KR101926455B1 - 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치 - Google Patents

휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치 Download PDF

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KR101926455B1
KR101926455B1 KR1020170092642A KR20170092642A KR101926455B1 KR 101926455 B1 KR101926455 B1 KR 101926455B1 KR 1020170092642 A KR1020170092642 A KR 1020170092642A KR 20170092642 A KR20170092642 A KR 20170092642A KR 101926455 B1 KR101926455 B1 KR 101926455B1
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김욱은
김대관
정세미
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Abstract

휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치는 회전 또는 직선 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 수집하는 제1에너지 수집부; 제1에너지 수집부로부터 누설된 에너지를 추가로 수집하고, 외부에서 방사되는 전자기파 에너지를 전기에너지로 변환하여 수집하는 제2에너지 수집부; 제1에너지 수집부 및 제2에너지 수집부에서 수집된 전기에너지를 원하는 직류 레벨로 변환하는 직류 변환부; 및 변환된 에너지를 저장하는 에너지 저장부;를 포함한다.

Description

휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치{Portable integration device for harvesting energy}
본 발명은 에너지 하베스팅 장치에 관한 것으로, 특히, 운동에너지와 전파에너지 등의 복수의 에너지원으로부터 소모되는 에너지를 수집하여 재활용할 수 있는 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치에 관한 것이다.
일반적으로 에너지 하베스팅(Energy Harvesting : 에너지 수확)은 일상생활에서 소모되는 에너지를 수집하고 전기에너지로 변환하여 재활용하는 기술이다. 이러한 에너지 하베스팅의 주요 에너지원은 바람, 전파, 진동, 태양열, 조명광, 가전기구, 및 움직임 등 다양할 뿐만 아니라, 일상생활에서 쉽게 활용하여 에너지를 재생할 수 있기 때문에 대체 에너지 기술 중 하나로 주목받고 있다.
특히, 최근에는 신체의 움직임에 의해 발생하는 에너지 하베스팅, 압전 소자를 이용한 진동 에너지 하베스팅, 폐열을 이용한 열에너지 하베스팅, 수력발전 등의 위치에너지 하베스팅, 및 이동통신기기 또는 방송 전파를 이용한 전자파 에너지 하베스팅 등에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
그러나, 종래의 에너지 하베스팅은 상술한 바와 같이 단일 소스(Source)의 에너지원을 획득하는데 초점이 맞춰져 있기 때문에, 단일 에너지에 대한 전용장치로 개발되어 실생활에서 활용성이 낮고, 특히, 태양열이나 바람 등의 에너지원의 종류에 따라 장치가 대규모로 구현되므로 휴대성이 낮은 실정이다.
KR 2017-0052756 A
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 운동에너지 및 전파에너지에 대해 공통으로 사용할 수 있는 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 운동에너지의 수집시 발생하는 누설에너지를 추가적으로 획득하기 위한 루프 코일을 이용하여 전파에너지를 수집함으로써, 추가적인 안테나가 필요없어 소형화할 수 있는 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치를 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 회전 또는 직선 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 수집하는 제1에너지 수집부; 상기 제1에너지 수집부로부터 누설된 에너지를 추가로 수집하고, 외부에서 방사되는 전자기파 에너지를 전기에너지로 변환하여 수집하는 제2에너지 수집부; 상기 제1에너지 수집부 및 제2에너지 수집부에서 수집된 전기에너지를 원하는 직류 레벨로 변환하는 직류 변환부; 및 상기 변환된 에너지를 저장하는 에너지 저장부;를 포함하는 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치가 제공된다.
일 실시예에서, 상기 제1에너지 수집부는, 회전운동 또는 직선운동하는 에너지원에 접촉하여 상기 에너지원의 운동에 따라 회전하는 회전부; 자력을 발생하는 적어도 한 쌍의 자석; 및 상기 회전부에 연장되며, 상기 적어도 한 쌍의 자석 사이에 배치되어 상기 회전부의 회전에 따라 전기에너지를 발생시키는 제1코일;을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2에너지 수집부는, 상기 제1에너지 수집부가 수용되는 하우징; 및 상기 하우징의 외주변을 따라 권선되어, 상기 하우징 내의 자속 변화에 따른 역기전력을 발생시키고, 상기 전자기파를 수신하여 전기에너지를 발생시키는 제2코일;을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치는 상기 수신되는 전자기파의 주파수에 공진되도록 임피던스를 정합하는 임피던스 정합부; 및 상기 전자기파를 에너지원으로 하는 경우, 상기 임피던스 정합부와 상기 제2코일을 연결하고, 상기 역기전력을 에너지원으로 하는 경우, 상기 임피던스 정합부와 상기 제2코일을 차단하는 스위치부;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 직류 변환부는, 상기 수집된 전기에너지를 정류하여 직류로 변환하는 정류부; 및 상기 변환된 직류 레벨을 상기 에너지 저장부의 입력 레벨로 변환하는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 직류 변환부는 상기 수집된 전기에너지를 상기 에너지 저장부의 입력 레벨의 직류로 변환하는 AC-DC 컨버터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 에너지 저장부는, 본체에 고정되는 제1배터리; 상기 본체에 탈부착가능한 제2배터리; 및 상기 제1배터리의 전압을 외부로 출력하는 출력포트를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 출력포트는 USB 포트 및 DC 출력포트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치는 운동에너지 수집부와 전파에너지 수집부를 일체로 구성함으로써, 회전 또는 직선 운동에너지의 수집과 전파에너지의 수집시 공통으로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 루프코일을 이용하여 운동에너지 수집시 누설되는 에너지를 2차적으로 획득함으로써, 회전운동 또는 직선운동에 대한 에너지 수집효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 하나의 루프코일로 운동에너지 수집시 누설되는 에너지를 2차적으로 획득하는 동시에 전파에너지를 수집하기 위한 안테나로 사용함으로써, 별도의 안테나를 구비할 필요가 없어 제품의 전체 크기를 감소시킬 수 있으므로, 소형화가 가능하여 실생활에서 활용성이 높으며, 휴대가 간편하여 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 외부 출력포트를 구비하거나, 배터리를 탈부착가능하게 구비하여 충전된 배터리의 출력을 휴대용 전자기기로 출력하거나, 충전된 배터리를 분리하여 휴대전자기기에 장착함으로써, 충전된 배터리를 이용하여 휴대전자기기를 구동할 수 있으므로, 휴대용 전자기기와의 호환성 또는 확장성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치의 블록도이고,
도 2는 도 1의 에너지 수집부의 개략적 구성을 나타낸 사시도이며,
도 3은 도 2의 단면도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치의 에너지 발전 모드의 동작 방법을 나타낸 순서도이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치의 에너지 수신 모드의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치(100)를 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치의 블록도이고, 도 2는 도 1의 에너지 수집부의 개략적 구성을 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치(100)는 에너지 수집부(110), 정류부(120), DC-DC 컨버터(130), 에너지 저장부(140), 및 출력포트(150)를 포함한다.
이러한 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치(100)는 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 회전운동 에너지와 직선운동 에너지 그리고 전파 에너지를 통합하여 획득할 수 있는 통합형 구조로서, 운동에너지가 2차적으로 획득하기 위해 내장된 코일을 안테나로 활용하여 전파 에너지도 수집할 수 있다.
또한, 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치(100)는 휴대형 장치로서, 이동의 편의성이 높고, 탈부착이 가능하여 헬스기구 등과 같은 다양한 기구나 자전거 등과 같은 이동수단에 적용하여 헬스기구나 이동수단에 의한 회전운동 또는 상하운동이나 수평운동과 같은 직선운동에 따른 에너지를 획득할 수 있다.
또한, 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치(100)는 탈부착이 가능한 배터리에 전기에너지를 저장하여 사용자의 편의성을 향상시키고, 다양한 형태의 출력포트를 통하여 전원을 공급함으로써, 핸드폰, 노트북, 노트패드 등과 같은 휴대용 전자기기와의 호환성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 에너지 수집부(110)는 헬스기구나 자전거 등의 이동수단에 의한 회전 또는 직선 운동에너지나 이동통신기기 또는 방송 전파 등에 의한 전파에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 것으로, 제1에너지 수집부(112) 및 제2에너지 수집부(114)를 포함한다.
제1에너지 수집부(112)는 헬스기구나 자전거 등의 이동수단에 의해 발생하는 회전운동 또는 직선운동에 의해 회전운동하면서 자석 및 코일을 통해 전기에너지로 변환함으로써 에너지를 수집한다.
제2에너지 수집부(114)는 제1에너지 수집부(112)에서 발생하는 자속의 변화에 따라 역기전력을 발생시킴으로써, 제1에너지 수집부(112)로부터 누설된 에너지를 추가로 수집한다.
또한, 제2에너지 수집부(114)는 제1에너지 수집부(112)가 사용되지 않은 상태에서, 이동통신기기 또는 방송 전파 등에 의한 전파를 수신함으로써, 전자기파 에너지를 전기에너지로 변환하여 수집한다.
이와 같이, 운동에너지를 수집하는 제1에너지 수집부(112)와 전파에너지를 수집하는 제2에너지 수집부(114)를 일체로 구성함으로써, 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치(100)는 회전 또는 직선 운동에너지의 수집과 전파에너지의 수집시 공통으로 사용할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1에너지 수집부(112) 및 제2에너지 수집부(114)는 하나의 하우징(210)을 통하여 통합 모듈(200)로 구성될 수 있다.
여기서, 하우징(210)은 제1에너지 수집부(112) 및 제2에너지 수집부(114)를 수용하도록 내부에 중공부를 갖는 원통형으로 이루어지며, 에너지 수집부(110)는 자석(220a,220b), 제1코일(230) 및 회전부(240)를 포함하고, 제2에너지 수집부(114)는 제2코일(250)을 포함한다.
자석(220a,220b)은 하우징(210) 내부에 일정간격으로 이격 배치되며, 적어도 한 쌍으로 이루어진다. 이러한 자석(220a,220b)은 제1코일(230)에 자력을 제공하기 위한 것으로, 영구자석 또는 전자석일 수 있다.
여기서, 자석(220a,220b)은 하우징(210)에 수용되기 적합한 형태를 가질 수 있다. 일례로, 자석(220a,220b)은 원통형 하우징(210)과 유사하게 원통형으로 이루어질 수 있다. 이때, 자석(220a,220b)은 하우징(210)의 내부에서 대략 중앙부근에 고정 결합될 수 있다(도 3 참조).
제1코일(230)은 회전부(240)에 연장되며, 적어도 한 쌍의 자석(220a,220b) 사이에서 자석(220a,220b)과 일정간격 이격 배치된다. 이러한 제1코일(230)은 회전부(240)의 회전에 따라 자석(220a,220b) 내에서 회전하면서 자력의 변화에 따라 전류를 발생시킬 수 있다. 즉, 제1코일(230)은 회전부(240)를 통한 운동에너지를 이용하여 전기에너지를 발생시킨다.
여기서, 도면에 구체적으로 도시되지 않았지만, 제1코일(230)은 하우징(210) 내에서 회전가능하게 하우징(210)과 결합될 수 있다.
회전부(240)는 헬스기구나 운송수단 등과 같이 회전운동 또는 직선운동하는 에너지원에 접촉하여 에너지원의 운동에 따라 회전할 수 있다. 이러한 회전부(240)는 운동하는 에너지원에 접촉하기 때문에 마찰력을 최소화하는 재질 및 형상을 가질 수 있다.
일례로, 회전부(240)는 고무로 이루어질 수 있고, 원통형의 봉형상으로 이루어질 수 있다. 여기서, 회전부(240)는 하우징(210)의 반대측에 배치되는 일단이 일정한 곡률의 둥근 형상으로 이루어지고, 하우징(210) 측에 배치되는 타단은 제1코일(230)에 결합될 수 있다.
제2코일(250)은 하우징(210)의 외주변에 따라 권선될 수 있다. 이때, 제2코일(250)은 자석(220a,220b) 내에서 발생하는 자속의 변화를 수집하기 위한 것이기 때문에 자석(220a,220b)이 배치된 부분보다 더 넓은 범위에 걸쳐 권선될 수 있다(도 3 참조). 즉, 제2코일(250)은 하우징(210)에서 자석(220a,220b)의 외곽 영역까지 연장형성될 수 있다.
이러한 제2코일(250)은 하우징(210) 내에서 회전하는 제1코일(230)에 의한 자속 변화에 따라 역기전력을 발생시킬 수 있다. 즉, 제2코일(250)은 제1에너지 수집부(112)를 통하여 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 과정에서 자석(220a,220b) 내에서 발생하는 자속의 변화를 이용하여 전기에너지를 발생시킬 수 있다.
이와 같이, 제2코일(250)을 이용하여 운동에너지 수집시 누설되는 에너지를 2차적으로 획득함으로써, 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치(100)는 회전운동 또는 직선운동에 대한 에너지 수집효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 제2코일(250)은 이동통신기기 또는 방송 전파 등과 같은 외부에서 발생하는 전자기파를 수신하는 루프 안테나로 기능할 수 있다. 즉, 제2코일(250)은 전자기파를 수신하여 전기에너지를 발생시킬 수 있다.
이와 같이, 제2코일(250)로 이루어진 하나의 루프코일로 운동에너지 수집시 누설되는 에너지를 2차적으로 획득하는 동시에 전파에너지를 수집하기 위한 안테나로 사용함으로써, 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치(100)는 별도의 안테나를 구비할 필요가 없어 제품의 전체 크기를 감소시킬 수 있으므로, 소형화가 가능하여 실생활에서 활용성이 높으며, 휴대가 간편하여 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 하우징(210)은 원통형상으로 도시되고 설명되었으나, 이에 한정되지 않고, 자석(220a,220b) 및 제1코일(230)의 형태에 따라 이들을 용이하게 수용할 수 있는 형태를 가질 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 에너지 수집부(110)는 스위치부(116) 및 임피던스 정합부(118)를 더 포함할 수 있다.
스위치부(116)는 제2에너지 수집부(114)의 출력을 임피던스 정합부(118) 및 정류부(120) 중 하나로 선택적으로 연결할 수 있다. 즉, 스위치부(116)는 공통단자(C)에 제2코일(250)의 출력단자(c,d)가 연결되고, 제1선택단자(A)에 정류부(120)가 연결되며, 제2선택단자(B)에 임피던스 정합부(118)가 연결될 수 있다.
이때, 스위치부(116)는 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치(100)의 동작 모드에 따라 출력을 선택할 수 있다. 일례로, 스위치부(116)는 전자기파를 에너지원으로 하는 경우, 즉, 에너지 수신 모드인 경우, 제2코일(250)과 임피던스 정합부(118)를 연결하고, 역기전력을 에너지원으로 하는 경우, 즉, 에너지 발전 모드인 경우, 제2코일(250)과 임피던스 정합부(118)와의 연결을 차단하고 제2코일(250)과 정류부(120)를 연결도록 선택될 수 있다. 이러한 스위치부(116)의 선택은 해당 모드에 따라 제어부(미도시)에 의해 제어되거나 사용자에 의해 직접 선택될 수 있다.
임피던스 정합부(118)는 제2코일(250)로부터 수신되는 전자기파의 주파수에 공진되도록 임피던스를 정합할 수 있다. 이에 의해, 임피던스 정합부(118)는 전자기파의 수신 효율을 향상시킬 수 있다.
정류부(120)는 에너지 수집부(110)에서 수집된 전기에너지를 정류하여 직류로 변환할 수 있다. 이때, 정류부(120)는 제1에너지 수집부(112) 및 제2에너지 수집부(114)에서 획득된 전기에너지의 특성에 따라 최적화되도록 복수개로 구성될 수 있다.
일례로, 정류부(120)는 제1코일(230)에 의해 수집된 전기에너지와 제2코일(250)에 의해 수집된 전기에너지 상호간의 간섭을 배제하여 독립적으로 정류하기 위해 적어도 두 개로 구성될 수 있다.
또한, 정류부(120)는 제2코일(250)에 의해 수집된 전기에너지 중에서 에너지 발전 모드와 에너지 수신 모드에 따라 상이하게 정류하기 위해 적어도 두 개로 구성될 수 있다.
즉, 정류부(120)는 제1정류부(122), 제2정류부(124) 및 제3정류부(126)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1정류부(122)는 제1에너지 수집부(112)에서 출력된 전기에너지를 정류하고, 제2정류부(124)는 제2에너지 수집부(114)에서 에너지 발전 모드시 출력된 전기에너지를 정류하며, 제3정류부(126)는 제2에너지 수집부(114)에서 에너지 수신 모드시 출력된 전기에너지를 정류할 수 있다.
이때, 정류부(120)는 제1에너지 수집부(112) 및 제2에너지 수집부(114)에서 수집된 전기에너지를 통합적으로 정류하도록 하나로 구성되거나, 제1에너지 수집부(112) 및 제2에너지 수집부(114)에 각각 하나씩 두 개로 구성될 수도 있음은 물론이다.
DC-DC 컨버터(130)는 정류부(120)에서 정류되어 직류로 변환된 전기에너지의 직류 레벨을 에너지 저장부(140)를 충전하기 위한 에너지 저장부(140)의 입력 레벨로 변환할 수 있다.
여기서, DC-DC 컨버터(130)는 정류부(120)의 출력 레벨에 따라 다운컨버터 또는 업컨버터로 기능할 수 있다. 즉, DC-DC 컨버터(130)는 정류부(120)의 출력레벨이 에너지 저장부(140)의 입력레벨보다 작은 경우, 업컨버터로 기능하고, 정류부(120)의 출력레벨이 에너지 저장부(140)의 입력레벨보다 큰 경우, 다운컨버터로 기능할 수 있다.
이와 같은 정류부(120) 및 DC-DC 컨버터(130)는 제1에너지 수집부(112) 및 제2에너지 수집부(114)에서 수집된 전기에너지를 제1배터리(142) 및 제2배터리(144)를 충전하기에 적합한 레벨로 변환하는 직류 변환부로서 기능할 수 있다.
대안적으로, 상기 직류 변환부는 하나의 AC-DC 컨버터로 구성될 수 있다. 즉, AC-DC 컨버터는 에너지 수집부(110)에서 수집된 교류의 전기에너지를 에너지 저장부(140)의 입력 레벨의 직류로 변환할 수 있다.
에너지 저장부(140)는 정류부(120) 및 DC-DC 컨버터(130) 등의 직류 변환부에서 변환된 에너지를 저장할 수 있다. 즉, 에너지 저장부(140)는 직류 변환부에서 변환된 직류 전기에너지에 의해 충전될 수 있다.
이러한 에너지 저장부(140)는 제1배터리(142) 및 제2배터리(144)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1배터리(142)는 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치(100)의 본체(미도시)에 고정되고, 제2배터리(144)는 본체(미도시)에 탈부착가능하다.
즉, 제1배터리(142)는 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치(100) 내에서 충전되고 후술하는 출력포트(150)를 통해 전자기기 등에 전원을 공급하며, 제2배터리(144)는 충전된 후 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치(100)로부터 탈착하여 전자기기에 부착함으로써 전원을 공급할 수 있다.
출력포트(150)는 에너지 저장부(140)의 제1배터리(142) 또는 제2배터리(144)에 충전된 전력을 외부로 출력하기 위한 것으로, 다양한 형태의 포트를 포함할 수 있다. 일례로 출력포트(150)는 제1포트(152) 및 제2포트(154)를 포함할 수 있고, 이들 포트는 USB 포트 또는 DC 출력포트일 수 있다.
이때, 출력포트(150)는 DC-DC 컨버터(130)의 출력을 바로 외부로 제공할 수도 있다. 즉, 출력포트(150)는 DC-DC 컨버터(130)의 출력과 에너지 저장부(140)의 입력에 동시에 연결될 수 있다.
이와 같이, 외부 출력포트(150)를 구비하거나, 제2배터리(144)를 탈부착가능하게 구비하여 충전된 제1배터리(142)의 출력을 휴대용 전자기기로 출력하거나, 충전된 제2배터리(144)를 분리하여 휴대전자기기에 장착함으로써, 충전된 배터리를 이용하여 휴대전자기기를 구동할 수 있으므로, 휴대용 전자기기와의 호환성 또는 확장성을 확보할 수 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치의 동작 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치의 에너지 발전 모드의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치의 에너지 발전 모드의 동작 방법(400)은 먼저, 헬스기기나 자전거 등의 운동에너지원에 회전부(240)를 접촉하여 회전부(240)를 회전시킴으로써 운동에너지를 수집할 수 있다(S410).
다음으로, 회전부(240)의 회전에 의한 제1코일(230)의 회전에 따라 자석(220a,220b) 내에서 자력의 변화가 발생하고, 이에 의해 제1코일(230)에 전류가 발생함으로써, 운동에너지를 전기에너지로 변환할 수 있다(S420).
이때, 자석(220a,220b)에 의해 발생하는 자속의 변화에 따라 제1코일(230)에 역기전력이 발생할 수 있다. 즉, 제2코일(250)에서 자석(220a,220b) 및 제1코일(230)에 의해 수집되지 않은 누설에너지를 추가로 수집하여 전기에너지로 변환할 수 있다(S430).
다음으로, 정류부(120)는 제1코일(230) 및 제2코일(250) 각각에서 수집된 전기에너지를 정류하여 직류로 변환할 수 있다(S440). 여기서, 정류부(120)는 복수 개로 구성되고, 제1코일(230) 및 제2코일(250) 사이의 상호간섭을 배제하도록 제1코일(230) 및 제2코일(250) 각각에 대하여 독립적으로 정류할 수 있다.
이때, DC-DC 컨버터(130)는 정류된 전기에너지를 에너지 저장부(140)를 충전하기에 적합한 레벨, 즉, 에너지 저장부(140)의 입력 레벨로 변환할 수 있다.
대안적으로, AC-DC 컨버터가 에너지 수집부(110)에서 수집된 교류의 전기에너지를 에너지 저장부(140)에 저장하기 적합한 레벨의 직류로 변환할 수도 있다.
다음으로, 에너지 저장부(140)는 DC-DC 컨버터(130)에서 변환된 에너지에 의해 충전될 수 있다(S450).
이때, 에너지 저장부(140)에 저장된 에너지는 출력포트(150)를 통해 외부로 출력할 수 있다. 즉, USB 포트 또는 DC 출력포트를 통해, 에너지 저장부(140)에서 저장된 전기에너지가 외부의 전자기기로 출력될 수 있다.
대안적으로, 출력포트(150)는 DC-DC 컨버터(130)에서 에너지 저장부(140)의 입력 레벨로 변환된 전기에너지를 직접 출력할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치의 에너지 수신 모드의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치의 에너지 수신 모드의 동작 방법(500)은, 먼저, 이동통신기기 또는 방송 전파를 제2코일(250)이 수신함으로써, 전자기파 에너지를 수집할 수 있다(S510).
이때, 제2코일(250)이 루프 안테나로 기능함으로써, 제2코일(250)에서 전기에너지가 발생할 수 있다. 즉, 제2코일(250)은 전자기파를 전기에너지로 변환할 수 있다(S520).
여기서, 제2코일(250)로부터의 전자기파 수신 효율을 향상시키기 위해, 제2코일(250)에서 수신된 전자기파의 주파수에 공진되도록 임피던스 정합부(118)가 임피던스를 정합할 수 있다.
다음으로, 정류부(120)는 제2코일(250)에서 수집된 전기에너지를 정류하여 직류로 변환할 수 있다(S530). 이때, DC-DC 컨버터(130)는 정류된 전기에너지를 에너지 저장부(140)를 충전하기에 적합한 레벨, 즉, 에너지 저장부(140)의 입력 레벨로 변환할 수 있다.
대안적으로, AC-DC 컨버터가 제2코일(250)에서 수집된 교류의 전기에너지를 에너지 저장부(140)에 저장하기 적합한 레벨의 직류로 변환할 수도 있다.
다음으로, 에너지 저장부(140)는 DC-DC 컨버터(130)에서 변환된 에너지에 의해 충전될 수 있다(S540). 이때, 에너지 저장부(140)에 저장된 에너지는 출력포트(150)를 통해 외부로 출력할 수 있다. 즉, USB 포트 또는 DC 출력포트를 통해, 에너지 저장부(140)에서 저장된 전기에너지가 외부의 전자기기로 출력될 수 있다.
대안적으로, 출력포트(150)는 DC-DC 컨버터(130)에서 에너지 저장부(140)의 입력 레벨로 변환된 전기에너지를 직접 출력할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100 : 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치
110 : 에너지 수집부 112 : 제1에너지 수집부
114 : 제2에너지 수집부 116 : 스위치부
118 : 임피던스 정합부 120 : 정류부
122 : 제1정류부 124 : 제2정류부
126 : 제3정류부 130 : DC-DC 컨버터
140 : 에너지 저장부 142 : 제1배터리
144 : 제2배터리 150 : 출력포트
152 : 제1포트 154 : 제2포트
210 : 하우징 220a,220b : 자석
230 : 제1코일 240 : 회전부
250 : 제2코일

Claims (8)

  1. 회전 또는 직선 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 수집하는 제1에너지 수집부;
    상기 제1에너지 수집부로부터 누설된 에너지를 추가로 수집하고, 외부에서 방사되는 전자기파 에너지를 전기에너지로 변환하여 수집하는 제2에너지 수집부;
    상기 제1에너지 수집부 및 제2에너지 수집부에서 수집된 전기에너지를 원하는 직류 레벨로 변환하는 직류 변환부; 및
    상기 변환된 에너지를 저장하는 에너지 저장부;를 포함하고,
    상기 제2에너지 수집부는,
    상기 제1에너지 수집부가 수용되는 하우징; 및
    상기 하우징의 외주변을 따라 권선되어, 상기 하우징 내의 자속 변화에 따른 역기전력을 발생시키고, 상기 전자기파를 수신하여 전기에너지를 발생시키는 제2코일;을 포함하는 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1에너지 수집부는,
    회전운동 또는 직선운동하는 에너지원에 접촉하여 상기 에너지원의 운동에 따라 회전하는 회전부;
    자력을 발생하는 적어도 한 쌍의 자석; 및
    상기 회전부에 연장되며, 상기 적어도 한 쌍의 자석 사이에 배치되어 상기 회전부의 회전에 따라 전기에너지를 발생시키는 제1코일;을 포함하는 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수신되는 전자기파의 주파수에 공진되도록 임피던스를 정합하는 임피던스 정합부; 및
    상기 전자기파를 에너지원으로 하는 경우, 상기 임피던스 정합부와 상기 제2코일을 연결하고, 상기 역기전력을 에너지원으로 하는 경우, 상기 임피던스 정합부와 상기 제2코일을 차단하는 스위치부;를 더 포함하는 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 직류 변환부는,
    상기 수집된 전기에너지를 정류하여 직류로 변환하는 정류부; 및
    상기 변환된 직류 레벨을 상기 에너지 저장부의 입력 레벨로 변환하는 DC-DC 컨버터를 포함하는 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 직류 변환부는 상기 수집된 전기에너지를 상기 에너지 저장부의 입력 레벨의 직류로 변환하는 AC-DC 컨버터를 포함하는 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장부는,
    본체에 고정되는 제1배터리;
    상기 본체에 탈부착가능한 제2배터리; 및
    상기 제1배터리의 전압을 외부로 출력하는 출력포트를 포함하는 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 출력포트는 USB 포트 및 DC 출력포트를 포함하는 휴대용 통합 에너지 하베스팅 장치.
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