KR20160135445A

KR20160135445A - 에너지 하비스터

Info

Publication number: KR20160135445A
Application number: KR1020150068733A
Authority: KR
Inventors: 임정열; 김재훈
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2015-05-18
Filing date: 2015-05-18
Publication date: 2016-11-28
Also published as: KR101709322B1

Abstract

진동을 전기 에너지로 변환하는 에너지 하비스터가 개시되며, 상기 에너지 하비스터는 내부에 소정의 공간이 형성된 제1 하우징; 상기 제1 하우징을 관통하도록 결합된 중심축; 상기 제1 하우징의 내측 둘레면을 따라 결합되고, 상기 중심축과 나란한 방향으로 소정 거리만큼 이격된 복수의 자석을 포함하는 자석부; 상기 제1 하우징의 내부에 위치하고, 상기 중심축에 고정된 코일부; 및 상기 제1 하우징을 탄성지지하는 탄성부를 포함하되, 상기 자석부는 제1 극성이 중심축을 바라보는 중앙자석부; 상기 중앙자석부의 상부에 결합되고, 제2 극성이 중심축을 바라보는 상부자석부; 및 상기 중앙자석부의 하부에 결합되고 제2 극성이 중심축을 바라보는 하부자석부를 포함하고, 상기 코일부의 높이는 상기 상부자석부와 중앙자석부의 각 높이 또는 상기 하부자석부와 중앙자석부의 각 높이를 합산한 값보다 작은 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 하비스터{ENERGY HARVESTER}

본원은 에너지 하비스터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진동원에서 발생한 진동을 전기 에너지로 변환하는 에너지 하비스터에 관한 것이다.

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.

예를 들어, 종래의 철도 모니터링 시스템은 지상(또는 정비 창)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 방지할 수 없다는 한계가 있었다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 철도 차량의 각 구성요소의 동작 상태를 모니터링하는 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.

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.

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.

일반적으로, 에너지 하비스팅 기술을 통해 얻을 수 있는 전력 수준은 대략 마이크로 와트(㎼)에서 밀리 와트(㎽) 급 정도이다.

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.

한편, 대한민국공개특허 제 10-2012-0024018호(발명의 명칭: 에너지 하비스터)에서는 외부에서 전해지는 진동 에너지를 이용하여 전기 에너지로 변환하는 에너지 하비스터를 개시하고 있다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 에너지 발생 효율을 향상시키는 에너지 하비스터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터는, 내부에 소정의 공간이 형성된 제1 하우징; 상기 제1 하우징을 관통하도록 결합된 중심축; 상기 제1 하우징의 내측 둘레면을 따라 결합되고, 상기 중심축과 나란한 방향으로 소정 거리만큼 이격된 복수의 자석을 포함하는 자석부; 상기 제1 하우징의 내부에 위치하고, 상기 중심축에 고정된 코일부; 및 상기 제1 하우징을 탄성지지하는 탄성부를 포함하되, 상기 자석부는 제1 극성이 중심축을 바라보는 중앙자석부; 상기 중앙자석부의 상부에 결합되고, 제2 극성이 중심축을 바라보는 상부자석부; 및 상기 중앙자석부의 하부에 결합되고 제2 극성이 중심축을 바라보는 하부자석부를 포함하고, 상기 코일부의 높이는 상기 상부자석부와 중앙자석부의 각 높이 또는 상기 하부자석부와 중앙자석부의 각 높이를 합산한 값보다 작은 것을 특징으로 한다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 내부 또는 외부에서 발생된 진동에 의해 보빈의 자속의 극성이 변하게 되고, 자속의 극성 변화를 통해 자가 발전함으로써, 반영구적으로 전기 에너지를 생성할 수 있다.

또한, 내부 또는 외부의 진동 시, 코일부가 상부자석부 및 중앙자석부 또는 중앙자석부 및 하부자석부의 내부에 위치하고, 이에 따라 코일부의 단면을 통과하는 자기 선속의 변화율을 향상시켜, 에너지 발생 효율이 크게 향상될 수 있다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 무선 센서 장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터의 단면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터의 작동 예시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 하비스터의 단면도이다.
도 6은 종래의 에너지 하비스터의 개념도이다.

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.

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.

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.

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.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 무선 센싱 장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터의 단면 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터의 작동 예시도이며, 도 5는 다른 실시예에 따른 에너지 하비스터의 단면도이고, 도 6은 종래의 에너지 하비스터의 개념도이다.

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.

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.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터(100)(이하, ‘본 에너지 하비스터(100)’라 함)에 대하여 기술하기로 한다.

본 에너지 하비스터(100)는 제1 하우징(110), 중심축(120), 자석부(130), 코일부(140), 및 탄성부(도면부호 미부여)를 포함한다.

제1 하우징(110)은 내부에 소정의 공간이 형성되고, 소정의 공간에 자석부(130) 및 코일부(140)가 배치될 수 있다. 예시적으로, 제1 하우징(110)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 원기둥 형상일 수 있으나, 이는 일 실시예일뿐 이에 한정되지 않는다.

제1 하우징(110)은 소정의 탄성 계수를 갖는 탄성 부재로 제작되거나 강자성체 및 반자성체와 상자성체를 포함하는 비자성체 중 어느 하나로 제작될 수 있으나 기재된 예들에 한정되지 않는다.

예를 들어, 제1 하우징(110)이 비자성체로 형성될 경우 자계를 갖는 자성체로부터 자화되지 않게 된다. 또한, 강자성 재료로 구성된 주변 장치가 자계 아래 놓을 때 기계적 변형이 발생하는 것과 같은 자기변형 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 에너지 하비스터(100)는 내부에 소정의 공간이 형성되고, 내부에 제1 하우징(110)이 위치하는 제2 하우징(160)을 더 포함할 수 있다.

중심축(120)은 제1 하우징(110)을 관통하여 고정되어 있을 수 있다.

좀 더 상세하게는, 제1 하우징(110)에는 서로 대응되는 제1 면 및 제2 면에 관통홀(111)이 형성되고, 중심축(120)은 관통홀(111)에 삽입될 수 있다. 또한, 관통홀(111)과 중심축(120) 사이에는 베어링부(112)가 위치하여, 제1 하우징(110)이 상하방향으로 원활히 병진운동될 수 있다. 또한, 중심축(120)은 양단부가 제2 하우징(160)의 내측면에 각각 고정될 수 있다.

제1 하우징(110)은 진동원으로부터 발생된 진동에 의해 중심축(120)을 따라 병진운동할 수 있으며, 이에 따라 전자기 유도에 의해 전기 에너지를 생성될 수 있다.

상술한 제1 면이란 도 2의 12시방향에 위치한 면이고, 제2 면이란 도 2의 6방향에 위치한 면일 수 있다.

한편, 중심축(120)은 제2 하우징(160)이 설치되는 위치의 면에 대하여 나란히 또는 수직으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 에너지 하비스터(100)는 도 2에 도시된 제2 하우징(160)의 아랫면이 설치 위치와 맞닿아 배치될 수 있고, 이러한 경우 중심축(120)은 제2 하우징(160)이 설치되는 위치의 면에 대하여 수직으로 배치될 수 있다.

다른 예로는, 본 에너지 하비스터(100)는 도 2에 도시된 제2 하우징(160)의 옆면이 설치 위치와 맞닿아 배치될 수 있고, 이러한 경우 중심축(120)은 제2 하우징(160)이 설치되는 위치의 면에 대하여 나란하게 배치될 수 있다.

즉, 중심축(120)이 제2 하우징(160)이 설치되는 위치의 면에 대하여 나란히 배치되는 경우, 제1 하우징(110)은 제2 하우징(160)이 설치되는 위치의 면과 나란한 방향으로 병진운동할 수 있다. 또한, 중심축(120)이 제2 하우징(160)이 설치되는 위치의 면에 대하여 수직으로 배치되는 경우, 제1 하우징(110)은 제2 하우징(160)이 설치되는 위치의 면과 수직한 방향으로 병진운동할 수 있다.

자석부(130)는 제1 하우징(110)의 내측 둘레면을 따라 결합되고, 중심축(120)과 나란한 방향으로 소정 거리만큼 이격된 복수의 자석을 포함할 수 있다.

또한, 자석부(130)는 제1 극성이 중심축을 바라보는 중앙자석부(131), 중앙자석부(131)의 상부에 결합되고, 제2 극성이 중심축을 바라보는 상부자석부(132), 및 중앙자석부(131)의 하부에 결합되고 제2 극성이 중심축을 바라보는 하부자석부(133)를 포함한다.

예시적으로, 각각의 자석부(131,132,133)는 링형으로 형성되고, 내측면과 외측면이 서로 반대되는 극성을 가질 수 있다. 즉, 중앙자석부(131)는 내측면이 제1 극성을 가지며, 외측면이 제2 극성을 가지고, 상부자석부(132) 및 하부자석부(133)는 내측면이 제2 극성을 가지며, 외측면이 제1 극성을 가질 수 있다.

다른 예로는, 각각의 자석부(131,132,133)는 제1 극성 또는 제2 극성이 중심축을 바라보는 복수개의 영구자석(미도시)을 포함할 수 있다. 즉, 중앙자석부(131)는 제1 하우징(110)의 둘레면을 따라 복수개의 영구자석을 포함하되, 각각의 영구자석은 중심축(120)을 바라보는 극성이 제1 극성을 가지고, 제1 하우징(110)의 둘레면을 바라보는 극성이 제2 극성을 가질 수 있다. 또한, 상부자석부(131) 및 하부자석부(132)는 제1 하우징(110)의 둘레면을 따라 복수개의 영구자석을 포함하되, 각각의 영구자석은 중심축(120)을 바라보는 극성이 제2 극성을 가지고, 제1 하우징(110)의 둘레면을 바라보는 극성이 제1 극성을 가질 수 있다.

코일부(140)는 제1 하우징의 내부에 위치하고, 중심축(120)에 고정된다. 또한, 코일부(140)는 코일(142)이 권선되고, 중심축(120)에 고정된 보빈(141)을 포함한다.

또한, 코일부(140)는 제1 하우징(120)의 병진운동에 의해 상부자석부(132) 및 중앙자석부(131) 또는 하부자석부(133) 및 중앙자석부(131)와 오버랩될 수 있다. 여기서 코일부(140)와 상부자석부(132) 및 중앙자석부(131) 또는 하부자석부(133) 및 중앙자석부(131)가 오버랩되는 과정, 즉 전자기 유도 과정을 통해 유도 기전력을 생성할 수 있다.

보빈(141)은 코일(142)이 권선되고, 중심축(120)에 고정된 웨브부(141a), 웨브부(141a)의 상단부로부터 방사상으로 연장 형성된 상부플렌지부(141b), 및 웨브부(141a)의 하단부로부터 방사상으로 연장 형성된 하부플렌지부(141c)를 포함할 수 있다.

탄성부는 제1 하우징(110)의 상부 및 하부에 각각 위치하여, 제1 하우징(110)을 탄성지지한다.

예시적으로, 탄성부는 제1 하우징(110)의 외부면 및 제2 하우징(160)의 내부면 사이에 배치될 수 있다. 또한, 탄성부는 제1 하우징(120)의 상부에 위치하는 상부 자성 스프링(151) 및 제1 하우징(120)의 하부에 위치하는 하부 자성 스프링(152)을 포함하고, 각각의 자성 스프링(151,152)은 서로 마주보는 면의 자기극이 동일한 자성체 쌍일 수 있다. 자성체 쌍의 마주보는 면의 자기극은 모두 N극 또는 모두 S극과 같이 서로 동일한 자기극을 띄고 있으며, 이에 따라, 척력에 의해 탄성체로서 기능을 할 수 있다.

또한, 탄성부는 제1 하우징(110)이 상하방향으로 병진운동할 경우, 코일부(140)가 상부자석부(132) 및 중앙자석부(131) 또는 하부자석부(133) 및 중앙자석부(131)의 자계와 오버랩되도록 제1 하우징(110)의 운동범위를 제한할 수 있다. 이를 위해, 코일부(140)의 높이는 상부자석부(132)와 중앙자석부(131)의 각 높이 또는 하부자석부(133)와 중앙자석부(131)의 각 높이를 합산한 값보다 작은 것을 특징으로 한다.

또한, 도 2를 참조하면, 제1 하우징(120)이 비진동 시, 상부플렌지부(141b)는 상부자석부(132)와 중앙자석부(131) 사이에 위치하고, 하부플렌지부(141c)는 하부자석부(133)와 중앙자석부(131) 사이에 위치할 수 있다.

상술한 상부플렌지부(141b)가 상부자석부(132)와 중앙자석부(131) 사이에 위치한다는 것은, 상부자석부(132)와 중앙자석부(131)가 이격된 공간에 상부플렌지부(141b)가 정확히 일치하여 위치하는 경우 또는 상부플렌지부(141b)가 상부자석부(132)의 하부 및 중앙자석부(131)의 상부의 부근에 위치하는 경우를 의미할 수 있다.

또한, 하부플렌지부(141c)가 하부자석부(133)와 중앙자석부(131) 사이에 위치한다는 것은, 하부자석부(133)와 중앙자석부(131)가 이격된 공간에 하부플렌지부(141c)가 정확히 일치하여 위치하는 경우 또는 하부플렌지부(141c)가 중앙자석부(131)의 하부 및 하부자석부(133)의 상부의 부근에 위치하는 경우를 의미할 수 있다.

도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터(100)의 구동에 대해서 설명한다.

본 에너지 하비스터(100)는 상부자석부(132) 및 중앙자석부(131) 또는 하부자석부(133) 및 중앙자석부(131)에 의하여 코일부(140)를 따라 자기선속이 유도될 수 있다.

도 4의 (a)를 참조하면, 코일부(140)는, 제1 하우징(110)이 외부진동에 따라 상부방향으로 이동될 경우, 하부자석부(133) 및 중앙자석부(131)의 자속이 코일부(140)로 유도될 수 있다.

좀 더 상세하게는, 외부진동에 따라 제1 하우징(110)이 상부방향으로 이동될 경우, 보빈(141)의 상부플렌지부(141b)는 중앙자석부(131)의 내측에 위치하고, 보빈(141)의 하부플렌지부(141c)는 하부자석부(133)의 내측에 위치할 수 있다. 이때, 코일부(140)는 중앙자석부(131) 및 하부자석부(133)에 의하여 발생하는 자기선속에 의해서 에너지가 발생할 수 있다.

도 4의 (b)를 참조하면, 코일부(140)는, 외부진동에 따라 제1 하우징(110)이 하부방향으로 이동될 경우, 상부자석부(132) 및 중앙자석부(131)의 자속이 코일부(140)로 유도될 수 있다.

좀 더 상세하게는, 외부진동에 따라 제1 하우징(110)이 하부방향으로 이동될 경우, 보빈(141)의 상부플렌지부(141b)는 상부자석부(132)의 내측에 위치하고, 보빈(141)의 하부플렌지부(141c)는 중앙자석부(131)의 내측에 위치할 수 있다. 이때, 코일부(140)는 상부자석부(132) 및 중앙자석부(131)에 의하여 발생하는 자기선속에 의해서 에너지가 발생할 수 있다.

이와 같은 구성에 따라, 본 에너지 하비스터(100)는 잉여자석에 의하여 발생하는 자속이 에너지 발생을 방해하는 동작을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 6을 참조하면, 종래의 에너지 하비스터(20)는 소정의 거리만큼 이격되어 있는 상부자석부(21) 및 하부자석부(22) 사이에 배치되어 상하방향으로 병진운동하는 코일부(23)를 포함한다.

이와 같은, 종래의 에너지 하비스터(20)는 코일부(23)가 상부자석부(21) 및 하부자석부(22)의 자기선속에 영향을 받아 전기에너지 발생효율이 낮아지는 문제점이 있다.

좀 더 상세하게는, 도 6(a)를 참조하면, 코일부(23)가 상부방향으로 이동할 경우, 상부자석부(21)의 자기선속이 코일부(23)를 통과할뿐만 아니라 하부자석부(22)의 자기선속 또한 코일부(23)를 통과한다. 또한, 도 6(b)를 참조하면, 코일부(23)가 하부방향으로 이동할 경우, 하부자석부(22)의 자기선속이 코일부(23)를 통과할뿐만 아니라 상부자석부(21)의 자기선속 또한 코일부(23)를 통과한다.

이에 따라, 종래의 에너지 하비스터(20)는, 진동에 의해서 코일부(23)가 병진운동을 하여도, 상부자석부(21) 및 하부자석부(22)의 자기선속이 코일부(23)를 통과하여 전기에너지 발생효율이 낮아지는 문제점이 있다.

하지만, 본 에너지 하비스터(100)는, 상술한 바와 같이, 상부자석부(132) 및 중앙자석부(131) 또는 하부자석부(133) 및 중앙자석부(131)의 자기선속이 코일부(140)를 통과함에 따라 효율적으로 전기에너지를 생산할 수 있는 효과가 있다.

즉, 제1 하우징(110)이 상부에 위치할 때는 하부자석부(133) 및 중앙자석부(131)의 자기선속이 코일부(140)를 통과하고, 제1 하우징(110)이 하부에 위치할 때는 상부자석부(132) 및 중앙자석부(131)의 자기선속이 코일부(140)를 통과할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 상부자석부(132) 및 중앙자석부(131) 또는 하부자석부(133) 및 중앙자석부(131)에 의해 보빈(141)에 형성된 자속의 극성 변화에 의해서 에너지를 생산할 뿐만 아니라, 코일부(140) 단면을 통과하는 자기 선속의 변화율을 향상시켜, 에너지 발생 효율을 향상시킬 수 있다.

도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 하비스터(102)에 대해서 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 하비스터(102)의 탄성부는 탄성구조물(153,154)로 구성될 수 있다.

탄성구조물(153,154)는 제1 하우징(120)의 상부에 위치하는 상부 탄성구조물(153) 및 제1 하우징(120)의 하부에 위치하는 하부 탄성구조물(154)을 포함할 수 있다. 또한, 탄성구조물(153,1543)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 코일 스프링으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 판 스프링, 캔틸레버 빔 등과 같은 탄성력을 가지는 구조물일 수 있다.

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.

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.

100 : 에너지 하비스터
110 : 제1 하우징 111 : 관통홀
112 : 베어링부
120 : 중심축
130 : 자석부
131 : 중앙자석부 132 : 상부자석부
133 : 하부자석부
140 : 코일부
141 : 보빈 141a : 웨브부
141b : 상부플렌지부 141c : 하부플렌지부
142 : 코일
151,152 :자성 스프링
153,154 : 탄성구조물
160 : 제2 하우징

Claims

진동을 전기 에너지로 변환하는 에너지 하비스터에 있어서,
내부에 소정의 공간이 형성된 제1 하우징;
상기 제1 하우징을 관통하도록 결합된 중심축;
상기 제1 하우징의 내측 둘레면을 따라 결합되고, 상기 중심축과 나란한 방향으로 소정 거리만큼 이격된 복수의 자석을 포함하는 자석부;
상기 제1 하우징의 내부에 위치하고, 상기 중심축에 고정된 코일부; 및
상기 제1 하우징을 탄성지지하는 탄성부를 포함하되,
상기 자석부는
제1 극성이 중심축을 바라보는 중앙자석부;
상기 중앙자석부의 상부에 결합되고, 제2 극성이 중심축을 바라보는 상부자석부; 및
상기 중앙자석부의 하부에 결합되고 제2 극성이 중심축을 바라보는 하부자석부를 포함하고,
상기 코일부의 높이는 상기 상부자석부와 중앙자석부의 각 높이 또는 상기 하부자석부와 중앙자석부의 각 높이를 합산한 값보다 작은 것인 에너지 하비스터.
제1항에 있어서,
상기 제1 하우징이 상부방향으로 이동될 경우,
상기 코일부는 상기 하부자석부 및 상기 중앙자석부의 자속에 의해 유도기전력을 생성하는 것인 에너지 하비스터.
제1항에 있어서,
상기 제1 하우징이 하부방향으로 이동될 경우,
상기 코일부는 상기 중앙자석부 및 상기 상부자석부의 자속에 의해 유도기전력을 생성하는 것인 에너지 하비스터.
제1항에 있어서,
상기 각각의 자석부는
링형으로 형성되고, 내측면과 외측면이 서로 반대되는 극성을 가지는 것인 에너지 하비스터.
제1항에 있어서,
상기 각각의 자석부는
제1 극성 또는 제2 극성이 중심축을 바라보는 복수개의 영구자석을 포함하는 것인 에너지 하비스터.
제1항에 있어서,
상기 코일부는
코일이 권선되고, 상기 중심축에 고정된 보빈을 포함하고,
상기 보빈은
상기 코일이 권선되고, 상기 중심축에 고정된 웨브부;
상기 웨브부의 상단부로부터 방사상으로 연장 형성된 상부플렌지부; 및
상기 웨브부의 하단부로부터 방사상으로 연장 형성된 하부플렌지부를 포함하는 것인 에너지 하비스터.
제6항에 있어서,
상기 제1 하우징이 비진동 시,
상기 상부플렌지부는 상기 상부자석부와 중앙자석부 사이에 위치하고,
상기 하부플렌지부는 상기 하부자석부와 중앙자석부 사이에 위치하는 것인 에너지 하비스터.
제1항에 있어서,
상기 탄성부는
상기 제1 하우징의 상부 및 하부에 각각 위치하는 자성 스프링을 포함하되,
상기 각 자성 스프링은 서로 마주보는 면의 자기극이 동일한 자성체 쌍을 포함하는 것인 에너지 하비스터.
제1항에 있어서,
상기 탄성부는
상기 제1 하우징의 상부 및 하부에 각각 위치하는 탄성구조물을 포함하는 것인 에너지 하비스터.
제1항에 있어서,
상기 제1 하우징은
서로 대응되는 제1면 및 제2면에 상기 중심축이 관통되는 관통홀; 및
상기 관통홀과 상기 중심축 사이에 위치하는 베어링부를 포함하는 것인 에너지 하비스터.
제1항에 있어서,
내부에 소정의 공간이 형성되고, 내부에 상기 제1 하우징이 위치하는 제2 하우징을 포함하고,
상기 제1 하우징의 외부면 및 상기 제2 하우징의 내부면 사이에 상기 탄성부가 배치되고,
상기 제2 하우징의 내측면에 상기 중심축의 양단부가 각각 고정되는 에너지 하비스터.
무선 센서 장치에 있어서,
청구항 제1항 내지 청구항 제11항 중 어느 한 항에 기재된 에너지 하비스터 및
상기 에너지 하비스터로부터 변환된 에너지를 제공 받고, 측정된 센싱 정보를 송신하는 통신 모듈을 포함하는 무선 센서 장치.