KR101416276B1 - 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열차풍에 의해 변형되면서 전기 에너지를 발생시키는 압전 소자 및 압전 소자에 의해 발생된 전기 에너지를 내부에 설치된 배터리에 충전시키고, 배터리에 충전된 전기 에너지를 이용하여 기 저장된 위치 정보를 열차에 설치된 RFID 리더로 전송하는 IC 칩 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치{SELF CHARGING TYPE TAG APPARATUS USING PIEZOELECTRIC ELEMENT}
본 발명은 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열차풍에 의해 변형되면서 전기 에너지를 발생시키는 압전 소자로 배터리를 충전시켜 열차에 설치된 RFID(Radio Frequency Identification) 리더에 위치 정보를 전달하는 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치에 관한 것이다.
일반적으로, RFID(Radio Frequency Identification)를 이용하는 열차용 위치 측정 시스템은 열차에 RFID 리더가 설치되고, 침목이나 발리스터에 태그가 설치된다.
이러한 열차 위치 측정 시스템에서는 열차가 운행하여 RFID 리더와 태그가 근접하면, 태그가 위치 정보를 열차의 EFID 리더로 전송하고, RFID 리더가 이 위치 정보를 수신하여 열차의 위치를 측정한다.
한편, 수동형 RFID 시스템에서는 태그에 별도의 전원이 없어도 되므로 저가로 구현이 가능하여 대량으로 설치할 수 있는 장점이 있으나, 리더와 태그가 근거리에서 접촉하면서 전원공급을 통한 충전함과 함께 송신, 수신을 수행해야 하므로 시간이 많이 소요된다. 따라서, 열차의 위치 정보 등을 획득하기 위해서는 리더와 태그가 통신할 수 있는 충분한 접촉 시간이 필요하다. 그러나, 열차가 고속으로 이동할 경우에는 리더와 태그 간의 접촉 시간이 짧아지게 되므로, 리더가 태그로부터 정보를 수신하지 못하는 경우가 발생하게 되었다.
본 발명과 관련된 배경기술로는 대한민국 특허공개번호 10-2010-0131875호(2010.12.16)의 '열차 위치 관리 시스템'이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 열차풍에 의해 변형되면서 전기 에너지를 발생시키는 압전 소자로 배터리를 충전시켜 열차에 설치된 RFID(Radio Frequency Identification) 리더에 위치 정보를 전달하는 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 열차의 위치 정보를 정확하게 측정하고, 위치 정보 측정 에러를 감소시키는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 철도 시스템 운영시 열차의 위치 정보 측정에 필요한 전력 소비를 감소시키는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치는 열차풍에 의해 변형되면서 전기 에너지를 발생시키는 압전 소자; 및 상기 압전 소자에 의해 발생된 전기 에너지를 내부에 설치된 배터리에 충전시키고, 상기 배터리에 충전된 전기 에너지를 이용하여 기 저장된 위치 정보를 열차에 설치된 RFID(Radio Frequency Identification) 리더로 전송하는 IC(Integrated Circuit) 칩 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 압전 소자는 열차풍에 의해 변형될 수 있도록 설정각도 범위 내로 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 압전 소자의 설치 각도는 열차 구간에 대해 설정된 열차의 속도에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 압전 소자의 설치 각도를 조절하는 각도 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 각도 조절부는 상기 압전 소자를 회전시키는 회전부; 및 상기 회전부를 제어하여 상기 압전 소자의 설치 각도를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어부는 열차 구간에 대해 설정된 열차의 속도에 따라 상기 압전 소자의 설치 각도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 회전부는 상기 침목에 회전 가능하게 설치되는 본체부; 상기 본체부를 회전시키는 구동부; 및 상기 본체부에 설치되어 상기 압전 소자를 상기 본체부에 고정시키는 고정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 압전소자를 통해 태그의 배터리를 충전시켜 RFID 리더와 열차의 위치 정보를 송수신할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 태그의 동작에 필요한 전원을 미리 충전시켜 고속 열차의 위치 정보를 신속하고 정확하게 측정하고, 위치 정보 측정 에러를 감소시킨다.
또한, 본 발명은 태그의 배터리를 건전지 등으로 충전할 필요없이 열차풍으로 자가 충전하여 철도 시스템 운영에 필요한 전력 소비를 감소시킨다.
도 1 은 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치의 설치 위치를 도시한 도면이다.
도 2 는 본 발명이 적용되는 열차 위치 측정 장치의 개념도이다.
도 3 은 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치의 블럭 구성도이다.
도 4 는 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 소자의 고속 구간에서의 설치 구조를 도시한 도면이다.
도 5 는 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 소자의 저속 구간에서의 설치 구조를 도시한 도면이다.
도 6 은 본 발명의 제2실시예에 따른 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치의 블럭 구성도이다.
도 7 은 도 6 의 각도 조절부의 설치 구조를 도시한 도면이다.
도 8 은 도 6 의 각도 조절부를 이용한 고속 구간에서의 압전 소자 각도 조절 예를 도시한 도면이다.
도 9 는 도 6 의 각도 조절부를 이용한 저속 구간에서의 압전 소자 각도 조절 예를 도시한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치의 설치 위치를 도시한 도면이고, 도 2 는 본 발명이 적용되는 열차 위치 측정 장치의 개념도이며, 도 3 은 본 발명의 제2실시예에 따른 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치의 블럭 구성도이며, 도 4 는 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 소자의 고속 구간에서의 설치 구조를 도시한 도면이며, 도 5 는 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 소자의 저속 구간에서의 설치 구조를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3 을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치는 열차풍에 의해 변형되면서 전기 에너지를 발생시키는 압전 소자(32) 및 압전 소자(32)에 의해 발생된 전기 에너지를 내부에 설치된 배터리(312)에 충전시키고, 배터리(312)에 충전된 전기 에너지를 이용하여 기 저장된 위치 정보를 안테나(313)를 통해 RFID(Radio Frequency Identification ) 리더(40)로 전송하는 IC(Integrated Circuit) 칩 모듈(31)을 포함한다.
이러한 압전 소자(32)와 IC 칩 모듈(31)은 도 1 에 도시된 바와 같이 철도 레일(10)의 침목(20)에 각각 설치된다.
참고로, 압전 소자(32)와 IC 칩 모듈(31)의 설치 위치는 상기한 침목(20)에 설치되는 것에 한정되는 것은 아니며, 철도 레일(20)의 다양한 위치에 설치될 수 있다.
도 2 를 참조하면, IC 칩 모듈(31)은 열차(T)가 철도 레일(10) 상에서 운행할 경우, 열차(T)에 설치된 RFID 리더(40)에 위치 정보를 전송하여 열차(T)의 현재 위치를 측정할 수 있도록 한다.
이 경우, 압전 소자(32)는 IC 칩 모듈(31)이 RFID 리더(40)로 위치 정보를 전달할 수 있도록 IC 칩 모듈(31)을 충전시킨다.
압전 소자(32)는 열차(T)가 레일(10) 상에 운행할 경우, 열차 운행시 발생되는 열차풍에 의해 변형되면서 전기 에너지를 발생시킨다.
한편, IC 칩 모듈(31)은 도 3 에 도시된 바와 같이 IC 칩(311)과 안테나(313)를 포함한다.
배터리(312)는 IC 칩(311) 내부에 설치되어 압전 소자(32)를 통해 발생된 전기 에너지를 충전한다.
IC 칩(311)와 압전 소자(32)는 도 1 및 도 2 에서 서로 간에 물리적으로 분리되는 것으로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되는 것은 아니며, IC 칩(311)과 압전 소자(32)가 일체화하는 것도 포함한다.
안테나(313)는 사용되는 용도에 따라 다양한 형태로 형성되며, IC 칩(311)에 기 저장된 위치 정보를 RFID 리더(40)로 전송하거나 외부 기기, 예를 들어 유지 보수 차량(미도시) 등으로부터 위치 정보를 전달받아 IC 칩(311)으로 전달한다.
IC 칩(311)은 배터리(312)에 충전된 전기 에너지를 이용하여 안테나(313)를 통해 RFID 리더(40)에 위치 정보를 전송하고, 외부 기기로부터 전달받은 위치 정보를 저장한다.
압전 소자(32)는 다양한 형태와 구조로 설치될 수 있으며, 도 4 와 도 5 에 도시된 바와 같이, 열차풍에 의해 변형될 수 있도록 침목(20)의 상단면과 비스듬하게 설치된다.
이 경우, 압전 소자(32)의 설치 각도는 열차 구간에 설정된 열차(T)의 속도, 특히 제한 속도 또는 정규 속도에 따라 기 설정된 설정 각도 범위 내에서 다양하게 결정될 수 있다. 이 경우, 설정 각도는 압전 소자(32)의 설치 각도 별 발생되는 전기 에너지량, 압전 소자(32)의 설치 구조, 열차풍의 풍량 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
이하 열차의 제한속도가 규정된 경우를 예로 들어 설명한다.
통상적으로, 열차(T)는 열차(T)의 제한 속도가 높은 고속 구간에서는 고속으로 주행하므로, 열차(T)의 제한 속도가 높은 고속 구간에서는 상대적으로 강한 열차풍이 발생하게 된다. 따라서, 압전 소자(32)는 열차(T)의 제한 속도가 높은 고속 구간에서는 도 4 에 도시된 바와 같이, 열차풍이 압전 소자(32)에 닿는 단면적이 작게 설치하여 열차풍에 의해 압전소자가 손상되는 것을 방지한다.
반면에, 열차(T)는 열차(T)의 제한 속도가 낮은 저속 구간에서는 저속으로 주행하므로, 열차(T)의 제한 속도가 낮은 저속 구간에서는 상대적으로 약한 열차풍이 발생하게 된다. 따라서, 압전 소자(32)는 열차(T)의 제한 속도가 낮은 저속 구간에서는 도 5 에 도시된 바와 같이, 열차풍이 압전 소자(32)에 닿는 단면적이 크게 설치된다.
다음으로, 본 발명의 제2실시예에 따른 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치를 도 6 내지 도 9 를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6 은 본 발명의 제2실시예에 따른 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치의 블럭 구성도이고, 도 7 은 도 6 의 각도 조절부의 설치 구조를 도시한 도면이며, 도 8 은 도 6 의 각도 조절부를 이용한 고속 구간에서의 압전 소자 각도 조절 예를 도시한 도면이며, 도 9 는 도 6 의 각도 조절부를 이용한 저속 구간에서의 압전 소자 각도 조절 예를 도시한 도면이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치에 있어서, 상기한 제1실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치는 압전 소자(32)를 회전시켜 설치 각도를 조절하는 각도 조절부(35)를 포함한다.
도 6 을 참조하면, 각도 조절부(35)는 압전 소자(32)를 회전시키는 회전부(33) 및 회전부(33)를 제어하여 압전 소자(32)의 설치 각도를 조절하는 제어부(34)를 포함한다.
도 7 을 참조하면, 회전부(33)는 침목(20)의 홈부(21)에 설치되어 침목(20)에 대해 회전 가능하게 설치되는 본체부(331), 본체부(331)를 회전시키는 구동부(332) 및 본체부(331)에 설치되어 압전 소자(32)를 본체부(331)에 고정시키는 고정부(333)를 포함한다.
여기서, 구동부(332)는 침목(20)에 설치되어 본체부(331)를 회전시킬 수 있는 다양한 구조가 모두 채용될 수 있다.
예를 들어, 구동부(332)는 양단이 침목(20)에 회전 가능하게 설치되어 그 중심이 본체부(331)를 관통하는 중심축이 마련되고 이 중심축이 모터에 의해 회전하여 본체부(331)를 회전시키는 구조, 또는 본체부(331)를 본체부(331)가 소정 각도 범위 내에서 회전시키는 힌지부재가 마련되고 이 힌지부재를 모터로 회전시켜 본체부(331)를 회전시키는 구조 등 다양한 구조가 채용될 수 있다.
고정부(333)는 본체부(331)에 형성되되, 압전 소자(32)의 외주면에 대응되게 홈(미도시)이 형성되고 이 홈에 압전 소자(32)가 삽입 설치된다. 따라서, 고정부(333)는 본체부(331)의 회전에 대응되게 압전 소자(32)를 회전시킨다.
제어부(34)는 열차 구간에 설정된 열차(T)의 속도, 특히 열차(T)의 제한 속도 또는 정규 속도에 따라 회전부(33)를 제어하여 압전 소자(32)의 설치 각도를 조절한다. 이하, 열차(T)의 제한 속도가 규정된 경우를 예시로 설명한다.
즉, 열차(T)는 열차(T)의 제한 속도가 높은 고속 구간에서는 고속으로 주행하므로, 열차(T)의 제한 속도가 높은 고속 구간에서는 상대적으로 강한 열차풍이 발생하게 된다. 따라서, 제어부(34)는 열차(T)의 제한 속도가 높은 고속 구간에서는 도 8 에 도시된 바와 같이, 열차풍이 압전 소자(32)에 닿는 단면적이 작은 각도로 압전 소자(32)의 설치 각도를 제어하여 열차풍에 의해 압전 소자(32) 등이 손상되는 것을 방지한다.
반면에, 열차(T)는 열차(T)의 제한 속도가 낮은 저속 구간에서는 저속으로 주행하므로, 열차(T)의 제한 속도가 낮은 저속 구간에서는 상대적으로 약한 열차풍이 발생하게 된다. 따라서, 제어부(34)는 열차(T)의 제한 속도가 낮은 저속 구간에서는 도 9 에 도시된 바와 같이, 열차풍이 압전 소자(32)에 닿는 단면적이 큰 각도로 압전 소자(32)의 설치 각도를 제어한다.
이 경우, 압전 소자(32)의 설치 각도는 위치 정보에 따라 제어부(34)에 기 저장된다.
즉, 제어부(34)는 열차(T) 구간에 규정된 열차(T)의 제한 속도에 따라 압전 소자(32)의 설치 각도를 조절하여 전기 에너지의 충전량을 조절하고, 강한 열차풍에 의한 압전 소자(32)와 각도 조절부(35)의 파손을 방지한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 레일 20: 침목
31: IC 칩 모듈 311: IC 칩
312: 배터리 313: 안테나
32: 압전 소자 33: 회전부
331: 본체부 332: 구동부
333: 고정부 34: 제어부
35: 각도 조절부 40: RFID 태그

Claims (7)

  1. 열차풍에 의해 변형되면서 전기 에너지를 발생시키는 압전 소자; 및
    상기 압전 소자에 의해 발생된 전기 에너지를 내부에 설치된 배터리에 충전시키고, 상기 배터리에 충전된 전기 에너지를 이용하여 기 저장된 위치 정보를 열차에 설치된 RFID(Radio Frequency Identification) 리더로 전송하는 IC(Integrated Circuit) 칩 모듈을 포함하고,
    상기 압전 소자는 열차풍에 의해 변형될 수 있도록 설정각도 범위 내로 설치되는 것을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 압전 소자의 설치 각도는 열차 구간에 대해 설정된 열차의 속도에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 압전 소자의 설치 각도를 조절하는 각도 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 각도 조절부는
    상기 압전 소자를 회전시키는 회전부; 및
    상기 회전부를 제어하여 상기 압전 소자의 설치 각도를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제어부는
    열차 구간에 대해 설정된 열차의 속도에 따라 상기 압전 소자의 설치 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 회전부는
    침목에 회전 가능하게 설치되는 본체부;
    상기 본체부를 회전시키는 구동부; 및
    상기 본체부에 설치되어 상기 압전 소자를 상기 본체부에 고정시키는 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 소자를 이용한 자가 충전식 태그 장치.
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