KR20150044593A - Device for energy harvesting - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a doughnut type energy harvesting device capable of receiving 2D vibration energy generated from the surroundings in a single structure through a structure to insert a plurality of cylindrical magnets into a doughnut type body, wherein the inside of the body is empty. The doughnut type energy harvesting device according to the present invention includes: the empty body, two or more movable magnets which are inserted into the body and have surfaces facing each other to have the same polarities, and a coil which is wound around the outer circumference of the body. Electric energy is generated by generating a current by making a plurality of movable magnets in the body pass through the coil by the mixture of a reciprocation motion and a circular motion by a repulsive force between the movable magnets when a vibration is applied from the outside.

Description

에너지 수확 장치{Device for energy harvesting}Device for energy harvesting

본 발명은 에너지 수확 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 진동에너지를 단일 구조물로 수용해 전기에너지로 변환하는 에너지 수확 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an energy harvesting apparatus, and more particularly, to an energy harvesting apparatus that receives vibration energy as a single structure and converts it into electric energy.

최근 다양한 무선 센서, 휴대용 기기들의 활용 및 보급과 더불어 기기가 사용되고 있는 환경에서 실시간으로 전력을 공급받고자 하는 요구가 증가하고 있으며, 이에 따라 주변 환경에 존재하는 여러 에너지로부터 전기에너지를 생산하는 에너지 수확 기술에 관한 연구 활동이 활발히 이루어지고 있다.In recent years, along with the utilization and spread of various wireless sensors and portable devices, there has been an increasing demand for receiving electric power in real time in an environment in which the device is being used. Accordingly, energy harvesting technology Research activities are being actively carried out.

그 중에서도 주변 환경이나 여러 플랫폼으로부터 발생하는 진동에너지를 전기에너지로 변환하여 사용하려는 기술은 가장 대표적인 에너지 수확 기술로 받아들여지고 있다.
Among them, the technology to convert vibration energy generated from the surrounding environment or various platforms into electric energy is considered as the most representative energy harvesting technology.

종래의 진동에너지를 수확하기 위한 기술은 변환 소자를 기준으로 압전 소자를 이용하는 방식, 정전 용량 소자를 이용하는 방식, 자석과 코일로부터의 전자기 유도를 이용하는 방식 등으로 분류될 수 있으며, 최근에는 이러한 방식들 중에서도 시스템 제작의 편의성 및 출력 안정성 등의 측면에서 다른 방식들에 비해 장점을 갖는 전자기 유도를 이용하는 방식에 관한 연구들이 주목을 받고 있다.Techniques for harvesting conventional vibration energy can be classified into a method using a piezoelectric element based on a conversion element, a method using a capacitance element, a method using electromagnetic induction from a magnet and a coil, and the like. Recently, Among them, studies on the method of using electromagnetic induction, which has advantages over other methods in view of convenience of system production and output stability, are attracting attention.

자석과 코일을 이용하는 전자기 유도 방식에 관한 최신 연구들은 구조적으로 크게 외팔보 형태, 실린터 형태를 선택하는 것이 대부분이며, 이러한 구조를 바탕으로 세부 파라미터의 변화를 통해 그 성능을 개선해 나가는 것에 초점을 두는 경향을 보이고 있다.Recent researches on electromagnetic induction methods using magnets and coils have largely selected a cantilever type or a cylinder type in terms of structure, and tend to focus on improving the performance by changing the detailed parameters based on such a structure .

그러나 도 1에 도시한 바와 같이, 외팔보와 실린더 형태의 에너지 수확장치들은 그 특성상 1차원적 에너지만을 수용하는 구조적 한계를 지니고 있으며, 이는 주행하는 자동차와 같이 여러 방향의 진동이 혼합되어 발생하는 실제 물리적 환경에서 진동에너지를 효과적으로 수용하기에 비효율적이라는 문제점이 있었다.
However, as shown in FIG. 1, the cantilever and cylinder type energy harvesting apparatuses have structural limitations that accept only one-dimensional energy due to their characteristics. This is because the actual physical There is a problem that it is inefficient to effectively accommodate the vibration energy in the environment.

따라서, 기존의 진동에너지 수확 방식들이 가지고 있는 1축 방향 에너지 수확의 한계를 극복하고 실제 환경에서 유용하게 적용될 수 있는 새로운 에너지 수확 기술이 필요한 실정이다.
Therefore, it is necessary to overcome the limitations of uni - directional energy harvesting of existing vibration energy harvesting methods and to use new energy harvesting technology which can be applied in practical environment.

한국공개특허공보 제2012-0024018호(출원일 : 2010.09.03)Korean Patent Publication No. 2012-0024018 (filed on September 30, 2010)

본 발명의 목적은 내부가 비어 있는 도넛 형태의 본체에 두 개 이상의 이동 자석이 삽입되는 구조의 에너지 수확 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide an energy harvesting apparatus having a structure in which two or more moving magnets are inserted into a donut-shaped main body having an empty interior.

또한, 본 발명의 다른 목적은 위 구조를 통해 진동의 방향과 주파수가 불규칙하게 발생하는 실제 물리적 환경에서 2차원적인 진동에너지의 수확이 이루어지도록 하는 에너지 수확 장치를 제공하는 것이다.
It is another object of the present invention to provide an energy harvesting apparatus for harvesting two-dimensional vibration energy in an actual physical environment in which directions and frequencies of vibration are irregularly generated through the above structure.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부가 비어 있는 도넛 형태의 본체와, 비어 있는 본체의 내부에 삽입되고 상호 마주하는 면이 같은 극성을 띄는 두 개 이상의 이동 자석과, 본체의 외주면에 등간격으로 나선형으로 감기는 코일을 포함하며, 외부로부터 진동이 가해질 시, 본체 내부의 두 개 이상의 이동 자석이 상호간의 척력에 의해 원 운동과 왕복 운동이 혼합된 형태로 코일을 지나가면서 전류를 발생시켜 전기에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 수확 장치를 제공할 수 있다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a magnetic bearing device comprising: a body having a hollow donut-shaped body; two or more moving magnets inserted in the hollow body and having polarities opposite to each other; And a coil wound around the outer circumferential surface at regular intervals. When two or more moving magnets in the main body are subjected to mutual repulsive force, a circular motion and a reciprocating motion are mixed with each other while passing through the coil, To generate an electric energy. The energy harvesting apparatus according to claim 1,

본체는 중심으로부터 방사 방향으로 절단했을 경우 그 단면이 원통 형상 또는 삼각형, 사각형 등 다양한 다각형 파이프 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 코일의 단락을 방지하기 위해 각 코일 양쪽에 칸막이가 배치될 수 있는 것을 특징으로 한다.
When the body is cut in the radial direction from the center, the body may be formed in any one of a variety of polygonal pipes such as a cylindrical shape, a triangular shape, and a quadrilateral shape, and a partition may be disposed on both sides of each coil to prevent short- .

다음으로, 이동 자석은 본체의 형상과 동일한 형상이 되도록 형성된다.Next, the moving magnet is formed to have the same shape as that of the main body.

또한, 상호 마주하는 면의 극성이 같도록 두 개의 이동 자석이 접착되고 이러한 이동 자석들의 다수가 상호 마주하는 면이 같은 극성을 띄도록 배치될 수도 있다.
Further, two moving magnets may be bonded such that the mutually facing faces have the same polarity, and a plurality of mutually facing faces of the moving magnets may be arranged to have the same polarity.

도넛형 에너지 수확 장치는 외부에서 본체로 유체가 흐를 수 있는 통로를 추가 구성함으로써 외부로부터 유입되는 유체에 의해 이동 자석의 변위를 유발시켜 전류를 발생시킬 수도 있으며 단일 구조를 이용하여 2축 방향으로 발생하는 2차원 진동 에너지를 통해 종래의 외팔보, 실린더 형태의 에너지 수확 장치보다 더 효과적으로 전기에너지를 발생시킬 수 있다.
A toroidal energy harvesting device can generate a current by inducing displacement of a moving magnet by a fluid introduced from the outside by adding a passage through which fluid can flow from the outside to the body, The energy can be generated more effectively than the conventional cantilever or cylinder type energy harvesting device through the two-dimensional vibration energy.

본 발명의 에너지 수확 장치에 따르면, 내부가 비어 있는 도넛 형태의 본체에 두 개 이상의 이동 자석이 삽입되는 구조를 통해 진동의 방향과 주파수가 불규칙하게 발생하는 환경에서 효과적으로 진동에너지를 수확할 수 있게 된다. According to the energy harvesting apparatus of the present invention, the vibration energy can be effectively harvested in an environment in which the direction and frequency of vibration are irregularly generated through the structure in which two or more moving magnets are inserted into a donut-shaped body having an empty interior .

본 발명의 에너지 수확 장치를 활용하면 자동차에 설치된 센서의 전력 공급 문제를 해결할 수 있다.The energy harvesting device of the present invention can solve the power supply problem of a sensor installed in an automobile.

또한, 개인용 이동 수단 및 레포츠 기기의 속도계, 후미등과 같은 전자기기들의 전력 공급 문제를 해결하기 위한 방법으로 활용될 수 있다.Also, it can be utilized as a method for solving the power supply problem of the electronic devices such as the speed meter and the tail lamp of the personal moving means and the leisure equipment.

또한, 인체에 부착 및 휴대되는 형태의 전자 기기와 인체의 활동 및 동작을 이용하는 인터페이스 기기에 접목되어 기기가 사용됨에 따라 전력을 얻고 그 전력을 통해 다시 기기를 동작시킬 수 있다.
In addition, an electronic device attached and carried to a human body and an interface device using the activity and operation of the human body are combined with each other to obtain power and operate the device again through the power.

도 1은 종래의 에너지 수확 장치를 나타내는 단면도;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 수확 장치를 나타내는 단면도;
도 3은 본체에 칸막이가 설치된 에너지 수확 장치를 나타내는 평면도;
도 4는 상호 마주하는 면의 극성이 같도록 두 개의 자석이 접착된 에너지 수확 장치를 나타내는 단면도;
도 5는 이동 자석의 변위를 유발시키기 위한 통로가 추가 구성된 에너지 수확 장치를 나타내는 단면도이다.1 is a sectional view showing a conventional energy harvesting apparatus;
FIG. 2 is a sectional view showing an energy harvesting apparatus according to a preferred embodiment of the present invention; FIG.
3 is a plan view showing an energy harvesting apparatus having a partition in a main body;
4 is a cross-sectional view showing an energy harvesting apparatus to which two magnets are adhered so that the polarities of facing surfaces are the same;
Fig. 5 is a sectional view showing an energy harvesting apparatus to which a passage for causing displacement of the moving magnet is additionally provided. Fig.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 수확 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, an energy harvesting apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 에너지 수확 장치(100)는 진동의 발생 방향, 진폭 및 주파수가 불규칙적으로 발생하는 플랫폼에 부착되어 플랫폼에서 발생하는 진동에너지로부터 전기에너지를 얻기 위한 것으로, 본체(110), 이동 자석(120), 코일(130)을 포함한다.
As shown in FIG. 2, the energy harvesting apparatus 100 according to the present embodiment is for obtaining electric energy from vibration energy generated in the platform, attached to a platform where vibration direction, amplitude and frequency are irregularly generated A main body 110, a moving magnet 120, and a coil 130.

본체(110)는 소정의 둘레 길이를 가지며 내부가 비어 있는 도넛 형태로 형성되며, 도 3에 도시한 바와 같이, 그 외주면에 코일이 감기는 것을 용이하게 하고 각 코일의 단락을 방지하기 위해 칸막이(111)가 배치될 수 있다.The main body 110 is formed in a donut shape having a predetermined circumferential length and an empty interior. As shown in FIG. 3, the main body 110 has a partition (not shown) for facilitating winding of the coil on the outer circumferential surface thereof, 111 may be disposed.

본 실시예에서의 본체(110)는 중심에서 방사(radial) 방향으로 절단했을 경우 그 단면이 원통 형상이나, 필요에 따라 삼각형, 사각형 등 다양한 다각형 파이프로 형성되어도 무방하다.
The main body 110 in the present embodiment may have a cylindrical shape in cross section when cut in the radial direction from the center, but may be formed of various polygonal pipes such as a triangle or a quadrangle if necessary.

이동 자석(120)은 원통 형상 또는 본체와 같은 곡률을 갖는 환형 조각의 일부분으로 형성될 수 있으며, 본체(110)의 내부에 상호 마주하는 면이 같은 극성을 띄도록(NS-SN-NS-SN) 삽입된다.The moving magnet 120 may be formed in a cylindrical shape or as a part of an annular piece having a curvature such as a main body and may be formed such that the mutually facing surfaces of the main body 110 have the same polarity (NS-SN-NS-SN ).

그리하여 외부로부터 진동이 가해질 경우 본체(110) 내부의 두 개 이상의 이동 자석(120)이 상호간의 척력에 의해 움직이도록 설치된다.Thus, when vibration is applied from the outside, two or more moving magnets 120 inside the main body 110 are installed to move by repulsive force between each other.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 이동 자석(120)은 상호 마주하는 면의 극성이 같도록 두 개의 자석이 접착되고 이러한 자석들의 다수가 상호 마주하는 면이 같은 극성을 띄도록(NSSN-NSSN-NSSN) 배치될 수 있다.
4, two magnets are bonded such that the mutually opposing faces of the moving magnets 120 have the same polarity, and the faces of the magnets facing each other have the same polarity (NSSN-NSSN -NSSN).

코일(130)은 도전체로 이루어진 와이어(wire)로 구성되며, 본체(110)의 외주면을 나선형으로 감싸도록 형성된다.The coil 130 is formed of a wire made of a conductor and is formed to spirally surround the outer circumferential surface of the main body 110.

이 때, 코일은 등간격으로 감긴다.At this time, the coils are wound at regular intervals.

또한, 코일(130)은 이동 자석(120)의 운동으로부터 발생되는 전자기 유도 현상에 의해 전류를 발생시켜 전기에너지를 획득한다.
In addition, the coil 130 generates an electric current by the electromagnetic induction phenomenon generated from the motion of the moving magnet 120 to acquire electric energy.

상기 구성으로, 외부로부터 진동이 가해질 시, 본체(110) 내부에서 이동 자석(120)이 원 운동과 왕복 운동이 혼합된 형태로 이동을 하게 된다. 이에 따라, 이동 자석(120)이 본체(110)의 외주면에 감겨진 코일(130)을 지나면서 코일(130)을 통해 전류를 발생시킨다.
In this configuration, when vibration is externally applied, the moving magnet 120 moves within the main body 110 in a mixed form of a circular motion and a reciprocating motion. Accordingly, the moving magnet 120 generates a current through the coil 130 while passing through the coil 130 wound around the outer circumferential surface of the main body 110.

도 5에 도시한 바와 같이, 에너지 수확 장치(100)는 외부에서 본체(110)로 유체(200)가 흐를 수 있는 통로(140)를 추가 구성함으로써, 외부로부터 유입되는 유체(200)에 의해 이동 자석(120)의 변위를 유발시키는 방식으로 전류를 얻을 수도 있다.5, the energy harvesting apparatus 100 further includes a passage 140 through which the fluid 200 can flow from the outside to the main body 110, so that the energy can be moved by the fluid 200 flowing from the outside The current may be obtained in such a manner as to cause displacement of the magnet 120.

이렇게 생성된 전류는 무선 센서나 각종 전자 기기들에 공급될 수 있다.
The generated current can be supplied to a wireless sensor or various electronic devices.

이처럼, 에너지 수확장치(100)는 단일 구조를 이용하여 2축 방향으로 발생하는 2차원 진동에너지를 통해 종래의 외팔보, 실린더 형태의 에너지 수확 장치보다 더 효과적으로 전기에너지를 발생시킬 수 있다.
As described above, the energy harvesting apparatus 100 can generate electric energy more effectively than the conventional cantilever and cylinder type energy harvesting apparatus through the two-dimensional vibration energy generated in the biaxial direction using a single structure.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조로 본 발명의 에너지 수확 장치에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.
Although the energy harvesting apparatus of the present invention has been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, the scope of rights of the present invention is not limited to the above-described embodiments, And various modifications thereof are possible.

100 : 에너지 수확 장치
110 : 본체 111 : 칸막이
120 : 이동 자석 130 : 코일
140 : 통로 200 : 유체100: energy harvesting device
110: main body 111: partition
120: moving magnet 130: coil
140: passage 200: fluid

Claims (9)

내부가 비어 있는 본체;
상기 비어 있는 본체의 내부에 삽입되고 상호 마주하는 면이 같은 극성을 띄는 두 개 이상의 이동 자석;
상기 본체의 외주면에 감기는 코일을 포함하며,
외부로부터 진동이 가해질 시, 상기 본체 내부의 두 개 이상의 이동 자석이 상호간의 척력에 의해 원 운동과 왕복 운동이 혼합된 형태로 코일을 지나가면서 전류를 발생시켜 전기에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 수확 장치.
An empty body;
Two or more moving magnets inserted into the hollow main body and having mutually facing surfaces of the same polarity;
And a coil wound around the outer circumferential surface of the body,
Wherein when two or more moving magnets in the main body are applied with vibration from the outside, electric current is generated by generating a current while passing through the coil in a form of mixing circular motion and reciprocating motion by repulsive force of each other. Harvesting device.
청구항 1에 있어서,
상기 본체는 내부가 비어 있는 도넛 형태인 것을 특징으로 하는 에너지 수확 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the body is in the form of a donut with an empty interior.
청구항 2에 있어서,
상기 본체는 중심으로부터 방사(radial) 방향으로 절단했을 경우 그 단면이 원통 형상 또는 삼각형, 사각형 등 다양한 다각형 파이프 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 수확 장치.
The method of claim 2,
Wherein the main body is formed in one of a variety of polygonal pipes such as a cylindrical shape, a triangular shape, and a quadrilateral shape when the main body is cut in the radial direction from the center.
청구항 1에 있어서,
상기 코일은 상기 본체의 외주면에 등간격의 나선형으로 감기는 것을 특징으로 하는 에너지 수확 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the coil is wound on the outer circumferential surface of the main body in a spiral shape at equal intervals.
청구항 4에 있어서,
상기 본체에는 상기 코일의 단락을 방지하기 위해 각 코일 양쪽에 칸막이가 배치되는 것을 특징으로 하는 도넛형 에너지 수확 장치.
The method of claim 4,
Wherein the body is provided with a partition on each side of each coil to prevent shorting of the coil.
청구항 1에 있어서,
상기 이동 자석은 상기 본체의 형상과 동일한 형상이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 수확 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the moving magnet is formed to have the same shape as that of the main body.
청구항 1에 있어서,
상기 이동 자석은 상호 마주하는 면의 극성이 같도록 두 개의 이동 자석이 접착되고 이러한 이동 자석들의 다수가 상호 마주하는 면이 같은 극성을 띄도록 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 수확 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the moving magnet has two moving magnets adhered such that the mutually facing faces have the same polarity, and a plurality of mutually facing faces of the moving magnets are arranged to have the same polarity.
청구항 1에 있어서,
상기 도넛형 에너지 수확 장치는 외부에서 본체로 유체가 흐를 수 있는 통로를 추가 구성함으로써 외부로부터 유입되는 유체에 의해 이동 자석의 변위를 유발시켜 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 에너지 수확 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the donut-shaped energy harvesting apparatus further comprises a passage through which fluid can flow from the outside to the body, thereby generating a current by causing displacement of the moving magnet by a fluid introduced from the outside.
청구항 8에 있어서,
상기 도넛형 에너지 수확 장치는 단일 구조를 이용하여 2축 방향으로 발생하는 2차원 진동 에너지로 전기에너지를 발생시키는 것을 특징으로 하는 에너지 수확 장치.The method of claim 8,
Wherein the toroidal energy harvesting apparatus generates electric energy by two-dimensional vibration energy generated in a biaxial direction using a single structure.
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