KR20200077640A - 타이어용 진동 에너지 수확장치, 이를 포함하는 센서 통합 시스템 및 스마트 타이어 시스템 및 이를 사용한 가속도신호 전송방법 - Google Patents

타이어용 진동 에너지 수확장치, 이를 포함하는 센서 통합 시스템 및 스마트 타이어 시스템 및 이를 사용한 가속도신호 전송방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치는, 타이어 회전 시 발생되는 충격 또는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된 타이어용 진동 에너지 수확장치로서, 하우징, 상기 하우징의 내부에서 서로 마주보도록 배치된 제 1 및 제 2 고정자석, 상기 제 1 및 제 2 고정자석 사이에서 상기 제 1 및 제 2 고정자석으로부터 척력이 발생되도록 배치된 이동자석 및 상기 이동자석의 이동 시 기전력이 발생되도록 하우징 외부에 배치된 코일을 포함하며, 상기 타이어 회전 중 상기 이동자석의 동적 평형점이 상기 코일의 중심과 일치되도록 상기 이동자석의 정적 평형점은 상기 코일의 중심에서 벗어나도록 구성될 수 있다.

Description

타이어용 진동 에너지 수확장치, 이를 포함하는 센서 통합 시스템 및 스마트 타이어 시스템 및 이를 사용한 가속도신호 전송방법{VIBRATION ENERGY HARVESTING DEVICE FOR TIRES, SENSOR INTEGRATED SYSTEM AND SMART TIRE SYSTEM INCLUDING THE SAME, AND ACCELERATION SIGNAL TRANSMISSION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 타이어용 진동 에너지 수확장치, 이를 포함하는 센서 통합 시스템 및 스마트 타이어 시스템 및 이를 사용한 가속도신호 전송방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타이어 회전 시 발생되는 충격 또는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된 타이어용 진동 에너지 수확장치, 이를 포함하는 센서 통합 시스템 및 스마트 타이어 시스템, 및 이를 사용한 가속도신호 전송방법에 관한 것이다.
스마트(인텔리전트)타이어는 내부의 무선센서를 통해 타이어 내부 온도, 압력, 가속도 등을 측정하여 타이어와 노면 사이의 접촉력, 접촉면 길이, 마찰 계수, 슬립각, 노면상태, 타이어 마모 등을 실시간으로 모니터링 하여 지능형 샤시 제어 시스템의 성능향상을 통해 차량 안전성을 개선하고 사고를 저감하는 시스템을 말한다. 차량의 샤시 제어 시스템(ESP, TCS, ABS)의 정교하고 집약적인 기능 수행을 위해서는 기존 센싱 정보 외에 도로 노면 상태, 차체의 가속도, 회전 속도와 같은 주행 중 차체의 정보를 더 많이 필요하게 된다. 기존에는 차체에 작용되는 힘을 측정하기 위하여 차체 무게 중심점에 위치한 6축 가속도 센서 데이터를 이용하여 예측된 값을 사용하고 있지만, 정교한 제어 시스템 구현을 위해서는 인가되는 힘을 직접 측정하는 기술이 요구된다. 따라서 차체 제어의 성능 향상을 위해서는 타이어 내부 측정이 필수적이다.
스마트 타이어 구현을 위해서는 타이어 거동의 물리량을 실시간으로 측정해야 하며 동시에 무선으로 데이터를 전송할 수 있어야 한다. 무선 계측이 가능한 센서의 구동 방식은 전원이 필요 없는 passive 방식과 전원을 필요로 하는 active 방식으로 나눌 수 있으며 SAW(surface acoustic wave)와 같은 passive 방식의 경우 신호에 잡음이 많이 포함되어 있어 정확한 측정값을 얻을 수 없는 한계가 있다. Active 방식의 센서는 기존 상용 센서 및 무선 시스템의 활용이 가능하고 보다 정확한 데이터 수신이 가능하다는 장점이 있지만 전원 공급을 해주어야 하는 문제가 있다. 타이어 내에서 공기압과 온도를 측정하는 TPMS(Tire Pressure Monitoring System)의 경우 데이터 전송 주기가 약 1분에 한 번 정도를 요구하고 있기 때문에 전력 사용양이 적어 배터리로 충분하다고 할 수 있지만 스마트 타이어용 센서 시스템은 많은 데이터를 측정하고 자주 전송하기 때문에 배터리를 사용하기에는 부적합하다. 따라서 이어 내부의 진동, 변형, 충격 등의 동적 에너지를 전기 에너지로 변환, 저장하여 센서 시스템에 전원을 공급하는 자가발전 시스템 개발이 요구된다.
가속도 신호 측정 및 무선으로 신호를 송신하는데 필요한 전력은 최소 5mW정도 필요하게 되는데 타이어의 불 평형 진동을 방지하기 위하여 에너지 하베스터의 무게는 10gram 이하로 제작될 필요가 있다.
진동을 이용한 에너지 하베스팅의 방법으로는 크게 두 가지로 나뉘는데 한가지는 압전 물질을 이용하는 것과, 다른 한가지는 자석과 코일을 이용한 전자기형의 에너지 하베스터가 있다. 지금까지 에너지 하베스터의 대부분은 주파수가 같을 때 가장 큰 에너지를 얻을 수 있는 공진형 에너지 하베스터를 연구하였지만 타이어의 경우 회전속도가 일정하지 않고 10km/h의 저속에서 100km/h이상의 속도 등 주파수 범위가 매우 넓기 때문에 공진형 에너지 하베스터는 적합하지 않다.
본 발명은 전술한 문제 및 이와 연관된 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 예시적 목적은, 공진형이 아닌 타이어의 충격을 이용하는 최소 5mW급 에너지 수확장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 예시적 목적은, 자가발전을 통해 측정한 데이터를 영구적으로 실시간 무선통신할 수 있는 센서 통합 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치는, 타이어 회전 시 발생되는 충격 또는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된 타이어용 진동 에너지 수확장치로서, 하우징, 상기 하우징의 내부에서 서로 마주보도록 배치된 제 1 및 제 2 고정자석, 상기 제 1 및 제 2 고정자석 사이에서 상기 제 1 및 제 2 고정자석으로부터 척력이 발생되도록 배치된 이동자석 및 상기 이동자석의 이동 시 기전력이 발생되도록 하우징 외부에 배치된 코일을 포함하며, 상기 타이어 회전 중 상기 이동자석의 동적 평형점이 상기 코일의 중심과 일치되도록 상기 이동자석의 정적 평형점은 상기 코일의 중심에서 벗어나도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치는, 상기 이동 자석의 이동 시 안내를 위하여 상기 이동 자석 내부를 관통하도록 배치된 샤프트를 더 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 하우징은 상기 하우징 내부와 외부를 연통하도록 구성되는 하나 이상의 에어 홀을 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 이동 자석과 상기 하우징 사이의 마찰력을 감소시키기 위하여 상기 하우징 내부는 윤활제에 의해 코팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 센서 통합 시스템은, 타이어용 진동 에너지 수확장치, 상기 타이어용 진동 에너지 수확장치에서 발생된 AC 전력을 DC 전력으로 변환시키도록 구성된 전력변환회로, 상기 전력변환회로에서 변환된 DC 전력에 의해 충전되도록 구성되는 배터리, 상기 배터리로부터 전원을 인가받도록 구성된 가속도센서 및 상기 가속도센서에서 측정된 가속도신호를 외부기기에 전송하도록 구성된 무선통신부를 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 전력변환회로의 동작 시점은 상기 타이어용 진동 에너지 수확장치의 출력 전압의 크기에 기반하여 결정될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 에너지 수확장치의 횡방향 진동을 감소시키기 위하여 상기 에너지 수확장치는 체결구에 의해 기저판에 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 센서 통합 시스템은, 제 1 기판 및 제 2 기판을 더 포함하고, 상기 가속도센서 및 상기 무선통신부는 상기 제 1 기판에서 설계되고, 상기 제 1 기판은 상기 전력변환회로가 설계된 상기 제 2 기판과 상하로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 센서 통합 시스템은, 상기 타이어의 내면에 부착 가능하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 센서 통합 시스템은, 상기 타이어용 센서 통합 시스템의 내부 구성요소들을 수용하기 위한 케이스를 더 포함하며, 상기 케이스의 적어도 일부는 상기 타이어용 진동 에너지 수확장치의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어로부터의 가속도신호 전송방법은, 타이어용 진동 에너지 수확장치를 사용하여 타이어 회전 시 발생되는 충격 또는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 단계, 상기 타이어용 진동 에너지 수확장치에서 발생된 AC 전력을 전력변환회로에 의해 DC 전력으로 변환시키는 단계, 상기 변환된 DC 전력에 의해 배터리를 충전하는 단계, 상기 배터리로부터 가속도센서에 전원을 인가하는 단계 및 상기 가속도센서에서 측정된 가속도신호를 외부기기에 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 전력변환회로의 동작 시점은 상기 타이어용 진동 에너지 수확장치의 출력 전압의 크기에 기반하여 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치는, 타이어가 회전될 때 이동자석의 평형점이 코일의 중심과 일치된 상태에서 이동 자석이 진동되므로 출력파워를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치는, 기계적 스프링과 같은 구성 없이 자석으로만 구성되어 소형으로 제조 가능하며, 따라서 타이어 내부에 부착시에도 타이어 회전 밸런싱에 영향을 미치지 않는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 통합 시스템은 타이어 회전 시 발생하는 강한 원심력을 견딜 수 있을 정도로 내구성이 높다.
다만, 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치 및 이를 포함하는 센서 통합 시스템이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치의 구조를 도시한다.
도 2는 각 위치에서 측정된 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치의 기계-전기 변환계수 값과 회기 곡선을 도시한다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 센서 통합 시스템을 도시한다.
도 5는 본 발명과 관련된 전력변환회로의 다이어그램이다.
도 6은 본 발명과 관련된 전력변환회로의 회로도이다.
도 7은 본 발명과 관련된 무선 센서 모듈의 회로도이다.
도 8은 본 발명과 관련된 무선 가속도계로 측정된 반경 방향 가속도 신호의 그래프를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치를 이용한 가속도신호 전송방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시내용은 도면 및 이상의 설명에서 상세하게 예시되고 설명되었지만, 본 개시내용은 특성이 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 고려되어야 하고, 단지 소정의 실시형태가 도시되고 설명되었으며, 본 개시내용의 정신 내에 들어가는 모든 변화와 변형은 보호되는 것이 바람직함이 이해될 것이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른, 타이어 회전 시 발생되는 충격 또는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된 타이어용 진동 에너지 수확장치(100)에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치(100)의 구조를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치(100)는 하우징(110), 제 1 및 제 2 고정자석(120a, 120b), 이동자석(130) 및 코일(140)을 포함할 수 있다.
하우징(110)은 제 1 및 제 2 고정자석(120a, 120b), 이동자석(130)을 그 내부에 수용하도록 구성될 수 있다.
제 1 및 제 2 고정자석(120a, 120b)은 하우징(110) 내부에서 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 구체적으로 제 1 및 제 2 고정자석(120a, 120b)은 하우징(110) 양단에서 서로 다른 극이 마주보도록 배치될 수 있다. 이하에서는, 편의상 하단 및 상단에 배치된 고정자석을 각각 제 1 및 제 2 고정자석(120a, 120b)으로 지칭할 수 있다.
이동자석(130)은 제 1 및 제 2 고정자석(120a, 120b) 사이에서 상기 제 1 및 제 2 고정자석(120a, 120b)으로부터 척력이 발생되도록 배치될 수 있다.
다시 말해, 이동자석(130)의 각각의 극성은 마주보는 고정자석의 극성과 같도록 배치될 수 있다. 예를 들어 제 1 고정자석(120a)의 S극 및 제 2 고정자석(120b)의 N극이 서로 마주보도록 배치된 상황이라면, 이동자석(130)의 S극 및 N극은 상기 제 1 및 제 2 고정자석(120a, 120b)에 각각 마주보도록 배치될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면 이동자석(130)과 제 1 및 제 2 고정자석(120a, 120b)들 사이에는 척력이 발생될 수 있으며, 이동자석(130) 및 제 1 고정자석(120a) 사이에서 발생되는 척력과 이동자석(130) 및 제 2 고정자석(120b) 사이에서 발생되는 척력은 서로 평형을 이룰 수 있다.
한편, 위에서 설명한 이동자석(130), 제 1 및 제 2 고정자석(120a, 120b)들은 하우징(110) 내부에 수용될 수 있다. 하우징(110)은 원기둥 또는 원통 형상일 수 있고, 자석들은 하우징(110)의 형상에 대응되는 디스크 형상일 수 있다.
하우징(110)은 PC 튜브로 제조될 수 있으며 이동 및 고정 자석(120a, 120b, 130)은 네오디뮴(NdFeB) 계열로 이루어질 수 있다.
하우징(110) 내부는 윤활제에 의해 코팅될 수 있다. 구체적으로 하우징(110) 내부는 테프론 코팅되어 이동 자석과 하우징(110) 사이의 마찰력을 감소시킬 수 있다.
한편, 하우징(110) 양단에는 홀더들(112, 113)이 각각 배치될 수 있다. 홀더들(112, 113)은 고정 자석(120a, 120b)을 지지하도록 구성될 수 있으며 PEEK 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 하우징(110)은 상기 하우징(110) 내부와 외부를 연통하도록 구성되는 하나 이상의 에어 홀(111)을 포함할 수 있다.
에어 홀(111)은 이동 자석의 이동 시에 하우징(110) 내부에 압축력이 발생되는 것을 방지하여 이동 자석(130)이 원활하게 이동하도록 할 수 있다. 압축력을 감소시키면서 이동 자석의 움직임에 미치는 영향을 감소시키기 위하여 에어 홀(111)의 적어도 하나는 고정 자석(120a, 120b) 근방에 배치될 수 있다.
코일(140)은 이동자석(130)의 이동 시 기전력이 발생되도록 하우징(110) 외부에 배치될 수 있다. 구체적으로 코일(140)은 하우징(110)의 적어도 일부에 감겨있는 형태일 수 있다.
구체적으로, 하우징(110)은 전체 부품을 감싸는 역할을 하고, 코일(140)은 하우징(110) 외부 중간에 감겨 운동에너지가 전기 에너지로 변환하는 역할을 한다. 이동자석(130)은 코일(140)과 상대 상하 운동을 통하여 유도전류를 발생시킨다. 상하 양단의 고정 자석(120a, 120b)은 스프링 역할을 하여 이동자석(130)이 공중에 떠서 유지되며 외부에서 가진 될 경우 이동자석(130)을 움직이게 한다.
하우징(110)이 외부 가진에 의해 반복적으로 움직이게 되면 이동자석(130)이 원통형의 하우징(110)의 내부를 따라 움직이게 된다. 이동자석(130)과 코일(140)의 상대적인 움직임에 따라 자속의 변화는 전압을 발생시킨다.
전자기형 에너지 수확장치(100)에서 발생의 운동 방정식은 다음과 같다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서
Figure pat00002
은 등가질량,
Figure pat00003
는 등가감쇠,
Figure pat00004
는 등가스프링 계수이다.
Figure pat00005
는 기계-전기 변환계수이다. i는 시간에 따른 전류의 값이다. 하우징(110)의 변위와 이동자석(130) 변위의 상대변위는 z=x- y이다. x는 시간에 따른 하우징(110) 내부에서 이동자석(130)의 변위이고, y는 에너지 수확장치의 하우징(110)의 변위이다. 하우징(110)에 가해지는 힘을
Figure pat00006
라고 하면 다음과 같이 정리할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00007
또한, 이동자석(130) 및 코일(140)의 상대 변위를 이용하여 역학 연성 전기회로 방정식을 표현하면 다음과 같다.
[수학식 3]
Figure pat00008
L coil 은 코일(140)의 인덕턴스, R coil 은 코일(140)의 저항, R load 은 외부에서 연결하는 외부저항이다. 수학식 2 및 3은 기계-전기 변환계수
Figure pat00009
에 의해 서로 결합 되어 있는 것을 알 수 있다. 시스템의 고유 진동수를 ω n , 기계적 감쇠율을 ζ m , 라고 할 때, 기계적 감쇠 c m 와 는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4] c m = 2m ω n ζ m
[수학식 5]
Figure pat00010
= mω n 2 = Repulsive force/moving magnet position
이때, ω n = 2πf 이며 일반적으로 이동자석(130)에 연결된 스프링 계수는 질량에 따라 가변적인 값을 갖지만 이동자석(130)의 아래위에 자석의 척력으로 스프링 역할을 하게 되면 거리에 따른 척력에 따라 스프링 계수가 달라진다. 또한 출력 파워를 최대화 하는 최적부하저항 R load.opt 는 아래 식과 같이 계산된다.
[수학식 6]
Figure pat00011
부하저항으로 출력되는 전압의 실효전압 V rms 는 아래 수학식 7과 같으며, 출력되는 평균전력 P avg 는 아래 수학식 8과 같다.
[수학식 7]
Figure pat00012
[수학식 8]
Figure pat00013
설계 변수는 상대적으로 쉽게 계산되지만 기계-전기 변환계수에 대해서는 보다 상세한 분석이 요구된다.
도 1에 도시된 형태의 에너지 수확장치(100)의 경우 모두 코일(140)의 회전축과 자석의 상대 운동 방향이 일치하므로 코일(140)의 면적은 변하지 않는 반면 코일(140)과 교차하는 자속 밀도가 시간에 따라 변하므로
Figure pat00014
와 같은 식으로 변환 계수를 계산해야 한다. n은 코일(140)의 전체 턴 수, B는 자속, Z는 자속과 코일(140)의 상대 운동 변위, A는 자속과 교차하는 코일(140)의 면적이다. 기계-전기 변환 계수를 구하기 위해서는 코일(140) 면적 전체에 대한 적분이 필요하지만, 계산의 효율성을 위해 코일(140) 면적을 수직으로 분할하고 각 셀 별로 계산된 변환계수를 평균하여 최종 변환 계수를 구한다.
전자기 에너지 수확장치(100)의 작동에 따른 기계-전기 변환계수를 얻기 위해 실험을 수행하였다. 가진기에 지그를 설치하고 지그 끝 부분에 자석을 조립한다. 코일(140)을 고정 시키기 위한 장치에 자석이 안으로 들어가도록 하고 하우징을 고정 시킨다. 코일(140)의 양쪽 끝선을 전압계(Voltage meter)에 연결하여 전압 신호를 측정하여 저장한다. 자석과 코일(140)의 중심선을 일직선으로 세팅한다. 가진기에서 ω=2Hz, z(t)=0.001sin(ωt)로 가진 하면 지그에 연결되어 있는 자석이 코일(140)이 정지되어 있는 상태에서 진동하게 된다. 코일(140)에서 유도전류로 인해 발생된 전압 신호를 전압계로 측정하여 저장한다. 저장이 끝나면 코일(140) 고정 장치를 0.001m 상승하여 코일(140)과 자석의 중심선이 0.001m 오프셋(offset) 되도록 세팅한다. 반복적으로 오프셋을 0.001m씩 총 0.05m 구간에서 발생하는 전압을 50번 측정한다. 측정한 data를 이용하여 자석이 0.05m를 움직일 때 z(t) 각 위치에서의 기계-전기 변환계수(k t )값을 얻었다.
원통형의 자석이 축 방향으로 수직운동 할 때 수직 방향 0.05m 구간에 대하여 전압을 측정하였다.
도 2는 각 위치에서 전압을 kt(t)=voltage/relative velocity(t) 식을 이용하여 측정한 기계-전기 변환계수 값과 회기 곡선을 도시한다. 50개의 위치별 기계-전기 변환계수를 0~0.05m까지 실험적으로 구하였다. 하우징(110)에 감긴 코일(140)이 정지된 상태에서 가진기에 연결된 자석이 0~0.05m로 상승할 때 약 0.017m 위치에서 기계-전기 변환계수가 최대값인 37.8 (V/m/s)를 얻었다. 0.05m 전구간의 평균 기계-전기 변환계수는 18.3 (V/m/s)로 계산되었다. 평균값은 전체 구간에서의 차이를 비교하기 위하여 계산하였다.
위에서 전술한 오프셋(도 1에서 'O'로 표기)이란, 이동자석(130)의 중심과 코일(140)의 중심 사이의 간격을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치(100)는 타이어 회전 중 이동자석(130)의 동적 평형점이 코일(140)의 중심과 일치되도록 이동자석(130)의 정적 평형점은 코일(140)의 중심에서 벗어나도록 구성될 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치(100)는 타이어에 부착되어 사용될 수 있으며, 타이어가 회전되는 경우 상기 이동자석(130)에는 원심력이 가해지므로, 이동자석(130)의 동적 평형점과 정적 평형점은 다르다. 따라서, 이동자석(130)의 정적 평형점, 즉 타이어가 회전되지 않을 때 이동자석(130)의 중심을 코일(140)의 중심에서 벗어나도록 설계하여 이동자석(130)의 동적 평형점, 즉 타이어가 회전될 때 이동자석(130)의 중심이 코일(140)의 중심과 실질적으로 일치되도록 할 수 있다. 여기서, 실질적으로 일치란, 정확히 일치하는 것뿐 아니라 기설정된 범위 내의 차이가 있는 경우까지 포함할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치(100)는 상기 이동 자석(130)의 이동 시 안내를 위하여 상기 이동 자석(130) 내부를 관통하도록 배치된 샤프트(150)를 더 포함할 수 있다.
이러한 구조에 의하면, 이동 자석(130)은 링 형태로 구성될 수 있으며 샤프트(150)는 이동 자석(130)의 내부와 연결될 수 있다. 즉, 샤프트(150)는 이동 자석의 안내 핀 역할뿐만 아니라 베어링의 역할까지 함께 수행할 수 있다.
또한, 하우징(110)의 양단에 배치되는 고정 자석(120a, 120b)들은 링 형태로 구성될 수 있다. 샤프트(150)의 양단은 상기 고정 자석(120a, 120b)들의 내부까지 연장될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 샤프트(150)의 양단은 각각 홀더들(112, 113)의 지지부(112a, 113a)의 내측에 배치되며 고정 자석(120a, 120b)들은 홀더들의 지지부(112a, 113a)의 외측에 배치될 수 있다. 즉, 샤프트(150)는 하우징(110)의 실질적으로 전체 길이에 걸쳐 연장될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 센서 통합 시스템(300)에 관하여 설명하도록 한다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 센서 통합 시스템(300)을 도시한다. 도 5은 전력변환회로의 다이어그램이며, 도 6은 전력변환회로의 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 센서 통합 시스템(300)은 타이어용 진동 에너지 수확장치(100), 전력변환회로(330), 배터리(340), 가속도센서 및 무선통신부(350)를 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 앞서 열거한 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 센서 통합 시스템(300)의 구성요소들은 케이스(310)에 수용될 수 있다. 케이스(310)는 중량 최소화를 위해 박판 구조로 설계될 수 있다.
또한, 케이스(310)의 적어도 일부(312)는 타이어용 진동 에너지 수확장치(100)의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 구조는 케이스(311)의 내부 공간을 최소화시켜 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 센서 통합 시스템(300)의 소형화를 가능하게 한다.
또한, 케이스(310)의 바닥면에는 기저판(320)이 배치될 수 있으며, 에너지 수확장치(100)는 체결구에 의해 기저판에 고정될 수 있다. 즉, 에너지 수확장치(100)는 기저판(320)과 볼트 체결됨으로써 횡방향 진동이 감소되어 에너지 손실이 방지될 수 있다.
전력변환회로(330)는 타이어용 진동 에너지 수확장치(100)(이하, 발전부라 지칭될 수 있음)에서 발생된 AC 전력을 DC 전력으로 변환시키도록 구성될 수 있으며, 배터리(340)는 상기 전력변환회로(330)에서 변환된 DC 전력에 의해 충전되도록 구성될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 전력변환회로(330)는 AC-DC 정류기(520)와 DC-DC 전력변환기(530)로 구성될 수 있다. 발전부(510)에서 출력되는 출력되는 AC 전압을 정류하여 커패시터에 에너지를 저장하고 DC-DC Boost 컨버터를 통해 승압된 에너지로 부하의 배터리(540)를 충전할 수 있다. 미소 전력으로 배터리를 충전시키기 위해서는 에너지 소모를 최소화하는 최적의 시스템을 갖춰야 하므로 DC-DC 컨버터(530)는 저전력 소모를 하는 Linear Technology 사의 'LTC3526L' Boost IC를 사용하고, 이를 중심으로 주변회로를 도 5에 도시된 바와 같이 설계할 수 있다.
전력변환기 손실요소 모델링이 수행될 수 있다. 전자기 발전부의 적은 에너지를 축적시켜 간헐적으로 큰 에너지를 전달하기 위해 DC-DC 부스트 컨버터의 셧다운 기능을 통해 제어할 수 있다.
셧다운 기능이란, 전력변환회로(330)의 동작 시점을 타이어용 진동 에너지 수확장치(100)의 출력 전압의 크기에 따라 결정하는 기능으로서 에너지 확보에 용이하다.
발전부 AC 출력은 정류기를 통해 DC로 변환되며, 변환된 에너지는 정류기 출력 커패시터(C1)에 저장하여 에너지 확보 후 배터리 측으로 전달할 수 있다. 에너지 저장을 하는 출력 커패시터의 크기 따라 타이어용 진동 에너지 수확장치(100)의 출력의 성능이 다르므로 하베스터에 맞는 커패시터 값의 선정이 필요하며, 본 발명에서는 커패시터 값 300μF을 최적값으로서 갖는다.
정류기 출력 커패시터와 더불어 전력변환기 최적 운전을 위해서는 DC-DC 컨버터의 동작 시점을 회로의 R1, R2, C2에 의해 결정된다. 최적 회로 설계 및 제작을 통하여 기존 에너지 하베스터용 전력변환기의 성능을 향상시키고 부피를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 보드의 무게를 6.2g에서 2.5g 이하로 개선시켰다.
에너지 저장용 커패시터(C1)이 선정될 수 있다. 하베스터의 출력되는 에너지는 AC-DC 정류회로를 거쳐 커패시터(에너지 저장용)에 저장하게 되며, 저장된 에너지는 타이어의 회전 속도에 따라 일정하게 배터리 측으로 전달한다. 에너지 저장용 커패시터의 용량에 따라 전자기 발전기의 성능이 상이하며, 전력이 최대로 되는 커패시터를 선정하였다.
한편, 아래 표를 참조하면, 실험을 통해 300uF에서 출력측에 가장 높은 컨버터의 평균 전력을 확인하였다.
Figure pat00015
DC-DC 컨버터 동작 시점 변경 실험을 하였다. 에너지 저장용 커패시터의 저장된 에너지는 DC-DC 컨버터를 통해 에너지를 배터리 측으로 전달하게 되며, 컨버터 동작 시점은 R1과 R2의 구성과 RC 시정수 ((R1//R2)*C2)를 통해 결정하였다. 40km/h와 50km/h에서의 저항(R1) 및 커패시터(C2) 변경에 따른 성능을 확인하고 분석하였다. R1 변경에 따른 Enable 전압 변화와 컨버터 동작 실험을 다음과 같이 진행 하였다. 입력측 에너지 저장용 커패시터(C1) 300uF에서 실험을 진행하였고, 기존 R1 값인 1.2MΩ 기준으로 R1 값을 2회 차 증가, 2회 차 감소시켜 평균 전력으로 성능 확인하였다(R1을 0.92MΩ, 1MΩ, 1.3MΩ, 1.5MΩ 으로 변경해 가며 실험). 규칙적인 실험 데이터 경우 한 주기를 기준으로 에너지 및 전력 계산을 하였고, 불규칙적인 실험 데이터 경우 4∼5개의 동작을 평균으로 하여 평균적인 에너지 및 평균 전력을 계산하였다.
에너지 저장용 커패시터와 동작 시점 변경을 위한 파라미터를 최적 운전 조건에 맞추어 설계하여 40km/h, 50km/h, 60km/h에서의 성능을 확인하였다. 실험적으로 선정된 전력 변환 장치의 최적 파라미터는 C1 = 300uF, R1 = 1.2MΩ, C2 = 47nF 으로 확인되었다.
한편, 본 발명과 관련된 가속도센서는 배터리로부터 전원을 인가받도록 구성되며, 무선통신부는 상기 가속도센서에서 측정된 가속도신호를 외부기기에 전송하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 가속도센서 및 무선통신부는 동일 기판(이하, 제 1 기판이라 지칭)(350)상에 설계될 수 있다. 이하에서는 가속도센서 및 무선통신부를 함께 지칭하는 용어로서 무선센서 모듈(350)이란 용어를 사용할 수 있다.
한편, 앞서 설명한 전력변환회로는 제 2 기판(330)에 설계되며, 상기 제 1 및 제 2 기판(350, 330)은 케이스(310) 내에서 위아래로 배치될 수 있다. 이러한 구조는 타이어용 센서 통합 시스템(300)의 소형화를 가능하게 한다.
도 7은 본 발명과 관련된 무선 통신 모듈의 회로도를 도시한다.
무선 센서 모듈(350)의 주요 부품 사양에 관하여 구체적으로 설명하면, 블루투스 칩은 2.4GHz transceiver, -93 dBm sensitivity in Bluetooth® low energy mode, 250 kbps, 1 Mbps, 2 Mbps supported data rates, TX Power -20 to +4 dBm in 4 dB steps, TX Power -30 dBm Whisper mode, 13 mA peak RX, 10.5 mA peak TX (0 dBm), RSSI (1 dB resolution)이다. CPU는 32-bit ARM® Cortex™ M0 32-bit 이다. 메모리는 256 embedded flash, 16KB RAM 이다. System Peripherals는 3 x 16/24-bit timers with counter mode, 16 channel CPU independent Programmable Peripheral Interconnect (PPI), Encryption 128bit AES ECB/CCM/AAR co-processor 이다. 가속도 센서는 Wide supply voltage, 2.16 V to 3.6 V, Low-voltage compatible IOs, 1.8 V, Ultra-low power consumption down to 10 μA in low-power mode, ±400g dynamically selectable full scales, I2C/SPI digital output interface, 16-bit data output, Sleep-to-wakeup function, 10000g high-shock survivability이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치(100) 또는 타이어용 센서 통합 시스템(300)은 타이어의 내면에 부착 가능하게 구성될 수 있다. 구체적으로, 타이어용 진동 에너지 수확장치(100)에 의해 발생되는 전력을 가능한 증가시키기 위하여 상기 수확장치(100)는 타이어 내면의 중앙 부분에 부착되는 것이 바람직하다. 여기서 타이어 내면의 중앙 부분이란, 타이어의 두께 방향에서 중심 위치를 의미할 수 있다.
또한, 무선통신부를 통해 가속도센서에서 측정된 가속도 신호는 전자제어장치(ECU) 등에 전송될 수 있으며, 상기 전자제어장치는 전송된 가속도 신호에 기반하여 타이어 또는 타이어가 주행중인 노면에 관한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 타이어 또는 타이어가 주행중인 노면에 관한 정보는 타이어와 노면 사이의 마찰력, 마찰 계수 등에 관한 정보일 수 있다.
예를 들어, 타이어를 60km/h로 주행 시 실시간으로 에너지 수확장치에서 발생하는 전압, 전력변환회로를 거친 후 충전되는 배터리 전압과 가속도신호를 실시간으로 확인하였다. 60km/h로 주행 시 소모되는 전력량보다 충전되는 전력량이 더 크기 때문에 12시간 동안 연속 테스트 후에도 배터리의 잔량의 처음과 동일하였다. 도 8는 무선 가속도계로 측정된 반경 방향 가속도 신호와 관련된 그래프를 도시한다.
이하에서는, 도 9을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치(100)를 이용한 가속도신호 전송방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타이어로부터의 가속도신호 전송방법은, 타이어용 진동 에너지 수확장치를 사용하여 타이어 회전 시 발생되는 충격 또는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 단계(S901), 상기 타이어용 진동 에너지 수확장치에서 발생된 AC 전력을 전력변환회로에 의해 DC 전력으로 변환시키는 단계(S902), 상기 변환된 DC 전력에 의해 배터리를 충전하는 단계(S903), 상기 배터리로부터 가속도센서에 전원을 인가하는 단계(S904) 및 상기 가속도센서에서 측정된 가속도신호를 외부기기에 전송하는 단계(S905)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 전력변환회로(330)의 동작 시점은 상기 타이어용 진동 에너지 수확장치(100)의 출력 전압의 크기에 기반하여 결정될 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 타이어용 진동 에너지 수확장치
110: 하우징
111: 에어 홀
112, 113: 홀더
120a, 120b: 고정자석
130: 이동자석
140: 코일
150: 샤프트
300: 센서 통합 시스템
310: 케이스
320: 기저판
330: 전력변환회로
340: 배터리
350: 무선센서 모듈

Claims (14)

  1. 타이어 회전 시 발생되는 충격 또는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된 타이어용 진동 에너지 수확장치로서,
    하우징;
    상기 하우징의 내부에서 서로 마주보도록 배치된 제 1 및 제 2 고정자석;
    상기 제 1 및 제 2 고정자석 사이에서 상기 제 1 및 제 2 고정자석으로부터 척력이 발생되도록 배치된 이동자석 및
    상기 이동자석의 이동 시 기전력이 발생되도록 하우징 외부에 배치된 코일을 포함하며,
    상기 타이어 회전 중 상기 이동자석의 동적 평형점이 상기 코일의 중심과 일치되도록 상기 이동자석의 정적 평형점은 상기 코일의 중심에서 벗어나도록 구성되는
    타이어용 진동 에너지 수확장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 자석의 이동 시 안내를 위하여 상기 이동 자석 내부를 관통하도록 배치된 샤프트를 더 포함하는
    타이어용 진동 에너지 수확장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 하우징 내부와 외부를 연통하도록 구성되는 하나 이상의 에어 홀을 포함하는
    타이어용 진동 에너지 수확장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 자석과 상기 하우징 사이의 마찰력을 감소시키기 위하여 상기 하우징 내부는 윤활제에 의해 코팅되는
    타이어용 진동 에너지 수확장치.
  5. 타이어용 센서 통합 시스템으로서,
    제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치;
    상기 타이어용 진동 에너지 수확장치에서 발생된 AC 전력을 DC 전력으로 변환시키도록 구성된 전력변환회로;
    상기 전력변환회로에서 변환된 DC 전력에 의해 충전되도록 구성되는 배터리;
    상기 배터리로부터 전원을 인가받도록 구성된 가속도센서; 및
    상기 가속도센서에서 측정된 가속도신호를 외부기기에 전송하도록 구성된 무선통신부를 포함하는
    타이어용 센서 통합 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전력변환회로의 동작 시점은 상기 타이어용 진동 에너지 수확장치의 출력 전압의 크기에 기반하여 결정되는
    타이어용 센서 통합 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 에너지 수확장치의 횡방향 진동을 감소시키기 위하여 상기 에너지 수확장치는 체결구에 의해 기저판에 고정되는
    타이어용 센서 통합 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    제 1 기판 및 제 2 기판을 더 포함하고, 상기 가속도센서 및 상기 무선통신부는 상기 제 1 기판에서 설계되고, 상기 제 1 기판은 상기 전력변환회로가 설계된 상기 제 2 기판과 상하로 배치되는
    타이어용 센서 통합 시스템.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 타이어용 센서 통합 시스템은 상기 타이어의 내면에 부착 가능하도록 구성되는
    타이어용 센서 통합 시스템.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 타이어용 센서 통합 시스템의 내부 구성요소들을 수용하기 위한 케이스를 더 포함하며, 상기 케이스의 적어도 일부는 상기 진동 에너지 수확장치의 형상에 대응되는 형상을 갖는
    타이어용 센서 통합 시스템.
  11. 타이어 본체;
    상기 타이어 본체의 내면에 구비되는 제 5 항에 따른 타이어용 센서 통합 시스템을 포함하는
    스마트 타이어 시스템.
  12. 타이어로부터의 가속도신호 전송방법으로서,
    제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 타이어용 진동 에너지 수확장치를 사용하여 타이어 회전 시 발생되는 충격 또는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 단계;
    상기 타이어용 진동 에너지 수확장치에서 발생된 AC 전력을 전력변환회로에 의해 DC 전력으로 변환시키는 단계;
    상기 변환된 DC 전력에 의해 배터리를 충전하는 단계;
    상기 배터리로부터 가속도센서에 전원을 인가하는 단계; 및
    상기 가속도센서에서 측정된 가속도신호를 외부기기에 전송하는 단계
    를 포함하는 가속도신호 전송방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전력변환회로의 동작 시점은 상기 타이어용 진동 에너지 수확장치의 출력 전압의 크기에 기반하여 결정되는
    가속도신호 전송방법.
  14. 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터에 의해 실행되는 경우,
    제 12 항에 따른 전송방법을 구현한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.




KR1020180165894A 2018-12-20 2018-12-20 타이어용 진동 에너지 수확장치, 이를 포함하는 센서 통합 시스템 및 스마트 타이어 시스템 및 이를 사용한 가속도신호 전송방법 KR102193891B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220283011A1 (en) * 2021-03-03 2022-09-08 Dan Haronian Liquid height level device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006072588A (ja) * 2004-09-01 2006-03-16 Ts Photon:Kk タイヤ内外の環境監視システム
JP2010200479A (ja) * 2009-02-25 2010-09-09 Bridgestone Corp タイヤ内発電装置
KR20170035220A (ko) * 2015-09-22 2017-03-30 한국기계연구원 차량 타이어용 자가 발전 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006072588A (ja) * 2004-09-01 2006-03-16 Ts Photon:Kk タイヤ内外の環境監視システム
JP2010200479A (ja) * 2009-02-25 2010-09-09 Bridgestone Corp タイヤ内発電装置
KR20170035220A (ko) * 2015-09-22 2017-03-30 한국기계연구원 차량 타이어용 자가 발전 장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220283011A1 (en) * 2021-03-03 2022-09-08 Dan Haronian Liquid height level device
US11879764B2 (en) * 2021-03-03 2024-01-23 Dan Haronian Liquid height level device

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