사용한 PG상태의 평균 전류는 700mA이다.
따라서 전력선(100)의 접지선(102)과 하베스팅 회로부(150)의 접지(156)가 연결된 경우 센서 노드로 전송하기 위한 에너지에 부합하는 용량의 에너지를 수집할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 전력선에 감긴 도체의 길이에 따른 평균전류량을 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, PG회로를 이용하여 220V 전력선에 감긴 포일의 길이를 가변하는 경우에 따른 평균 전류량이다.
전력선(100)에 감긴 포일의 길이가 늘어날수록 에너지 축적부(156)에 축적 가능한 평균 전류량이 늘어나게 된다. 포일의 길이가 60cm이고, 에너지 축적부(154)에 축적되는 전류량이 가장 높다. 따라서, 전력선(100)에 감기는 포일의 길이 또는 면적에 따라 전류량도 증가하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드의 블록 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 노드(600)는 전원공급부(610), 센서부(620), 메모리부(630), 제어부(640) 및 전송부(650)를 포함한다.
전원공급부(610)는 알루미늄 포일에 감싸진 전력선 및 하베스팅 회로(150)로부터 수신되는 충전 전압을 센서부(620)에 제공한다.
센서부(620)는 전원공급부(610)에서 공급되는 전원을 이용하여 센서 데이터를 수집한다. 상기 센서부(620)는 온도센서, 주변광센서, 습도센서 등 다양한 센서가 사용될 수 있다.
메모리부(630)는 상기 센서부(620)에서 수집된 센서 데이터를 저장한다.
제어부(640)는 센서부(620)를 통하여 수집되는 센서 데이터를 메모리부(630)에 저장한다. 제어부(640)는 메모리부(630)에 저장된 센서 데이터를 소정 시간 또는 소정 주기마다 센서 데이터를 수집하는 목적지로 전송부(650)를 통해 전송한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전력선의 통전 여부를 감지하기 위한 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에서는 전력선(700)과 전력선(700)의 소정 면적을 차지하도록 상기 전력선(700)의 외주를 감싸는 도체부(710) 및 상기 전력선(700)의 통전 여부를 확인하기 위한 통전 감지부(750)를 포함한다.
도체부(710)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 전력선(700)의 설치 형태 및 장소에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
통전 감지부(750)는 하베스팅 회로부(752), 제어부(754), 메모리부(756) 및 표시부(758)을 포함한다.
하베스팅 회로부(752)는 상술한 본 발명의 일 실시 예의 하베스팅 회로와 같이 정류부와 에너지 축적부를 포함한다. 따라서 정류부에서 상기 전력선(700)과 도체부(710)사이에서 발생되는 표유용량에 따라 교류전압을 직류전압으로 정류하고, 상기 정류된 전압을 에너지 축적부에서 충전한다.
메모리부(756)는 상기 하베스팅 회로부(752)에서 축적된 전압값에 따른 통전 전압값을 저장한다.
제어부(754)는 하베스팅 회로부(752)에서 충전된 전압값과 상기 메모리부(756)에 저장된 통전 전압값을 비교한다. 제어부(754)는 상기 비교결과에 따라서, 상기 전력선의 통전 여부를 판단하게 된다.
예를 들어 상기 하베스팅 회로에서 축적된 전압값이 5V이면, 상기 전력선(700)에 통전되는 전압값을 220V로 판단한다. 또한 충전된 전압값이 기준값 이하인 경우 전력선은 통전되지 않는 것으로 판단하게 된다.
표시부(758)는 상기 제어부(754)의 판단결과에 따라 전력선의 통전 여부 및 통전되는 전압값을 표시한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 프렉탈(fractal) 안테나를 이용한 에너지 수집량을 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 프렉탈(fractal) 안테나는 100 nF 커패시터에 에너지 수집 시간이 증감됨에 따른 변화량을 나타낸다.
도 8의 (a)그래프는 프렉탈 안테나를 이용한 speared ground 2 diode(SG2D)회로의 에너지 수집량을 나타낸다. (a)그래프에서는 소정의 시간동안(5min) 제1 프렉탈 안테나를 이용하여 수집된 에너지량과 제2프렉탈 안테나를 이용하여 수집된 에너지량 및 도선 안테나(wire)(85cm)를 이용하여 수집된 에너지량을 나타낸다.
도 8의 (b)그래프는 프렉탈 안테나를 이용한 ground 2 diode(G2D)회로의 에너지 수집량을 나타낸다. (b)그래프에서는 소정의 시간 동안(2min) 제1프렉탈 안테나를 이용하여 수집된 에너지량과 제2프렉탈 안테나를 이용하여 수집된 에너지량 및 일반적인 도선 안테나(wire)(85cm)를 이용하여 수집된 에너지량을 나타낸다.
상기 제1, 제2 프렉탈 안테나는 안테나를 구성하는 방사체의 개수가 상이하게 구성될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 제2 프렉탈 안테나가 제1프렉탈 안테나에 비해 안테나를 구성하는 방사체의 개수가 더 많은 경우로 예를 들어 설명한다.
따라서, 상기 그래프 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 프렉탈 안테나가 도선 안테나보다 동일한 시간 수집된 에너지의 양이 많은 것으로 나타난다. 또한 제1, 제2 프렉탈 안테나에서는 방사체의 개수가 많은 제2프렉탈 안테나가 제1프렉탈 안테나보다 에너지 수집량이 높은 것으로 나타난다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 프렉탈(fractl) 안테나의 종류에 따른 에너지 수집량을 나타낸 그래프이다.
도 9를 참조하면, 도 9의 그래프는 도 8에서 설명한 하드(Hard) 프렉탈 안테나를 이용한 에너지 수집량과 플렉서블(flexible) 프렉탈 안테나를 이용한 에너지 수집량을 나타낸 그래프이다.
동일한 형태의 프렉탈 안테나 구조를 가진 하드 프렉탈 안테나와 플렉서블 안테나를 이용하고, 100nF 커패시터에 표유에너지 수집량의 시간을 증가시키는 경우 의 에너지 변화량을 나타낸다.
그 결과, 플렉서블 안테나가 기존 하드 프렉탈 안테나보다 소정 시간 동안 수집하는 에너지량이 많은 것으로 나타난다. 도한 플렉서블 안테나를 구부렸을 때에도 펴져있는 상태와 비슷한 에너지를 수집할 수 있는 것으로 나타난다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 안테나에 따른 수집 에너지량을 나타낸 그래프이다.
도 10을 참조하면, 도 10의 그래프에는 구부리지 않은 플렉서블 프렉탈 안테나, 구부린 플렉서블 프렉탈 안테나, 하드 프렉탈 안테나, 도선 안테나 및 TV안테나를 이용하여 소정 시간 동인 수집되는 표유 에너지양을 나타낸다.
도 10에 도시된 바와 같이 플렉서블 프렉탈 안테나가 소정 시간 동안의 표유에너지 수집량이 최상위인 것으로 나타낸다. 또한 광대역(fractal)의 밴드(band)를 가지는 안테나가 표유 에너지의 수집량이 상위인 것으로 나타난다.
따라서, 표유에너지의 수집은 도체의 상태 또는 종류에 따라 상이하게 에너지 수집량이 나타날 수 있다. 이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (15)

  1. 활선(hotline)과 접지선(ground line)을 포함하고, 절연 피복된 전력선;
    상기 전력선의 소정 면적을 차지하도록 상기 절연 피복된 전력선의 외주를 감싸는 도체부; 및
    상기 도체부와 대지(earth) 사이에 발생된 표유전계에 의해 생성된 전압을 정류하고, 상기 정류된 전압을 저장하는 하베스팅 회로부
    를 포함하고,
    상기 전력선과 상기 도체부 사이에는 상기 절연 피복이 개입하여, 상기 전력선 및 상기 도체부가 직접 접촉하지 않고, 전기적으로 도전되지 않고,
    상기 하베스팅 회로부는 전선이 연결되고 대지와 접촉된 금속 박판(Plate Ground)의 접지를 구비한 센서 네트워크의 전력 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하베스팅 회로부는
    상기 표유전계에 의해 생성되는 교류전압을 직류전압으로 변환하는 정류부; 및
    상기 정류된 직류전압을 저장하고 상기 저장된 직류전압을 센서 노드로 제공하는 에너지 축적부
    를 포함하는 센서 네트워크의 전력 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에너지 축적부는
    상기 센서 노드에 제공될 직류전압의 축적 용량을 가지는 커패시터
    를 포함하는 센서 네트워크의 전력 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도체부는,
    상기 전력선의 외주를 원통형으로 감싸는
    센서 네트워크의 전력 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도체부는,
    상기 전력선의 일부 외주면을 소정길이와 면적을 갖도록 덮는
    센서 네트워크의 전력 공급 장치.
  6. 삭제
  7. 활선과 접지선을 포함하는 절연 피복된 전력선의 일부를 덮는 판형 또는 원통형 도체부;
    상기 도체부와 대지(earth) 사이에 발생된 표유전계에 의해 생성된 전압을 정류하는 정류부;
    상기 정류된 전압을 저장하고, 상기 저장된 전압을 센서 노드로 제공하는 에너지 축적부; 및
    전선이 연결되고 대지와 접촉된 금속 박판(Plate Ground) 형태의 접지부
    를 포함하고,
    상기 전력선과 상기 도체부 사이에는 상기 절연 피복이 개입하여, 상기 전력선 및 상기 도체부가 직접 접촉하지 않고, 전기적으로 도전되지 않는 센서 네트워크의 전력 공급 장치.
  8. 활선과 접지선을 포함하는 전력선이 소정 면에 부착 또는 매설된 부분을 제외한 상기 전력선의 일부를 감싸는 도체부;
    상기 도체부와 대지(earth) 사이에 발생된 표유전계에 의해 생성된 전압을 정류하는 정류부;
    상기 정류된 전압을 저장하고, 상기 저장된 전압을 센서 노드로 제공하는 에너지 축적부; 및
    전선이 연결되고 대지와 접촉된 금속 박판(Plate Ground) 형태의 접지부
    를 포함하고,
    상기 전력선과 상기 도체부 사이에는 절연 피복이 개입하여 상기 전력선 및 상기 도체부가 직접 접촉하지 않고 전기적으로 도전되지 않도록 하는 센서 네트워크의 전력 공급 장치.
  9. 센서 네트워크를 구성하는 센서 노드에 있어서,
    활선과 접지선을 포함하는 전력선과 상기 전력선 외주에 감긴 도체부와 하베스팅 회로부를 통해 생성 및 충전된 전압을 수신하고, 상기 충전 전압을 센서에 제공하는 전원 제공부;
    센서 데이터를 수집하는 센서부; 및
    상기 수집된 데이터를 소정 시간 마다 데이터 수집부로 전송하는 전송부
    를 포함하고,
    상기 전력선과 상기 도체부 사이에는 절연 피복이 개입하여 상기 전력선 및 상기 도체부가 직접 접촉하지 않고 전기적으로 도전되지 않도록 하고,
    상기 생성 및 충전된 전압은 상기 도체부와 대지(earth) 사이에 발생된 표유전계에 의해 생성된 것이고,
    상기 전원 제공부는 전선이 연결되고 대지와 접촉된 금속 박판(Plate Ground) 형태의 접지를 포함하는 센서 네트워크의 전력 공급 장치.
  10. 활선과 접지선을 포함하는 전력선의 소정 면적을 차지하도록 상기 전력선의 외주를 감싸는 도체부; 및
    상기 도체부와 대지(earth) 사이에 발생되는 표유전계에 의해 생성된 전압을 충전하며, 상기 충전된 전압에 따른 상기 전력선의 통전 여부를 판단하는 통전 감지부
    를 포함하고,
    상기 전력선과 상기 도체부 사이에는 절연 피복이 개입하여 상기 전력선 및 상기 도체부가 직접 접촉하지 않고 전기적으로 도전되지 않도록 하고,
    상기 통전 감지부는 전선이 연결되고 대지와 접촉된 금속 박판(Plate Ground) 형태의 접지를 포함하는 전력 공급 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 통전 감지부는
    상기 도체부와 그리고 대지(earth) 사이에 발생된 표유전계에 의해 생성된 전압을 충전하는 하베스팅 회로;
    상기 충전된 전압값에 따른 통전 전압값을 저장하는 메모리부; 및
    상기 충전된 전압값에 따른 통전 전압값을 판단하는 제어부
    를 포함하는 전력 공급 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 통전 감지부는
    상기 충전된 전압값에 따른 통전 전압값을 표시하는 표시부
    를 더 포함하는 전력 공급 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 하베스팅 회로부는,
    상기 표유전계에 의해 생성되는 교류전압을 직류전압으로 변환하는 정류부; 및
    상기 정류된 직류전압을 저장하고, 상기 저장된 직류전압을 센서 노드로 제공하는 에너지 축적부
    를 포함하는 전력 공급 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 도체부는,
    상기 전력선의 외주를 원통형으로 감싸는 전력 공급 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 도체부는,
    상기 전력선의 일부가 면에 부착 또는 매설된 경우 상기 면에 부착되거나 매설된 부분을 제외한 상기 전력선을 감싸는
    전력 공급 장치.
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