KR20130135846A - 에너지 수확/타이어 압력, 온도 및 타이어 데이터 송신기 - Google Patents

에너지 수확/타이어 압력, 온도 및 타이어 데이터 송신기 Download PDF

Info

Publication number
KR20130135846A
KR20130135846A KR1020137008729A KR20137008729A KR20130135846A KR 20130135846 A KR20130135846 A KR 20130135846A KR 1020137008729 A KR1020137008729 A KR 1020137008729A KR 20137008729 A KR20137008729 A KR 20137008729A KR 20130135846 A KR20130135846 A KR 20130135846A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
harvesting device
harvesting
inertial body
tire
support
Prior art date
Application number
KR1020137008729A
Other languages
English (en)
Inventor
하이키 쿠이스마
가츠토시 나리타
Original Assignee
도요타 지도샤 가부시키가이샤
무라타 일렉트로닉스 오와이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FI20105929A external-priority patent/FI123941B/fi
Priority claimed from US13/167,193 external-priority patent/US8878421B2/en
Application filed by 도요타 지도샤 가부시키가이샤, 무라타 일렉트로닉스 오와이 filed Critical 도요타 지도샤 가부시키가이샤
Publication of KR20130135846A publication Critical patent/KR20130135846A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B60C23/0408—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver
    • B60C23/041—Means for supplying power to the signal- transmitting means on the wheel
    • B60C23/0411—Piezoelectric generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/06—Influence generators
    • H02N1/08—Influence generators with conductive charge carrier, i.e. capacitor machines
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/304—Beam type
    • H10N30/306—Cantilevers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)
  • Tires In General (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

본 발명은 기계적 도메인으로부터 전기적 도메인으로의 에너지 변환을 위한 수확 장치(12)를 구현한다. 수확 장치는 적어도 하나의 관성체(6), 적어도 하나의 비임(7, 9), 상기 적어도 하나의 비임(7, 9)에 대한 지지부(8) 및 트랜스듀서 수단(10, 16)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 비임(7, 9)은 관성체(6)를 상기 지지부(8)로부터 현수된 펜들럼 구조체로 구성하며, 그래서, 비임(7, 9)은 관성체(6)의 운동학적 상태 변화에 따라 굴곡될 수 있으며, 비임(7, 9)의 운동학적 상태에 응답하여 상기 트랜스듀서 수단(10, 16)의 전기적 상태의 변화를 생성하도록 구성되는 적어도 하나의 트랜스듀서 수단(10)과 상호 작용하도록 구성된다. 또한, 본 발명은 수확 장치 모듈, 매트릭스 및 적어도 하나의 구현된 수확 장치를 포함하는 수확 장치 시스템을 도시한다. 또한, 본 발명은 구현된 적어도 하나의 수확 장치를 포함하는 풋웨어와 타이어를 도시한다.

Description

에너지 수확/타이어 압력, 온도 및 타이어 데이터 송신기{ENERGY HARVESTING/TIRE PRESSURE, TEMPERATURE AND TIRE DATA TRANSMITTER}
매우 개괄적 수준에서, 본 발명은 폐쇄 시스템에서의 에너지 보전에 관한 것이지만, 더 특정하게는, 타이어 구조체 같은 폐쇄 시스템에서 에너지를 수확하는 것에 관한 것이다. 더욱 더 구체적으로, 본 발명에 따른 수확 장치는 그에 관한 독립항의 전제부에 기재되어 있는 분야에 관련한다. 또한, 본 발명은 그에 관한 독립항의 전제부에 기재되어 있는 분야의 수확 장치 매트릭스에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그에 관한 독립항의 전제부에 기재되어 있는 분야의 수확 장치 매트릭스 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그에 관한 독립항의 전제부에 기재되어 있는 분야의 수확 장치 매트릭스 모듈에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그에 관한 독립항의 전제부에 표시되어 있는 분야의 타이어에도 관련한다. 또한, 본 발명은 그에 관한 독립항의 전제부에 기재되어 있는 분야의 풋웨어(foot-ware)에도 관련한다.
우리는, 사용시 주 소스의 외부로 유동하면서 사용되는 에너지의 주 목적이 충족되어야 하기 때문에 작은 유동을 형성하지만 감쇠된 수준 또는 다른 형태로 시스템에 여전히 존재하는 잔류 또는 이차 에너지가 존재하는 다수 종류의 에너지를 포함하는 환경에서 살고 있다.
오늘날 자동차 타이어의 압력 측정 시스템은 일반적이다. 전형적 현 기술 시스템의 상태에서, 압력 및 온도 센서 모듈은 무선 송신기와 조합되고, 타이어 내부의 밸브 스템에 조립된다. 모듈을 위한 전기 에너지는 배터리에 의해 공급된다. 배터리로부터 입수할 수 있는 에너지는 모듈의 신호 송신 빈도수 및 동작 수명을 제한한다. 송신 빈도수는 분당 1회만큼 낮을 수 있다. 또한, 타이어가 충분히 높은 속도로 회전할 때에만 송신을 가능하게 하기 위해 운동 스위치가 사용된다.
에너지 소스를 위해 대안적 해법이 제안되어 왔다. 한가지 해법은 전자기장을 통해 모듈에 전기 에너지를 공급하는 것이다. 고주파 무선 신호가 저주파 자기장 결합과 함께 사용되어 왔다. 초당 1회까지의 주파수 갱신을 위해 충분한 에너지가 전송될 수 있다. 또한, 어떠한 운동 스위치도 필요하지 않다. 각 타이어의 부근에 안테나 및 관련 케이블이 필요하다는 단점이 있다. 이는 시스템이 실용적 구현을 위해서는 너무 비싸지게 한다.
현 기술 상태의 해법의 제3의 대안은 타이어 내에 존재할 수 있는 가용한 기계적, 열적, 방사선 또는 유사 에너지 소스로부터 전기 에너지를 생성하는 것이다. 타이어의 회전 운동에 의해 기계적 에너지의 신뢰할 수 있는 소스가 제공된다. 필요한 10...100μW 전력에 비견할 만한 기계적 파워로서 다량의 에너지를 입수할 수 있다.
또한, 이 위치에서, 브레이크에 의해 영향을 받지 않는 대표적 온도 판독이 얻어질 수 있기 때문에 타이어의 내부 라이너 상에 측정 모듈을 장착하는 것이 바람직하다. 또한, 측정 모듈이 밸브나 림이 아닌 타이어와 조합되는 경우, 압력 및 온도 판독치에 추가로 타이어 파라미터 정보가 전송될 수 있다.
그러나, 외부 에너지 소스에 대한 연결을 고려하는 경우, 이들은 타이어 같은 폐쇄 시스템에서는 신뢰적으로 구현하기가 어렵다. 무선으로 측정 결과를 수집, 저장 및/또는 보고하기 위해 측정 전자 장치 및/또는 송신기 같은 타이어내 시스템 전자 장치의 기능을 복원하기 위해 외부적 에너지 소스가 대체 및/또는 탑재되어야 한다. 외부 에너지 소스를 적용하기가 완전히 불가능하지는 않더라도 적어도 매우 곤란한 시스템의 조건에서, 내부 에너지 소스가 요구된다.
그러나, 에너지는 세상에서 다수의 방식으로 우리를 둘러싸고 있지만, 때때로 퇴화 에너지라고도 지칭되는 이런 루즈 에너지(loose energy)의 활용은 특히 회전 가능한 타이어 내부 같은 폐쇄 시스템에서 문제가 된다. 이런 에너지의 양은 디지털 전자 장치의 다수의 목적을 위해 충분하지만, 타이어 구조체에 포함된 전자 장치를 신뢰적으로 동작시킬 수 없는 공지된 기술에 따라 얻어진 매우 낮은 에너지 수율을 제외하면, 이 에너지의 채굴 및 가용 에너지의 사용 가능한 형태로의 변환을 위한 구현법은 아직 발견된 바 없다.
실시예의 일반적 설명
에너지의 수확에 관련한 종래 기술의 상술한 문제점은 전체적으로는 아니지만 본 발명의 실시예에 의해 해결되며, 이러한 실시예들은 적어도 새로운 방식으로의 이동을 제공한다.
본 발명에 따른 수확 장치는 그에 관한 독립항의 특징부에 기재되어 있는 바를 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수확 장치 매트릭스는 그에 관한 독립항의 특징부에 기재되어 있는 바를 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수확 장치 매트릭스 시스템은 그에 관한 독립항의 특징부에 기재된 바를 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수확 장치 모듈은 그에 관한 독립항의 특징부에 기재된 바를 특징으로 한다.
본 발명에 따른 타이어는 그에 관한 독립항의 특징부에 기재되어 있는 바를 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풋웨어는 그에 관한 독립항의 특징부에 기재되어 있는 바를 특징으로 한다.
에너지를 기계적 도메인으로부터 전기적 도메인으로 변환하는 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치는
- 적어도 하나의 관성체와,
- 적어도 하나의 비임과,
- 상기 적어도 하나의 비임에 대한 지지부와,
- 트랜스듀서 수단을 포함하며,
상기 적어도 하나의 비임은
- 비임이 관성체의 운동학적 상태 변화에 따라 변형될 수 있게 하도록 관성체를 상기 지지부로부터 현수된 펜들럼 구조체로 구성하고,
- 관성체의 운동학적 상태 또는 비임의 변형 상태에 응답적으로 상기 트랜스듀서 수단의 전기적 상태의 변화를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 트랜스듀서 수단과 상호 작용하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 수확 장치는 본 발명의 일 실시예에 따라 비틀림 변형을 위한 적어도 하나의 비임을 갖는 비틀림 펜들럼 구조체를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치는 그 중간 관성체를 통한 비틀림 축을 형성하도록 구성된 두 개의 비임을 포함하고, 각 비임은 중간 관성체 자체의 대향 측부에서 지지되도록 현수된다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치에서, 관성체는 적어도 세 개의 치수를 가지며, 펜들럼 평면 내의 길이 치수는 이동의 펜들럼 평면의 회전축에 수직으로 정렬된다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치는 펜들럼 구조체 내의 스프링으로서 작용하도록 구성된다. 일 실시예에 따라서, 스프링은 변형되도록 구성된다. 일 실시예에 따라서, 변형은 굴곡이다. 일 실시예에 따라서, 변형은 비틀림이다. 일 실시예에 따라서, 변형은 비틀림(torsion) 굴곡 및/또는 트위스트(twisting)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 관성체와 비임을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치는 비임의 길이 치수에 비교시 관성체의 길이 치수가 길도록 구성되며, 즉, 상기 관성체 길이는 비임 길이의 적어도 1.5배이고, 그 길이는 지지부까지 그리고 관성체까지 현수 지점 사이에서 측정된다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치는 관성체의 길이 치수에 비교할 때 비임의 길이 치수가 짧도록 구성되며, 즉, 상기 길이는 관성체의 길이의 최대 0.66 배이고, 상기 길이는 지지부까지 그리고 관성체까지 현수 지점 사이에서 측정된다. 실시예의 변형, 상기 관성체의 길이 및 비임의 길이에 따라서, 각각의 길이 비율은 구현된 바와 같이 짧음(short)과 김(long) 사이의 영역에 있다.
비대칭적 실시예에 따라서, 관성체 치수는 특정 비임 부착 지점으로부터 관성체까지 측정시, 관성체의 제2 단부에 대해서보다 관성체의 제1 단부에 대해서 서로 다를 수 있다. 이 방식으로, 진동의 진폭의 비율에 영향을 줄 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치는 지지부가 지지부의 층을 통해 전기를 인도하기 위해 인도 구성을 포함하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치에서, 지지부의 층을 통해 전기를 인도하기 위한 상기 인도 구성은 그 적어도 하나의 전극이 트랜스듀서에 연결되어 있는 커패시터 및/또는 지지부를 통한 갈바닉 리드를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치는 이하 중 적어도 하나를 더 포함한다:
- 모듈 하우징,
- 병진 수단에 대한 부착 수단,
- 적어도 하나의 과부하 스톱퍼,
- 관성체에 통합된 적어도 하나의 과부하 스톱퍼,
- 그 기능이 자성 척력에 기초하는 과부하 스톱퍼,
- 갈바닉 접점을 위한 접촉 전극,
- 전기적 구성요소, 수신기 및/또는 송신기 회로,
- 정류기 회로,
- 생성된 전기 유동을 안정화하기 위한 필터 회로, 및
- 생성된 전기를 위한 에너지 저장부.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치에서, 상기 트랜스듀서는 비임의 굴곡에 전기적으로 응답하도록 구성된 압전 소자를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치에서, 압전 소자는 비임의 적어도 하나의 표면 상에 압전층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치에서, 비임은 타이어 내로의 장착을 위해 반경 방향으로 길이방향 정렬될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치에서, 관성체에 연결된 비임은 수확 장치 지지부에 연결된 단부보다 타이어의 회전 중심으로부터 더 먼 장착을 위해 존재하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치에서, 트랜스듀서 수단은 지지부에 관한 관성체 이동에 따라 자석과 코일 사이의 각도 및 거리가 변할 때 전자기 유도를 발생시키도록 구성된 적어도 하나의 코일과 적어도 하나의 영구 자석을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치에서, 트랜스듀서 수단은 관성체 내에 적어도 하나의 코일을 포함하고, 지지부는 적어도 하나의 영구 자석을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치에서, 트랜스듀서 수단은 지지부에 적어도 하나의 코일을 포함하고, 관성체는 적어도 하나의 영구 자석을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치 매트릭스는 본 발명의 일 실시예에 따른 적어도 하나의 수확 장치를 포함한다.
수확 장치 매트릭스 시스템은 본 발명의 일 실시예에 따른 적어도 하나의 수확 장치 매트릭스를 포함한다. 일 실시예에 따라서, 수확 장치 매트릭스 시스템은 개별 수확 장치들 및/또는 일 그룹의 수확 장치 매트릭스들을 포함하며, 몇몇 제1 수확 장치는 예로서 배향, 기계적 치수의 크기설정, 전력에 관한 크기설정 및/또는 동작 기능, 즉, 비틀림 기반 및/또는 펜들럼 기반이 서로 다르다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치 모듈은 바람직하게는 병진 수단의 구조체에 장착되도록 구성된, 본 발명의 일 실시예에 따른 적어도 하나의 수확 장치를 모듈 내에 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치 모듈은 병진 수단의 내부 라이너에 대한 부착 구조체를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치 모듈에서, 상기 병진 수단은 타이어, 휠, 컨베이어 벨트 또는 풋웨어를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어는 일 실시예에 따른 적어도 하나의 수확 장치를 포함한다.
본 발명에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어는 안테나로서 사용되도록 타이어의 금속 부분에 수확 장치-연결 송신기를 연결하기 위한 연결 수단을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풋웨어는 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치에서, 관성체는 균등한 질량 분포를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치 내의 관성체는 관성체의 중간보다 단부에 위치된, 길이방향으로 측정된 더 큰 질량을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치는 임펄스 무선 표준에 따라 동작할 수 있는 송수신기를 형성하도록 구성된 회로를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치는 적어도 하나의 과부하 스톱퍼 부재를 포함하고, 이는 스톱퍼의 자기 표면들의 직접 접촉을 피하기 위해 자기 척력을 통한 정지 기능을 위해 구성된 한 쌍의 자석을 포함한다.
일 실시예에 따라서, 단지 온도 및/또는 압력이 측정될 수 있다. 그러나, 선택적으로 실시예들의 다른 앙상블에 따라서 또는 단지 압력 및/또는 온도에 추가로, 부하 접촉 면적, 마찰, 견인력, 타이어 변형 같은 다른 양들도 타이어 센서 모듈에 의한 각각의 실시예에 따라 측정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 일 실시예에 따른 타이어는 종래의 방식으로 동작 및 판독되는 타이어 구조체 내의 변형 게이지를, 그러나, 직접 또는 간접 동력원으로서 사용되는 수확 장치 모듈과 연계하여 포함한다.
수확 장치 모듈 또는 이들의 앙상블이 직접 동력원으로서 사용될 때, 이때, 전기를 저장하고 또한 수확 장치 모듈 생성 기능의 기능을 초과하는 급작스러운 수요시에 전달하기 위해 배열된 배터리 및/또는 슈퍼 커패시터 같은 저장부가 존재한다. 이런 실시예에서, 수확 장치는 관련 실시예의 일반적 동작을 위해 현재 필요한 것보다 많은 가용 전기가 존재할 때, 이 전기를 배터리 및/또는 슈퍼 커패시터에 저장한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치에서, 적어도 하나의 과부하 스토퍼가 관성체 상에 있다.
단어 "포함하다"는 또한 변형 형태에서 본 발명의 실시예에서 개방적 표현으로서 사용되었다. 단어 "구성하다"는 적절한 부분의 실시예들을 위해 기계적 및/또는 전기적 실체의 구조적 특징을 표현하기 위한 표현으로서 사용되었다.
본 발명의 실시예는 적절한 부분에서 조합될 수 있다.
이하에서, 예들이 주어져 있으며, 본 발명의 실시예들이 설명의 부분에 부착된 첨부 도면을 참조로 더 상세히 예시된다. 도면에 표시된 대상의 예들은 동일 또는 다른 도면에 도시된 물품 및/또는 부분을 위한 치수들에 대하여 반드시 서로 규모대로 존재하는 것은 아니다. 도면에서, 반드시 실제로 동일한 것은 아닌, 동종 대상물을 지칭하기 위해 동일 참조번호가 사용된다. 그러나, 예시된 내용 및 실시예에 따른 기술의 당업자는 잠재적 차이점을 명백히 알 수 있다.
도 1은 형상 변이 영역을 위한 전이 위치 및 사용 중인 타이어를 예시하는 도면.
도 2는 반경방향 가속시의 실험적 결과를 예시하는 도면.
도 3 및 도 4는 접선방향 가속시의 실험적 결과를 예시하는 도면.
도 5는 시간 도메인에서의 전이 지점의 시간 함수로서 타이어 표면의 각형 각도(angular angle)를 도시하는 도면.
도 6은 시간 도메인에서의 전이 지점에서 시간의 함수로서 각속도를 도시하는 도면.
도 7은 시간 도메인에서의 전이 지점에서 시간의 함수로서 타이어 표면 각 가속도를 도시하는 도면.
도 8은 구현된 수확 장치의 관성체를 예시하는 도면.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치의 비틀림 펜들럼 구조의 실시예를 예시하는 도면.
도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 일 실시예에 따른 수확 장치의 굴곡 펜들럼 구조의 실시예를 예시하는 도면.
도 11은 구현된 압전 수확 장치의 기본적 부분의 단면도를 예시하는 도면.
도 12는 수확 장치 모듈의 본 발명의 일 실시예를 예시하는 도면.
도 13은 타이어에 부착된 수확 장치 모듈의 본 발명의 일 실시예를 예시하는 도면.
도 14는 일 실시예에서 관성체의 진동의 쇠퇴 및 새로운 여기를 예시하는 도면.
도 15는 본 발명의 일 실시예의 전자 장치를 예시하는 도면.
실시예들의 앙상블에 따른 예들의 앙상블
에너지 소스로서의 타이어
타이어의 형상의 전이 지점에서 관성 시스템을 여기시키기 위해 각운동이 사용될 수 있다는 것을 인지하였다(도 1, 도 3 및 도 4). 둥근 부분으로부터 평탄한 부분까지 타이어의 변이(3)는 타이어 형태가 원래의 둥근 형상으로 복원(4)될 때 방출되는 기계적 에너지를 타이어 구조체 내로 복원시킨다. 또한, 에너지 레벨이 측정 장치 및 작은 무선 송신기 및/또는 수신기를 유지하기에 충분하기 때문에 본 발명에 따라 구현된 관성 구조체를 사용하는 수확 장치는 타이어 같은 폐쇄 시스템의 전자 장치를 위한 에너지 생성 문제를 실제로 해결한다는 것을 인지하였다.
어떠한 외부적 추가적 효과도 없이 일정한 각속도로 회전하는 휠로부터 에너지를 수확하는 것은 불가능한 것으로 믿어진다. 지구의 중력의 존재는 타이어 구조체 복원 에너지의 수확을 가능하게 하지만 높은 파워 레벨을 얻기 위해서는 매우 큰 관성체가 필요하다. 지구 중력의 효과는 도 2 및 도 3에서 시누소이달 기저선 변동으로서 나타나있다.
반경방향 가속
타이어는 지구 중력보다 매우 높은 가속 레벨을 제공한다. 도 1은 회전 운동하는 고무 타이어를 도시한다. "고무" 자체는 단지 고무가 타이어의 주 구성요소인 경우의 실시예에만 한정되지 않도록 비제한적 방식으로 단순성을 위해 사용되는 타이어의 주 성분의 단지 일 예를 언급하고 지칭한다. 실시예들의 앙상블에 따라서, 타이어는 이런 타이어로서 공지된 것에 사용되는 다른 재료를 역시 포함할 수 있다. 회전에 기인한 반경방향 구심 가속은 이하와 같다.
a = ω2r (1)
여기서, ω는 타이어의 각속도이고, r은 반경이다. 본 기술 분야의 당업자는 구심력의 특성을 알고 있으며, 예시에서의 그 예시적 가치로서 여기서 사용된다. 이 가속은 지면(1)과 접촉하지 않는 타이어의 위치에서 발생한다. 지면 접촉 동안, 타이어는 평탄한(2)것으로 간주되며(비록, 실제 타이어는 평면 영역에서 평탄화될 수 없는 이런 표면 형상을 타이어 외부 표면 상에 포함할 수 있지만), 곡률 반경은 무한대로 진행하고, 구심 가속은 0이다. 평탄한 부분으로부터 둥근 부분으로의(그리고, 다시 그 역방향으로의) 전이부에서, 곡률 반경은 순간적으로 매우 작고(3, 4), 따라서, 반경방향 가속의 큰 피크가 존재한다. 이는 도 2에서 볼 수 있으며, 저속으로부터 50 km/h까지의 가속 동안의 실험 데이터에 기초한다. 가속계(5)가 실시예 구현 연구에서 내부 라이너 상에 장착된다. 도 2에서, 반경방향 가속은 시간(초단위)의 함수로서 주어진다.
참조문헌 [1]에서, 반경방향 가속을 사용한 에너지 수확 장치가 제시되어 있다. 어떠한 가속도 존재하지 않는 짧은 평탄 주기가 수확을 위해 사용된다. 사이클의 잔여부 동안, 수확 장치 구조가 이에 따라 소실되는 효율을 대가로 매우 강성적으로 이루어지지 않는 경우에 수확 장치는 구심 가속에 의해 쉽게 과부하될 수 있다. 반경방향 가속 변화에 기초한 유사한 개념이 참조문헌 [2]에 제시되어 있다.
접선방향 가속
내부 라이너 상의 대상물의 궤적 변화에 기인하여, 역시 접선방향 가속 성분이 존재한다. 평탄한 부분 상의 접선방향 속도는 위치 및 대응 각도에 의존한다.
Figure pct00001
(2)
여기서, v0는 타이어의 표면의 측정 위치에서 둥근 부분 상의 접선 속도이고, r은 타이어의 반경이고, t0는 도 1의 지점(4)에서의 시간 순간이다. 시간 원점은 본 예에서 평탄한 부분의 중간에서 선택된다. 지점 3에서 속도의 급작스러운 증가 및 지점 4에서의 감소가 존재한다. 도 3은 v0 = 30 km/h, r = 0.3 m 및 t0 = 6.3 ms에서 수학식 (2)에 기초하여 계산된 가속을 위한 일 예를 도시한다.
접선방향 가속을 위한 실험 결과의 예가 도 4에 도시되어 있다. 유사한 일반적 거동이 도 3에 나타나 있으며, 제1 양의 날카로운 가속 피크 및 제2 음의 날카로운 가속 피크를 갖는다.
따라서, 접선방향 가속은 전이 지점에서 관성 시스템을 여기시키기 위해 사용될 수 있다.
각운동
타이어의 표면은 둥근 부분으로부터 평탄한 부분으로의 전이(3) 및 평탄한 부분으로부터 둥근 부분으로의 전이(4) 동안 매우 큰 각운동을 받는다. 도 5는 구현된 예시적 구현에서 시간의 함수로서의 각도를 도시한다. 각속도는 도 6에 도시된 바와 같은 전이 지점에서 크고 좁은 피크를 갖는다. 각가속도는 도 7에 도시된 바와 같은 전이 지점에서 이중 피크를 갖는다.
각 여기를 위한 관성 에너지 수확 장치의 실시예
구현된 예들의 앙상블
실시예 예들의 앙상블에서, 관성 시스템은 관성체와 스프링으로 구성된다. 스프링은 관성체가 선형적 형태로 또는 각진 형태로 또는 그 조합으로 이동할 수 있게 하며, 이들 운동 모드는 또한 변형 또는 변형의 모드로서 표시된다. 전자의 경우에, 관성체의 질량 및 선형 스프링 상수는 관성 시스템에 저장된 에너지 및 동적 거동을 결정한다. 후자의 경우에, 관성 모멘트 및 각스프링 상수는 관성 시스템에 저장된 에너지 및 동적 거동을 결정한다. 본 발명의 실시예들의 이 앙상블은 각각 펜들럼(및/또는 비틀림 펜들럼) 실시예라고도 지칭되는, 관성체의 각운동(또는 회전 운동)을 가능하게 하는 스프링 및 관성 모멘트를 소유하는 관성체를 갖는 관성 시스템에 기초한 에너지 수확 장치에 관련한다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 트랜스듀서 수단(10)은 수확 요소(16)를 포함한다. 일 실시예에 따라서, 수확 요소는 이하 중 적어도 하나를 포함한다: 굴곡, 트위스트 또는 양자 모두에 적합한 압전 요소, 자석, 코일 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 커패시터 플레이트 앙상블. 일 실시예에 따라서, 다수의 수확 장치 요소가 수확 장치 구조체에 사용된다. 일 실시예에 따라서, 단일 수확 장치를 위해 다양한 수확 장치 요소가 사용된다. 이 방식으로, 다수의 트랜스듀서 수단 및/또는 다양한 유형의 수확 장치 요소를 구비함으로써, 중복적 방식으로 동작하여 수확을 수행할 수 있으며, 따라서, 치명적 동작 오류가 제한될 수 있다.
일 예에서, 본 발명의 실시예에 따른 관성 수확 장치 상에서, 관성 수확 장치는 둥근 부분(3)으로부터 평탄한 부분(4)으로의, 그리고, 그 반대로의 전이 지점들(3, 4)에서 자동차 타이어에 존재하는 것 같은 급작스런 각 운동에 응답한다. 예시적으로 구현된 수확 장치는 타이어의 회전 축을 중심으로의 현저한 관성 운동을 갖는 관성체를 구비한다는 것을 인지한다는 것이 중요하다. 예로서, 직평행육면체의 관성 모멘트는 이하와 같다:
Figure pct00002
(3)
여기서, m은 이 물체의 질량이고, L은 회전축에 수직인 이 물체의 최대 치수이다. 따라서, 회전 관성체의 관성은 길이를 증가시킴으로써 및/또는 질량 뿐만 아니라, 비균등 질량 분포를 사용함으로써 효율적으로 증가될 수 있다. 예로서, 관성체(6)가 헤머형 L 형상 단부를 갖는 실시예가 존재한다. 도 8은 직평행육면체의 형상을 갖는 관성체(6)의 길이(L) 및 회전축을 도시한다. 이 유형의 실시예는 추후 비틀림 펜들럼이라 지칭되고 그와 연계된다. 단순성의 이유 때문에 평행육면체가 여기서 예로서 사용되며, 평행육면체형 질량을 사용하는 실시예들의 앙상블에만 실시예들을 제한하려는 의도는 없다. 또한, 관성체가 특징적 치수(L)를 따른 질량의 균등한 질량 분포를 갖는 것으로 제한하고자 하는 의도도 없다.
시소 구조를 사용한 실시예들의 앙상블
실시예들에 대한 도 8의 예에서, 관성체(6)는 도 9a에 도시된 바와 같은 비틀림 스프링(7)의 쌍에 의해 회전축 상에 현수될 수 있다. 비틀림 스프링의 외부 단부는 운동 소스, 예를 들어, 타이어에 관성체(6) 및 시스템을 연결하는 지지 구조체(8)에 고정된다. 일 실시예에 따라서, 또한, 특히, 관성체(6)의 관성 상태가 변할때(도 11), 펜들럼 실시예에 다른 것의 연결, 비틀림, 진동의 모드를 사용하기 위해 펜들럼 내에 굴곡 비임(7)을 포함하는 실시예에서, 지지부(8)에 대한 단일 현수부(7)에 의해 상술한 비틀림 펜들럼의 변형을 구현하는 것도 가능하다. 상술한 모드가 신호 형성 및/또는 에너지 수확을 위해 사용될 때, 비틀림 스프링 에너지를 상기 목적을 위해 사용되는 전기 에너지로 변환하기 위해 감응성 트랜스듀서를 갖는 비틀림 스프링으로서 동작하는 비틀림 비임을 제공하는 것이 유리하다.
도 9b에서, 관성체의 운동학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 수확 요소(16)가 큰 변위의 위치에서 관성체 상에 배치된다. 트랜스듀서(10)로서의 수확 요소(16)는 기계적 도메인으로부터 전기적인 것으로의 에너지의 변환을 위한 용량성, 전자기, 압전 또는 임의의 다른 유사한 공지된 방법에 기초할 수 있다. 도 9b의 수확 요소(16)는 완전한 독립형 수확 장치이며, 관성체 외측으로의 어떠한 기계적, 자기적 또는 용량성 연결도 필요로 하지 않는다.
도 9c에서, 관성체 상의 수확 장치 부분(16a)은 이동가능하고, 일 실시예에서, 관성체 외측의 고정 부분(16b)과의 상호 작용을 필요로 한다. 전자기적 실시예에서, 가동성 수확 장치 부분(16a)은 영구 자석을 포함하고, 고정 부분(16b)은 코일을 포함하거나 그 반대일 수 있으며, 16a는 관성체에 코일을 포함하고, 고정 위치에 부분(16b), 즉, 자석(16b)을 포함한다. 정전 실시예에서, 관성체의 수확 장치 부분(16a)은 캐패시터의 제1 전극에 부착되고, 수확 장치의 고정 부분(16b)은 정전 수확 장치의 제2 전극에 부착된다.
비틀림 스프링은 기계적 도메인으로부터 전기적인 것으로의 에너지의 용량성 및/또는 전자기 변환에 의해 기능하는 이런 트랜스듀서를 구비하는 에너지 수확 장치 실시예에 적합하다. 우선일의 시기에, 비틀림 스프링(7)은 그들 상에 직접적으로 압전 재료를 배치하기에는 부적합하며, 그 이유는 비틀림 스프링의 전단 변형이 압전 극성화에 잘 결부되지 않기 때문이다. 압전 실시예 변형에서, 추가적 압전 요소(17)는 고정 앵커(18) 및 관성체(6)에 연결되어 배치된다. 도 9d, 도 9e 및 도 9f는 압전 요소의 가능한 배치를 도시하지만, 이들은 단지 본 기술 분야의 당업자가 본 발명의 현안의 실시예를 읽고 이해할 때 활용할 수 있는 다수의 가능성의 예들로서 도시된 것이다.
T 형 구조체를 사용하는 실시예들의 앙상블
비틀림 스프링 이외에, 관성체는 짧은 외팔보 상에 회전 운동을 위해 현수될 수 있다. 일 실시예에 따라서, 짧은 외팔보 스프링을 포함하는 압전 수확 장치가 바람직하며, 스프링의 굴곡은 압전 발전에 쉽게 결부된다. 이들은 순수 각 운동을 생성하지 않지만, 작은 선형 변위 성분이 존재한다. 그러나, 충분히 긴 관성체를 선택함으로써, 각 성분은 우세해질 수 있다. 각운동을 위한 압전 외팔보 스프링의 사용은 특히 스프링 상의 압전층의 변형이 스프링의 단부에서의 토크 및 힘에 의한 굴곡에 기인한 스프링 길이의 함수로서 일정하기 때문이다. 도 10a는 관성체(6), 짧은 외팔보 스프링(9) 및 지지 구조체(8)를 갖는 이런 구조의 일 예를 도시한다. 펜들럼의 현 기술의 일반적 상태에서, 구조체는 강성적(매달릴 수 없거나 실질적으로 매달릴 수 없는) 비임을 위해 전후 이동을 허용하는 조인트를 포함한다. 상기 기술 상태에 대조적으로, 적절한 부분의 비틀림 펜들럼 실시예 및 펜들럼 실시예의 실시예들에서, 비임은 굴곡 및/또는 비틀림될 수 있다.
물론, 비틀림 스프링에 의해 지지된 관성체와 유사한 수확 장치의 이러한 유형의 이런 관성체의 그룹 또는 독립형 수확 장치를 배치하는 것이 가능하다(도 9b, 9c). 이런 실시예들의 일 예가 도 10b에 도시되어 있다.
예시적 실시예에서, 관성체에 연결된 단부로부터의 위치의 함수로서 외팔보의 편향은 이하와 같이 주어진다:
Figure pct00003
(4)
여기서, T는 관성체에 의한 관성 토크이고, E는 영 계수이며, IB는 스프링의 단면의 관성 모멘트이고, I는 스프링의 길이이며, F는 관성체에 의한 관성력이다. 관성 토크는 특정 실시예에 사용된 관성체에 따른 형상 및 질량 분포에 따라 결정된다.
대응적으로, 외팔보의 각도는 이하에 의해 주어진다.
Figure pct00004
(5)
스프링의 굴곡 모멘트는 이하에 의해 주어진다.
Figure pct00005
(6)
스프링의 표면에서의 변형은 이하와 같다.
Figure pct00006
(7)
여기서, h는 스프링의 두께이다. (7)로부터, 도시된 예시된 실시예로부터, T가 F*I보다 매우 큰 경우(즉, x=I인 경우), 비임의 길이를 따른 균일한 변형이 생성되는 것이 명백하다. 이는 압전 트랜스듀서에 유리하며, 그 이유는 전하 생성이 균일하고, 전하 생성 활성 영역을 용량적으로 부하 부여하는 어떠한 패시브 영역도 존재하지 않기 때문이다. 외팔보는 여기서 예로서 사용되는 것이지만, 외팔보 관련 실시예에만 실시예의 범주를 제한하고자 하는 의도는 아니다.
일 실시예에 따라서, 외팔보 스프링(9)은 도 10c(위쪽)에 도시된 바와 같이 관성체(6)의 리세스 내에 위치될 수 있다. 관성체는 부분적으로 중공일 수 있으며, 그 이유는 낮은 질량 및 큰 관성 모멘트에 대해, 관성체의 단부에 영향을 미치도록 근접한 질량 분포가 바람직하다(도 10(아래쪽)에 도시됨). 도 10e(위쪽) 및 도 10f(아래쪽)는 대응 실시예를 위한 스프링 및 관성체의 상면도를 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따라서, 도 10e에서와 같이 단 하나의 스프링이 존재할 수 있거나 도 10f에서와 같은 적어도 두 개의 스프링이 존재하여 본 출원의 개선된 강도를 위해 더 더욱 유리할 수 있다.
도 10c 및 도 10d는 관성체의 비균등 질량 분포의 예를 도시한다. 일 실시예에서, 스프링(7, 9)의 일부는 관성체의 리세스 내에 배치될 수 있다. 일 실시예의 다른 변형에 따라서, 질량 분포는 질량이 물체의 다른 단부에 집중되도록 이루어진다. 실시예의 도시된 예에 따라서, 질량 분포는 관성체의 중심의 스프링 위치에 관하여 대칭적이다. 그러나, 대칭적 질량 분포에만 실시예의 범주를 한정하고자 하는 것은 아니다. 다른 변형 실시예에 따라서, 관성체는 비균등 외관을 포함할 수 있지만, 단부들에서의 모멘트는 관성체 형태의 대향 분기부들에서 서로 다른 재료 및/또는 양을 사용할 때 여전히 균형화될 수 있다.
도 10e 및/또는 도 10f는 관성체의 중심에 리세스를 구비하는 보트형 관성체(6)의 상면도를 예시한다. 몇몇 실시예는 이런 리세스 유형, 형태 및/또는 리세스 숫자에만 한정될 필요는 없으며, 이는 실시예에 따라 변할 수 있다. 보트의 중심에서의 굴곡 비임 위치가 도시되어 있으며, 실시예들의 범주를 그에만 한정할 필요는 없다. 도 10e 및/또는 도 10f의 굴곡 비임의 형상은 비임(7, 9)이 보트의 측방향으로 강성적이지만, 길이방향으로는 쉽게 굴곡되도록 구성된다.
도 10e 및 도 10f는 또한 둘 이상의 굴곡 비임(7, 9)이 사용되어, 스프링이 너무 넓어지게 하지 않고 수확 장치가 측방향 충격에 더욱 강인해지게 하여 재료에 기인하여 길이방향으로 더 강성적이 되게 하는 일 실시예를 도시한다. 비임(7, 9)은 도 10e 및/또는 도 10f의 모습에서 직선으로 배치되어 있으며, 그래서, 직사각형 보트형 구조체의 대각선 방향으로 실질적으로 어떠한 비틀림 모멘트도 존재하지 않는다. 그러나, 이런 모드가 바람직한 실시예들에서, 이는 바람직하게는 이렇게 구현된 실시예들에 존재하는 적어도 일부 비틀림을 견딜 수 있는 비정렬 비임에 의해 구현될 수 있다.
스톱퍼 및/또는 이동 제한기가 도 10a 내지 도 10f의 관성체에 도시되어 있지 않지만, 이는 일 실시예에 따라 여기에 사용될 수 있다.
도 11은 구현된 압전 수확 장치이 기본적 부분의 단면도의 일 예를 도시한다. 관성체(6)는 외팔보 스프링(9) 상에 현수되어 있다. 비임에는, 일 측부(유니모프;unimorph) 또는 양 측부(바이모프;bimorph) 상에 부착된다. 삼각형 비임 스프링이 사용되는 본 발명의 일 실시예에서, 비임 스프링의 각 측부(멀티모프;multimorph)는 트랜스듀서를 포함할 수 있으며, 이 트랜스듀서는 직접적 사용 및/또는 저장을 위해 신호 형성 및/또는 에너지 변환을 위해 움직임 모드 에너지 수확을 위해 사용될 수 있다. 트랜스듀서는 전기적 연결 수단(11)에 의해 지지 구조체(8) 상의 전기 회로에 전기적으로 연결된다. 전기적 연결 수단은 납땜 와이어, 결합 와이어, 직접 납땜 부착, 전도성 접착제 등일 수 있다. 일부 경우에, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 유도 및/또는 용량성 연결이 사용중인 회로로의 전기적 에너지 전이를 위해 사용될 수 있다.
완전한 수확 장치가 도 12에 도시되어 있다. "완전한"은 도시된 예에 따른 수확 장치의 동작을 이해하기 위한 의미로 사용된다. 실시예들에 기초하여, 그리고, 본 기술의 당업자의 숙련도로 인해, 당업자는 도 12에 도시되지 않은 이전에 공지된 기술로부터의 인프라구조를 갖는 타이어 및/또는 수확 장치 및/또는 수확 장치 모듈을 제공할 수 있지만, 단지 지지 기능을 위해 사용되는 실용적 구현예를 위해 필요할 수 있다. 따라서, "완전한"은 수반되는, 그리고 예시된 전자 장치(13)의 사용을 위해 에너지를 전기적 도메인으로 변환하기 위한 동작 원리의 이해를 위해 표시된 것으로 이해되어야 한다. 지지 구조체(8)는 인쇄 회로 기판으로서 예에서 구현되어 있다. 이는 모듈 하우징(12)에 부착되어 있다. 인쇄 회로 기판(8) 상에는, 전기적 구성요소(13)가 부착된다. 구현된 예에서 전기적 구성요소는 수확 장치 출력 전압을 변환 및/또는 안정화하기 위해 사용되며, 다른 기능을 위해, 시스템은 예를 들어, 측정 결과 및 타이어 정보의 무선 파에 의한 압력 및 온도 측정과 전송을 수행하기 위해 필요하다. 과부하된 스톱퍼(14)는 과부하시의 파괴로부터 압전 트랜스듀서를 보호하기 위해 관성체 또는 패키지 상에 제공된다. 일 실시예에서, 과부하 스톱퍼 중 적어도 일부는 자기 척력에 기초하여 구현될 수 있으며, 따라서, 스톱퍼 접촉 및 마모를 최소화한다.
일 예에서, 수확 장치는 유연한 층(19)의 도움으로 고무 타이어(15)의 내부 라이너 상에 장착되는 수확 장치 모듈이다. 외팔보(9)는 (비임이 중력장과 정렬된 휴지 위치에 있을 때) 단부가 수확 장치 베이스에 연결된 타이어 회전의 경우에 관성체에 연결된 단부가 중심으로부터 더 멀리에 있는 방식으로 반경방향으로 정렬된다. 정적 구심 가속에 의한 스프링의 압축 및 스프링의 잠재적 좌굴 및 공진 주파수의 저하를 회피하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 변형 게이지가 타이어 내에 포함된다. 이 방식으로, 그리고, 이들을 타이어의 다수 영역에 배치함으로써, 타이어의 일부가 도로와 접촉하는 것을 나타낼 수 있다. 실시예에 따라서, 접촉부에서의 변형 게이지에 노출되는 힘이 이에 따라 측정될 수 있고, 전기 신호로 변환될 수 있다.
수확 장치 동작
일 실시예에 따른 수확 장치는 이하와 같이 동작한다: 수확 장치가 타이어 표면 상의 전이 지점(3, 4)에 도달할 때, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같은 급속한 각운동이 관성 시스템을 여기시킨다. 시스템의 공진 주파수가 전이 속도에 비해 낮은 경우, 여기는 도 5에 따른 진폭 여기이다. 공진 주파수가 전이 속도에 비해 높은 경우, 시스템은 도 7의 가속 신호에 응답한다. 도 5의 여기 각진폭은 0.2 라디안 정도이며, 이는 본 출원의 우선일에 실용적 길이의 어떠한 압전 소자의 굴곡보다 매우 더 높다. 따라서, 과부하 스톱퍼는 본 예에서 운동을 예를 들어 0.05 라디안으로 제한한다. 그러나, 또한, 이에 따른 재료가 개발될 때 더 큰 값이 가능하다.
타이어의 전이 이후, 그리고, 에너지 변환 동안, 관성 시스템의 기계적 에너지는 시스템의 공진 주파수에서 관성체의 운동학적 에너지와 스프링의 포텐셜 에너지 사이에서 진동한다. 연속적으로, 수확 장치의 진동 동안, 수확 요소에 의해 발생된 전기 에너지는 수확 요소로부터 전기적 부하로 전달된다. 부하는 측정, 통신 및/또는 전력 저장 장치(도 15에 도시된 예 참조)를 위한 전자 회로를 포함할 수 있다. 방전된 수확 요소에 의한 에너지 손실에 기인하여, 그리고, 내부적 기계적 에너지에 기인하여, 발진 진폭은 점진적으로 쇠퇴한다. 다음 전이 지점은 관성 시스템을 다시 여기시키며, 수확은 타이어의 전체 사이클을 통한 교란 없이 실질적으로 지속될 수 있다. 도 14는 새로운 여기 및 수확 장치의 출력 전압의 진동의 쇠퇴를 도시한다.
수확 장치에 연결된 전기적 부하는 정류 회로, 전압 변환 회로, 전압 안정화 회로 및 에너지 저장 장치, 예를 들어, 슈퍼 커패시터를 포함한다.
비록, 수확 장치 동작 자체가 예시되어 있지만, 타이어 내의 수확 장치의 수를 단 하나에만 한정하고자 하는 것은 아니다. 대신, 실시예들에 따라서, 다수의 수확 장치가 구현된 수확 장치 뱅크 또는 매트릭스에 병렬로 동작될 수 있으며, 이는 장착 위치가 타이어의 곡률을 따르는 실시예에 따라서, 타이어 내에 장착될 수 있다. 적어도 하나의 수확 장치를 포함하는 이런 모듈은 타이어를 균형화하도록 대칭적으로 일 실시예에서 위치될 수 있으며 그리고/또는 사용을 위해 더 많은 에너지를 제공할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 전자 장치를 예시한다. 센서 뱅크(sensor bank)는 일 실시예에서 적어도 하나의 센서를 포함하지만, 다른 실시예에서, 타이어의 양들의 측정을 위한 센서의 앙상블을 포함한다. 양들은 온도 및 압력, 그리고, 가속 및/또는 타이어 위치일 수 있다. 따라서, 차량 드라이버가 비균형 상태로 인지되기 이전에도 비균형 타이어가 검출될 수 있다. 센서들은 측정 전자 장치에 의해 판독 및/또는 통신되며, 이는 일 실시예에서, 뱅크 내의 센서들 또는 센서들 중 특정 센서가 판독된다. 일 실시예에서, 취득된 측정 데이터는 타이어의 외부로 방송되는 송신기에 전송된다. 수신기 둘레의 점선은 수신기가 측정 회로에 신호를 전송하기 위해 사용되는 이런 실시예를 위한 선택성을 나타낸다. 신호는 취득 및 방송되는 측정 데이터를 위한 임계치 또는 공차 관련 판독 또는 시기설정된 및 간헐적 판독의 대신 또는 그에 병렬로 사용되는 경우 예로서 센서의 판독 명령에 관련될 수 있다.
송신기 및 수신기를 둘러싸는 점선은 언급된 송신기와 수신기가 송수신기를 형성하도록 통합되어 있는 실시예를 구현한다. 표시된 무선 블록은 일 실시예에 따라서 그 자체가 공지된 방식으로 구현될 수 있는 임펄스 라디오를 포함한다. 이 방식으로, 에너지 절약이 얻어지며, 수확 장치 파워가 에너지 저장부로 에너지를 전달하기 위해 충전 제어기 제어부에서 배터리를 충전하기 위해 사용될 수 있다. 선택적 실시예에서, 전자 장치의 동작의 제어를 위해 가용한 메모리 및/또는 마이크로프로세서(μP)가 존재할 수 있으며, 적절한 부분에서 측정 소프트웨어 및/또는 데이터를 저장한다.
일 실시예에 따라서, 마이크로프로세서 및/또는 메모리는 충분한 가용 에너지가 존재할 때 에너지 소스를 통해 동력공급될 수 있다. 또한, 마이크로프로세서는 그 목적에 따른, 전자 회로의 제어 및/또는 보고 임무를 수행하기 위해 수신기를 통해 각성되도록 배열될 수 있다.
일 실시예에서, 도 15에 표시된 블록 중 적어도 하나는 전용 수확 장치 뱅크를 구비하며, 그래서, 뱅크 내의 적어도 하나의 수확 장치는 상기 블록에 공급한다. 일 실시예에 따라서, 다수의 수확 장치 뱅크는 타이어에 부착될 수 있다. 이들 중 적어도 하나는 에너지 저장부에 공급되도록 배열될 수 있다. 일 실시예에 따라서, 뱅크는 요약하여 수확 장치 시스템으로서도 지칭되는 타이어내 수확 장치 시스템을 형성한다. 일 실시예에서, 시스템은 전용 전자 장치 부품으로 동작하도록 다수의 수확 장치 배열을 포함할 수 있다. 시스템 부품은 또한 회전시 타이어를 위한 안정성을 취득하도록 일 실시예의 타이어 구조체로 다양화될 수도 있다.
일 실시예에 따라서, 적어도 하나의 수확 장치(예로서, 도 12에서와 같이)는 타이어 구조체 내에 설치되도록 배열되는 수확 장치 모듈 내에 배열된다. 일 실시예에 따라서, 이런 수확 장치 모듈은 다수의 수확 장치를 (반드시는 아니지만) 포함할 수 있으며, 그래서 모듈 내에 수확 장치 뱅크를 형성한다. 수확 장치는 반드시 동일 동작 실시예로 구현될 필요는 없다. 그래서, 단일 뱅크 내에도 존재하는 굴곡 펜들럼 실시예 및/또는 비틀림 펜들럼 구현 수확 장치로서 구현된 바와 같은 다양한 변형 기반 펜들럼일 수 있다.
타이어 내에 장착된 다수의 모듈이 존재하는 일 실시예에 따라서, 이들은 회전 균형 타이어 구조체를 획득하도록 구현된 타이어에 대칭적으로 장착된다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 수확 장치는 트랜스듀서 수단(10)을 포함할 수 있으며, 대안 실시예에서, 트랜스듀서 수단은 트랜스듀서 수단이 적어도 하나의 고정 부분과 동적 부분을 포함하도록 다양화될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라서, 고정 부분은 자석 및/또는 코일을 포함할 수 있으며, 그래서, 이때, 동적 부분은 전자기 유도에 기초한 전기 에너지 생성을 위해 배열된 코일 및/또는 자석을 각각 포함한다. 일 실시예에 따라서, 동적 부분은 비임 및/또는 관성체를 따라 이동하도록 구성됨으로써, 응답 가능한 트랜스듀서 부분의 자력장은 본 실시예의 트랜스듀서 수단의 코일에 전자기력을 유도할 수 있다. 일 실시예에 따라서, 관성체는 코일을 포함한다. 일 실시예에 따라서, 코일은 인쇄 기판 코일로서 지지부 상에 존재한다. 일 실시예에 따라서, 관성체는 유도를 위한 자석을 포함한다. 일 실시예에 따라서, 동일 자석이 자기 스톱퍼로서 사용되지만 반드시 단지 이에만 한정될 필요는 없다. 본 발명의 대안 실시예에 따라서, 트랜스듀서의 동적 부분은 따라서 비임(7, 9)의 상호 작용은 간접적일 수 있으며, 즉, 예로서, 유도를 위한 동적 부분과 고정 부분 사이의 각각의 이동을 제공하도록 관성체를 경유할 수 있다.
일부 실시예에서, 트랜스듀서 수단은 또한 유도를 위한 정적 및 동적 부분에 추가로 압전 부분을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 이들이 격리되어 있을 때, 이들이 에너지를 공급하는 회로는 특정 개념 독립적 목적에서 다르게 사용될 수 있다.
본 기술 분야의 당업자는 본 발명의 도시된 실시예로부터 컨베이어 벨트 및/또는 신발 또는 다른 풋웨어 같은 다른 병진 수단이 역시 유사한 방식으로 여기될 수 있다는 것을 명백히 알 수 있을 것이다.
참조문헌
[1] US7415874
[2] US7414351

Claims (30)

  1. 기계적 도메인(domain)으로부터 전기적 도메인으로 에너지를 변환하기 위한 수확 장치(12)에 있어서,
    - 적어도 하나의 관성체(6),
    - 적어도 하나의 비임(7, 9),
    - 상기 적어도 하나의 비임(7, 9)에 대한 지지부(8) 및
    - 트랜스듀서 수단(10, 16)을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 비임(7, 9)은
    - 상기 비임(7, 9)이 상기 관성체(6)의 운동학적 상태 변화들(3, 4)에 따라 변형될 수 있도록 상기 지지부(8)로부터 현수된 펜들럼(pendulum) 구조체로 상기 관성체(6)를 구성하고,
    - 상기 관성체(6)의 운동학적 상태 및/또는 상기 비임(7, 9)의 변형된 상태에 응답하여 상기 트랜스듀서 수단(10)의 전기적 상태의 변화를 생성하도록 구성되는 적어도 하나의 트랜스듀서 수단(10, 16)과 상호 작용하도록 구성되는 수확 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수확 장치는 비틀림 변형을 위한 적어도 하나의 비임(7, 9)을 갖는 비틀림 펜들럼 구조체를 포함하는 수확 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 수확 장치는 그 중간 관성체(6)를 통한 비틀림 축을 형성하도록 구성되는 두 개의 비임들(7, 9)을 포함하고, 각 비임(7, 9)은 중간 관성체 자체의 대향 측부에서 상기 지지부(8)에 현수되는 수확 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 수확 장치에서, 상기 관성체는 적어도 세 개의 치수들을 가지고, 그 이동의 펜들럼 평면 내의 길이 치수(L)는 이동의 펜들럼 평면의 회전축에 수직으로 정렬되는 수확 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 비임(7, 9)은 상기 펜들럼 구조체 내의 굴곡 스프링 및/또는 비틀림 스프링으로서 동작하도록 구성되는 수확 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관성체(6)의 길이 치수(L)는 상기 비임의 길이 치수(l)에 비해 길고, 즉, 상기 길이(L)는 상기 비임(7, 9)의 길이(l)의 적어도 1.5배이고, 길이(l)는 상기 지지체와 상기 관성체(6)에 대한 현수 지점 사이에서 측정되는 수확 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비임들(7, 9)의 길이 치수(l)는 상기 관성체(6)의 길이 치수(L)에 비해 짧고, 즉, 상기 길이(l)는 상기 관성체(6)의 길이(L)의 최대 0.66배이고, 상기 길이(l)는 상기 지지부(8)와 상기 관성체(6)에 대한 현수 지점 사이에서 측정되는 수확 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부(8)는 상기 지지부(8)의 층을 통해 전기를 인도하기 위한 인도 구성을 포함하는 수확 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 지지부(8)의 층을 통해 전기를 인도하기 위한 상기 인도 구성은 상기 지지부 및/또는 커패시터를 통한 갈바닉 리드(galvanic lead)를 포함하고, 커패시터의 적어도 하나의 전극은 상기 트랜스듀서(10, 16)에 연결되는 수확 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 모듈 하우징(12),
    - 병진 수단(15)에 대한 부착 수단,
    - 적어도 하나의 과부하 스톱퍼(14),
    - 갈바닉 접점(11)을 위한 접촉 전극,
    - 전기적 구성요소(13), 수신기 및/또는 송신기 회로(13),
    - 정류기 회로,
    - 생성된 전류, 전압 및/또는 이들 중 적어도 하나로부터 유도될 수 있는 양(p)을 안정화하기 위한 필터 회로(13B),
    - 생성된 전기를 위한 에너지 저장부, 및
    - 자석, 코일 및/또는 압전 층을 더 포함하는 트랜스듀서(10) 부분
    중 적어도 하나를 포함하는 수확 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트랜스듀서(10)는 상기 비임들(7, 9) 중 적어도 하나의 굴곡에 전기적으로 응답하도록 구성된 압전 소자를 포함하는 수확 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 압전 소자는 상기 비임들(7, 9) 중 적어도 하나의 적어도 하나의 표면 상에 압전층을 포함하는 수확 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비임들(7, 9) 중 적어도 하나는 타이어 내로의 장착을 위해 반경 방향으로 길이방향 정렬되는 수확 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관성체(6)에 연결되어 있는 비임(7, 9)은 상기 수확 장치 지지부에 연결된 단부보다 상기 타이어의 회전 중심으로부터 더 먼 장착을 위해 존재하도록 구성되는 수확 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 트랜스듀서 수단(10, 16)은 상기 자석과 상기 코일 사이의 각도 및/또는 거리가 상기 지지부(8)에 관한 상기 관성체(6)의 이동에 따라 변할 때 전자기 유도를 발생시키도록 구성된 적어도 하나의 영구 자석과 적어도 하나의 코일을 포함하는 수확 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 수확 장치에서, 상기 트랜스듀서 수단(10)은 상기 관성체(6) 내에 적어도 하나의 코일을 포함하고, 상기 지지부(8)는 적어도 하나의 영구 자석을 갖는 수확 장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 수확 장치에서, 상기 트랜스듀서 수단(10)은 상기 지지부(8)에 적어도 하나의 코일을 포함하고, 상기 관성체(6)는 적어도 하나의 영구 자석을 구비하는 수확 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 수확 장치를 포함하는 수확 장치 매트릭스.
  19. 제 18 항의 적어도 하나의 수확 장치 매트릭스를 포함하는 수확 장치 매트릭스 시스템.
  20. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 수확 장치를 포함하는 수확 장치 모듈.
  21. 제 20 항에 있어서, 병진 수단(15)의 내부 라이너에 대한 부착 구조체를 포함하는 수확 장치 모듈.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 병진 수단(15)은 타이어, 휠, 컨베이어 벨트 또는 풋웨어(foot-wear)를 포함하는 수확 장치 모듈.
  23. 제 22 항에 따른 적어도 하나의 수확 장치를 포함하는 타이어.
  24. 안테나로서 타이어의 금속 부분에 수확 장치 연결 송신기를 연결하기 위한 연결 수단을 포함하는 타이어.
  25. 제 20 항의 수확 장치 모듈을 포함하는 풋웨어.
  26. 제 1 항에 있어서, 상기 관성체(6)는 균등한 질량 분포를 가지는 수확 장치.
  27. 제 1 항에 있어서, 상기 관성체(6) 부재는 상기 중간에서보다 상기 단부들에 위치된, 길이방향으로 측정된 더 많은 질량을 갖는 수확 장치.
  28. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수확 장치는 임펄스 무선 표준에 따라 동작할 수 있는 송수신기를 형성하도록 구성된 회로를 포함하는 수확 장치.
  29. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 과부하 스톱퍼(14)가 존재하고, 상기 스톱퍼의 자기 표면들의 직접적 접촉을 피하도록 자기 척력을 통해 정지 기능을 수행하도록 구성된 한 쌍의 자석들을 포함하는 수확 장치.
  30. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 과부하 스톱퍼가 상기 관성체(6) 상에 존재하는 수확 장치.
KR1020137008729A 2010-09-07 2011-09-07 에너지 수확/타이어 압력, 온도 및 타이어 데이터 송신기 KR20130135846A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20105929 2010-09-07
FI20105929A FI123941B (fi) 2010-09-07 2010-09-07 Energiankerääjärakenne ja -menetelmä
US13/167,193 2011-06-23
US13/167,193 US8878421B2 (en) 2011-06-23 2011-06-23 Energy harvesting/tire pressure, temperature and tire data transmitter
PCT/FI2011/050769 WO2012032222A1 (en) 2010-09-07 2011-09-07 Energy harvesting / tire pressure, temperature and tire data transmitter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130135846A true KR20130135846A (ko) 2013-12-11

Family

ID=45810163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137008729A KR20130135846A (ko) 2010-09-07 2011-09-07 에너지 수확/타이어 압력, 온도 및 타이어 데이터 송신기

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2614583B1 (ko)
KR (1) KR20130135846A (ko)
CN (1) CN103493357B (ko)
SG (1) SG188337A1 (ko)
WO (1) WO2012032222A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9344011B2 (en) 2014-01-31 2016-05-17 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for generating power for an electric sub-assembly of a motor vehicle
US10288058B2 (en) * 2014-09-25 2019-05-14 General Electric Company Method and system for an instrumented piston assembly
CN105774423B (zh) * 2016-04-11 2018-05-01 广州市佑航电子有限公司 一种基于无线传感器网络的汽车胎压智能监测装置
CN108195538B (zh) * 2018-02-08 2023-11-24 西南交通大学 一种用于研究摩擦振动能量回收效率的试验台

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1700351B1 (en) 2003-12-29 2007-10-03 Pirelli Tyre S.p.A. Method and system for generating electrical energy within a vehicle tyre
DE102005000996A1 (de) 2005-01-07 2006-07-20 Continental Teves Ag & Co. Ohg Reifenmodul sowie Luftreifen mit Reifenmodul
US7414351B2 (en) 2006-10-02 2008-08-19 Robert Bosch Gmbh Energy harvesting device manufactured by print forming processes
US20120267982A1 (en) * 2006-12-22 2012-10-25 The Regents Of The University Of California Non-contact mechanical energy harvesting device and method utilizing frequency rectification
US7605482B2 (en) * 2007-01-08 2009-10-20 Veryst Engineering Llc Method and apparatus for energy harvesting using energy storage and release
CN101641504A (zh) * 2007-01-08 2010-02-03 韦里斯特工程有限责任公司 利用能量存储和释放进行能量采集的方法和设备
US7498682B2 (en) * 2007-03-07 2009-03-03 Aaron Patrick Lemieux Electrical energy generator
GB2459685A (en) * 2008-04-30 2009-11-04 Silicon Sensing Systems Ltd Energy or power generation from centrifugal force
US8742912B2 (en) * 2008-12-31 2014-06-03 Stmicroelectronics, Inc. Self-powered sensor system for monitoring tire pressure
NO20091775L (no) * 2009-05-05 2010-11-08 Sinvent As Energihoster
FI20096034A (fi) * 2009-10-08 2011-04-09 Vti Technologies Oy Menetelmä ja järjestelmä energian keräämiseksi

Also Published As

Publication number Publication date
EP2614583A4 (en) 2014-08-27
CN103493357B (zh) 2016-09-28
CN103493357A (zh) 2014-01-01
WO2012032222A1 (en) 2012-03-15
EP2614583A1 (en) 2013-07-17
SG188337A1 (en) 2013-04-30
EP2614583B1 (en) 2017-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8878421B2 (en) Energy harvesting/tire pressure, temperature and tire data transmitter
US7631554B2 (en) Tire module and tire comprising a module of this type
EP2662971B1 (en) Piezoelectric power generator
US8011237B2 (en) Piezoelectric module for energy harvesting, such as in a tire pressure monitoring system
EP2508364B1 (en) Improvements in or relating to micro-power systems for a self-powered monitoring sensor
KR100817319B1 (ko) 이동형 기기의 전력 발생장치 및 이를 구비한자가발전시스템
CN109477856B (zh) 用于平面内加速度计的锚跟踪设备和相关方法
US20120206017A1 (en) Method and device for energy harvesting
KR20130135846A (ko) 에너지 수확/타이어 압력, 온도 및 타이어 데이터 송신기
JP2009527212A (ja) 射出成形により形成したエネルギ獲得デバイス
WO2006046938A1 (en) A miniaturized piezoelectric based vibrational energy harvester
US9893653B2 (en) Power generation device
JP6095119B2 (ja) エネルギー収穫／タイヤ圧、温度、及びタイヤデータ送信器
US10008660B2 (en) Generator unit for energy harvesting with a single force input point
CN103244599B (zh) 一种采用sma的元件级mems器件主动隔振器
CN107508492B (zh) 一种旗摆激励式风能采集器
CN107395055B (zh) 一种新型车载定位跟踪系统用振动俘能器
JP2014085129A (ja) 無給電センサ及びこれを用いた無線センサネットワーク
JP6009426B2 (ja) タイヤ状態監視装置
CN103168417B (zh) 集电器结构及方法

Legal Events

Date Code Title Description
WITB Written withdrawal of application