KR20240008035A - Power supply with alternative power source for smart insole - Google Patents

Power supply with alternative power source for smart insole Download PDF

Info

Publication number
KR20240008035A
KR20240008035A KR1020220084878A KR20220084878A KR20240008035A KR 20240008035 A KR20240008035 A KR 20240008035A KR 1020220084878 A KR1020220084878 A KR 1020220084878A KR 20220084878 A KR20220084878 A KR 20220084878A KR 20240008035 A KR20240008035 A KR 20240008035A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
smart
smart insole
secondary battery
wireless
Prior art date
Application number
KR1020220084878A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
유찬세
Original Assignee
한국전자기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자기술연구원 filed Critical 한국전자기술연구원
Priority to KR1020220084878A priority Critical patent/KR20240008035A/en
Publication of KR20240008035A publication Critical patent/KR20240008035A/en

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A43—FOOTWEAR
    • A43B—CHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
    • A43B3/00—Footwear characterised by the shape or the use
    • A43B3/34—Footwear characterised by the shape or the use with electrical or electronic arrangements
    • A43B3/38—Footwear characterised by the shape or the use with electrical or electronic arrangements with power sources
    • A43B3/40—Batteries
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A43—FOOTWEAR
    • A43B—CHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
    • A43B17/00—Insoles for insertion, e.g. footbeds or inlays, for attachment to the shoe after the upper has been joined
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A43—FOOTWEAR
    • A43B—CHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
    • A43B3/00—Footwear characterised by the shape or the use
    • A43B3/34—Footwear characterised by the shape or the use with electrical or electronic arrangements
    • A43B3/38—Footwear characterised by the shape or the use with electrical or electronic arrangements with power sources
    • A43B3/42—Footwear characterised by the shape or the use with electrical or electronic arrangements with power sources where power is generated by conversion of mechanical movement to electricity, e.g. by piezoelectric means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A43—FOOTWEAR
    • A43B—CHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
    • A43B3/00—Footwear characterised by the shape or the use
    • A43B3/34—Footwear characterised by the shape or the use with electrical or electronic arrangements
    • A43B3/44—Footwear characterised by the shape or the use with electrical or electronic arrangements with sensors, e.g. for detecting contact or position
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A43—FOOTWEAR
    • A43B—CHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
    • A43B3/00—Footwear characterised by the shape or the use
    • A43B3/34—Footwear characterised by the shape or the use with electrical or electronic arrangements
    • A43B3/48—Footwear characterised by the shape or the use with electrical or electronic arrangements with transmitting devices, e.g. GSM or WiFi
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

대체 전원을 채용한 스마트 인솔용 전원 공급장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 스마트 인솔용 전원 공급장치는, 스마트 인솔의 충전을 무선화함으로써 사용자의 편의성을 개선하고 유선 충전 단자로 인해 발생하는 수분/습기 유입으로 인한 방수 특성 저하를 방지할 수 있고, 압전 소자를 이용하여 보행 시 사용자의 체중에 의해 발생하는 압력을 전력으로 변환하여 2차 전지를 충전함으로써, 스마트 인솔 사용 시간을 연장시킬 수 있게 된다.A power supply device for smart insoles employing an alternative power source is provided. The power supply device for smart insole according to an embodiment of the present invention improves user convenience by wirelessly charging the smart insole and prevents deterioration of waterproof properties due to moisture/humidity inflow caused by the wired charging terminal, By using a piezoelectric element to convert the pressure generated by the user's weight while walking into power to charge the secondary battery, the use time of the smart insole can be extended.

Description

대체 전원을 채용한 스마트 인솔용 전원 공급장치{Power supply with alternative power source for smart insole}Power supply for smart insole employing alternative power source {Power supply with alternative power source for smart insole}

본 발명은 스마트 인솔용 전원 공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압력 센서를 이용하여 사용자의 족압을 측정하고 측정 결과를 스마트 기기로 전송하여 주는 스마트 인솔용 전원 공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply device for smart insoles, and more specifically, to a power supply device for smart insoles that measures the user's foot pressure using a pressure sensor and transmits the measurement results to a smart device.

스마트 인솔은 신발 내에 장착되어 보행자의 보행분석 등을 수행하는 인솔을 말한다. 도 1에는 스마트 인솔을 이용한 보행 분석 결과를 제시하였다. 보행 분석 결과는 도 2에 도시된 바와 같이 재활, 스포츠, 체감형 게임 등에 응용되고 있다.A smart insole is an insole that is installed inside a shoe and performs pedestrian gait analysis. Figure 1 presents the results of gait analysis using a smart insole. The results of gait analysis are applied to rehabilitation, sports, tangible games, etc., as shown in Figure 2.

도 3에는 기존 스마트 인솔의 구조를 도시하였다. 도시된 바와 같이 기존 스마트 인솔은 압력 측정을 위한 압력 센서(10), 측정된 데이터를 스마트 기기로 전송하기 위한 무선통신 모듈(20) 및 이들을 구동하기 위한 전원을 공급하는 2차 전지(30)로 구성된다.Figure 3 shows the structure of an existing smart insole. As shown, the existing smart insole consists of a pressure sensor 10 for measuring pressure, a wireless communication module 20 for transmitting the measured data to a smart device, and a secondary battery 30 that supplies power to drive them. It is composed.

이와 같이 기존 스마트 인솔은 2차 전지(30)를 전원으로 사용하고 있기 때문에, 일정 시간 사용 후에는 스마트 인솔의 충전 단자에 충전기를 유선으로 연결하여 2차 전지(30)를 충전해야 하는 불편이 있다.As such, since the existing smart insole uses the secondary battery 30 as a power source, there is the inconvenience of having to charge the secondary battery 30 by connecting a charger to the charging terminal of the smart insole by wire after use for a certain period of time. .

뿐만 아니라 스마트 인솔의 충전 단자를 통한 수분이나 습기의 유입으로 인해 스마트 인솔의 방수 특성이 저하되는 등 신뢰성에 문제가 발생할 수 있다.In addition, the inflow of moisture or moisture through the charging terminal of the smart insole may cause reliability problems, such as deterioration of the waterproof characteristics of the smart insole.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 스마트 인솔을 유선으로 충전함으로 인해 발생하는 사용상의 불편함과 신뢰성 문제를 해결하기 위한 방안으로, 대체 전원을 채용한 스마트 인솔용 전원 공급장치를 제공함에 있다.The present invention was created to solve the above problems, and the purpose of the present invention is to solve the inconvenience and reliability problems caused by charging the smart insole by wire, and adopt an alternative power source. The aim is to provide a power supply device for smart insoles.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인솔용 전원 공급장치는, 사용자의 보행 족압을 측정하는 압력 센서와 압력 센서를 통해 수집된 족압 데이터를 외부 기기로 전송하는 무선통신 모듈에 전원을 공급하는 2차 전지; 2차 전지를 충전하기 위한 전력을 무선으로 수신하는 무선 수전기; 무선 수전기에 유기된 전력을 DC로 변환하여 2차 전지를 충전하는 전력변환회로;를 포함한다.In order to achieve the above object, a power supply device for a smart insole according to an embodiment of the present invention includes a pressure sensor that measures the user's walking foot pressure and a wireless communication module that transmits the foot pressure data collected through the pressure sensor to an external device. Secondary battery that supplies power; A wireless power receiver that wirelessly receives power for charging a secondary battery; It includes a power conversion circuit that converts the power supplied to the wireless power receiver into DC to charge the secondary battery.

무선 수전기는, 유연(flexible) PCB로 제작될 수 있다.The wireless power receiver can be manufactured with a flexible PCB.

본 발명의 실시예에 따른 스마트 인솔은, 사용자의 보행시 체중에 의해 인가되는 압력을 전력으로 변환하는 압전 소자;를 더 포함하고, 전력변환회로는, 압전 소자에 의해 생성된 전력을 DC로 변환하여 2차 전지를 충전할 수 있다.The smart insole according to an embodiment of the present invention further includes a piezoelectric element that converts the pressure applied by the user's body weight when walking into power, and the power conversion circuit converts the power generated by the piezoelectric element into DC. This allows the secondary battery to be charged.

사용자에 의해 스마트 인솔이 미사용되는 경우에는, 무선 수전기를 이용하여 2차 전지의 충전이 이루어지고, 사용자에 의해 스마트 인솔이 사용되는 경우에는, 압전 소자를 이용하여 2차 전지의 충전이 이루어질 수 있다.When the smart insole is not used by the user, the secondary battery can be charged using a wireless power receiver, and when the smart insole is used by the user, the secondary battery can be charged using a piezoelectric element. there is.

압전 소자는, 사용자의 뒷꿈치가 맞닿는 부분에 위치할 수 있다. 무선 수전기는, 스마트 인솔의 앞부분에 위치할 수 있다.The piezoelectric element may be located at a portion where the user's heel contacts. The wireless receiver can be located in the front of the smart insole.

압력 센서는, 스마트 인솔의 상부 층에 위치하고, 압전 소자와 무선 수전기는, 스마트 인솔의 하부 층에 위치할 수 있다.The pressure sensor may be located in the upper layer of the smart insole, and the piezoelectric element and wireless receiver may be located in the lower layer of the smart insole.

본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 인솔 충전 방법은, 2차 전지가, 사용자의 보행 족압을 측정하는 압력 센서와 압력 센서를 통해 수집된 족압 데이터를 외부 기기로 전송하는 무선통신 모듈에 전원을 공급하는 단계; 무선 수전기가, 2차 전지를 충전하기 위한 전력을 무선으로 수신하는 단계; 및 전력변환회로가, 무선 수전기에 유기된 전력을 DC로 변환하여 2차 전지를 충전하는 단계;를 포함한다.In a smart insole charging method according to another embodiment of the present invention, the secondary battery supplies power to a pressure sensor that measures the user's walking foot pressure and a wireless communication module that transmits foot pressure data collected through the pressure sensor to an external device. steps; A step of wirelessly receiving, by a wireless power receiver, power for charging a secondary battery; And a power conversion circuit converts the power supplied to the wireless power receiver into DC to charge the secondary battery.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따르면, 스마트 인솔의 충전을 무선화함으로써 사용자의 편의성을 개선하고 유선 충전 단자로 인해 발생하는 수분/습기 유입으로 인한 방수 특성 저하를 방지할 수 있게 된다.As described above, according to embodiments of the present invention, it is possible to improve user convenience by wirelessly charging the smart insole and prevent deterioration of waterproof properties due to moisture/moisture inflow caused by the wired charging terminal.

또한 본 발명의 실시예들에 따르면, 압전 소자를 이용하여 보행 시 사용자의 체중에 의해 발생하는 압력을 전력으로 변환하여 2차 전지를 충전함으로써, 스마트 인솔 사용 시간을 연장시킬 수 있게 된다.Additionally, according to embodiments of the present invention, the pressure generated by the user's weight while walking is converted into power using a piezoelectric element to charge the secondary battery, thereby extending the use time of the smart insole.

도 1은 스마트 인솔을 이용한 보행 분석 사례,
도 2는 스마트 인솔의 응용예들,
도 3은 기존 스마트 인솔의 구조,
도 4는 본 발명의 일 실시예에서는 스마트 인솔의 개념도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인솔의 디바이스 구성을 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 실제작된 스마트 인솔의 상부층을 촬영한 사진,
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 실제작된 스마트 인솔의 하부층을 촬영한 사진,
도 8은 전력변환회로를 촬영한 사진,
도 9는 실제작한 무선 송전기 및 이를 이용한 스마트 인솔에 대한 무선 충전 실험을 촬영한 사진,
도 10은 무선 충전 특성(DC 전력),
도 11은 무선 충전 특성(충전 특성),
도 12는 압전 소자를 통한 전력 확보 실험을 촬영한 사진,
도 13은 압전 소자 특성(DC 전력),
도 14는 압전 소자 특성(충전 특성)이다.Figure 1 shows an example of gait analysis using a smart insole,
Figure 2 shows application examples of smart insole,
Figure 3 shows the structure of an existing smart insole,
4 is a conceptual diagram of a smart insole in one embodiment of the present invention;
Figure 5 is a block diagram showing the device configuration of a smart insole according to an embodiment of the present invention;
Figure 6 is a photograph of the upper layer of a smart insole actually manufactured according to an embodiment of the present invention;
Figure 7 is a photograph of the lower layer of a smart insole actually manufactured according to an embodiment of the present invention;
Figure 8 is a photograph of the power conversion circuit;
Figure 9 is a photograph of a wireless charging experiment for an actual wireless transmitter and a smart insole using the same;
10 shows wireless charging characteristics (DC power);
11 shows wireless charging characteristics (charging characteristics);
Figure 12 is a photograph of an experiment in securing power through a piezoelectric element;
13 shows piezoelectric element characteristics (DC power);
14 shows piezoelectric element characteristics (charging characteristics).

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

본 발명의 실시예에서는 스마트 인솔에 대체 전원을 구현하는 방법을 제시한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에서는 스마트 인솔 의 개념도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 스마트 인솔은 무선 충전과 압전 소자에 의한 에너지 하베스팅을 통해 압력 센서와 무선 통신을 위해 필요한 전원을 충당한다.An embodiment of the present invention presents a method of implementing an alternative power source for a smart insole. Figure 4 is a conceptual diagram of a smart insole in one embodiment of the present invention. As shown, the smart insole according to an embodiment of the present invention supplies the power required for pressure sensor and wireless communication through wireless charging and energy harvesting using piezoelectric elements.

구체적으로 스마트 인솔을 사용하지 않는 경우에는 무선 충전을 통해 전원 공급을 위한 2차 전지를 충전하고, 스마트 인솔을 신발에 착용하여 족압 분포 데이터 획득시에는 압전 소자를 통해 사용자의 보행 과정에서 체중에 의해 발생하는 압력을 전기 에너지로 변환하여 2차 전지를 충전한다.Specifically, when a smart insole is not used, a secondary battery for power supply is charged through wireless charging, and when foot pressure distribution data is acquired by wearing a smart insole in a shoe, the user's weight is measured during the user's walking process through a piezoelectric element. The generated pressure is converted into electrical energy to charge the secondary battery.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인솔의 디바이스 구성을 도시한 블럭도이다.Figure 5 is a block diagram showing the device configuration of a smart insole according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 스마트 인솔은 도시된 바와 같이 압력 센서(110), 무선통신 모듈(120), 2차 전지(130), 무선 수전기(140), 전력변환회로(150) 및 압전 소자(160)를 포함하여 구성된다.As shown, the smart insole according to an embodiment of the present invention includes a pressure sensor 110, a wireless communication module 120, a secondary battery 130, a wireless power receiver 140, a power conversion circuit 150, and a piezoelectric element. It is composed including (160).

스마트 기기(10)와 무선 송전기(20)는 스마트 인솔의 내부 구성이 아닌 외부 기기들에 해당하지만, 본 발명의 실시예에 대한 이해와 설명의 편의를 위해 도시하였다.Although the smart device 10 and the wireless transmitter 20 correspond to external devices rather than the internal components of the smart insole, they are shown for convenience of understanding and explanation of the embodiment of the present invention.

압력 센서(110)는 사용자의 보행 족압을 측정하기 위한 센서로, 측정한 족압 데이터를 무선통신 모듈(120)로 전달한다. 무선통신 모듈(120)은 압력 센서(110)로부터 수집된 족압 데이터를 스마트 기기(10)로 무선 전송한다. 무선 전송 방식에 대한 제한은 없다.The pressure sensor 110 is a sensor for measuring the user's walking foot pressure, and transmits the measured foot pressure data to the wireless communication module 120. The wireless communication module 120 wirelessly transmits foot pressure data collected from the pressure sensor 110 to the smart device 10. There are no restrictions on wireless transmission method.

2차 전지(130)는 압력 센서(110)가 족압 데이터를 측정하고 무선통신 모듈(120)이 데이터 무선 전송을 수행함에 있어 필요한 전원을 공급하기 위한 수단이다.The secondary battery 130 is a means for supplying power necessary for the pressure sensor 110 to measure foot pressure data and for the wireless communication module 120 to wirelessly transmit data.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 실제작된 스마트 인솔의 상부층을 촬영한 사진이다. 도 6에는 나타난 바와 같이 상부층에는 압력 센서(110), 무선통신 모듈(120) 및 2차 전지(130)이 위치하고 있다.Figure 6 is a photograph of the upper layer of a smart insole actually manufactured according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, a pressure sensor 110, a wireless communication module 120, and a secondary battery 130 are located in the upper layer.

압력 센서(110)는 상부 층에 그리드 형태로 배열되어 있는 다수의 압력 센서들로 구성되어 있다. 무선통신 모듈(120)은 족압 데이터 수신을 위해 압력 센서(110)와 통신 가능하도록 연결되어 있다.The pressure sensor 110 consists of a number of pressure sensors arranged in a grid form on the upper layer. The wireless communication module 120 is connected to enable communication with the pressure sensor 110 to receive foot pressure data.

다시 도 5를 참조하여 설명한다.This will be described again with reference to FIG. 5 .

무선 수전기(140)는 2차 전지(130)를 무선 충전하기 위한 수단으로, 무선 송전기(20)로부터 무선으로 전력을 수신하여, 보다 정확하게는 무선 송전기(20)에 의해 유기되는 AC 전력을 전력변환회로(150)로 전달한다.The wireless power receiver 140 is a means for wirelessly charging the secondary battery 130, and receives power wirelessly from the wireless transmitter 20, more precisely, AC power induced by the wireless transmitter 20. is transmitted to the power conversion circuit 150.

압전 소자(160)는 사용자의 보행시 체중에 의해 인가되는 압력을 AC 전력으로 변환하여 전력변환회로(150)로 전달한다.The piezoelectric element 160 converts the pressure applied by the user's body weight while walking into AC power and transmits it to the power conversion circuit 150.

전력변환회로(150)는 무선 수전기(140)를 통해 전달되는 AC 전력과 압전 소자(160)를 통해 전달되는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여 2차 전지(130)를 충전한다.The power conversion circuit 150 converts the AC power delivered through the wireless power receiver 140 and the AC power delivered through the piezoelectric element 160 into DC power to charge the secondary battery 130.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 실제작된 스마트 인솔의 하부층을 촬영한 사진이다. 도 7에는 나타난 바와 같이 무선 수전기(140)는 스마트 인솔의 앞부분에 위치하며, 사용자의 보행에 불편을 주지 않도록 하기 위해 유연(flexible) PCB로 제작할 수 있다.Figure 7 is a photograph of the lower layer of a smart insole actually manufactured according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the wireless power receiver 140 is located at the front of the smart insole, and can be manufactured with a flexible PCB to avoid causing inconvenience to the user's walking.

또한 도 7에는 나타난 바와 같이 압전 소자(160)는 보행시 가장 큰 압력이 발생하는 부분인 사용자의 뒷꿈치가 맞닿는 부분에 위치하고 있는데, 에너지 하베스팅 효율을 극대화 하기 위한 것이다.In addition, as shown in FIG. 7, the piezoelectric element 160 is located at the part where the user's heels come into contact, which is the part where the greatest pressure occurs when walking, and is intended to maximize energy harvesting efficiency.

도 7에 후면이 나타난 전력변환회로(150)의 상면을 도 8에 나타내었다. 도시된 바와 같이 전력변환회로(150)는 압전 소자(160)를 통해 전달되는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하기 위한 전력변환회로(151)와 무선 수전기(140)를 통해 전달되는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하기 위한 전력변환회로(152)를 구비하고 있다.The top surface of the power conversion circuit 150, of which the rear side is shown in FIG. 7, is shown in FIG. 8. As shown, the power conversion circuit 150 converts the AC power delivered through the piezoelectric element 160 into DC power and the power conversion circuit 151 for converting the AC power delivered through the wireless power receiver 140 into DC power. It is provided with a power conversion circuit 152 to convert it into electric power.

본 발명의 실시예에 따른 스마트 인솔에서 채용한 유선 충전을 대체하기 위한 충전 방식은 2가지이다. 하나는 무선 수전기(140)에 의한 무선 충전으로 이는 사용자가 인솔을 미사용할 때 적용되는 충전 방식이다. 다른 하나는 압전 소자(160)를 이용한 에너지 하베스팅에 의한 충전으로 이는 사용자가 인솔을 사용할 때 적용되는 충전 방식이다.There are two charging methods to replace wired charging employed in the smart insole according to the embodiment of the present invention. One is wireless charging using the wireless receiver 140, which is a charging method applied when the user is not using the insole. The other is charging by energy harvesting using the piezoelectric element 160, which is a charging method applied when the user uses the insole.

전자는 유선 충전에 의한 번거로움과 신뢰성을 개선하기 위해 도입한 충전 방식이고, 후자는 스마트 인솔의 사용 시간을 연장하기 위해 도입한 충전 방식이다.The former is a charging method introduced to improve the inconvenience and reliability of wired charging, and the latter is a charging method introduced to extend the usage time of smart insoles.

도 9의 상부는 스마트 인솔의 무선 수전기(110)에 AC 전력을 유기시키기 위한 무선 송전기(20)를 실제작하여 촬영한 사진이고, 도 9의 하부는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 인솔에 대한 무선 충전 실험을 촬영한 사진이다.The upper part of FIG. 9 is a photograph taken by actually constructing a wireless transmitter 20 for supplying AC power to the wireless power receiver 110 of the smart insole, and the lower part of FIG. 9 is a smart insole according to an embodiment of the present invention. This is a photo taken of a wireless charging experiment.

무선 충전 실험 결과를 도 10 및 도 11에 제시하였다. 도 10에는 무선 수전기(110)에 의해 수전된 후 전력변환회로(150)에서 변환되어 출력되는 DC 전력을 나타낸 도면이다. 도시된 바에 따르면 1W 내외의 DC 전력이 확보되었음을 확인할 수 있는데, 이는 스마트 인솔의 미사용시 단시간에 2차 전지(130)를 충전하기에 충분한 전력에 해당한다.The results of the wireless charging experiment are presented in Figures 10 and 11. Figure 10 is a diagram showing DC power received by the wireless power receiver 110, converted by the power conversion circuit 150, and output. As shown, it can be seen that DC power of approximately 1W has been secured, which is sufficient power to charge the secondary battery 130 in a short period of time when the smart insole is not in use.

도 11에는 2차 전지(130)의 충전 특성을 나타낸 도면이다. 도시된 바에 따르면 무선 충전 시 곧바로 2차 전지(130)의 충전 전압에 도달하는 것을 확인할 수 있다.Figure 11 is a diagram showing the charging characteristics of the secondary battery 130. As shown, it can be seen that the charging voltage of the secondary battery 130 is immediately reached during wireless charging.

도 12는 스마트 인솔에 장착된 압전 소자(160)를 통한 전력 확보 실험을 촬영한 사진이다. 스마트 인솔 착용자가 뒤꿈치에 맞닿는 부분에 장착된 압전 소자(160)를 밟으면서 에너지 추출 상태를 측정하였다.Figure 12 is a photo taken of an experiment in securing power through the piezoelectric element 160 mounted on the smart insole. The energy extraction state was measured while the smart insole wearer stepped on the piezoelectric element 160 mounted on the part that contacts the heel.

압전 소자(160)를 통한 전력 확보 실험 결과를 도 13 및 도 14에 제시하였다. 도 13에는 스마트 인솔에 장착된 압전 소자(160)를 통해 확보된 후 전력변환회로(150)에서 변환되어 출력되는 DC 전력이 나타나 있는데 최적 저항에서 5mW 이상의 DC 전력이 확보되며, 다양한 저항 값에 대해 3mW 이상의 DC 전력을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.The results of the experiment for securing power through the piezoelectric element 160 are presented in Figures 13 and 14. Figure 13 shows the DC power secured through the piezoelectric element 160 mounted on the smart insole and then converted and output by the power conversion circuit 150. DC power of 5 mW or more is secured at the optimal resistance, and for various resistance values. It can be confirmed that DC power of more than 3mW can be secured.

도 14는 스마트 인솔에서 전력을 소비하면서 압전 소자(160)를 통해 에너지 하베스팅하였을 때의 성능을 측정한 결과이다. 압전 소자(160)를 밟아서 DC 전력을 확보한 경우(A)가 압전 소자(160)를 밟지 않은 경우(B) 보다 전압 강하가 지연됨을 확인할 수 있다.Figure 14 shows the results of measuring the performance of energy harvesting through the piezoelectric element 160 while consuming power in a smart insole. It can be seen that the voltage drop is delayed in the case where DC power is secured by stepping on the piezoelectric element 160 (A) compared to the case in which the piezoelectric element 160 is not stepped (B).

이는 인솔에 장착된 압전 소자(160)를 통해 전력을 확보하여 2차 전지(130)의 방전을 지연시킬 수 있음을 보여주는 것으로, 스마트 인솔을 사용하면서도 DC 전력을 확보하여 2차 전지(130)의 사용 시간을 연장시키는 효과를 가져옴을 확인할 수 있다.This shows that it is possible to delay the discharge of the secondary battery 130 by securing power through the piezoelectric element 160 mounted on the insole, and to secure DC power while using a smart insole to secure the secondary battery 130. It can be confirmed that it has the effect of extending the usage time.

지금까지 유선 전원의 대체 전원을 채용한 스마트 인솔용 전원 공급장치에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.So far, a power supply device for a smart insole employing an alternative power source to a wired power source has been described in detail with preferred embodiments.

본 발명의 실시예에서는 스마트 인솔 미사용시에는 무선 충전을 통해 무선 송전기(20)로부터 무선 수전기(140)로 전달되는 무선 전력을 이용하여 2차 전지(130)를 충전하도록 하였고, 스마트 인솔 미사용시에는 압전 소자(160)가 보행 압력으로부터 생성한 하베스팅 전력을 이용하여 2차 전지(130)를 충전하도록 하였다.In an embodiment of the present invention, when the smart insole is not in use, the secondary battery 130 is charged using wireless power transmitted from the wireless transmitter 20 to the wireless power receiver 140 through wireless charging. In this case, the piezoelectric element 160 charges the secondary battery 130 using harvesting power generated from walking pressure.

본 발명의 실시예에 따른 스마트 인솔은 의학 치료용, 스포츠 과학용 등 다양한 응용 분야에 적용 가능하다.Smart insoles according to embodiments of the present invention can be applied to various application fields such as medical treatment and sports science.

한편 위 실시예에서 무선 수전기(140)는 스마트 인솔의 앞부분에 위치하는 것을 상정하였는데 예시적인 것에 불과하다. 무선 수전기(140)의 내구성을 강화하고, 사용자의 보행 방해가 최소화 되도록 무선 수전기(140)의 위치를 발바닥 아치 부분에 위치시키는 것이 가능하다.Meanwhile, in the above embodiment, the wireless power receiver 140 is assumed to be located at the front of the smart insole, but this is only an example. It is possible to position the wireless receiver 140 at the arch of the foot to enhance the durability of the wireless receiver 140 and minimize interference with the user's walking.

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 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In addition, although preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those of ordinary skill in the art, and these modifications should not be understood individually from the technical idea or perspective of the present invention.

110 : 압력 센서
120 : 무선통신 모듈
130 : 2차 전지
140 : 무선 수전기
150 : 전력변환회로
160 : 압전 소자110: pressure sensor
120: wireless communication module
130: secondary battery
140: wireless receiver
150: Power conversion circuit
160: Piezoelectric element

Claims (8)

사용자의 보행 족압을 측정하는 압력 센서와 압력 센서를 통해 수집된 족압 데이터를 외부 기기로 전송하는 무선통신 모듈에 전원을 공급하는 2차 전지;
2차 전지를 충전하기 위한 전력을 무선으로 수신하는 무선 수전기;
무선 수전기에 유기된 전력을 DC로 변환하여 2차 전지를 충전하는 전력변환회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 인솔용 전원 공급장치.
A secondary battery that supplies power to a pressure sensor that measures the user's walking foot pressure and a wireless communication module that transmits the foot pressure data collected through the pressure sensor to an external device;
A wireless power receiver that wirelessly receives power for charging a secondary battery;
A power supply device for a smart insole, comprising a power conversion circuit that converts the power supplied to the wireless receiver into DC to charge the secondary battery.
 청구항 1에 있어서,
무선 수전기는,
유연(flexible) PCB로 제작되는 것을 특징으로 하는 스마트 인솔용 전원 공급장치.
In claim 1,
The wireless receiver,
A power supply device for smart insoles that is made of flexible PCB.
 청구항 1에 있어서,
사용자의 보행시 체중에 의해 인가되는 압력을 전력으로 변환하는 압전 소자;를 더 포함하고,
전력변환회로는,
압전 소자에 의해 생성된 전력을 DC로 변환하여 2차 전지를 충전하는 것을 특징으로 하는 스마트 인솔용 전원 공급장치.
In claim 1,
It further includes a piezoelectric element that converts the pressure applied by the user's body weight when walking into power,
The power conversion circuit is,
A power supply device for smart insoles that converts the power generated by a piezoelectric element into DC to charge a secondary battery.
 청구항 3에 있어서,
사용자에 의해 스마트 인솔이 미사용되는 경우에는, 무선 수전기를 이용하여 2차 전지의 충전이 이루어지고,
사용자에 의해 스마트 인솔이 사용되는 경우에는, 압전 소자를 이용하여 2차 전지의 충전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트 인솔용 전원 공급장치.
In claim 3,
When the smart insole is not used by the user, the secondary battery is charged using a wireless power receiver.
A power supply device for a smart insole, wherein the secondary battery is charged using a piezoelectric element when the smart insole is used by the user.
 청구항 3에 있어서,
압전 소자는,
사용자의 뒷꿈치가 맞닿는 부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 스마트 인솔용 전원 공급장치.
In claim 3,
The piezoelectric element is,
A power supply device for smart insoles, which is located at the area where the user's heel touches.
 청구항 4에 있어서,
무선 수전기는,
스마트 인솔의 앞부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 스마트 인솔용 전원 공급장치.
In claim 4,
The wireless receiver,
A power supply device for smart insole, which is located at the front of the smart insole.
 청구항 3에 있어서,
압력 센서는,
스마트 인솔의 상부 층에 위치하고,
압전 소자와 무선 수전기는,
스마트 인솔의 하부 층에 위치하는 것을 특징으로 하는 스마트 인솔용 전원 공급장치.
In claim 3,
The pressure sensor is,
Located on the upper layer of the smart insole,
Piezoelectric elements and wireless receivers,
A power supply device for smart insole, characterized in that it is located in the lower layer of the smart insole.
 2차 전지가, 사용자의 보행 족압을 측정하는 압력 센서와 압력 센서를 통해 수집된 족압 데이터를 외부 기기로 전송하는 무선통신 모듈에 전원을 공급하는 단계;
무선 수전기가, 2차 전지를 충전하기 위한 전력을 무선으로 수신하는 단계;
전력변환회로가, 무선 수전기에 유기된 전력을 DC로 변환하여 2차 전지를 충전하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 인솔 충전 방법.
A secondary battery supplying power to a pressure sensor that measures the user's walking foot pressure and a wireless communication module that transmits foot pressure data collected through the pressure sensor to an external device;
A step of wirelessly receiving, by a wireless power receiver, power for charging a secondary battery;
A smart insole charging method comprising: a power conversion circuit converting the power supplied to the wireless power receiver into DC to charge the secondary battery.
KR1020220084878A 2022-07-11 2022-07-11 Power supply with alternative power source for smart insole KR20240008035A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220084878A KR20240008035A (en) 2022-07-11 2022-07-11 Power supply with alternative power source for smart insole

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220084878A KR20240008035A (en) 2022-07-11 2022-07-11 Power supply with alternative power source for smart insole

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240008035A true KR20240008035A (en) 2024-01-18

Family

ID=89716278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220084878A KR20240008035A (en) 2022-07-11 2022-07-11 Power supply with alternative power source for smart insole

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240008035A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107006940B (en) Energy collecting sole
CN104207409B (en) A kind of pressure is perceived certainly, the Intelligent insole of self power generation
RU2600439C2 (en) Insoles with heating
CN105963055B (en) A kind of gait corrects Intelligent shoe system and its method
CN103799610A (en) Footwear able to be wirelessly charged and wireless charging device used for the same
CN204091135U (en) A kind of pressure is from the Intelligent insole of perception, self power generation
KR20180003692U (en) Warm shoes
US20220117348A2 (en) Footwear apparatus for converting impact forces to electrical power
CN105011944A (en) Multifunctional intelligent insole
CN215867566U (en) Resistance value conversion plantar pressure value circuit, shoe pad and system
CN109549278A (en) Intelligent shoe sole and intelligent shoe
CN205848844U (en) A kind of multi-functional gait monitoring shoe pad
KR20240008035A (en) Power supply with alternative power source for smart insole
CN203735549U (en) Wireless charging controllable domain monitoring shoe
CN111213950A (en) Foot motion monitoring device
CN107249373A (en) Multifunctional self-generating wireless charging footwear
CN211241919U (en) Flexible sensing gait personalized adjustment correction insole
KR101901852B1 (en) Smart insole using eco-friendly energy
KR101315540B1 (en) Wirelessly chargable indoor shoes for heating and wireless charging apparatus of the indoor shoes
CN208480670U (en) A kind of multi-functional shoes
CN213458393U (en) Intelligent shoe with tumble detection function
CN209547048U (en) Intelligent shoe sole and intelligent shoe
KR101766002B1 (en) Health care system using insole
CN105433504A (en) Heat preservation massage shoe
CN102499506A (en) Multifunctional shoe