KR20180041375A - Powerless Sensor Tag using the Return Current - Google Patents

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KR20180041375A KR1020160133431A KR20160133431A KR20180041375A KR 20180041375 A KR20180041375 A KR 20180041375A KR 1020160133431 A KR1020160133431 A KR 1020160133431A KR 20160133431 A KR20160133431 A KR 20160133431A KR 20180041375 A KR20180041375 A KR 20180041375A
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Abstract

A powerless sensor tag using a return current is provided. The sensor tag according to an embodiment of the present invention includes a power supply part which generates electric energy using the return current of a train line, a charging part for charging electric energy generated by the power supply part, and a sensor part for generating data through sensing using the electric energy charged by the charging part and wirelessly transmitting the generated data. As a result, it is possible to supply power to the sensor tag using the return current flowing through the train line as an energy source. It is possible to easily construct the powerless source sensor tag without changing or adding an existing structure.

Description

귀선 전류를 이용한 무전원 센서 태그{Powerless Sensor Tag using the Return Current}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a power-

본 발명은 센서 태그에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전원 공급 없이 전기 열차, 관제 센터 등에 센서 데이터를 전송하는 센서 태그에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor tag, and more particularly, to a sensor tag that transmits sensor data to an electric train, a control center, and the like without power supply.

전기 철도 시스템의 안전성과 신뢰성 향상을 위하여 구조 건전성, 위치 정보, 환경 정보를 획득하기 위한 목적으로, 전차선이나 그 주변에 센서를 설치하여 센서 데이터를 취득하고 있다.In order to improve the safety and reliability of the electric railway system, sensor data are acquired by installing sensors on or around the car line for the purpose of acquiring structural integrity, location information, and environmental information.

전차선이나 그 주변에서는 센서에 전원 공급이 어려워, 무전원 센서 태그를 구상하고 있는데, 열차의 고속 이동에 의한 진동이나 바람, 태양광 등을 이용하는 방식을 고려하고 있다.It is difficult to supply power to the sensor in the vicinity of the catenary and it is considering the non-power source sensor tag, considering the way of using vibration, wind, sunlight by high-speed movement of the train.

하지만, 해당 설비의 구축은 매우 어렵고, 비용이 많이 소요된다는 문제가 있고, 전원 또한 안정적으로 획득되지 않아 불안정하다는 점에서, 활성화가 되지 않고 있다.However, the construction of the facility is very difficult, the cost is high, and the power source is not stable and unstable.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 열차 선로에 흐르는 귀선 전류를 에너지원으로 이용하는 무전원 센서 태그를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a non-power source sensor tag using a return current flowing in a train line as an energy source.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 센서 태그는, 전차선의 귀선 전류를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 전원부; 전원부에서 생성된 전기 에너지를 충전하는 충전부; 충전부에 의해 충전된 전기 에너지를 이용하여, 센싱을 통해 데이터를 생성하고 생성된 데이터를 무선으로 전송하는 센서부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a sensor tag including: a power source for generating electrical energy using a return current of a catenary; A charging unit charging the electric energy generated by the power supply unit; And a sensor unit for generating data through sensing using the electric energy charged by the charging unit and wirelessly transmitting the generated data.

그리고, 전원부는, 센서 태그의 본체로부터 분리된 상태로 전차선의 주변에 설치되어, 귀선 전류에 의해 발생하는 자기장으로부터 전류를 유도하는 제1 루프 안테나;를 포함할 수 있다.The power supply unit may include a first loop antenna that is provided around the catenary while being separated from the main body of the sensor tag and that induces a current from a magnetic field generated by the return current.

또한, 제1 루프 안테나와 본체는, 전차선의 내부에 설치될 수 있다.Further, the first loop antenna and the main body may be installed inside the electric wire.

그리고, 제1 루프 안테나와 본체는, 전차선의 외부에 설치될 수 있다.The first loop antenna and the main body may be provided outside the electric wire.

또한, 제1 루프 안테나는, 전차선의 내부에 설치되고, 본체는, 전차선의 외부에 설치될 수 있다.Further, the first loop antenna may be provided inside the electric wire, and the main body may be provided outside the electric wire.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 태그는, 센서 태그의 본체로부터 분리된 상태로 전차선의 주변에 설치되어, 귀선 전류에 의해 발생하는 자기장으로부터 전류를 유도하는 제2 루프 안테나;를 더 포함할 수 있다.The sensor tag according to an embodiment of the present invention further includes a second loop antenna disposed around the catenary while being separated from the main body of the sensor tag to induce a current from a magnetic field generated by the return current can do.

또한, 제1 루프 안테나는, 전차선의 제1 선로 주변에 설치되고, 제2 루프 안테나는, 전차선의 제2 선로 주변에 설치될 수 있다.Further, the first loop antenna may be provided around the first line of the catenary, and the second loop antenna may be provided around the second line of the catenary.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 센싱 방법은, 전차선의 귀선 전류를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 단계; 전원부에서 생성된 전기 에너지를 충전하는 단계; 충전부에 의해 충전된 전기 에너지를 이용하여, 센싱을 통해 데이터를 생성하는 단계; 및 생성된 데이터를 무선으로 전송하는 단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a sensing method comprising: generating electrical energy using a return current of a catenary; Charging the electrical energy generated by the power supply unit; Generating data through sensing by using electrical energy charged by a charging unit; And wirelessly transmitting the generated data.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 열차 선로에 흐르는 귀선 전류를 에너지원으로 센서 태그에 전원을 공급할 수 있게 되어, 기존 구조물의 변경이나 추가 설치 없이 무전원 센서 태그를 쉽게 구축할 수 있게 된다.As described above, according to the embodiments of the present invention, it is possible to supply power to the sensor tag using the return current flowing in the train line as an energy source, so that the non-power source sensor tag can be easily constructed .

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 귀선 전류를 에너지원으로 사용하여 센서 태그가 안정적인 전원을 확보할 수 있게 된다.Also, according to the embodiments of the present invention, it is possible to secure a stable power source of the sensor tag by using the return current as an energy source.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 센서 태그를 도시한 도면,
도 2는 철도 시스템에서 전기 열차 에너지 공급 흐름을 나타낸 도면,
도 3은 귀선 전류 유도전력 검증 회로 구성
도 4는 한쪽 선로에 루프 안테나를 설치한 예시,
도 5는 한쪽 선로 내부에 루프 안테나 설치하고 선로 외부에 센서 태그 본체를 설치한 예시,
도 6은 한쪽 선로 외부에 루프 안테나와 센서 태그 본체를 설치한 예시, 그리고,
도 7은 양쪽 선로 각각에 루프 안테나를 설치한 예시이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a non-powered sensor tag according to an embodiment of the present invention;
2 is a diagram showing a flow of electric train energy supply in a railway system,
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of a retrace current-
4 shows an example in which a loop antenna is installed on one line,
5 shows an example in which a loop antenna is installed inside one line and a sensor tag body is provided outside the line,
6 shows an example in which a loop antenna and a sensor tag body are provided outside one line,
Fig. 7 is an example in which loop antennas are provided on both of the lines.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

1. 귀선 전류를 이용한 무전원 센서 태그1. Non-power source sensor tag using return current

전기 철도 시스템은 전차선을 통해 전기 열차를 구동할 수 있는 전력을 공급하며, 공급된 전류는 선로 및 접지망을 통하여 변전소로 귀환한다.The electric railway system supplies electric power to drive the electric train through the electric cable, and the supplied electric current is returned to the substation through the line and the ground network.

본 발명의 실시예에서는 선로에 흐르는 귀선 전류를 에너지원으로 이용하여 전기 에너지를 수확하고, 수확된 전기 에너지를 이용하여 데이터 센싱 및 전송을 수행하는 무전원 센서 태그를 제시한다.In the embodiment of the present invention, a non-power source sensor tag that harvests electric energy using a return current flowing in a line as an energy source, and performs data sensing and transmission using the harvested electric energy is presented.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전원 센서 태그를 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 무전원 센서 태그는 열차 선로의 주변에 설치되며, 도 1에 도시된 바와 같이, 전원부(110), 충전부(120), 센서부(130)를 포함한다. 루프 안테나(111)를 제외한 모든 구성들은 센서 태그 본체(100)에 마련된다.1 is a view illustrating a non-power source sensor tag according to an embodiment of the present invention. The non-power source sensor tag according to the embodiment of the present invention is installed around a train line and includes a power source unit 110, a charging unit 120, and a sensor unit 130 as shown in FIG. All configurations except for the loop antenna 111 are provided in the sensor tag main body 100.

전원부(110)는 루프 안테나(111), 정류회로(Rectifier)(112) 및 평활회로(Regulator)(113)를 포함한다.The power supply unit 110 includes a loop antenna 111, a rectifier 112, and a smoothing circuit 113.

루프 안테나(111)는 귀선 전류에 의해 발생하는 자기장으로부터 전류를 유도하고, 정류회로(112)는 루프 안테나(111)에서 유도된 AC를 DC로 변환하며, 평활회로(113)는 전압을 일정하게 조정한다.The loop antenna 111 induces a current from a magnetic field generated by the return current and the rectifying circuit 112 converts AC derived from the loop antenna 111 to DC and the smoothing circuit 113 applies a constant voltage Adjust.

충전부(120)는 커패시터(121)와 충전회로(122)를 포함한다. 충전회로(122)는 전원부(110)에 의해 생성된 전기 에너지를 커패시터(121)에 저장한다. 또한, 충전회로(122)는 커패시터(121)에 저장된 전기 에너지를 후술할 센서부(130)로 공급하는 전원 공급 회로의 기능까지 수행한다.The charging unit 120 includes a capacitor 121 and a charging circuit 122. The charging circuit 122 stores the electric energy generated by the power supply unit 110 in the capacitor 121. The charging circuit 122 also performs a function of a power supply circuit that supplies electric energy stored in the capacitor 121 to a sensor unit 130 to be described later.

센서부(130)는 무선 통신부(131), 컨트롤러(132) 및 센서(133)를 포함한다. 센서(133)는 다양한 센서 또는 센서들의 조합으로 구현되며, 철도 시스템의 구조 건전성, 위치, 환경과 관련한 데이터를 획득한다. The sensor unit 130 includes a wireless communication unit 131, a controller 132, and a sensor 133. The sensor 133 is implemented as a combination of various sensors or sensors and acquires data relating to structural integrity, location, and environment of the railway system.

컨트롤러(132)는 평시에는 슬립 모드에 있다가 주기적으로 또는 이벤트 발생시 웨이크-업 하여 센서(133)를 동작시켜 센서 데이터를 획득하고, 획득한 센서 데이터를 무선 통신부(131)를 통해 전송한다.The controller 132 is in a sleep mode at a regular time, and periodically or wakes up when an event occurs to operate the sensor 133 to acquire sensor data, and transmits the acquired sensor data through the wireless communication unit 131.

무선 통신부(131)는 센서 데이터를 열차, 관제 센터는 물론 그 밖의 다른 목적지로 전송할 수 있다. 무선 통신부(131)에 의한 무선 통신 방식에는 제한이 없다. 근거리 통신, 자기유도 통신, 광대역 통신 등은 물론 그 밖의 다른 무선 통신 방식이 적용될 수 있다.The wireless communication unit 131 can transmit the sensor data to other destinations such as a train, a control center, and the like. There is no limitation on the wireless communication method by the wireless communication unit 131. [ Other wireless communication methods as well as short-range communication, magnetic induction communication, broadband communication, and the like can be applied.

2. 귀선 전류를 이용한 전력 유도2. Induction of power using return current

도 2는 철도 시스템에서 전기 열차 에너지 공급 흐름을 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 철도 시스템에서 전기 열차에 에너지를 공급하는 전기 흐름 계통은 한국전력에서 154kV를 수전하여 철도의 스코트 변압기를 경유하여 각 M상과 T상에서 전기 열차에 27.5kVA의 전력을 공급하고 있다.Fig. 2 is a view showing an electric train energy supply flow in a railway system. As shown in FIG. 2, the electric flow system that supplies energy to the electric trains in the railway system receives 154 kV from KEPCO and supplies electric power of 27.5 kVA to the electric trains on each of the M and T phases via the scot transformer of the railway .

급전 계통에서 전기의 흐름은 변전소에서 전차선을 통하여 전기 열차에 전원을 공급하고 레일을 통하여 다시 변전소로 귀환한다. 따라서, 전기 열차의 주행에 따른 전력소모는 차량의 특성에 따라 차이는 있지만 대략 수 MW를 사용함으로써 레일에 흐르는 전류의 크기도 수십에서 수백 A가 될 것으로 추정된다. Electricity flow in the feeder system supplies electric power to the electric train through the electric wire at the substation and returns to the substation through the rail. Therefore, it is estimated that the power consumption due to the running of the electric train varies depending on the characteristics of the vehicle, but the current flowing through the rail may be several tens to several hundreds of A by using about several MW.

도 2에 도시된 바와 같이, 전기 열차의 주행에 따라 수십에서 수백 A가 선로로 흐르면 이를 무전원 센서 태그의 루프 안테나(111)를 통해 유도 기전력을 유도할 수 있다. 이를 검증하기 위한 회로 구성은 도 3에 도시된 바와 같으며, 이는 실제 현장 시험을 거친 결과물이다.As shown in FIG. 2, when several tens to several hundreds of A pass through the line as the electric train travels, the induced electromotive force can be induced through the loop antenna 111 of the non-powered sensor tag. The circuit configuration for verifying this is shown in FIG. 3, which is an actual field test result.

현장 시험은 대불 시험선에서 전동차량 주행시의 상황에서 검토를 수행하였으며, 전압을 유도하기 위한 코일의 재원은 32(L)×7(W)×6(H)[cm]의 크기에 철심 사용시의 임피던스는 195mH, 공진 캐패시터는 36uF으로 제작하였으며, 이를 주행선로의 한쪽 선로에 설치하였다.The field test was carried out at the time of running the electric vehicle on the Daebul test line. The coil source for inducing the voltage was 32 (L) × 7 (W) × 6 (H) [cm] The impedance was 195mH and the resonant capacitor was 36uF, which was installed on one side of the railroad.

3. 무전원 센서 태그 설치 방안3. Non-power sensor tag installation plan

무전원 센서 태그를 전차선에 설치하는 경우, 귀선 전류로부터 유도전력을 얻기 위한 루프 안테나(111)는 센서 태그 본체(100)로부터 분리하여 설치함이 좋으며, 실제로 도 1에는 그렇게 도시되어 있다. 루프 안테나(111)가 귀선 전류 가까이에 접근해야, 유도전력 효율이 높기 때문이다.When the non-powered sensor tag is installed in the catenary, it is preferable that the loop antenna 111 for obtaining the inductive power from the return current is installed separately from the sensor tag body 100 and is shown in FIG. This is because the loop antenna 111 needs to approach near the return current, and the efficiency of the induced power is high.

도 4는 무전원 센서 태그 설치 방안의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 4는 전차선 내부에 무전원 센서 태그를 설치한 경우이다.4 is a diagram illustrating an example of a method for installing a non-power source sensor tag. Fig. 4 shows a case in which a non-power source sensor tag is installed inside a catenary.

도 4에는 센서 태그 본체(100)와 루프 안테나(111)가 전차선 내부에 위치하는 경우를 상정하였으나, 도 5에 도시된 바와 같이, 루프 안테나(111)는 전차선 내부에 센서 태그 본체(100)는 전차선 외부에 각각 위치하도록 분리하여 설치하는 것도 가능하다.4, the sensor tag main body 100 and the loop antenna 111 are assumed to be located inside the electric wire. However, as shown in FIG. 5, the loop antenna 111 includes a sensor tag body 100 It is also possible to separately install them so as to be located outside the catenary lines.

나아가, 도 6에 도시된 바와 같이, 센서 태그 본체(100)와 루프 안테나(111) 모두를 전차선 외부에 설치하는 것도 가능하다.Furthermore, as shown in FIG. 6, both the sensor tag main body 100 and the loop antenna 111 may be provided outside the electric wire.

한편, 전차선은 2개의 선로가 나란히 배열되는 구조인데, 귀선 전류는 이 선로들을 따라 서로 같은 방향으로 흐른다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 루프 안테나(111)를 양 선로들 측에 각각 설치하는 것도 가능하며, 이 경우 전기 에너지 수확량을 높일 수 있게 된다.On the other hand, the catenary line is a structure in which two lines are arranged side by side, and the return current flows in the same direction along these lines. Therefore, as shown in FIG. 7, it is also possible to provide the loop antenna 111 on the both line sides, and in this case, the electric energy yield can be increased.

나아가, 하나의 선로를 따라 루프 안테나(111)를 여러 개 설치할 수도 있으다. 더 나아가, 양쪽 선로 모두를 따라 루프 안테나(111)를 여러 개 설치하는 것도 가능하다.Furthermore, a plurality of loop antennas 111 may be provided along one line. Furthermore, it is also possible to provide a plurality of loop antennas 111 along both of the lines.

또한, 한쪽 또는 양쪽 선로에 루프 안테나(111)를 여러 개 설치함에 있어, 루프 안테나(111)를 전차선 내부가 아닌 외부에 설치하는 것도 가능하며, 한쪽 선로에 설치되는 루프 안테나(111)는 내부에 다른 쪽 선로에 설치되는 루프 안테나(111)는 외부에 설치하는 것도 상정 가능하다.In addition, in the case of installing a plurality of loop antennas 111 on one or both of the lines, it is also possible to provide the loop antenna 111 on the outside of the inside of the electric wire, and the loop antenna 111 on one side It is also conceivable that the loop antenna 111 provided on the other line is provided externally.

한편, 한쪽 또는 양쪽 선로에 루프 안테나(111)를 여러 개 설치함에 있어, 루프 안테나(111)들은 전차선 내부에 센서 태그 본체(100)는 전차선 외부에 각각 위치하도록 분리하여 설치하는 기법을 적용할 수도 있다.Meanwhile, in the case of installing a plurality of loop antennas 111 on one or both of the lines, the loop antennas 111 can be applied to separate the sensor tag bodies 100 in the inside of the electric wire, have.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어져서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

110 : 전원부 111 : 루프 안테나
112 : 정류회로(Rectifier) 113 : 평활회로(Regulator)
120 : 충전부 121 : 커패시터
122 : 충전회로
130 : 센서부 131 : 무선 통신부
132 : 컨트롤러 133 : 센서110: power supply unit 111: loop antenna
112: Rectifier 113: Smoothing circuit (Regulator)
120: charger 121: capacitor
122: charging circuit
130: sensor unit 131: wireless communication unit
132: controller 133: sensor

Claims (8)

전차선의 귀선 전류를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 전원부;
전원부에서 생성된 전기 에너지를 충전하는 충전부;
충전부에 의해 충전된 전기 에너지를 이용하여, 센싱을 통해 데이터를 생성하고 생성된 데이터를 무선으로 전송하는 센서부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 태그.
A power supply unit for generating electrical energy using the return current of the catenary;
A charging unit charging the electric energy generated by the power supply unit;
And a sensor unit for generating data by sensing using the electric energy charged by the charging unit and wirelessly transmitting the generated data.
청구항 1에 있어서,
전원부는,
센서 태그의 본체로부터 분리된 상태로 전차선의 주변에 설치되어, 귀선 전류에 의해 발생하는 자기장으로부터 전류를 유도하는 제1 루프 안테나;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 태그.
The method according to claim 1,
The power-
And a first loop antenna disposed around the catenary while being separated from the main body of the sensor tag to induce a current from a magnetic field generated by the return current.
청구항 2에 있어서,
제1 루프 안테나와 본체는,
전차선의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 센서 태그.
The method of claim 2,
The first loop antenna and the main body,
Wherein the sensor tag is installed inside the catenary.
청구항 2에 있어서,
제1 루프 안테나와 본체는,
전차선의 외부에 설치되는 것을 특징으로 하는 센서 태그.
The method of claim 2,
The first loop antenna and the main body,
Wherein the sensor tag is installed outside the catenary.
청구항 2에 있어서,
제1 루프 안테나는,
전차선의 내부에 설치되고,
본체는,
전차선의 외부에 설치되는 것을 특징으로 하는 센서 태그.
The method of claim 2,
In the first loop antenna,
And is installed inside the catenary line,
In the main body,
Wherein the sensor tag is installed outside the catenary.
청구항 2에 있어서,
센서 태그의 본체로부터 분리된 상태로 전차선의 주변에 설치되어, 귀선 전류에 의해 발생하는 자기장으로부터 전류를 유도하는 제2 루프 안테나;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 태그.
The method of claim 2,
And a second loop antenna which is installed around the electric wire and separated from the body of the sensor tag and induces a current from the magnetic field generated by the return current.
청구항 6에 있어서,
제1 루프 안테나는,
전차선의 제1 선로 주변에 설치되고,
제2 루프 안테나는,
전차선의 제2 선로 주변에 설치되는 것을 특징으로 하는 센서 태그.
The method of claim 6,
In the first loop antenna,
A first line of the catenary line,
In the second loop antenna,
Wherein the sensor tag is installed around the second line of the catenary.
전차선의 귀선 전류를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 단계;
전원부에서 생성된 전기 에너지를 충전하는 단계;
충전부에 의해 충전된 전기 에너지를 이용하여, 센싱을 통해 데이터를 생성하는 단계;
생성된 데이터를 무선으로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱 방법.
Generating electrical energy using the return current of the catenary;
Charging the electrical energy generated by the power supply unit;
Generating data through sensing by using electrical energy charged by a charging unit;
And transmitting the generated data wirelessly.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006001386A (en) * 2004-06-17 2006-01-05 Railway Technical Res Inst Non-power supply ground unit
KR20150008785A (en) * 2013-07-15 2015-01-23 장문철 Non-powered sensor system

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