KR20220093691A - 에너지 하베스트가 적용된 타이어 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른, 에너지하 베스팅 기능을 수행하는 타이어센서에 있어서, 하우징; 하우징 내에 실장되며 적어도 하나의 센서가 실장된 센서부; 센서부로 구동전원을 공급하는 전원부;’ 센서부의 측정값을 차량 수신단으로 전송하는 통신부; 및 하우징 내부의 일 영역에 설치되며, 주행중 타이어가 노면과 접하는 순간에 발생되는 압력에너지를 수집하여 전기에너지로 변환하는 에너지 하베스팅 모듈; 을 포함하되, 에너지 하베스팅 모듈은 타이어의 내주면과 맞닿도록 설치되어 압력에너지를 전기에너지로 변환하는 압전 소자; 및 전기에너지를 정류하는 정류부를 포함한다.

Description

에너지 하베스트가 적용된 타이어 센서 {TIRE SENSOR WITH ENERGY HARVESTING APPLIED}

본 발명은 차량의 주행 시 타이어에 가해지는 압력을 전력으로 전환하고, 타이어의 내부에 구비되는 센서에 전환된 전력을 제공하는 타이어 센서의 구조에 관한 것이다.

TPMS(tire pressure monitoring system)이란 타이어 공기압을 감지하기 위한 시스템을 뜻한다. 주행중인 차량의 타이어 공기압이 너무 높거나 낮으면 타이어가 터지거나, 차량이 미끌어지는 등의 문재를 야기할 수 있다.

이러한 타이어의 결함을 막기 위해 차량에 구비되는 안전장치가 TPMS이다. TPMS는 타이어에 부착된 전파식별 센서를 통해 타이어의 압력이나 온도를 감지하고, 이를 운전자에게 알림으로써 사고를 방지하게 된다.

이때, 타이어의 온도나 공기압의 상태를 정확하게 측정하기 위해서는 타이어 내부에 센서가 직접 장착된다. 예를 들어, 센서는 타이어의 이너 라이너(inner liner)나 림(rim)에 직접 부착되는 방식이 적용된다.

한편, 센서가 작동하기 위해서는 전력의 공급이 필수적이다. 이는, TPMS를 구성하는 센서에서도 동일하며, 일반적으로 수은 전지 등의 배터리를 기반으로 동작하는 것이 일반적이다.

하지만, TPMS에서 사용되는 센서는 타이어 내부에 부착되기에, 센서의 배터리가 모두 소모되는 경우 이를 교체하는 것이 매우 어렵다는 문제를 야기한다.

선행문헌1: 한국공개특허 제2015-0044432호(출원일자 2013.08.15.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해, 타이어의 내부에 설치되는 센서를 구동하기 위한 전력체계를 구현하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 별도의 배터리 교체를 수행하지 않더라도 타이어에 가해지는 압력을 통해 자체적으로 전력을 생산하고, 생산된 전력을 기반으로 타이어 내부의 센서를 구동하기 위함이다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 에너지하 베스팅 기능을 수행하는 타이어센서에 있어서, 하우징; 하우징 내에 실장되며 적어도 하나의 센서가 실장된 센서부; 센서부로 구동전원을 공급하는 전원부;’ 센서부의 측정값을 차량 수신단으로 전송하는 통신부; 및 하우징 내부의 일 영역에 설치되며, 주행중 타이어가 노면과 접하는 순간에 발생되는 압력에너지를 수집하여 전기에너지로 변환하는 에너지 하베스팅 모듈; 을 포함하되, 에너지 하베스팅 모듈은 타이어의 내주면과 맞닿도록 설치되어 압력에너지를 전기에너지로 변환하는 압전 소자; 및 전기에너지를 정류하는 정류부를 포함할 수 있다.

또한, 정류부는 전기에너지를 전원부로 전달하여 전원부에 에너지 저장이 되도록 하거나, 통신부로 공급하여 측정값의 전송이 이루어지도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 타이어의 내부에 설치되는 센서를 구동하기 위한 전력체계를 구현하게 된다.

구체적으로, 별도의 배터리 교체를 수행하지 않더라도 타이어에 가해지는 압력을 통해 자체적으로 전력을 생산하고, 생산된 전력을 기반으로 타이어 내부의 센서를 구동하기 위함이다.

이를 통해, 종래의 타이어 센서가 갖는 배터리 교체의 불편함과 배터리가 낮아질 경우 불안정한 센싱 환경에 대한 문제를 모두 해결할 수 있게 되고, 장기적으로 센서의 수명을 연장할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 에너지 하베스팅 기능을 수행하는 타이어 센서의 구조를 나타낸 단면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

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. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 에너지 하베스팅 기능을 수행하는 타이어 센서(10)의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 1을 참고하면, 타이어 센서(10)는 하우징(100), 압전 소자부(110), 정류부(120), 전원부(130), 센서부(140) 및 통신부(150)로 구성된다.

본 발명을 통해 구현하고자 하는 타이어 센서(10)는 타이어(200) 내부에 부착되어, 타이어(200)가 주행 과정에서 노면으로부터 받게 되는 압력을 전력으로 변환하는 에너지 하베스팅 기능이 부가된다.

그에 따라 타이어 센서(10)를 구성하는 하우징(100)은 타이어(200)의 내부면에 부착되기 위한 하부면을 가지되, 내부에는 타이어 센서(10)를 구성하는 각종 모듈이 수납될 수 있는 소정의 공간이 형성될 수 있다.

이때, 도면상에 개략적으로 도시됨에 따라 확인이 어려우나, 하우징(100)은 내부의 각 모듈을 간극 없이 수용할 수 있는 원통형으로 구성된다.

또한, 타이어(200)와 직접 결합되는 하우징(100)의 개구부에는 상기 타이어 센서(10)를 결합하기 위한 소정의 돌출부가 형성된다. 따라서, 타이어 센서(10)는 상기 돌출부와 타이어(200)가 맞닿게 되는 면에 접착제나 결합부재를 통해 결합하게 된다.

하지만, 도1을 통해 소개하는 하우징(100)의 형태는 절대적인 것이 아니며, 설치되는 타이어(200)의 형태나 크기, 제작 상황 등 다양한 요소를 고려하여 변화될 수 있기에 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 압전 소자부(110)는 차량이 주행함에 따라 타이어(200)와 노면이 받게 되는 압력에너지를 수용하고, 수용된 압력에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 소자로 구성된다. 이때, 압전 소자부(110)는 일반적으로 피에조로 구성될 수 있다. 피에조(piezo)란 특정 방향으로 압력이 가해지면 결정체(이는 수정, 전기석 등)의 표면에서 전기가 발생하는 특성을 가진다.

이때, 압전 소자부(110)는 타이어(200)의 주행면과 가능한 최대한 맞닺도록 설치되어야 한다. 그래야만, 타이어(200)가 회전하는 과정에서 압전 소자부(110)가 설치된 접지면이 노면과 닿게 되고, 압전 소자부(110)가 최대로 밀착되어 배치될수록 압력에너지를 효과적으로 수용할 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 정류부(120)는 압전 소자부(110)가 생성하는 전기에너지를 센서부(140)가 이용할 수 있도록 정류하게 된다.

즉, 압전 소자부(110) 및 정류부(120)는 타이어 센서(10)의 에너지 하베스팅 모듈에 해당된다. 또한, 에너지 하베스팅 모듈은 하우징(100) 내부의 일 영역에 설치되며, 주행중 타이어(200)가 노면과 접하는 순간에 발생되는 압력에너지를 수집하여 전기에너지로 변환하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 전원부(130)는 센서부(140)로 구동전원을 공급하게 된다.

이때, 전원부(130)는 일반적으로 배터리의 역할을 수행하고, 에너지 하베스팅 모듈을 통해 수집된 전기에너지를 비축하게 된다. 이는, 에너지 하베스팅 모듈이 차량의 주행 상태에 따라 생산하게 되는 전기에너지가 안정적이지 못하기 때문이다.

따라서, 정류부(120)는 전기에너지를 전원부(130)로 전달하는 과정을 한번 더 거침으로써, 전원부(130)에 에너지 저장이 되도록 하거나, 통신부(150)로 공급하여 측정값의 전송이 이루어지도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 센서부(140)는 하우징(100) 내에 실장된다. 이때, 압력 센서나 온도 센서 등의 적어도 하나의 센서를 실장하게 된다.

이때, 센서부(140)를 구성하게 되는 센서는 TPMS가 타이어(200)의 어떤 상태를 측정하는지 여부에 따라 실장되는 센서가 달라지기에, 본 발명에서는 타이어 센서(10)에 포함되는 센서부(140)의 구성에 대해서 그 범위를 제한하지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 통신부(150)는 센서부(140)의 측정값을 차량 수신단으로 전송하게 된다.

이때, 통신부(150)는 유선 네트워크나, 무선 LANs, CDMA, 블루투스, 위성 통신 등의 무선 네트워크 등 상기 측정값을 효과적으로 전달할 수 있으면, 어떠한 기술이든 차용이 가능하기에, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 타이어 센서
100: 하우징
110: 압전 소자부 120: 정류부
130: 전압부 140: 센서부
150: 통신부
200: 타이어

Claims (2)

1. 에너지하베스팅 기능을 수행하는 타이어센서에 있어서,
   하우징;
   상기 하우징 내에 실장되며 적어도 하나의 센서가 실장된 센서부;
   상기 센서부로 구동전원을 공급하는 전원부;’
   상기 센서부의 측정값을 차량 수신단으로 전송하는 통신부; 및
   상기 하우징 내부의 일 영역에 설치되며, 주행중 타이어가 노면과 접하는 순간에 발생되는 압력에너지를 수집하여 전기에너지로 변환하는 에너지하베스팅 모듈; 을 포함하되,
   상기 에너지하베스팅 모듈은
   타이어의 내주면과 맞닿도록 설치되어 상기 압력에너지를 전기에너지로 변환하는 압전소자; 및
   상기 전기에너지를 정류하는 정류부를 포함하는, 에너지 하베스트가 적용된 타이어 센서.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 정류부는 상기 전기에너지를 상기 전원부로 전달하여 상기 전원부에 에너지 저장이 되도록 하거나, 상기 통신부로 공급하여 측정값의 전송이 이루어지도록 하는 것인, 에너지 하베스트가 적용된 타이어 센서.

Images