KR101713668B1

KR101713668B1 - Energy harvester

Info

Publication number: KR101713668B1
Application number: KR1020150049499A
Authority: KR
Inventors: 김재훈; 안다훈
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2015-04-08
Filing date: 2015-04-08
Publication date: 2017-03-08
Also published as: KR20160120465A

Abstract

진동을 전기 에너지로 변환하는 에너지 하비스터가 개시되며, 에너지 하비스터는, H자형 형성상을 가지며, 플렌지부 내측면에 영구자석이 각각 결합된 질량체, 하우징의 내측면에 각각 고정된 제 1 코일 및 제 2 코일을 포함하는 코일부 및 질량체를 탄성지지하는 탄성부를 포함하되, 제 1 코일은 질량체의 좌측에 배치된 플렌지부들 사이에 배치되고, 제 2 코일은 질량체의 우측에 배치된 플렌지부들 사이에 배치되며, 탄성부는 질량체의 좌측에 배치된 플렌지부들을 각각 지지하는 제 1 및 제 3 탄성체와 질량체의 우측에 배치된 플렌지부들을 각각 지지하는 제 2 및 제 4 탄성체를 포함한다.An energy harvester for converting vibration into electric energy, the energy harvester comprising: a mass having an H-shaped formation phase and having permanent magnets coupled to the inner side of the flange portion; a first coil fixed to the inner surface of the housing, And an elastic portion for elastically supporting the mass and the coil portion including the second coil, wherein the first coil is disposed between the flange portions disposed on the left side of the mass body, and the second coil is disposed between the flange portions disposed on the right side of the mass body And the elastic portion includes first and third elastic bodies respectively supporting the flange portions disposed on the left side of the mass body, and second and fourth elastic bodies respectively supporting the flange portions disposed on the right side of the mass body.

Description

Energy harvester {ENERGY HARVESTER}

본원은 에너지 하비스터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부에서 발생한 진동을 전기 에너지로 변환하는 에너지 하비스터에 관한 것이다.The present invention relates to an energy harvester, and more particularly, to an energy harvester for converting external vibrations into electric energy.

기존의 철도 모니터링 시스템은 유선 센서 모니터링 기술에 의존하고 있어, 유지, 보수 및 관리 시 신뢰성 및 안정성 보장에 한계가 있었다. 특히, 철도 차량의 대차 및 주행 장치는 부품에 대한 접근 및 유선 센서 설치에 제약이 있어, 차량자체의 주요 장치들에 대한 실시간 감시 데이터를 획득하기 어렵다는 문제가 있었다.Conventional railway monitoring systems rely on wireline sensor monitoring technology, which limits reliability and stability in maintenance, repair and management. Particularly, there is a problem that it is difficult to obtain real-time monitoring data on the main apparatuses of the vehicle itself because the railway vehicle's traveling and traveling devices are restricted in accessing parts and wired sensors.

예를 들어, 종래의 철도 모니터링 시스템은 지상(또는 정비창)의 철도 시설물에 설치된 센서를 통해 감지된 상태 감지 정보에 따라 고장을 진단함으로써 한정된 설치 위치에서만 철도 차량 상태에 대한 진단이 가능하였다. 이에 따라, 진단결과의 신뢰도가 떨어지며, 고장이 발생된 이후의 진단만 가능할 뿐 철도 차량 상태에 대한 실시간 감시를 통한 고장의 예측 및 방지가 불가능하다는 한계가 있었다.For example, a conventional railway monitoring system can diagnose a railway vehicle condition only at a limited installation position by diagnosing a fault according to the state detection information detected by a sensor installed on a railway facility on the ground (or a maintenance window). Accordingly, there is a limit in that reliability of the diagnosis result is low, diagnosis after the occurrence of a failure is only possible, and prediction and prevention of a failure can not be performed by real-time monitoring of the state of the railway vehicle.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 철도 차량의 각 구성요소의 동작 상태를 모니터링 하는 무선 센서를 결합시키는 연구가 진행 중에 있으나, 무선 센서의 경우 전력 공급이 원활하지 않아 철도 차량에 존재하는 다양한 에너지원으로부터 자가 발전을 수행하는 자가 발전 모듈을 추가하려는 시도가 있었다.In order to solve such a problem, studies are underway to combine a wireless sensor for monitoring the operation state of each component of a railway vehicle. However, in the case of a wireless sensor, since power supply is not smooth, There have been attempts to add self-generating modules to perform self-generation.

자가 발전 모듈의 대표적인 기술 중 하나로 에너지 하비스팅(Energy Harvesting) 기술을 들 수 있다. 에너지 하비스팅 기술은 주변에서 버려지는 에너지를 수확(harvesting) 또는 폐이용(scavenge)하여 사용할 수 있는 전기 에너지로 변환하는 기술이다.Energy Harvesting technology is one of the representative technologies of self-generated modules. Energy Harvesting technology is a technology that converts the waste energy from the surrounding area into electric energy that can be harvested or scavengeed.

에너지 하비스팅 기술은 자연의 빛 에너지, 인간 신체 또는 연소형 엔진으로부터의 저온 폐열 에너지, 휴대용 기기 탑재/부착 장치의 미세 진동 에너지, 인간의 신체 활동으로 인한 소산 에너지 등을 흡수하고, 열전소자(Thermoelectric Element), 전기화학반응(Electrochemical Reaction), DC/AC 제너레이터, 피에조전기 트랜스듀서(Piezoelectric Transducer), 커패시터 트랜스듀서 광전지 셀(Photovoltaic Cell) 등과 같은 에너지 하비스팅 소자들을 이용할 수 있다.Energy Harvesting technology absorbs natural light energy, low temperature cogeneration energy from a human body or a small engine, microvibration energy of a portable device mounting / attaching device, dissipated energy due to human physical activity, and thermoelectric Such as a DC / AC generator, a Piezoelectric transducer, a capacitor transducer, a photovoltaic cell, etc., can be used.

일반적으로, 에너지 하비스팅 기술을 통해 얻을 수 있는 전력 수준은 대략 마이크로 와트(㎼)에서 밀리 와트(㎽) 급 정도이다.Generally, the power level achieved through energy harvesting techniques is on the order of milliwatts (㎽) to about microwatts (.).

이러한 에너지 하비스팅 기술은 다양한 분야에 적용할 수 있다. 예를 들어, 고속으로 운행하는 철도 또는 차량 등에서 발생하는 진동을 활용할 수 있으며, 철도 차량에 포함되는 열차운영 시스템, 고압시스템, 견인시스템, 제동시스템, 보조전원 장치, 차체전기장치 등 다양한 시스템의 상태를 모니터링하기 위한 무선 센서가 철도 차량과 결합될 수 있고, 센싱된 정보가 무선 통신 경로를 통해 전송될 수 있다.These energy harvesting techniques can be applied to various fields. For example, it is possible to utilize vibrations occurring in high-speed railways or vehicles, and the state of various systems such as a train operating system, a high-pressure system, a traction system, a braking system, an auxiliary power supply, May be coupled to a railway vehicle, and the sensed information may be transmitted over a wireless communication path.

한편, 대한민국공개특허 제 10-2012-0024018호(발명의 명칭: 에너지 하비스터)에서는 외부에서 전해지는 진동 에너지를 이용하여 전기 에너지로 변환하는 에너지 하비스터를 개시하고 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0024018 (entitled "Energy Harvester") discloses an energy harvester that converts vibration energy transmitted from the outside into electric energy.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광대역의 진동 주파수에 해당하는 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 에너지 하비스터를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an energy harvester capable of converting energy corresponding to a vibration frequency of a wide band into electric energy.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터는, 하우징, 하우징의 내부에 배치되고, H자형 형성상을 가지며, 플렌지부 내측면에 영구자석이 각각 결합된 질량체, 하우징의 내측면에 각각 고정된 제 1 코일 및 제 2 코일을 포함하는 코일부 및 질량체를 탄성지지하는 탄성부를 포함하되, 제 1 코일은 질량체의 좌측에 배치된 플렌지부들 사이에 배치되고, 제 2 코일은 질량체의 우측에 배치된 플렌지부들 사이에 배치되며, 탄성부는 질량체의 좌측에 배치된 플렌지부들을 각각 지지하는 제 1 및 제 3 탄성체와 질량체의 우측에 배치된 플렌지부들을 각각 지지하는 제 2 및 제 4 탄성체를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an energy harvester including a housing and a housing, wherein the energy harvester has an H-shaped formation phase, permanent magnets are coupled to the inner side of the flange, A first coil fixed to the inner surface of the housing, a coil portion including a second coil, and an elastic portion elastically supporting the mass, wherein the first coil is disposed between the flanges disposed on the left side of the mass body And the second coil is disposed between the flange portions disposed on the right side of the mass body, and the elastic portion includes first and third elastic bodies respectively supporting the flange portions disposed on the left side of the mass body, and flange portions disposed on the right side of the mass body, The second and fourth elastic bodies.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 내부 또는 외부에서 발생한 진동 에너지를 이용하여 자가 발전을 함으로써, 반영구적으로 전기 에너지를 생성할 수 있다.According to the above-mentioned problem solving means of the present invention, electric energy can be generated semi-permanently by self-power generation using vibration energy generated from inside or outside.

또한, 광대역의 진동 주파수에 해당하는 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 효과가 있다.Further, there is an effect that the energy corresponding to the oscillation frequency of a wide band can be converted into electric energy.

또한, 전원을 추가로 장착해야 하는 무선 센서 장치와 같은 소형 전자 장치의 전원 문제를 해결 가능하다.It is also possible to solve power problems of small electronic devices such as wireless sensor devices which require additional power supply.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 무선 센싱 장치의 개념도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터의 개략도이다.
도 3은 본원의일 실시예에 따른 에너지 하비스터의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A’의 단면도이다.
도 5는 도 3의 A-A’의 단면 사시도이다.
도 6은 도 3의 B-B’의 단면 사시도이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터의 부분분해도이다.
도 8은 본원의 다른 실시예에 따른 에너지 하비스터의 단면도이다.1 is a conceptual diagram of a wireless sensing device according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of an energy harvester according to one embodiment of the present application.
3 is a perspective view of an energy harvester according to an embodiment of the present invention;
4 is a cross-sectional view taken along line A-A 'in Fig.
5 is a cross-sectional perspective view taken along line A-A 'in FIG.
6 is a cross-sectional perspective view of B-B 'of FIG. 3;
7 is a partial exploded view of an energy harvester according to one embodiment of the present application.
8 is a cross-sectional view of an energy harvester according to another embodiment of the present application.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 무선 센싱 장치의 개념도이고, 도 2는 본원의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터의 개략도이며, 도 3은 본원의일 실시예에 따른 에너지 하비스터의 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A’의 단면도이며, 도 5는 도 3의 A-A’의 단면 사시도이고, 도 6은 도 3의 B-B’의 단면 사시도이며, 도 7은 본원의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터의 부분분해도이고, 도 8은 본원의 다른 실시예에 따른 에너지 하비스터의 단면도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram of a wireless sensing device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram of an energy harvester according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a perspective view of an energy harvester according to an embodiment of the present invention 3 is a cross-sectional view taken along line A-A 'in FIG. 3, FIG. 6 is a cross-sectional perspective view taken along line B-B' in FIG. 3, and FIG. 7 is a cross- FIG. 8 is a cross-sectional view of an energy harvester according to another embodiment of the present application. FIG.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 장치(10)는 에너지 하비스터(100), 통신 모듈(200) 및 센싱 모듈(300)을 포함할 수 있다. 이때, 통신 모듈(200)은 에너지 하비스터(100)로부터 변환된 전기 에너지를 제공받고, 센싱 모듈(300)을 통해 측정된 각종 센싱 정보를 송신한다. 예를 들어, 내부 또는 외부에서 발생된 진동 에너지를 에너지 하비스터(100)를 이용하여 전기 에너지로 변환할 수 있다.Referring to FIG. 1, a wireless sensor device 10 according to an embodiment of the present invention may include an energy harvester 100, a communication module 200, and a sensing module 300. At this time, the communication module 200 receives the converted electric energy from the energy harvester 100, and transmits the sensed information measured through the sensing module 300. For example, vibration energy generated inside or outside can be converted into electric energy by using the energy harvester 100.

이때, 진동 에너지의 발생원은 기계 부품, 기계구조물 또는 운송기계(철도차량, 자동차, 항공기, 선박 등) 및 회전기계(모터, 펌프, 플랜트, 공장, 감속기/증속기, 풍력발전기 블레이드 등) 등이 이에 포함될 수 있다.At this time, the source of the vibration energy may be a mechanical component, a mechanical structure or a transportation machine (a railway vehicle, an automobile, an aircraft, a ship, and the like) and a rotating machine (a motor, a pump, a plant, a reducer / a speed reducer, And may be included therein.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터(100)에 대하여 기술하기로 한다.Hereinafter, an energy harvester 100 according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터에 대하여 개략적으로 설명한다.First, referring to FIG. 2, an energy harvester according to an embodiment of the present invention will be schematically described.

본 에너지 하비스터(100)는 하우징(110), 질량체(120), 코일부, 및 탄성부를 포함한다.The energy harvester 100 includes a housing 110, a mass 120, a coil portion, and an elastic portion.

하우징(110)은 내부에 소정의 공간이 형성되고, 소정의 공간에 질량체(120) 및 코일부가 배치될 수 있다.A predetermined space is formed in the housing 110, and the mass body 120 and the coil portion may be disposed in a predetermined space.

질량체(120)는 H자형으로 형성되되, 플렌지부(121) 및 웨브부(122)를 포함할 수 있다. 또한, 질량체(120)는 플렌지부(121) 내측면에 영구자석(131,132,133,134)이 각각 결합될 수 있다.The mass body 120 is formed in an H shape and may include a flange portion 121 and a web portion 122. The permanent magnets 131, 132, 133, and 134 may be coupled to the inner surface of the flange portion 121 of the mass body 120, respectively.

한편, 질량체(120)는 소정의 탄성 계수를 갖는 탄성부재로 제작되거나 강자성 및 반자성체와 상자성체를 포함하는 비자성체 중 어느 하나로 제작될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예시적으로, 질량체(120)가 비자성체로 형성될 경우 자계(magnetic field)를 갖는 영구자석(131,132,133,134)으로부터 자화되지 않게 된다.Meanwhile, the mass body 120 may be made of an elastic member having a predetermined modulus of elasticity, or may be made of any one of ferromagnetic and non-magnetic materials including a ferromagnetic material and a paramagnetic material, but is not limited thereto. Illustratively, when the mass body 120 is formed of a non-magnetic material, it is not magnetized from the permanent magnets 131, 132, 133, and 134 having magnetic fields.

또한, 강자성 재료로 구성된 주변 장치가 자계 아래 놓일 때 기계적 변형이 발생하는 것과 같은 자기변형(magnetostriction) 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.In addition, it is possible to effectively prevent a magnetostriction phenomenon such as a mechanical deformation when a peripheral device composed of a ferromagnetic material is placed under a magnetic field.

플렌지부(121)는 상하방향으로 소정의 거리 이격되어 각각 위치하는 상부플렌지부(121a) 및 하부플렌지부(121b)를 포함할 수 있으며, 웨브부(122)는 플렌지부(121) 사이에 위치하고, 상하단부가 플렌지부(121)의 중앙부로 각각 연장 형성될 수 있다.The flange portion 121 may include an upper flange portion 121a and a lower flange portion 121b that are spaced apart from each other by a predetermined distance in the vertical direction and the web portion 122 is located between the flange portions 121 And the upper and lower ends may extend to the central portion of the flange portion 121, respectively.

코일부는 하우징(110)의 내측면에 각각 고정된 제 1 코일(141) 및 제 2 코일(143)을 포함할 수 있다. 상술한 하우징(110)의 내측면은 도 2의 3시 방향 및 9시 방향에 위치하는 측면일 수 있다.The coil portion may include a first coil 141 and a second coil 143 that are respectively fixed to the inner surface of the housing 110. The inside surface of the housing 110 may be a side surface located at 3 o'clock and 9 o'clock in Fig.

제 1 코일(141)은 질량체(120)의 좌측에 배치된 플렌지부(121)들 사이에 배치되고, 제 2 코일(143)은 질량체(120)의 우측에 배치된 플렌지부(121)들 사이에 배치될 수 있다.The first coil 141 is disposed between the flange portions 121 disposed on the left side of the mass body 120 and the second coil 143 is disposed between the flange portions 121 disposed on the right side of the mass body 120 As shown in FIG.

탄성부는 질량체(120)를 탄성지지하며, 각 플렌지부(121)의 외측면에 결합된 제 1 내지 제 4 탄성체(151,152,153,154)를 포함할 수 있다.The elastic portion may include first to fourth elastic members 151, 152, 153, 154 coupled to the outer surface of each flange portion 121 to elastically support the mass body 120.

이에 따라, 질량체(120)가 병진운동 또는 회전운동하여, 질량체(120)에 결합된 영구자석(131,132,133,134)의 자계와 코일부가 오버랩되는 과정, 즉 전자기 유도 과정을 통해 유도 기전력을 생성할 수 있다. 즉, 영구자석(131,132,133,134)의 자계와 코일부가 오버랩되는 움직임은 전자기 유도 현상을 발생시키고, 그에 따라 전기 에너지를 생성할 수 있다.Accordingly, the mass body 120 can generate the induced electromotive force through the process of overlapping the magnetic field of the permanent magnets 131, 132, 133, and 134 coupled to the mass body 120 by the translational motion or the rotational motion, that is, the electromagnetic induction process. That is, the movement of the permanent magnets 131, 132, 133, and 134 overlapping the magnetic field and the coil part generates an electromagnetic induction phenomenon, thereby generating electrical energy.

이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터(100)에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, the energy harvester 100 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 7. FIG.

도 3 및 도 4를 참조하면, 하우징(110)은 내부에 질량체(120) 및 코일부가 배치되는 소정의 공간이 형성된 직육면체형상으로 제작될 수 있다. 하지만, 하우징(110)의 형상은 이에 한정되는 것이 아니라 원통형상 또는 다각기둥형상으로 제작될 수도 있다.Referring to FIGS. 3 and 4, the housing 110 may be formed in a rectangular parallelepiped shape having a predetermined space in which the mass body 120 and the coil portion are disposed. However, the shape of the housing 110 is not limited thereto, but may be a cylindrical shape or a polygonal shape.

질량체(120)는 H자 형상을 가지며, 웨브부(122)와 나란한 방향으로 병진 운동하고, 웨브부(122)를 중심으로 회전운동할 수 있다.The mass 120 has an H-shape and can translationally move in a direction parallel to the web portion 122 and rotate about the web portion 122.

질량체(120)는 웨브부(122)가 하우징이 설치되는 면에 대하여 나란히 또는 수직되도록 배치될 수 있다.The masses 120 may be arranged so that the web portions 122 are aligned with or perpendicular to the face on which the housing is mounted.

예시적으로, 본 에너지 하비스터(100)는 하우징(110)의 하부면이 설치 위치와 맞닿아 배치될 수 있고, 웨브부(122)는 하우징(110)이 설치되는 면에 대하여 수직으로 배치될 수 있다.Illustratively, the energy harvester 100 may be positioned such that the lower surface of the housing 110 abuts the mounting location, and the web portion 122 is disposed perpendicular to the surface on which the housing 110 is mounted .

다른 예로는, 본 에너지 하비스터(100)는 하우징(110)의 측면이 설치 위치와 맞닿아 배치될 수 있고, 웨브부(122)는 하우징(110)이 설치되는 면에 대하여 나란하게 배치될 수 있다.As another example, the energy harvester 100 may be disposed such that the sides of the housing 110 are in abutment with the mounting locations, and the web portions 122 are disposed parallel to the side on which the housing 110 is installed have.

이때, 웨브부(122)가 하우징(110)이 설치되는 면에 대하여 나란히 배치되는 경우, 질량체(120)는 하우징(110)이 설치되는 면과 나란한 방향으로 왕복 운동할 수 있다.In this case, when the web part 122 is disposed side by side with respect to the surface on which the housing 110 is installed, the mass body 120 can reciprocate in a direction parallel to the surface on which the housing 110 is installed.

또한, 웨브부(122)가 하우징(110)이 설치되는 면에 대하여 수직으로 배치되는 경우, 질량체(120)는 하우징(110)이 설치되는 면과 수직한 방향으로 왕복 운동할 수 있다.The mass body 120 may reciprocate in a direction perpendicular to the surface on which the housing 110 is installed when the web part 122 is disposed perpendicular to the surface on which the housing 110 is installed.

질량체(120)는 하우징(110)이 설치되는 면과 무관하게 웨브부(122)를 중심으로 회전운동할 수 있다.The mass body 120 can rotate about the web portion 122 regardless of the surface on which the housing 110 is installed.

상술한 회전운동이란, 질량체(120)가 웨브부(122)를 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 소정의 각도의 범위를 가지고 왕복운동하는 것일 수 있다.The above-described rotational motion may be such that the mass body 120 reciprocates around the web portion 122 with a predetermined angle in a clockwise or counterclockwise direction.

질량체(120)는 플렌지부(121) 내측면에 각각 결합된 영구자석(131,132,133,134)을 포함할 수 있다.The mass body 120 may include permanent magnets 131, 132, 133, and 134 coupled to inner surfaces of the flange portion 121, respectively.

좀 더 상세하게는, 플렌지부(121)는 상부플렌지부(121a) 및 상부플렌지부(121a)로부터 하부방향으로 소정의 거리 이격되어 위치하는 하부플렌지부(121b)를 포함할 수 있다. 또한, 웨브부(122)는 상부플렌지부(121a)의 하부면의 중앙부로부터 하부플렌지부(121b)의 상부면의 중앙부로 연장형성될 수 있다.More specifically, the flange portion 121 may include an upper flange portion 121a and a lower flange portion 121b positioned at a predetermined distance downward from the upper flange portion 121a. The web portion 122 may extend from a central portion of the lower surface of the upper flange portion 121a to a central portion of the upper surface of the lower flange portion 121b.

또한, 질량체(120)는 웨브부(122)를 중심으로 좌측에 형성되는 제 1 공간부(101) 및 우측에 형성되는 제 2 공간부(102)를 포함할 수 있다.The mass body 120 may include a first space portion 101 formed on the left side of the web portion 122 and a second space portion 102 formed on the right side.

영구자석(131,132,133,134)은 제 1 공간부(101)에 위치하고 상부플렌지부(121a)의 하부면에 부착된 제 1 상부영구자석(131), 제 2 공간부(102)에 위치하고 상부플렌지부(121a)의 하부면에 부착된 제 2 상부영구자석(132), 제 1 공간부(101)에 위치하고 하부플렌지부(121b)의 상부면에 부착된 제 1 하부영구자석(133), 및 제 2 공간부(102)에 위치하고 하부플렌지부(121b)의 상부면에 부칙된 제 2 하부영구자석(134)을 포함할 수 있다.The permanent magnets 131, 132, 133, and 134 are disposed in the first space 101 and are disposed on the lower surface of the upper flange 121a. The upper permanent magnet 131 is located in the second space 102 and the upper flange 121a A first lower permanent magnet 133 attached to the upper surface of the lower flange portion 121b and located in the first space portion 101 and a second lower permanent magnet 133 attached to the lower surface of the lower flange portion 121b, And a second lower permanent magnet 134 located on the upper side of the lower flange portion 121b and attached to the upper surface of the lower flange portion 121b.

또한, 코일부는 질량체(120)의 좌측에 배치된 플렌지부들 사이에 배치되는 제 1 코일(141) 및 질량체(120)의 우측에 배치된 플렌지부들 사이에 배치되는 제 2 코일(143)을 포함할 수 있다.The coil portion also includes a first coil 141 disposed between the flange portions disposed on the left side of the mass body 120 and a second coil 143 disposed between the flange portions disposed on the right side of the mass body 120 .

다시 말해, 코일부는 제 1 상부영구자석(131) 및 제 1 하부영구자석(133) 사이에 위치하는 제 1 코일(141) 및 제 2 상부영구자석(132) 및 제 2 하부영구자석(134) 사이에 위치하는 제 2 코일(143)을 포함할 수 있다.In other words, the coil portion includes a first coil 141 and a second upper permanent magnet 132 and a second lower permanent magnet 134 positioned between the first upper permanent magnet 131 and the first lower permanent magnet 133, And a second coil 143 positioned between the first coil 141 and the second coil 143.

예시적으로, 코일부는 하우징(110)의 내측면에 각각 고정된 보빈(142,144)을 포함하고, 보빈(142,144)에는 제 1 코일(141) 또는 제 2 코일(143)이 각각 권선될 수 있다.Illustratively, the coil portion includes bobbins 142 and 144 fixed to the inner surface of the housing 110, respectively, and the first coil 141 or the second coil 143 may be wound on the bobbins 142 and 144, respectively.

탄성부는 질량체(120)를 탄성지지하되, 코일부와 영구자석(131,132,133,134)이 서로 부딪히지 않도록 질량체(120)의 운동 범위를 제한할 수 있다.The resilient part elastically supports the mass body 120, but may restrict the range of motion of the mass body 120 so that the coil part and the permanent magnets 131, 132, 133, and 134 do not hit each other.

또한, 탄성부는 각 플렌지부(121)의 외측면에 결합된 제 1 내지 제 4 탄성체(151,152,153,154)를 포함할 수 있다.The elastic portion may include first to fourth elastic members 151, 152, 153, 154 coupled to outer surfaces of the flange portions 121.

다시 말해, 탄성부는 질량체(120)의 좌측에 배치된 플렌지부들을 각각 지지하는 제 1 탄성체(151) 및 제 3 탄성체(153)와 질량체(120)의 우측에 배치된 플렌지부들을 각각 지지하는 제 2 탄성체(152) 및 제 4 탄성체(154)를 포함할 수 있다.In other words, the resilient portion includes a first elastic body 151 and a third elastic body 153 that respectively support the flange portions disposed on the left side of the mass body 120, and a second elastic body 153 that supports the flange portions disposed on the right side of the mass body 120 Two elastic bodies 152 and a fourth elastic body 154. [

좀 더 상세하게는, 탄성부는 상부플렌지부(121a)의 일측에 결합된 제 1 탄성체(151), 상부플렌지부(121a)의 타측에 결합된 제 2 탄성체(152), 하부플렌지부(121b)의 일측에 결합된 제 3 탄성체(153), 및 하부플렌지부(121b)의 타측에 결합된 제 4 탄성체(154)를 포함할 수 있다.More specifically, the elastic portion includes a first elastic body 151 coupled to one side of the upper flange portion 121a, a second elastic body 152 coupled to the other side of the upper flange portion 121a, a lower flange portion 121b, A third elastic body 153 coupled to one side of the lower flange portion 121b and a fourth elastic body 154 coupled to the other side of the lower flange portion 121b.

상술한, 일측은 도 3의 9시 방향이고, 타측은 도 3의 3시 방향일 수 있다.The one side described above may be the 9 o'clock direction of Fig. 3 and the other side may be the 3 o'clock direction of Fig.

탄성부가 질량체(120)의 각 모서리부마다 설치됨에 따라, 질량체(120)는 상하방향으로 병진운동뿐만 아니라 회전운동할 수 있다.Since the elastic part is provided at each corner of the mass body 120, the mass body 120 can perform not only translational motion but also rotational motion in the vertical direction.

좀 더 상세하게는, 질량체(120)는, 내부 또는 외부의 진동에 의해서 웨브부(122)와 나란한 방향으로 병진운동할 경우, 상부플렌지부(121a)에 결합된 제 1 탄성체(151)와 제 2 탄성체(152)가 압축되면, 하부플렌지부(121b)에 결합된 제 3 탄성체(153)와 제 4 탄성체(154)는 인장되고, 반대로 제 1 탄성체(151)와 제 2 탄성체(152)가 인장되면, 제 3 탄성체(153)와 제 4 탄성체(154)는 압축되어, 웨브부(122)와 나란한 방향으로 병진운동을 할 수 있다.More specifically, when the mass body 120 translationally moves in a direction parallel to the web portion 122 by internal or external vibrations, the first elastic body 151 coupled to the upper flange portion 121a, The third elastic body 153 and the fourth elastic body 154 coupled to the lower flange portion 121b are stretched while the first elastic body 151 and the second elastic body 152 are stretched The third elastic body 153 and the fourth elastic body 154 are compressed and can translationally move in a direction parallel to the web portion 122. [

이때, 코일부는 질량체(120)의 병진운동에 의해 제 1 상부 영구자석(131) 및 제 2 상부 영구자석(132)의 자계 또는 제 1 하부 영구자석(133) 및 제 2 하부 영구자석(134)의 자계와 오버랩될 수 있다. 이에 따라, 코일부가 영구자석(131,132,133,134)의 자계와 오버랩되어 전자기 유도 현상을 발생시키고, 전기에너지를 생성할 수 있다.At this time, the coil portion is rotated by the translational motion of the mass body 120 so that the magnetic field of the first upper permanent magnet 131 and the magnetic field of the second upper permanent magnet 132 or the first lower permanent magnet 133 and the second lower permanent magnet 134, The magnetic field of the magnetic recording medium 100 can be overlapped. Accordingly, the coil portion overlaps with the magnetic field of the permanent magnets 131, 132, 133, and 134 to generate an electromagnetic induction phenomenon and generate electric energy.

또한, 질량체(120)는, 내부 또는 외부의 진동에 의해서 웨브부(122)를 중심으로 회전운동하는 경우, 상부플렌지부(121a)의 일측에 결합된 제 1 탄성체(151)와 하부플렌지부(121b)의 타측에 결합된 제 4 탄성체(154)가 압축되면, 상부플렌지부(121a)의 타측에 결합된 제 2 탄성체(152)와 하부플렌지부(121b)의 일측에 결합된 제 3 탄성체(153)는 인장되고, 반대로 제 1 탄성체(151)와 제 4 탄성체(154)가 인장되면, 제 2 탄성체(152)와 제 3 탄성체(153)는 압축되어, 웨브부(122)를 중심으로 회전운동할 수 있다.When the mass body 120 rotates about the web part 122 by internal or external vibrations, the mass body 120 may include a first elastic body 151 coupled to one side of the upper flange part 121a, The third elastic body 152 coupled to the other side of the upper flange part 121a and the third elastic body 152 coupled to one side of the lower flange part 121b The second elastic body 152 and the third elastic body 153 are compressed so as to be rotated about the web part 122. When the first elastic body 151 and the fourth elastic body 154 are tensioned, You can exercise.

이때, 코일부는 질량체(120)의 회전운동에 의해 제 1 상부 영구자석(131) 및 제 2 하부 영구자석(134)의 자계 또는 제 2 상부 영구자석(132) 및 제 1 하부 영구자석(133)의 자계와 오버랩될 수 있다. 이에 따라, 코일부가 영구자석(131,132,133,134)의 자계와 오버랩되어 전자기 유도 현상을 방생시키고, 전기에너지를 생성할 수 있다.At this time, the coil portion is rotated by the rotational motion of the mass body 120 so that the magnetic field of the first upper permanent magnet 131 and the second lower permanent magnet 134 or the magnetic field of the second upper permanent magnet 132 and the first lower permanent magnet 133 The magnetic field of the magnetic recording medium 100 can be overlapped. Accordingly, the coil portion overlaps with the magnetic field of the permanent magnets 131, 132, 133, and 134 to generate electromagnetic induction and generate electric energy.

이에 따라, 본 에너지 하비스터(100)는 질량체(120)가 병진운동뿐만 아니라, 회전운동에 의해서 전기 에너지를 생산할 수 있어, 광대역의 진동 주파수에 해당하는 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.Accordingly, the energy harvester 100 can generate electrical energy not only by the translational movement but also by the rotational motion, thereby converting the energy corresponding to the oscillation frequency of the broadband into electric energy.

탄성부는, 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 자성체 쌍으로 구성될 수 있으며, 마주보는 면의 자기극이 서로 동일한 자기극을 띄고 있으며, 이에 따라 척력이 증가하여 탄성체로서 기능할 수 있게 된다. 하지만 이에 한정되지 않고, 탄성구조물(155)으로 구성될 수 있다.As shown in FIG. 3, the elastic portion may be composed of at least one pair of magnetic bodies, and the magnetic poles of the opposing surfaces have the same magnetic poles, so that the repulsive force is increased to function as an elastic body . However, the present invention is not limited to this, but may be constituted by an elastic structure 155.

예시적으로, 도 8을 참조하면, 탄성부가 탄성구조물(155)으로 구성될 경우, 후술되는 직선가이드부(170) 및 회전가이드부(160)없이, 탄성구조물(155)이 병진운동 또는 회전운동되는 이동범위를 가이드할 수 있어 구성이 간단한 장점이 있다. 예를들어, 탄성구조물(155)은 코일 스프링, 판 스프링, 캔틸레버 빔 등과 같은 탄성력을 가지는 구조물일 수 있다.8, when the elastic part is constituted by the elastic structure 155, the elastic structure 155 can be translated or rotated without the linear guide part 170 and the rotation guide part 160 to be described later. The movement range can be guided by a simple structure. For example, the elastic structure 155 may be a resilient structure such as a coil spring, a leaf spring, a cantilever beam, or the like.

이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전가이드부(160) 및 직선가이부(170)에 대해서 설명한다.6 and 7, the rotation guide part 160 and the linear guide part 170 according to an embodiment of the present invention will be described.

본 에너지 하비스터(100)는 하우징(110)의 전면 또는 후면에 수직한 축을 중심으로 질량체(120)가 회전운동하도록 가이드하는 회전가이드부(160)를 더 포함할 수 있다.The energy harvester 100 may further include a rotation guide unit 160 for guiding the mass body 120 to rotate about an axis perpendicular to the front surface or the rear surface of the housing 110.

회전전가이드부(160)는 질량체(120)의 전면 또는 후면에 고정된 회전가이드고정부(161), 회전가이드고정부(161)의 중심부에 위치하는 베어링부(162), 및 베어링부(162)에 삽입되는 축부(163)를 포함할 수 있다.The pre-rotation guide portion 160 includes a rotation guide fixing portion 161 fixed to the front surface or rear surface of the mass body 120, a bearing portion 162 positioned at the center of the rotation guide fixing portion 161, and a bearing portion 162 (Not shown).

베어링부(162)는 회전가이드고정부(161)의 중심부에 위치하고, 축부(163)가 삽입될 수 있다. 또한, 축부(163)는 하우징(110)의 전면 또는 후면에 수직한 축을 따라 형성될 수 있으며, 질량체(120)는 축부(163)를 중심으로 회전할 수 있다.The bearing portion 162 is located at the center of the rotation guide fixing portion 161, and the shaft portion 163 can be inserted. The shaft portion 163 may be formed along an axis perpendicular to the front surface or the rear surface of the housing 110 and the mass body 120 may rotate around the shaft portion 163. [

본 에너지 하비스터(100)는 질량체(120)가 상하방향으로 직선왕복운동하도록 가이드하는 직선가이드부(170)를 더 포함할 수 있다.The energy harvester 100 may further include a linear guide unit 170 for guiding the mass body 120 to linearly reciprocate in the vertical direction.

직선가이드부(170)는 하우징(110)의 전면 또는 후면에 상하방향으로 형성된 가이드홀(171) 및 가이드홀(171)에 삽입되는 직선가이드고정부(172)를 포함할 수 있다.The linear guide unit 170 may include a guide hole 171 formed in a vertical direction on a front surface or a rear surface of the housing 110 and a linear guide fixing unit 172 inserted into the guide hole 171.

예시적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 가이드홀(171)은 하우징(110)의 전면 또는 후면에 상하방향으로 천공되어 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 하우징(110)의 전면 또는 후면의 내측면이 상하방향으로 함몰형성될 수도 있다.7, the guide hole 171 may be formed on the front surface or the rear surface of the housing 110 in a vertical direction. However, the guide hole 171 may be formed on the front surface or the rear surface of the housing 110, The inner side surface of the protrusion may be recessed in the vertical direction.

또한, 축부(163)와 직선가이드고정부(172)는 일측에 축부(163)가 위치하고, 타측에 직선가이드고정부(172)가 위치하는 하나의 부재로 제작될 수 있으며, 이에 따라, 질량체(120)는 가이드홀(171)을 따라 병진운동이 가능할 뿐만 아니라 축부(163)를 중심으로 회전운동이 가능하다.The shaft portion 163 and the linear guide fixing portion 172 may be made of one member in which the shaft portion 163 is located at one side and the linear guide fixing portion 172 is located at the other side. 120 can be translated along the guide hole 171 as well as rotatable around the shaft 163. [

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

10 : 무선 센서 장치
100 : 에너지 하비스터
110 : 하우징
120 : 질량체 121 : 플렌지부
122 : 웨브부
131,132,133,134 : 영구자석
155 : 탄성구조물
160 : 회전가이드부
170 : 직선가이드부10: Wireless sensor device
100: Energy harvester
110: Housing
120: mass body 121: flange portion
122: web portion
131, 132, 133, 134: permanent magnet
155: elastic structure
160:
170: Straight guide portion

Claims

1. An energy harvester for converting vibration into electric energy,
housing;
A mass disposed inside the housing, the mass having an H-shape and having permanent magnets coupled to the inner side of the flange;
A coil portion including a first coil and a second coil each fixed to an inner surface of the housing; And
The elastic body for elastically supporting the mass body
A rotation guide unit for guiding the mass body to rotate about an axis perpendicular to a front surface or a rear surface of the housing; And
And a linear guide portion for guiding the mass body in a linear reciprocating motion in a vertical direction,
The first coil is disposed between the flange portions disposed on the left side of the mass body,
The second coil is disposed between the flange portions disposed on the right side of the mass body,
Wherein the elastic portion includes first and third elastic bodies respectively supporting flange portions disposed on the left side of the mass body and second and fourth elastic bodies respectively supporting the flange portions disposed on the right side of the mass body,
The mass
The elastic portion rotates about the web portion in a translational motion or in a direction parallel to the web portion,
Wherein the linear guide portion is inserted into a guide hole formed in a vertical direction on a front surface or a rear surface of the housing to guide a linear reciprocating motion of the mass body,
Wherein the rotation guide portion guides a shaft portion located at one side of the linear guide fixing portion to a bearing portion positioned on a front surface or a rear surface of the mass body so that the mass body rotates about the shaft portion.

delete

The method according to claim 1,
Each of the elastic members of the elastic portion
Wherein the magnetic poles of the opposing surfaces include the same pair of magnetic bodies.

The method according to claim 1,
Each of the elastic members of the elastic portion
An energy harvester.

The method according to claim 1,
The elastic portion
A first elastic body coupled to one side of the upper flange portion;
A second elastic body coupled to the other side of the upper flange portion;
A third elastic body coupled to one side of the lower flange portion; And
And a fourth elastic body coupled to the other side of the lower flange portion.

In a wireless sensor device,
An energy harvester as claimed in any one of claims 1 to 10,
And a communication module that receives the energy converted from the energy harvester and transmits measured sensing information.