KR102622126B1 - 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치 - Google Patents

공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치에 관한 것으로, 공기압을 공급하는 공급관에서 분기되어 분배되는 위치별로 분기 공급하는 분기관에서 공기압이 유입되는 공기유입부; 상기 공기유입부의 내부에 배치되어 있으며, 유입되는 공기압으로 회전에 의해 하베스팅력을 발생시키는 하베스팅발생부; 상기 공기유입부의 일측에 배치되어 있으며, 상기 하베스팅발생부에서 발생된 회전력을 기전력발생부; 상기 기전력발생부의 일측에 배치되어 있으며, 상기 하베스팅발생부의 회전을 지지하면서 상기 기전력발생부를 통과하는 공기를 배출하는 배기부; 및 상기 기전력발생부의 한쪽 측면에 배치되어 있으며, 상기 기전력발생부에서 발생된 기전력을 공급받아 상기 분기관의 위치와 공기압력을 측정하여 무선신호로 송신하는 무선센싱송신부;를 포함한다.

Description

공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치 {Apparatus for Harvesting Energy by using air pressure and pressure measuring device for same}
본 실시예는 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
자동차의 조립공장, 섬유공장 등의 산업분야에서 공기를 가압하여 공급하는 공기압을 공급하는 장치가 설치되어 사용된다.
이런, 공기압 공급장치는 공기를 발생하는 장치로부터 공급관을 연결하여 필요한 위치별로 분기하여 공급하면서 사용된다.
이에, 분기된 공기압을 공급장치와의 거리와 배관의 연결 상태에 따라서 분기된 위치별로 공기압의 변화가 발생되어 공정의 질이 저하되는 문제점이 있었다.
이런 문제점을 해결하기 위해서는 각각 분기된 분기관의 위치 별로 공기압력을 측정하고, 측정된 공기압력값을 지속적으로 모니터링하면서 분기관 별로 동일한 압력의 공기압을 공급하도록 제어하는 장치가 필요하다.
통상적인 센서는 전력의 공급이 필요함에 따라 설치되는 위치별로 각각 전력이 공급하는 수단이 먼저 설치되어야 함으로써, 설비의 증설에 의해 비용이 증대되고, 이동 설치가 어려운 문제점이 있었다.
그리고, 최근 IoT 기술의 발달로 독립된 배터리를 가지고 운용되는 셀룰러 네트워크의 사용자, Wi-Fi 사용자, IP-Camera, TV, 세탁기 등 모든 무선정보통신을 사용하는 기기들을 포함하는 센서 노드에 무선정보통신과 함께 무선 전력 전송 및 무선 전력 충전을 제공하는 차세대 통신네트워크 시스템이 요구되고 있다.
아울러, 무선 전력 충전 기술 분야에서는 정보통신과 무선 전력 충전을 동시에 수행하는 무선 에너지 하베스팅 네트워크에 대한 연구가 진행되고 있다.
이에 따라, 복수의 분기관의 위치 별로 각각 이동 설치가 가능하고, 무선신호를 송신하여 위치별 공기압력을 실시간으로 모니터링하는 장치의 필요성이 증대되고 있다.
상술된 필요성에 안출된 본 발명의 목적은 압력을 부가한 공기를 복수의 위치에 분기하여 공급함에 있어 공기압을 기전력으로 변환 발생하는 하베스팅 기술을 이용하여 자체적으로 발생되는 전력에 의해 위치와 공기압력을 센싱하여 무선을 전송함에 따라 이동 설치가 가능하고, 한번의 설치로 실시간으로 위치별 공기압력의 측정이 가능함에 따라 비용을 축소하는 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치는 공기압을 공급하는 공급관에서 분기되어 분배되는 위치별로 분기 공급하는 분기관에서 공기압이 유입되는 공기유입부; 상기 공기유입부의 내부에 배치되어 있으며, 유입되는 공기압으로 회전에 의해 하베스팅력을 발생시키는 하베스팅발생부; 상기 공기유입부의 일측에 배치되어 있으며, 상기 하베스팅발생부에서 발생된 회전력에 의해 기전력을 발생시키는 기전력발생부; 상기 기전력발생부의 일측에 배치되어 있으며, 상기 하베스팅발생부의 회전을 지지하면서 상기 기전력발생부를 통과하는 공기를 배출하는 배기부; 및 상기 기전력발생부의 한쪽 측면에 배치되어 있으며, 상기 기전력발생부에서 발생된 기전력을 공급받아 상기 분기관의 위치와 공기압력을 측정하여 무선신호로 송신하는 무선센싱송신부;를 포함한다.
또한, 상기 공기유입부는, 상기 분기관 상에 공기압을 가지는 공기가 유입되는 위치에 설치된 공기유입몸체; 및 상기 공기유입몸체의 내부에 위치하여 상기 하베스팅발생부가 설치되어 공기가 유입되는 공기유입공간; 및 상기 공기유입몸체의 내측 중앙에서 일측으로 돌출되어 상기 하베스팅발생부의 회전 부분이 삽입 지지되는 홈 형태의 회전지지홈을 가지는 회전지지돌기;를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 하베스팅발생부는, 상기 공기유입부의 내부에서 배치되어 있으며, 유입되는 공기압에 의해 회전력을 발생하도록 방사상의 위치에 복수의 회전블레이드가 바깥둘레에 구비된 블레이드몸체; 및 상기 블레이드몸체의 중앙에 고정되어 상기 기전력발생부를 거쳐서 상기 배기부에 회전이 가능하게 지지되어 상기 기전력발생부를 회전시키는 회전축;를 포함할 수 있다.
아울러, 상기 기전력발생부는, 상기 공기유입부의 일측에 배치되어 있으며, 내부에 기전력이 발생되는 기전력발생공간을 가지고, 자력의 회전에 의해 기전력이 발생되는 코어 형태로 구비된 코어하우징; 및 상기 코어하우징의 내부인 상기 기전력발생공간에 위치한 상태에서 상기 기전력발생부의 회전부분과 연결되어 자력을 가지는 자석 형태로 상기 코어하우징 내에서 회전에 의해 기전력을 발생시키는 자성회전체;를 포함할 수 있다.
더불어, 상기 코어하우징의 일측과 타측에 각각 배치되어 있으며, 상기 자성회전체에 고정되는 상기 하베스팅발생부의 회전되는 회전부분이 회전가능하게 배치되도록 한쌍의 베어링 형태로 구비된 가이드베어링; 및 한쌍의 상기 가이드베어링을 각각 지지하고 있으며, 상기 코어하우징의 일측과 타측으로 회전 지지된 상기 하베스팅발생부의 회전부분이 좌우로 이동하는 것을 방지하도록 상기 기전력발생공간에 일측과 타측에 각각 접촉 지지되는 축가이드체;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배기부는, 상기 기전력발생부의 일측에 배치되어 있으며, 내부에 상기 기전력발생부를 통과한 공기가 배출을 위해 통과되는 배기공간을 가지는 배기몸체; 상기 배기몸체의 일측에 배치되어 있으며, 상기 분기관에서 분기되어 공급되는 방향으로 공기압을 배기하도록 구비된 배기관; 및 상기 배기몸체의 내부에 배치되어 있으며, 상기 하베스팅발생부의 회전부분에 회전을 가능하도록 지지하는 베어링 형태의 배기베어링;을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 무선센싱송신부는, 상기 기전력발생부의 한쪽 측면에 전기적으로 연결 배치되어 있으며, 발생된 기전력을 DC변환부에서 DC로 변환하여 에너지저장부에서 저장된 전력을 이용하여 위치와 공기압을 측정하도록 센싱하는 센서; 및 상기 센서에서 센싱된 측정값을 무선신호로 변환하여 외부로 전송하는 무선모듈;을 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 압력을 부가한 공기를 복수의 위치에 분기하여 공급함에 있어 공기압을 기전력으로 변환 발생하는 하베스팅 기술을 이용하여 자체적으로 발생되는 전력에 의해 위치와 공기압력을 센싱하여 무선을 전송함에 따라 이동 설치가 가능하고, 한번의 설치로 실시간으로 위치별 공기압력의 측정이 가능함에 따라 비용을 축소하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 실시예에 따른 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치가 설치된 상태를 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1의 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치를 나타내는 분해사시도이다.
도 4는 도 1의 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 5의 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치의 일부를 생략한 다른 방향에서 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 1의 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치의 주요 구성인 무선센싱송신부를 나타내는 공정도이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치가 설치된 상태를 나타내는 구성도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치는 공기에 압력을 주가하여 공급하는 공급관(10)에서 공기압이 사용되는 위치로 분기되는 분기관(20)에 설치되어 분기관의 위치와 위치별로 분기공급되는 공기압력을 측정함에 있어 공기압을 이용한 하베스팅에 의해 전력을 공급하면서 무선통신에 의해 원격으로 측정값을 송신받을 수 있다.
이런, 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치는 하베스팅장치(100), 및 무선센싱송신부(200)를 포함한다.
도 2는 도 1의 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 1의 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치를 나타내는 분해사시도이며, 도 4는 도 1의 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치를 나타내는 단면도이고, 도 5는 도 5의 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치의 일부를 생략한 다른 방향에서 나타내는 단면도이다.
도 2 내지 도 5를 참고하면, 하베스팅장치(100)는 복수의 분기관(20) 위치에 각각 설치되어 공급되는 공기압을 이용하여 기전력을 발생시키도록 구비된다.
이런, 하베스팅장치(100)는 공기유입부(110), 하베스팅발생부(120), 기전력발생부(130), 및 배기부(140)를 포함한다.
공기유입부(110)는 공기압을 공급하는 공급관(10)에서 분기되어 분배되는 위치별로 분기 공급하는 분기관(20)에서 공기압이 유입되도록 구비된다.
이런, 공기유입부(110)는 공기유입몸체(111), 공기유입공간(112), 및 회전지지돌기(113)를 포함한다.
공기유입몸체(111)는 분기관(20) 상에 공기압을 가지는 공기가 유입되는 위치에 설치된다.
공기유입공간(112)은 공기유입몸체(111)의 내부에 위치하여 하베스팅발생부(120)가 설치되어 공기가 유입되도록 구비된다.
이런, 공기유입몸체(111)는 분기관(20)에 연결되어 분기된 공기압이 통과하면서 공기유입공간(112)에 위치한 하베스팅발생부(120)에서 회전력을 발생시키는 동력을 공기압으로 제공하도록 구비된다.
회전지지돌기(113)는 공기유입몸체(111)의 내측 중앙에서 일측으로 돌출되어 하베스팅발생부(120)의 회전 부분이 삽입 지지되는 홈 형태의 회전지지홈(114)을 가지도록 구비된다.
하베스팅발생부(120)는 공기유입몸체(111)의 내부에 배치되어 있으며, 유입되는 공기압으로 회전에 의해 하베스팅력을 발생시키도록 구비된다.
이런, 하베스팅발생부(120)는 블레이드몸체(122), 및 회전축(123)을 포함한다.
블레이드몸체(122)는 공기유입공간(112)의 내부에서 배치되어 있으며, 유입되는 공기압에 의해 회전력을 발생하도록 방사상의 위치에 복수의 회전블레이드(121)가 바깥둘레에 구비되도록 구비된다.
회전축(123)은 블레이드몸체(122)의 중앙에 고정되어 기전력발생부(130)를 거쳐서 배기부(140)에 회전이 가능하게 지지되어 기전력발생부(130)를 회전시키도록 구비된다.
즉, 블레이드몸체(122)의 바깥 둘레에 회전블레이드(121)는 공급되는 공기압이 직접 접촉되면서 회전력을 발생시키는 것으로, 블레이드몸체(122)가 회전되면 고정된 회전축이 회전되면서 기전력발생부(130)를 회전시키도록 구비된다.
다시말해서, 회전블레이드(121)가 구비된 블레이드몸체(122)는 공급되는 공기압에 의해서 회전되면서 회전력을 발생시키고, 발생된 회전력으로 기전력발생부(130)를 회전시켜 기전력을 발생시킴에 따라 기전력을 발생시키는 동력을 제공한다.
기전력발생부(130)는 공기유입몸체(111)의 일측에 배치되어 있으며, 블레이드몸체(122)에서 발생된 회전력에 의해 기전력을 발생시키도록 구비된다.
이런, 기전력발생부(130)는 코어하우징(131), 자성회전체(133), 가이드베어링(134), 및 축가이드체(135)를 포함한다.
코어하우징(131)은 공기유입몸체(111)의 일측에 배치되어 있으며, 내부에 기전력이 발생되는 기전력발생공간(132)을 가지고, 자력의 회전에 의해 기전력이 발생되는 코어 형태로 구비된다.
즉, 코어하우징(131)은 안쪽으로 자력의 회전 이동에 의해 기전력을 발생시키는 코일이 감겨진 코어 형태로 구비될 수 있다.
자성회전체(133)는 기전력발생공간(132)에 위치한 상태에서 회전축(123)과 연결되어 자력을 가지는 자석 형태로 코어하우징(131) 내에서 회전에 의해 기전력을 발생시키도록 구비된다.
가이드베이링(134)은 코어하우징(131)의 일측과 타측에 각각 배치되어 있으며, 자성회전체(133)에 고정되는 회전축이 회전가능하게 배치되도록 한쌍의 베어링 형태로 구비된다.
축가이드체(135)는 한쌍의 가이드베어링(134)을 각각 지지하고 있으며, 코어하우징(131)의 일측과 타측으로 회전 지지된 회전축이 좌우로 이동하는 것을 방지하도록 기전력발생공간(132)에 일측과 타측에 각각 접촉 지지되도록 구비된다.
즉, 한쌍의 축가이드체(135)는 중앙에 회전축(123)이 회전가능하게 삽입되는 가이드베어링(134)이 설치되고, 십자 형태로 기전력발생공간(132)에 접촉되면서 유동을 방지하도록 지지함에 따라 회전력의 손실을 최소화하도록 구비된다.
배기부(140)는 코어하우징(131)의 일측에 배치되어 있으며, 회전축(123)의 회전을 지지하면서 기전력발생공간(132)을 통과하는 공기를 배출하도록 구비된다.
이런, 배기부(140)는 배기몸체(141), 및 배기관(143)을 포함한다.
배기몸체(141)는 코어하우징(131)의 일측에 배치되어 있으며, 내부에 기전력발생공간(132)을 통과한 공기가 배출을 위해 통과되는 배기공간(142)을 가지도록 구비된다.
배기관(143)은 배기몸체(141)의 일측에 배치되어 있으며, 분기관(20)에서 분기되어 공급되는 방향으로 공기압을 배기하도록 구비된다.
도 6은 도 1의 공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치의 주요 구성인 무선센싱송신부를 나타내는 공정도이다.
도 6을 참고하면, 무선센싱송신부(200)는 기전력발생부(130)의 한쪽 측면에 배치되어 있으며, 기전력발생부(130)에서 발생된 기전력을 공급받아 분기관(20)의 위치와 공기압력을 측정하여 무선신호로 송신하도록 구비된다.
이런, 무선센싱송신부(200)는 센서(203), 및 무선모듈(204)을 포함한다.
센서(203)는 코어하우징(131)의 한쪽 측면에 전기적으로 연결 배치되어 있으며, 발생된 기전력을 DC변환부(201)에서 DC로 변환하여 에너지저장부(202)에서 저장된 전력을 이용하여 위치와 공기압을 측정하도록 센싱한다.
이런, 센서(203)는 복수의 위치한 분기관(20)에 위치를 센싱하는 위치센싱신호와 분기관(20)에서 공급되는 공기압력을 센싱하는 공기압센싱신호를 무선모듈(204)에 전송하도록 구비된다.
무선모듈(204)은 센서(203)에서 센싱된 측정값을 무선신호로 변환하여 외부로 전송하도록 구비된다.
즉, 무선모듈(204)은 센서(203)에서 센싱된 위치센싱신호와 공기압센싱신호를 무선신호를 변환하여 기전력발생부(130)에서 발생된 기전력에 의해 무선으로 전송한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 공급관 20 : 분기관
100 : 하베스팅장치 110 : 공기유입부
111 : 공기유입몸체 112 : 공기유입공간
113 : 회전지지돌기 114 : 회전지지홈
120 : 하베스팅발생부 121 : 회전블레이드
122 : 블레이드몸체 123 : 회전축
130 : 기전력발생부 131 : 코어하우징
132 : 기전력발생공간 133 : 자성회전체
134 : 가이드베어링 135 : 축가이드체
140 : 배기부 141 : 배기몸체
142 : 배기공간 143 : 배기관
200 : 무선센싱송신부 201 : DC변환부
202 : 에너지저장부 203 : 센서
204 : 무선모듈

Claims (7)

  1. 공기압을 공급하는 공급관에서 분기되어 분배되는 위치별로 분기 공급하는 분기관에서 공기압이 유입되는 공기유입부;
    상기 공기유입부의 내부에 배치되어 있으며, 유입되는 공기압으로 회전에 의해 하베스팅력을 발생시키는 하베스팅발생부;
    상기 공기유입부의 일측에 배치되어 있으며, 상기 하베스팅발생부에서 발생된 회전력에 의해 기전력을 발생시키는 기전력발생부;
    상기 기전력발생부의 일측에 배치되어 있으며, 상기 하베스팅발생부의 회전을 지지하면서 상기 기전력발생부를 통과하는 공기를 배출하는 배기부; 및
    상기 기전력발생부의 한쪽 측면에 배치되어 있으며, 상기 기전력발생부에서 발생된 기전력을 공급받아 상기 분기관의 위치와 공기압력을 측정하여 무선신호로 송신하는 무선센싱송신부;를 포함하되,
    상기 공기유입부는,
    상기 분기관 상에 공기압을 가지는 공기가 유입되는 위치에 설치된 공기유입몸체; 및
    상기 공기유입몸체의 내부에 위치하여 상기 하베스팅발생부가 설치되어 공기가 유입되는 공기유입공간; 및
    상기 공기유입몸체의 내측 중앙에서 일측으로 돌출되어 상기 하베스팅발생부의 회전 부분이 삽입 지지되는 홈 형태의 회전지지홈을 가지는 회전지지돌기;를 포함하고,
    상기 배기부는,
    상기 기전력발생부의 일측에 배치되어 있으며, 내부에 상기 기전력발생부를 통과한 공기가 배출을 위해 통과되는 배기공간을 가지는 배기몸체; 및
    상기 배기몸체의 일측에 배치되어 있으며, 상기 분기관에서 분기되어 공급되는 방향으로 공기압을 배기하도록 구비된 배기관;을 포함하며,
    상기 무선센싱송신부는,
    상기 기전력발생부의 한쪽 측면에 전기적으로 연결 배치되어 있으며, 발생된 기전력을 DC변환부에서 DC로 변환하여 에너지저장부에서 저장된 전력을 이용하여 위치와 공기압을 측정하도록 센싱하는 센서; 및
    상기 센서에서 센싱된 측정값을 무선신호로 변환하여 외부로 전송하는 무선모듈;을 포함하는
    공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하베스팅발생부는,
    상기 공기유입부의 내부에서 배치되어 있으며, 유입되는 공기압에 의해 회전력을 발생하도록 방사상의 위치에 복수의 회전블레이드가 바깥둘레에 구비된 블레이드몸체; 및
    상기 블레이드몸체의 중앙에 고정되어 상기 기전력발생부를 거쳐서 상기 배기부에 회전이 가능하게 지지되어 상기 기전력발생부를 회전시키는 회전축;를 포함하는
    공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기전력발생부는,
    상기 공기유입부의 일측에 배치되어 있으며, 내부에 기전력이 발생되는 기전력발생공간을 가지고, 자력의 회전에 의해 기전력이 발생되는 코어 형태로 구비된 코어하우징; 및
    상기 코어하우징의 내부인 상기 기전력발생공간에 위치한 상태에서 상기 기전력발생부의 회전부분과 연결되어 자력을 가지는 자석 형태로 상기 코어하우징 내에서 회전에 의해 기전력을 발생시키는 자성회전체;를 포함하는
    공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 코어하우징의 일측과 타측에 각각 배치되어 있으며, 상기 자성회전체에 고정되는 상기 하베스팅발생부의 회전되는 회전부분이 회전가능하게 배치되도록 한쌍의 베어링 형태로 구비된 가이드베어링; 및
    한쌍의 상기 가이드베어링을 각각 지지하고 있으며, 상기 코어하우징의 일측과 타측으로 회전 지지된 상기 하베스팅발생부의 회전부분이 좌우로 이동하는 것을 방지하도록 상기 기전력발생공간에 일측과 타측에 각각 접촉 지지되는 축가이드체;를 더 포함하는
    공기압을 이용한 에너지 하베스팅 및 이를 이용한 공기압 측정장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
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