WO2024101740A1 - 상용차용 센서전력을 위한 에너지하베스팅 시스템 - Google Patents

상용차용 센서전력을 위한 에너지하베스팅 시스템 Download PDF

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WO2024101740A1
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harvester
energy
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오재근
이제윤
임동현
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주식회사 코아칩스
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Definitions

  • the present invention relates to an energy harvesting system utilizing energy generated from a commercial vehicle during driving. More specifically, energy harvesting and This relates to technology that provides a system for sensor power supply.
  • Energy harvesting technology is a technology that collects various external energies such as the sun, wind, waves, vibration, and human body movement and converts them into electrical energy. Since this technology converts external energy into electric energy, it has excellent energy supply stability, security, and sustainability, and is attracting attention as an eco-friendly energy technology. Recently, attempts to apply this energy harvesting technology to automobiles have continued. Specifically, Toyota announced a technology that collects energy by installing solar panels on the outside of commercial vehicles to receive sunlight while driving.
  • BMW announced a technology to collect energy by attaching a thermoelectric element to the exhaust pipe.
  • thermoelectric element to the exhaust pipe.
  • conventional energy harvesting technologies for commercial vehicles had limitations in capturing energy due to environmental factors outside the commercial vehicle.
  • the technology for collecting energy through vibration captures electric energy by using the magnetic field that changes when the suspension vibrates and the positions of the coils and magnets surrounding some devices of the car change, resulting in a potential difference.
  • the technology for collecting energy through piezoelectricity uses the fact that an electric field is formed by the electric dipole phenomenon in which the positions of positive and negative charges are misaligned as the piezoelectric material is deformed by an external force.
  • the purpose of the present invention is to provide a power source system for driving sensors by utilizing various energy sources during driving.
  • the purpose of the present invention is to provide a system for energy harvesting and sensor power supply that utilizes the displacement generated from the suspension of a commercial vehicle during driving, heat from the exhaust, and rotational energy from the wheels.
  • An energy harvesting system for a commercial vehicle includes a harvester unit mounted on a commercial vehicle and harvesting electrical energy based on a plurality of energies generated during operation of the commercial vehicle, and a harvester unit that collects and manages the harvested electrical energy. It may include an integrated power management unit and a sensor unit that operates using the collected electrical energy.
  • the harvester unit includes a first harvester that harvests electrical energy based on displacement energy generated in the suspension of the commercial vehicle, a second harvester that harvests heat energy generated in the exhaust port of the commercial vehicle, and the commercial vehicle. It may include a third harvester that harvests rotational energy generated from the wheel.
  • the first harvester is a first structure that is physically fixed to the first unit from the outside of the first unit among the two separated units constituting the shock absorber and moves together according to the movement of the first unit.
  • a second structure is physically fixed to the second unit outside the second unit and moves together with the movement of the second unit, and the first structure is outside the first unit. It includes a first fixture for fixing the first structure to the first structure, and a rack gear that reciprocates up and down by the up and down reciprocating movement of the first structure, and the second structure is located on the outside of the second unit.
  • the rack gear according to one embodiment is fixed to the first structure in the same direction as the moving trajectory of the first unit and the second unit, and the second structure is the rotation axis of the pinion gear.
  • a first bevel gear is located in and makes the same rotational movement as the rotational movement of the pinion gear, and is located on a rotational axis perpendicular to the rotational axis of the first bevel gear and is linked to the rotational movement of the first bevel gear. It further includes a second bevel gear that is driven and transmits rotational motion to the core in the power generation unit, wherein the first bevel gear has a gear ratio higher than that of the pinion gear for speed increase. You can.
  • the second harvester may include a thermoelectric element that has one side connected to the muffler of a commercial vehicle and the other side connected to a buffer member in the air to generate electrical energy by a temperature difference between the one side and the other side.
  • the third harvester includes a housing part installed in a proximate position in a manner that does not contact the wheel of the commercial vehicle, which generates an eddy current due to rotation, a core support part protruding outward on a part of the other side of the housing part, and the A cover portion located on one side of the housing portion to open and close one direction of the housing portion and the core support portion, is disposed inside the housing portion, and is rotatably positioned inside the housing portion to generate an external current in the rotating wheel.
  • the third harvester is mounted on the wheel of a commercial vehicle and collects energy generated by a change in the distance between the auxiliary rim and the inside of the tire generated by the wheel as the commercial vehicle moves, and is generated as the wheel rotates. Electrical energy can be collected based on the induced voltage generated by the displacement of the gap between the tire and wheel.
  • various energy sources can be used during driving to provide a power source system for driving sensors.
  • a system for energy harvesting and sensor power supply utilizing displacement generated from the suspension of a commercial vehicle during driving, heat from the exhaust port, and rotational energy from the wheels can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an energy harvesting system for a commercial vehicle according to an embodiment.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating a first harvester that can be applied to the energy harvesting system of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram explaining a second harvester that can be applied to the energy harvesting system of the present invention.
  • Figures 4a, 4b, and 4c are diagrams illustrating a third harvester that can be applied to the energy harvesting system of the present invention.
  • first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms.
  • the above terms are used solely for the purpose of distinguishing one component from another, for example, a first component may be named a second component, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention; Similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an energy harvesting system 100 for a commercial vehicle according to an embodiment.
  • the energy harvesting system 100 for a commercial vehicle can supply power to these sensors, and supplies power by utilizing energy generated by the commercial vehicle during driving.
  • the energy harvesting system 100 for a commercial vehicle may include a harvester unit 110, 120, and 130, an integrated power management unit 140, and a sensor unit 150.
  • the harvester unit (110, 120, 130) is mounted on a commercial vehicle and can harvest electric energy based on a plurality of energies generated during the operation of the commercial vehicle. Electrical energy is generated based on energy generated from the displacement generated from the suspension, heat from the exhaust, and rotational energy from the wheel.
  • the first harvester 110 may harvest electrical energy based on displacement energy generated from the suspension of a commercial vehicle.
  • the second harvester 120 can harvest heat energy generated from the exhaust port of a commercial vehicle.
  • the third harvester 130 can harvest rotational energy generated from the wheels of a commercial vehicle.
  • the integrated power management unit 140 may collect and manage harvested electrical energy, and the sensor unit 150 may operate using the collected electrical energy.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating the first harvester 200 that can be applied to the energy harvesting system of the present invention.
  • the first harvester 200 is a device that collects electrical energy from thermal energy, and can be designed to be any device that converts energy from heat in a place where heat is generated, such as a muffler or engine of a commercial vehicle.
  • thermoelectric element 211 a thermal mass 215 including a heat transfer member and a buffer member is sequentially disposed on the top of the thermoelectric element 211.
  • thermoelectric element 211 includes a heat transfer material such as grease, sheet, and epoxy, and the thermoelectric element 211 is formed by soldering, welding, and bolting. ) and can be installed between the buffer member.
  • thermoelectric element 211 In order for the thermoelectric element 211 to have an optimal thermal performance index, it is necessary to maintain the temperature difference ( ⁇ T) between the upper and lower parts of the thermoelectric element 211 at around 10 to 80°C.
  • a buffer member is used to set the upper temperature of the thermoelectric element 211 to the ambient temperature
  • a cooling member is used to set the lower temperature of the thermoelectric element 211 to a temperature about 80°C lower than the ambient temperature. .
  • a buffer member is coupled to the upper part of the thermoelectric element 211 to maintain the upper temperature at ambient temperature (i.e., room temperature), and a buffer member is coupled to the lower part of the thermoelectric element 211 to form a muffler or engine
  • the cooling members that maintain the temperature from the heat generating portion, such as the back, at a 'lower temperature compared to the ambient temperature' set based on thermoelectric performance may each be made of an aluminum material similar to the heat sink.
  • thermoelectric element 211 may be composed of an electrode and a thermoelectric material between a metal substrate 214.
  • Figure 3 is a diagram explaining the second harvester 300 that can be applied to the energy harvesting system of the present invention.
  • the second harvester 300 harvests energy by generating eddy currents due to rotation in a state that is not in contact with the wheels of a commercial vehicle, thereby minimizing mutual influence by not contacting the wheels and providing the effect of improving harvesting efficiency.
  • harvesting efficiency is improved by adding a secondary harvesting configuration using the rotational force generated by the eddy power to the configuration that harvests by the eddy power generated from the wheel, and increasing the rotational force to the gear ratio to improve efficiency. It can provide the effect of
  • the second harvester 300 uses eddy current energy harvesting technology using wheel rotation.
  • the second harvester 300 is a device that uses a wheel rotated by the running of a commercial vehicle as a conductor and generates electricity by rotation.
  • the wheel is preferably made of aluminum, which generates eddy currents by rotation when magnetic force is applied.
  • the second harvester 300 using wheel rotation includes a case 306, a cover 301, a bearing 302, a circular connector 303, a shaft 304, and a magnet body 305. Additionally, reference numeral 310 represents a form in which all components of the second harvester 300 are combined.
  • the case 306 is disposed on one side of the wheel made of a material that generates eddy currents when rotated, and is installed in a non-contact, close position.
  • case 306 includes a housing body and a magnetic support bracket.
  • the housing body is disposed on one side of the wheel, has a body space in which a magnet part is located inside at a position close to the wheel and does not contact the wheel, and may be provided in the form of a bumper to protect the magnet body 305.
  • the magnet support bracket is provided on the other side of the housing body, and has a rotating hole in the center into which the rotating part of the magnet body 305 is inserted, and is provided to support the magnet body 305 by closing the other side of the housing body. You can.
  • the bearings 302 allow the shaft 304 to rotate smoothly inside the case 306, and may be provided in pairs, one each on the case 306 side and the cover 301 side.
  • the magnet body 305 is disposed inside the case 306 and is rotatably positioned inside the case 306 to rotate while generating magnetic force so that an external current is generated in the rotating wheel.
  • the magnet body 305 is implemented with a magnet body 305 and a shaft 304, and the magnet body 305 is disposed inside the case 306, and has a magnetic hole in the form of a through hole that supports rotation in the center. It can be provided in the form of a permanent magnet, such as an 8-pole magnet, in which the N and S poles are sequentially arranged. This causes eddy current to be generated in the rotating wheel.
  • the shaft 304 is inserted and disposed in the center of the magnet body 305, and is inserted into the magnet hole and rotated together.
  • the magnet body 305 can generate electricity by inducing a current while wrapping a radial position around the outer circumference and a portion of one side.
  • the magnet body 305 may include a core body, a core inductor, and an inductive protrusion.
  • the circular connector 303 is electrically connected to the magnet body 305 and can collect electrical energy generated in the magnet body 305 and transmit it to the outside.
  • the circular connector 303 may include a conversion module and a charging module.
  • the conversion module is electrically connected to the circular connector 303 and is equipped to convert the power generated by the rotation of the magnet body 305 into rechargeable power.
  • the conversion module is provided to convert the generated power derived from the circular connector 303 into a form suitable for charging.
  • the charging module is electrically connected to the conversion module and may be equipped to charge with power converted from the conversion module.
  • Reference numeral 307 denotes a bolt fastening part and can be used for EH fastening or jig fastening.
  • Figures 4a, 4b, and 4c are diagrams illustrating a third harvester that can be applied to the energy harvesting system of the present invention.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating the third harvester 400 according to an embodiment.
  • the third harvester 400 can be attached and detached to the outside of the suspension of a commercial vehicle, thereby improving the convenience of connection between applications and providing an energy harvesting device that is easy to maintain.
  • vibration that the suspension cannot absorb can be absorbed through the third harvester 400, and the power efficiency of the commercial vehicle can be increased by harvesting electrical energy according to the movement of the commercial vehicle.
  • the third harvester 400 may collect electrical energy according to the movement of the suspension.
  • the third harvester 400 is physically fixed to the first unit 410 from the outside of the first unit 410 among the two separated units constituting the shock absorber of the suspension. It may include a first structure 411 that moves together with the movement of the unit 410.
  • the third harvester 400 is physically fixed to the second unit 420 from the outside of the second unit 420 among the two separate units constituting the shock absorber of the suspension. It may include a second structure 421 that moves together with the movement of 420.
  • the third harvester 400 is a device that allows the first structure 411 and the second structure 421 to be fixed to the first unit 410 and the second unit 420 of the shock absorber, respectively. It may include 2 fixtures and a second fixture.
  • the first fixture may mean a set of devices for fixing the first unit 410 and the rack gear 416 of the shock absorber.
  • it may include a U bolt 412 that can correspond to the diameter of the first unit 410, and a nut and groove fixing device 313 that can secure the U bolt 412 to the first unit. .
  • the housing 424 may have a second fixture for fixing the second structure to the outside of the second unit 421. 2 It can be moved in conjunction with the second unit 421 through the fixture.
  • the second fixing stand may include a U bolt 422 that can correspond to the diameter of the second unit 421, and a nut and groove that can fix the U bolt 422 to the second unit.
  • first fixture and the second fixture may further include 'L' shaped structures 414, 423) for transmitting a fixed force in a perpendicular direction.
  • the 'L' shaped structures 414 and 423 allow the rack gear to be fixed to the first unit 410 from the outside of the first unit 410 through the U bolt 412, or to the second unit 420.
  • the housing 424 may be fixed to the second unit 420 from the outside.
  • first structure 411 and the second structure 421 constituting the third harvester 400 move separately, but can move in conjunction with the two separate units constituting the shock absorber of the suspension. there is.
  • the first structure 411 For energy harvesting from the suspension, the first structure 411 includes a first fixture 412 for fixing the first structure 411 to the outside of the first unit and a vertical reciprocating movement of the first structure 411. It may include a rack gear 416 that reciprocates up and down.
  • This rack gear 416 penetrates the inside through the hole 425 of the housing 424 and can reciprocate up and down inside the housing 424.
  • devices that can harvest electrical energy by utilizing the vertical reciprocating motion energy of the rack gear 416 may be placed, and these devices are fixed to the housing 424 and 1 It can be moved separately from the structure 411.
  • FIGS. 4B and 4C For another embodiment of the third harvester 400 that can harvest electrical energy by utilizing the vertical reciprocating motion energy of the rack gear 416 inside the housing 424, see FIGS. 4B and 4C below. It is explained in detail through.
  • the third harvester 400 is combined with the shock absorber of the lower body of a commercial vehicle and converts the vibration energy of the road surface input from the outside into the vertical reciprocating kinetic energy of the rack gear 416 to use the damper and spring of the suspension. It performs an energy conversion function by accommodating with
  • FIG. 4B is a diagram explaining a specific embodiment of the third harvester 400.
  • Suspension is a device that connects the axle and the car body and prevents the vibration or shock that the axle receives from the road surface from being directly transmitted to the car body when driving, preventing damage to the car body or load and improving ride comfort.
  • This suspension consists of a chassis spring that absorbs shock from the road surface and generates vibration, a shock absorber that improves ride comfort by suppressing free vibration of the chassis spring, and a stabilizer that prevents the car from shaking sideways. Consists of.
  • the shock absorber converts the vertical kinetic energy of the spring generated by the impact from the road surface into heat, and the hydraulic type is mainly used.
  • Hydraulic shock absorbers use resistance from fluid to dampen vibration, and have a structure that combines a long, thin cylinder that also serves as a guide. Inside, it is a cylindrical shock absorber composed of a cylinder connected to the axle and a piston connected to the car body. There is a lever-type shock absorber consisting of a bar, an anchor lever that pushes the cylinder and piston, and an anchor shaft.
  • the shock absorber is mainly used as a MacPherson type suspension, which supports the load of the car body as a part of the suspension link.
  • a piston is coupled to a piston rod that moves up and down in a cylinder, and this piston is equipped with a piston valve and a non-return valve. It is installed to provide an appropriate damping effect to the speed of the piston through expansion and contraction.
  • the third harvester 400 according to one embodiment is described as an example of a cylindrical shock absorber, but the design can be changed to various types of shock absorbers.
  • the third harvester 400 harvests electrical energy through the up and down reciprocating movement of the rack gear 416 in conjunction with the movement of the first structure 411 inside the housing 424. You can.
  • the third harvester 400 is fixed inside the housing 424, and includes at least one rack gear guide to prevent the rack gear 416 from being separated while it is moving up and down. It may include (501).
  • the rack gear guide 501 can guide the rack gear 416, which reciprocates up and down, to move in a constant direction through a hole formed therein.
  • the shape of the rack gear guide 501 can be designed in various ways, and other structures that can prevent the rack gear 416 from being separated can also be replaced in various ways.
  • the third harvester 400 is installed inside the housing 424 and includes a pinion gear (pinion gear) that rotates clockwise or counterclockwise in conjunction with the up and down reciprocating movement of the rack gear 416. 502) may be included.
  • a pinion gear pinion gear
  • the pinion gear 502 must have the same gear ratio as the rack gear 416, and can play the role of converting the up and down reciprocating motion of the rack gear 416 into rotational motion.
  • the third harvester 400 may include a power generation unit 505 that generates electrical energy through rotational kinetic energy based on rotational movement generated by the pinion gear 502.
  • the third harvester 400 may transmit the rotational movement generated in the pinion gear 502 to the power generation unit 505 using at least one bevel gear.
  • the third harvester 400 is located on the rotation axis of the pinion gear 502, and includes a first bevel gear (503) that makes the same rotational movement as that of the pinion gear, and a first bevel gear.
  • a second bevel gear is located on a rotation axis perpendicular to the rotation axis of the gear 503 and is driven in conjunction with the rotation movement of the first bevel gear 503 to transmit rotation movement to the core in the power generation unit 505. 504) may be included.
  • a bevel gear is a cone-shaped gear used to transmit power to another gear or shaft at a certain angle.
  • a bevel gear is a conical gear used to transmit motion between two axes that intersect each other. Depending on the condition of the gear line, there are straight bevel gears, spiral bevel gears, and spiral bevel gears.
  • the driving pinion supported by a tapered roller bearing is located on the center line of the ring gear and transmits rotational force.
  • the engagement ratio is large and transmission efficiency is high, so rotation is smooth and wear is minimal.
  • first bevel gear 503 may operate as a pinion gear
  • second bevel gear 504 may operate as a ring gear
  • the first bevel gear 503 has a gear ratio that is higher than that of the pinion gear for speed increase, and for example, may have a gear ratio that is more than twice that of the pinion gear.
  • the power generation unit 505 includes a core on which a coil is wound, rotates the core based on the rotational movement generated in the second bevel gear 504, and uses kinetic energy generated according to the rotational movement. Electrical energy can be generated.
  • Figure 4c is a diagram explaining another embodiment of a specific energy harvesting device.
  • the third harvester 400 harvests electrical energy through the up and down reciprocating movement of the rack gear 416 in conjunction with the movement of the first structure 411 inside the housing 424. You can.
  • the third harvester 400 is fixed inside the housing 424, and includes at least one rack gear guide to prevent the rack gear 416 from being separated while it is moving up and down. It may include (501).
  • the rack gear guide 501 can guide the rack gear 416, which reciprocates up and down, to move in a constant direction through a hole formed therein.
  • the third harvester 400 is installed inside the housing 424 and includes a ring gear 601 that rotates clockwise or counterclockwise in conjunction with the vertical reciprocating movement of the rack gear 416. It can be included.
  • the ring gear 601 must have the same gear ratio as the rack gear 416, and can serve to convert the up and down reciprocating motion of the rack gear 416 into rotational motion.
  • the third harvester 400 may include a power generation unit 505 that generates electrical energy through rotational kinetic energy based on rotational movement generated in the ring gear 601.
  • the third harvester 400 may transmit the rotational movement generated in the ring gear 601 to the power generation unit 505 using at least one bevel gear.
  • the third harvester 400 is driven in conjunction with the rotational movement of the ring gear 601 and includes a second bevel gear (504) that transmits the rotational movement to the core in the power generation unit 505. may include.
  • the power generation unit 505 includes a core on which a coil is wound, rotates the core based on the rotational movement generated in the second bevel gear 504, and uses kinetic energy generated according to the rotational movement. Electrical energy can be generated.
  • the third harvester 400 it is possible to attach and detach from the exterior of the suspension of a commercial vehicle, thereby improving the convenience of connection between applications and providing an energy harvesting device that is easy to maintain.
  • a system for energy harvesting and sensor power supply utilizing displacement generated from the suspension of a commercial vehicle during driving, heat from the exhaust port, and rotational energy from the wheels can be provided.

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Abstract

본 발명은 주행 간 상용차의 서스펜션에서 발생되는 변위, 배기구의 열, 휠의 회전 에너지를 활용한 에너지하베스팅 및 센서 전력공급에 관한 시스템을 제공하는 기술에 관한 것으로서, 일실시예에 따른 상용차의 에너지 하베스팅 시스템은 상용차에 장착되어 상기 상용차의 운행에 따라 발생하는 복수의 에너지를 기반으로 전기에너지를 하베스팅하는 하베스터부, 상기 하베스팅된 전기에너지를 수집하여 관리하는 통합 전력 관리부, 및 상기 수집된 전기에너지를 이용하여 동작하는 센서부를 포함할 수 있다.

Description

상용차용 센서전력을 위한 에너지하베스팅 시스템
본 발명은 주행 간 상용차에서 발생되는 에너지를 활용한 에너지하베스팅 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주행 간 상용차의 서스펜션에서 발생되는 변위, 배기구의 열, 휠의 회전 에너지를 활용한 에너지하베스팅 및 센서 전력공급에 관한 시스템을 제공하는 기술에 관한 것이다.
에너지　하베스팅　기술은 태양, 바람, 파도, 진동, 인체 움직임 등의 다양한 외부　에너지를 수집하여 전기　에너지로 변환하는 기술이다. 이러한 기술은 외부　에너지를 전기　에너지로 변환하기 때문에　에너지　공급의 안정성, 보안성 및 지속 가능성이 우수하고, 친환경　에너지　기술로 각광받고 있다. 최근에는　자동차에 이러한　에너지　하베스팅　기술을 적용하려는 시도들이 계속되었다. 구체적으로, 도요타에서는 태양광 패널판을　상용차　외부에 설치하여 주행 중 태양광을 받아　에너지를 포집하는 기술을 발표하였다.
또한, BMW에서는 배기관에 열전 소자를 부착하여　에너지를 포집하는 기술을 발표하였다. 그러나, 종래　상용차용　에너지　하베스팅　기술들은　상용차　외부의 환경적인 요인에 의해　에너지를 포집하는데 한계가 있었다.
이에 대한 대안으로　상용차에서 발생하는 진동, 마찰, 압전 등을 이용하는　에너지　하베스팅　기술이 제안되었다.
구체적으로, 진동을 통해　에너지를 포집하는 기술은 서스펜션 진동시　자동차의 일부 장치에 감싸고 있는 코일과 자석의 위치가 변하여 자기장이 변하고 이로 인해 전위차가 발생을 이용하여 전기　에너지를 포집한다. 또한, 압전을 통해　에너지를 포집하는 기술은 압전 재료가 외부의 힘에 의해 물질이 변형되면서 양의 전하와 음의 전하 위치가 어긋나는 전기쌍극자 현상에 의해 전기장이 형성됨을 이용한다.
선행기술문헌 : 한국공개특허 제2020-0086769호 "주행풍을 이용하는 압전　에너지　하베스팅　장치, 이를 포함하는　자동차　범퍼 그릴 및　상용차"
한국공개특허 제2017-0068078호 "상용차에 탑재된 에너지 하베스팅 시스템 및 그 구동 방법"
한국등록특허 제1728601호 "능동형 상용차 안전 모니터링 및 에너지 하베스팅 시스템"
본 발명은 주행 간 다양한 에너지원을 활용하여 센서 구동을 위한 전력원시스템으로 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 주행 간 상용차의 서스펜션에서 발생되는 변위, 배기구의 열, 휠의 회전 에너지를 활용한 에너지하베스팅 및 센서 전력공급에 관한 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일실시예에 따른 상용차의 에너지 하베스팅 시스템은 상용차에 장착되어 상기 상용차의 운행에 따라 발생하는 복수의 에너지를 기반으로 전기에너지를 하베스팅하는 하베스터부, 상기 하베스팅된 전기에너지를 수집하여 관리하는 통합 전력 관리부, 및 상기 수집된 전기에너지를 이용하여 동작하는 센서부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 하베스터부는, 상용차의 서스펜션에서 발생되는 변위 에너지를 기반으로 전기에너지를 하베스팅하는 제1 하베스터, 상기 상용차의 배기구에서 발생하는 열 에너지를 하베스팅하는 제2 하베스터, 및 상기 상용차의 휠에서 발생하는 회전 에너지를 하베스팅하는 제3 하베스터를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 제1 하베스터는, 쇽업쇼바를 구성하는 분리된 두 개의 유닛 중에서 제1 유닛의 외부에서 상기 제1 유닛에 물리적으로 고정되어 상기 제1 유닛의 움직임에 따라 함께 움직이는 제1 구조체, 및 두 개의 유닛 중에서 제2 유닛의 외부에서 상기 제2 유닛에 물리적으로 고정되어 상기 제2 유닛의 움직에 따라 함께 움직이는 제2 구조체를 포함하고, 상기 제1 구조체는, 상기 제1 유닛의 외부에 상기 제1 구조체를 고정시키기 위한 제1 고정대, 및 상기 제1 구조체의 상하 왕복 움직임에 의해 상하 왕복 운동하는 랙(rack)기어를 포함하고, 상기 제2 구조체는, 상기 제2 유닛의 외부에 상기 제2 구조체를 고정시키기 위한 제2 고정대, 상기 랙기어의 이탈을 방지하기 위한 적어도 하나 이상의 랙기어 가이드, 상기 랙기어의 상하 왕복 운동에 연동하여, 시계방향 또는 반시계방향으로 회전 운동하는 피니언(pinion)기어, 및 상기 피니언기어에서 발생하는 회전 움직임에 기반하여 회전운동에너지를 통해 전기에너지를 발생하는 발전부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 랙(rack)기어는 상기 제1 유닛과 상기 제2 유닛이 움직이는 궤적과 동일한 방향으로 상기 제1 구조체에 고정되고, 상기 제2 구조체는, 상기 피니언(pinion)기어의 회전축에 위치하고, 상기 피니언 기어의 회전운동과 동일한 회전운동을 하는 제1 베벨기어(bevel gear), 및 상기 제1 베벨기어의 회전축과 수직의 회전축에 위치하고, 상기 제1 베벨기어의 회전운동에 연동하여 구동되어, 상기 발전부 내 코아에 회전운동을 전달하는 제2 베벨기어(bevel gear)를 더 포함하며, 상기 제1 베벨기어는, 증속을 위해 상기 피니언(pinion)기어의 기어비 보다 높은 기어비를 가질 수 있다.
일실시예에 따른 상기 제2 하베스터는, 일면이 상용차의 머플러에 연결되고 타면은 대기 중의 버퍼 부재에 연결되어 상기 일면과 타면 사이의 온도차에 의한 전기에너지를 발생시키는　열전　소자를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 제3 하베스터는, 회전에 의해 와전류가 발생되는 상기 상용차의 휠에 비접촉되는 형태로 근접위치에 설치된 하우징부, 상기 하우징부의 타측 일부에 바깥 방향으로 돌출 배치된 코어지지부, 상기 하우징부의 한쪽에 위치하여 상기 하우징부와 상기 코어지지부의 한쪽 방향을 개폐하는 커버부, 상기 하우징부의 내부에 배치되어 있으며, 상기 하우징부의 내부에서 회전 가능하게 위치하여 회전되는 상기 휠에 외전류가 발생되도록 자력을 발생시키면서 회전되는 자석부, 상기 코어지지부에 다른쪽이 지지되어 있으며, 상기 자석부의 바깥 둘레에 방사상의 위치와 한쪽의 일부를 감싸면서 전류를 유도하여 발전을 실시하는 코어부, 및 상기 코어부에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 코어부에서 발전된 전력을 변환하여 충전하는 변환충전부를 포함하고, 상기 휠은 상기 자석부의 자력이 작용된 상태에서 회전에 의해 와전류가 발생되는 알루미늄 재질인 것을 특징으로 한다.
일실시예에 따른 상기 제3 하베스터는, 상용차의 휠에 장착되어 상용차의 이동에 따라 바퀴에서 발생하는 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 의해 발생하는 에너지를 수집하되, 바퀴가 회전함에 따라 발생하는 타이어와 휠 사이에 간격의 변위에 의하여 발생하는 유도전압을 기반으로 전기에너지를 수집할 수 있다.
일실시예에 따르면, 주행 간 다양한 에너지원을 활용하여 센서 구동을 위한 전력원시스템으로 제공할 수 있다.
일실시예에 따르면, 주행 간 상용차의 서스펜션에서 발생되는 변위, 배기구의 열, 휠의 회전 에너지를 활용한 에너지하베스팅 및 센서 전력공급에 관한 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 상용차의 에너지 하베스팅 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 에너지 하베스팅 시스템에 적용될 수 있는 제1 하베스터를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 에너지 하베스팅 시스템에 적용될 수 있는 제2 하베스터를 설명하는 도면이다.
도 4a, 4b, 4c는 본 발명의 에너지 하베스팅 시스템에 적용될 수 있는 제3 하베스터를 설명하는 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 상용차의 에너지 하베스팅 시스템(100)을 설명하는 도면이다.
최근 고속도로 주행 간 상용차 과적으로 인한 사고사례가 급증하고 있다.
상용차 과적 상태를 진단할 수 있는 센서기술에 대한 연구가 진행되고, 있으며, 센서를 통해 축 중량 측정, 판스프링 각도 측정 등을 센싱할 수 있다.
일실시예에 따른 상용차의 에너지 하베스팅 시스템(100)은 이러한 센서들에 대한 전원공급을 수행할 수 있으며, 주행 간 상용차에서 발생되는 에너지를 활용하여 전원공급을 수행한다.
이를 위해, 일실시예에 따른 상용차의 에너지 하베스팅 시스템(100)은 하베스터부(110, 120, 130쪋), 통합 전력 관리부(140), 및 센서부(150)를 포함할 수 있다.
먼저, 일실시예에 따른 하베스터부(110, 120, 130쪋)는 상용차에 장착되어 상기 상용차의 운행에 따라 발생하는 복수의 에너지를 기반으로 전기에너지를 하베스팅할 수 있으며, 특히 주행 간 상용차의 서스펜션에서 발생되는 변위, 배기구의 열, 휠의 회전 에너지 등으로부터 발생하는 에너지를 기반으로 전기에너지를 생성한다.
일실시예에 따른 하베스터부(110, 120, 130쪋) 중에서, 제1 하베스터(110)는 상용차의 서스펜션에서 발생되는 변위 에너지를 기반으로 전기에너지를 하베스팅할 수 있다.
한편, 제2 하베스터(120)는 상용차의 배기구에서 발생하는 열 에너지를 하베스팅할 수 있다.
또한, 제3 하베스터(130)는 상용차의 휠에서 발생하는 회전 에너지를 하베스팅할 수 있다.
제1 하베스터 내지 제3 하베스터는 이하 도면들을 통해 보다 구체적으로 설명한다.
본 명세서에서는 제1 하베스터 내지 제3 하베스터를 통해 다양한 소스로부터 전기에너지를 수집하는 실시예를 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니고 복수의 다양한 소스로부터 전기에너지가 수집될 수 있다.
일실시예에 따른 통합 전력 관리부(140)는 하베스팅된 전기에너지를 수집하여 관리할 수 있고, 센서부(150)는 수집된 전기에너지를 이용하여 동작할 수 있다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 에너지 하베스팅 시스템에 적용될 수 있는 제1 하베스터(200)를 설명하는 도면이다.
제1 하베스터(200)는 열 에너지로부터 전기에너지를 수집하는 장치로서, 상용차의 머플러나 엔진 등 열이 발생하는 곳에서 열로부터 에너지를 변환하는 어떠한 장치로도 설계변경될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 제1 하베스터(200)는 열전 소자(211)를 기준으로 상부에 열전달 부재 및 버퍼 부재를 포함하는 써멀 매스(215)가 순차적으로 배치된다.
이때, 열전 소자(211)를 그리스(grease), 박판(sheet), 에폭시(epoxy) 등의 열 전달 물질 포함하며, 솔더링(soldering), 웰딩(welding) 및 볼팅(bolting) 방식으로 열전 소자(211) 및 버퍼 부재 사이에 설치될 수 있다.
열전 소자(211)가 최적의 열 성능 지수를 갖도록 하기 위해서 열전 소자(211)의 상부 및 하부의 온도 차 (ΔT)를 10~80℃ 내외로 유지할 필요가 있다. 이를 위해, 열전 소자(211)의 상부 온도를 대기 온도로 적용시키는 버퍼 부재를 사용하되, 열전 소자(211)의 하부 온도를 대기 온도 대비 80℃ 정도의 낮은 온도로 적용시키기 위한 방냉 부재를 사용한다.
참고로, 본 발명의 일 실시예에서 열전 소자(211)의 상부에 결합되어 상부 온도를 대기 온도(즉, 상온)으로 유지시키는 버퍼 부재, 및 열전 소자(211)의 하부에 결합되어 머플러나 엔진 등의 열이 발생하는 부분으로부터의 온도를 열전 성능에 기준하여 설정된 ‘대기 온도 대비 저온’으로 유지시키는 방냉 부재는 각각 방열판과 유사한 알루미늄 소재로 구비될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 열전 소자(211)는 금속 기판(214) 사이에 전극 및 열전 소재가 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 에너지 하베스팅 시스템에 적용될 수 있는 제2 하베스터(300)를 설명하는 도면이다.
제2 하베스터(300)는 상용차의 휠과 비접촉된 상태에서 회전에 의한 와전류가 발생시켜 에너지를 하베스팅함에 따라 휠과 비접촉되어 상호 영향을 최소화하면서 하베스팅 효율을 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 휠에서 발생되는 와전력에 의해 하베스팅하는 구성에 와전력에 의해 발생되는 회전력으로 이차로 하베스팅하는 구성을 추가하고, 회전력을 기어비로 증속시켜 효율이 향상시킴에 따라 하베스팅 효율이 향상되는 효과를 제공할 수 있다.
이를 위해, 제2 하베스터(300)는 휠 회전을 이용한 와전류 에너지 하베스팅 기술을 이용한다.
구체적으로, 회전되는 도체가 자력 분위기에서 회전하게 되면 와전류(eddy current)가 발생되고, 발생된 와전류에 의해 자석체(305)를 회전시키며, 회전되는 자석체(305)에서 발전 전력을 유도하는 기술이다.
제2 하베스터(300)는 상용차의 주행에 의해 회전되는 휠을 도체로 하고, 회전에 의해 발전되는 장치이다.
여기서, 휠은 자력이 작용된 상태에서 회전에 의해 와전류가 발생되는 알루미늄 재질로 구비되는 것이 바람직하다.
휠 회전을 이용한 제2 하베스터(300)는 케이스(306), , 커버(301), 베어링(302), 원형커넥터(303), 축(304), 및 자석체(305) 등을 포함한다. 또한, 도면부호 310은 제2 하베스터(300)의 구성요소들이 모두 결합된 형태를 나타낸다.
케이스(306)는 회전에 의해 와전류가 발생되는 재질로 구비된 휠의 일측에 배치되어 있으며, 비접촉되는 근접위치에 설치된다.
이런, 케이스(306)는 하우징몸체, 및 자석지지브라켓을 포함한다. 하우징몸체는 휠의 일측에 배치되어 있으며, 휠에 비접촉되는 근접위치에 내부에 자석부가 위치하는 몸체공간을 가지고, 자석체(305)를 보호하는 범퍼 형태로 구비될 수 있다.
자석지지브라켓은 하우징몸체의 다른쪽면에 구비되어 있으며, 중앙에 자석체(305)의 회전부분이 삽입되는 회전통공을 가지면서 하우징몸체의 다른쪽을 폐쇄하여 자석체(305)를 지지하도록 구비될 수 있다.
베어링(302)는 케이스(306) 내부에서 축(304)의 회전을 원할하게 하며, 케이스(306)쪽과 커버(301)쪽에 각각 1개씩 1쌍이 구비될 수 있다.
자석체(305)는 케이스(306)의 내부에 배치되어 있으며, 케이스(306)의 내부에서 회전 가능하게 위치하여 회전되는 휠에 외전류가 발생되도록 자력을 발생시키면서 회전되도록 구비된다.
이런, 자석체(305)는 자석체(305) 및 축(304)으로 구현되며, 자석체(305)는 케이스(306)의 내부에 배치되어 있으며, 중앙으로 회전을 지지하는 통공 형태의 자석통공을 가지고, N극과 S극을 상호 순차 배열한 8극자석과 같은 영구자석 형태로 구비될 수 있다. 이로써, 회전되는 휠에 와전류를 발생시키도록 한다.
축(304)은 자석체(305)의 중앙에 삽입 배치되어 있으며, 자석통공에 삽입되어 함께 회전되도록 구비된다.
자석체(305)는 바깥 둘레에 방사상의 위치와 한쪽의 일부를 감싸면서 전류를 유도하여 발전을 실시할 수 있다. 이러한, 자석체(305)는 코어몸체, 코어유도체, 및 유도돌출체를 포함할 수도 있다.
원형커넥터(303)는 자석체(305)에 전기적으로 연결되어 있으며, 자석체(305)에서 발전된 전기에너지를 수집하여 외부로 전달하기 위한 역할을 수행할 수 있다.
원형커넥터(303)는 변환모듈, 및 충전모듈을 포함할 수 있다.
변환모듈은 원형커넥터(303)에 전기적으로 연결되어 있으며, 자석체(305)의 회전에 의해 발전된 전력을 충전이 가능한 전력으로 변환하도록 구비된다.
즉, 변환모듈은 원형커넥터(303)에서 유도된 발전 전력을 충전에 적합한 형태로 변환하도록 구비된다. 충전모듈은 변환모듈과 전기적으로 연결되어 있으며, 변환모듈에서 변환된 전력으로 충전하도록 구비될 수 있다.
도면부호 307은 볼트 체결부로서, EH 고정용 또는 지그 체결용으로 사용될 수 있다.
도 4a, 4b, 4c는 본 발명의 에너지 하베스팅 시스템에 적용될 수 있는 제3 하베스터를 설명하는 도면이다.
도 4a는 일실시예에 따른 제3 하베스터(400)를 설명하는 도면이다.
일실시예에 따른 제3 하베스터(400)는 상용차의 서스펜션 외부에 탈부착이 가능하도록 하여 어플리케이션 간 연결의 편리성을 향상시키고 유지보수가 간편한 에너지하베스팅 장치를 제공할 수 있다.
일실시예에 따르면, 서스펜션이 흡수하지 못하는 진동을 제3 하베스터(400)를 통해서 흡수할 수 있고, 상용차의 움직임에 따라 전기에너지를 하베스팅 함으로써, 상용차의 전력 효율을 높일 수 있다.
이를 위해, 일실시예에 따른 제3 하베스터(400)는 서스펜션의 움직임에 따라 전기에너지를 수집할 수 있다.
이를 위해, 일실시예에 따른 제3 하베스터(400)는 서스펜션의 쇽업쇼바를 구성하는 분리된 두 개의 유닛 중에서 제1 유닛(410)의 외부에서 제1 유닛(410)에 물리적으로 고정되어 제1 유닛(410)의 움직임에 따라 함께 움직이는 제1 구조체(411)를 포함할 수 있다.
또한, 일실시예에 따른 제3 하베스터(400)는 서스펜션의 쇽업쇼바를 구성하는 분리된 두 개의 유닛 중에서 제2 유닛(420)의 외부에서 제2 유닛(420)에 물리적으로 고정되어 제2 유닛(420)의 움직에 따라 함께 움직이는 제2 구조체(421)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 제3 하베스터(400)는 제1 구조체(411)와 제2 구조체(421)가 각각 쇽업쇼바의 제1 유닛(410)과 제2 유닛(420)에 고정될 수 있도록 하는 제2 고정대와 제2 고정대를 포함할 수 있다.
먼저, 제1 고정대의 경우, 쇽업쇼바의 제1 유닛(410)과 랙기어(416)를 고정시키기 위한 장치들의 집합을 의미할 수 있다.
특히, 제1 유닛(410)의 직경에 대응할 수 있는 U볼트(412)와, U볼트(412)를 상기 제1 유닛에 고정시킬 수 있는 너트 및 홈의 고정장치(313)를 포함할 수 있다.
한편, 제2 유닛(421)의 외부에 제2 구조체를 고정시키기 위한 제2 고정대를 더 포함할 수 있으며, 하우징(424)은 제2 유닛(421)의 외부에 제2 구조체를 고정시키기 위한 제2 고정대를 통해 제2 유닛(421)과 연동하여 움직일 수 있다.
이를 위해, 제2 고정대는 제2 유닛(421)의 직경에 대응할 수 있는 U볼트(422)와, U볼트(422)를 제2 유닛에 고정시킬 수 있는 너트 및 홈을 포함할 수 있다.
또한, 제1 고정대와 제2 고정대는 직각방향으로 고정된 힘을 전달하기 위한 'ㄱ'자 구조물414, 423)을 더 포함할 수 있다.
'ㄱ'자 구조물(414, 423)은 U볼트(412)를 통해 제1 유닛(410)의 외부에서 랙기어가 제1 유닛(410)에 고정될 수 있도록 하거나, 제2 유닛(420)의 외부에서 하우징(424)이 제2 유닛(420)에 고정될 수 있도록 할 수 있다.
즉, 제3 하베스터(400)를 구성하는 제1 구조체(411)와 제2 구조체(421)는 각각 분리되어 움직이되, 서스펜션의 쇽업쇼바를 구성하는 분리된 두 개의 유닛에 각각 연동하여 움직일 수 있다.
서스펜션으로부터의 에너지 하베스팅일 위해 제1 구조체(411)에는 제1 유닛의 외부에 제1 구조체(411)를 고정시키기 위한 제1 고정대(412)와 제1 구조체(411)의 상하 왕복 움직임에 의해 함께 상하 왕복 운동하는 랙(rack)기어(416)를 포함할 수 있다.
이 랙(rack)기어(416)는 하우징(424)의 홀(425)을 통해 내부로 관통하면서, 하우징(424)의 내부에서 상하 왕복 운동을 할 수 있다.
하우징(424)의 내부에는 랙(rack)기어(416)의 상하 왕복 운동 에너지를 활용하여 전기에너지를 하베스팅할 수 있는 장치들이 배치될 수 있으며, 이러한 장치들은 하우징(424)에 고정되고, 제1 구조체(411)와는 분리되어 움직일 수 있다.
하우징(424) 내부에서 랙(rack)기어(416)의 상하 왕복 운동 에너지를 활용하여 전기에너지를 하베스팅할 수 있는 제3 하베스터(400)의 또 다른 실시예에 대해서는 이하 도 4b 및 도 4c를 통해서 구체적으로 설명한다.
일실시예에 따른 제3 하베스터(400)는 상용차 하체의 쇽업쇼바와 결합되어 외부로부터 입력되는 노면의 진동에너지를 랙(rack)기어(416)의 상하 왕복 운동 에너지로 변환하여 서스펜션의 댐퍼 및 스프링과 함께 수용하여 에너지 변환 기능을 수행한다
도 4b는 구체적인 제3 하베스터(400)의 실시예를 설명하는 도면이다.
서스펜션은 차축과 차체를 연결하여 주행할 때 차축이 노면에서 받는 진동이나 충격을 차체에 직접 전달되지 않도록 하여 차체나 하물의 손상을 방지하고 승차감을 향상시키도록 하는 장치이다.
이러한 서스펜션은 노면으로 부터 받는 충격을 흡수하여 진동을 발생시키는 새시 스프링과 새시 스프링의 자유진동을 억제하여 승차감을 향상시키는　쇽업소바 (Shock absorber) 및 자동차가 옆으로 흔들리는 것을 방지하는 스테빌라이저 등으로 구성되어 있다.
쇽업소바는 노면으로 부터 받는 충격에 의해 발생하는 스프링의 상하 운동에너지를 열로 바꾸는 작용을 하는 것으로 주로 유압식이 사용되고 있다.
유압식　쇽업소바는 유체에 의한 저항을 이용하여 진동의 감쇠작용을 하는 것으로서, 안내를 겸한 가늘고 긴 원통을 결합한 구조를 취하며 내부에는 차축과 연결된 실린더와 차체에 연결되는 피스턴으로 구성되는 원통형　쇽업소바와, 실린더 및 피스턴을 미는 앵커레버, 앵커샤프트 등으로 이루어지는 레버형　쇽업소바가 있다.
또한,　쇽업소바는 서스펜션 링크의 일부로서 차체의 하중을 지지하는 맥퍼슨식 서스펜션이 주로 사용되는데, 이 방식은 실린더 안에서 상하로 움직이는 피스톤 로드에 피스턴이 결합되고 이 피스톤에는 피스턴 밸브 및 논리턴 밸브가 설치되어 신축작용으로 피스턴의 속도에 알맞은 감쇠작용을 하도록 되어 있다.
일실시예에 따른 제3 하베스터(400)는 원통형　쇽업소바를 예로 설명하나, 다양한 형태의 쇽업쇼바로 설계변경될 수 있다.
일실시예에 따른 제3 하베스터(400)는 하우징(424)의 내부에서 제1 구조체(411)의 움직임과 연동하여 랙(rack)기어(416)의 상하 왕복 운동을 통해 전기에너지를 하베스팅할 수 있다.
이를 위해, 일실시예에 따른 제3 하베스터(400)는 하우징(424) 내부에 고정되고, 상기 랙기어(416)가 상하 왕복 운동을 하는 도중에서의 이탈을 방지하기 위한 적어도 하나 이상의 랙기어 가이드(501)를 포함할 수 있다.
랙기어 가이드(501)는 내부에 형성된 홀을 통해 상하 왕복 운동하는 랙기어(416)의 진행방향이 일정하게 움직일 수 있도록 가이드할 수 있다.
랙기어 가이드(501)의 모양은 다양하게 설계변경될 수 있고, 랙기어(416)의 이탈을 방지할 수 있는 다른 구조물의 경우에도 다양하게 대체가 가능하다.
일실시예에 따른 제3 하베스터(400)는 하우징(424) 내부에 설치되어, 랙기어(416)의 상하 왕복 운동에 연동하여, 시계방향 또는 반시계방향으로 회전 운동하는 피니언(pinion)기어(502)를 포함할 수 있다.
피니언(pinion)기어(502)는 랙기어(416)어와 기어비가 동일해야 하며, 랙기어(416)어의 상하 왕복 운동을 회전운동으로 변환하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 일실시예에 따른 제3 하베스터(400)는 피니언기어(502)에서 발생하는 회전 움직임에 기반한 회전운동에너지를 통해 전기에너지를 발생하는 발전부(505)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 4b의 실시예에서 제3 하베스터(400)는 적어도 하나 이상의 베벨기어(bevel gear)를 이용하여 피니언기어(502)에서 발생하는 회전 움직임을 발전부(505)로 전달할 수 있다.
이를 위해, 실시예에서 제3 하베스터(400)는 피니언기어(502)의 회전축에 위치하고, 상기 피니언 기어의 회전운동과 동일한 회전운동을 하는 제1 베벨기어(bevel gear, 503)와, 제1 베벨기어(503)의 회전축과 수직의 회전축에 위치하고, 제1 베벨기어(503)의 회전운동에 연동하여 구동되어, 발전부(505) 내 코아에 회전운동을 전달하는 제2 베벨기어(bevel gear, 504)를 포함할 수 있다.
베벨기어(bevel gear)는 다른 기어나 축에 어떤 각을 두고 동력을 전달하고자 할 때 사용되는 콘 모양의 기어(cone shaped gear, 원추형 기어)를 말한다.
베벨기어(bevel gear)는 서로 교차하는 두 축 사이에서 운동을 전할 때 이용하는 원추형의 기어로서, 기어선의 상태에 따라 직선 베벨기어, 스파이럴 베벨기어, 나선형 베벨기어 등이 있다.
테이퍼 롤러 베어링에 지지된 구동 피니언이 링 기어의 중심선상에 위치하며 회전력을 전달하는 것으로, 이물림 비율이 크고 전동 효율이 높아 회전이 원활하며 마멸도 적다.
예를 들어, 제1 베벨기어(bevel gear, 503)는 피니언기어, 제2 베벨기어(bevel gear, 504)는 링기어로 동작할 수 있다.
한편, 제1 베벨기어(503)는 증속을 위해 상기 피니언(pinion)기어의 기어비 보다 높은 기어비를 가지며, 예를 들어 피니언(pinion)기어의 기어비 보다 2배 이상의 기어비를 가질 수 있다.
이러한 과정을 통해, 발전부(505)는 코일이 권선된 코아를 포함하고, 제2 베벨기어(504)에 발생한 회전운동을 기반으로 코아를 회전운동시키고, 회전운동에 따라 생성되는 운동에너지를 기반으로 전기에너지를 생성할 수 있다.
도 4c는 구체적인 에너지 하베스팅 장치의 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
일실시예에 따른 제3 하베스터(400)는 하우징(424)의 내부에서 제1 구조체(411)의 움직임과 연동하여 랙(rack)기어(416)의 상하 왕복 운동을 통해 전기에너지를 하베스팅할 수 있다.
이를 위해, 일실시예에 따른 제3 하베스터(400)는 하우징(424) 내부에 고정되고, 상기 랙기어(416)가 상하 왕복 운동을 하는 도중에서의 이탈을 방지하기 위한 적어도 하나 이상의 랙기어 가이드(501)를 포함할 수 있다.
랙기어 가이드(501)는 내부에 형성된 홀을 통해 상하 왕복 운동하는 랙기어(416)의 진행방향이 일정하게 움직일 수 있도록 가이드할 수 있다.
일실시예에 따른 제3 하베스터(400)는 하우징(424) 내부에 설치되어, 랙기어(416)의 상하 왕복 운동에 연동하여, 시계방향 또는 반시계방향으로 회전 운동하는 링 기어(601)를 포함할 수 있다.
링 기어(601)는 랙기어(416)어와 기어비가 동일해야 하며, 랙기어(416)어의 상하 왕복 운동을 회전운동으로 변환하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 일실시예에 따른 제3 하베스터(400)는 링 기어(601)에서 발생하는 회전 움직임에 기반한 회전운동에너지를 통해 전기에너지를 발생하는 발전부(505)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 4c의 실시예에서 제3 하베스터(400)는 적어도 하나 이상의 베벨기어(bevel gear)를 이용하여 링 기어(601)에서 발생하는 회전 움직임을 발전부(505)로 전달할 수 있다.
이를 위해, 실시예에서 제3 하베스터(400)는 링 기어(601)의 회전운동에 연동하여 구동되어, 발전부(505) 내 코아에 회전운동을 전달하는 제2 베벨기어(bevel gear, 504)를 포함할 수 있다.
이러한 과정을 통해, 발전부(505)는 코일이 권선된 코아를 포함하고, 제2 베벨기어(504)에 발생한 회전운동을 기반으로 코아를 회전운동시키고, 회전운동에 따라 생성되는 운동에너지를 기반으로 전기에너지를 생성할 수 있다.
제3 하베스터(400)를 이용하면, 상용차의 서스펜션 외부에 탈부착이 가능하도록 하여 어플리케이션 간 연결의 편리성을 향상시키고 유지보수가 간편한 에너지하베스팅 장치를 제공할 수 있다.
결국, 본 발명을 이용하면, 주행 간 다양한 에너지원을 활용하여 센서 구동을 위한 전력원시스템으로 제공할 수 있다.
일실시예에 따르면, 주행 간 상용차의 서스펜션에서 발생되는 변위, 배기구의 열, 휠의 회전 에너지를 활용한 에너지하베스팅 및 센서 전력공급에 관한 시스템을 제공할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 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.

Claims (7)

  1. 상용차에 장착되어 상기 상용차의 운행에 따라 발생하는 복수의 에너지를 기반으로 전기에너지를 하베스팅하는 하베스터부;
    상기 하베스팅된 전기에너지를 수집하여 관리하는 통합 전력 관리부; 및
    상기 수집된 전기에너지를 이용하여 동작하는 센서부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상용차의 에너지 하베스팅 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하베스터부는,
    상용차의 서스펜션에서 발생되는 변위 에너지를 기반으로 전기에너지를 하베스팅하는 제1 하베스터;
    상기 상용차의 배기구에서 발생하는 열 에너지를 하베스팅하는 제2 하베스터; 및
    상기 상용차의 휠에서 발생하는 회전 에너지를 하베스팅하는 제3 하베스터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상용차의 에너지 하베스팅 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 하베스터는,
    쇽업쇼바를 구성하는 분리된 두 개의 유닛 중에서 제1 유닛의 외부에서 상기 제1 유닛에 물리적으로 고정되어 상기 제1 유닛의 움직임에 따라 함께 움직이는 제1 구조체; 및
    두 개의 유닛 중에서 제2 유닛의 외부에서 상기 제2 유닛에 물리적으로 고정되어 상기 제2 유닛의 움직에 따라 함께 움직이는 제2 구조체
    를 포함하고,
    상기 제1 구조체는,
    상기 제1 유닛의 외부에 상기 제1 구조체를 고정시키기 위한 제1 고정대; 및
    상기 제1 구조체의 상하 왕복 움직임에 의해 상하 왕복 운동하는 랙(rack)기어
    를 포함하고,
    상기 제2 구조체는,
    상기 제2 유닛의 외부에 상기 제2 구조체를 고정시키기 위한 제2 고정대;
    상기 랙기어의 이탈을 방지하기 위한 적어도 하나 이상의 랙기어 가이드;
    상기 랙기어의 상하 왕복 운동에 연동하여, 시계방향 또는 반시계방향으로 회전 운동하는 피니언(pinion)기어; 및
    상기 피니언기어에서 발생하는 회전 움직임에 기반하여 회전운동에너지를 통해 전기에너지를 발생하는 발전부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 상용차의 에너지 하베스팅 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 랙(rack)기어는 상기 제1 유닛과 상기 제2 유닛이 움직이는 궤적과 동일한 방향으로 상기 제1 구조체에 고정되고,
    상기 제2 구조체는,
    상기 피니언(pinion)기어의 회전축에 위치하고, 상기 피니언 기어의 회전운동과 동일한 회전운동을 하는 제1 베벨기어(bevel gear); 및
    상기 제1 베벨기어의 회전축과 수직의 회전축에 위치하고, 상기 제1 베벨기어의 회전운동에 연동하여 구동되어, 상기 발전부 내 코아에 회전운동을 전달하는 제2 베벨기어(bevel gear)
    를 더 포함하며,
    상기 제1 베벨기어는,
    증속을 위해 상기 피니언(pinion)기어의 기어비 보다 높은 기어비를 갖는 것을 특징으로 하는 상용차의 에너지 하베스팅 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 하베스터는,
    일면이 상용차의 머플러에 연결되고 타면은 대기 중의 버퍼 부재에 연결되어 상기 일면과 타면 사이의 온도차에 의한 전기에너지를 발생시키는　열전　소자를 포함하는 상용차의 에너지 하베스팅 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제3 하베스터는,
    회전에 의해 와전류가 발생되는 상기 상용차의 휠에 비접촉되는 형태로 근접위치에 설치된 하우징부;
    상기 하우징부의 타측 일부에 바깥 방향으로 돌출 배치된 코어지지부;
    상기 하우징부의 한쪽에 위치하여 상기 하우징부와 상기 코어지지부의 한쪽 방향을 개폐하는 커버부;
    상기 하우징부의 내부에 배치되어 있으며, 상기 하우징부의 내부에서 회전 가능하게 위치하여 회전되는 상기 휠에 외전류가 발생되도록 자력을 발생시키면서 회전되는 자석부;
    상기 코어지지부에 다른쪽이 지지되어 있으며, 상기 자석부의 바깥 둘레에 방사상의 위치와 한쪽의 일부를 감싸면서 전류를 유도하여 발전을 실시하는 코어부; 및
    상기 코어부에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 코어부에서 발전된 전력을 변환하여 충전하는 변환충전부
    를 포함하고,
    상기 휠은 상기 자석부의 자력이 작용된 상태에서 회전에 의해 와전류가 발생되는 알루미늄 재질인 것을 특징으로 하는 상용차의 에너지 하베스팅 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제3 하베스터는,
    상용차의 휠에 장착되어 상용차의 이동에 따라 바퀴에서 발생하는 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 의해 발생하는 에너지를 수집하되,
    바퀴가 회전함에 따라 발생하는 타이어와 휠 사이에 간격의 변위에 의하여 발생하는 유도전압을 기반으로 전기에너지를 수집하는 것을 특징으로 하는 상용차의 에너지 하베스팅 시스템.
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