[go: up one dir, main page]

KR102064906B1 - Energy harvester - Google Patents

Energy harvester Download PDF

Info

Publication number
KR102064906B1
KR102064906B1 KR1020180084623A KR20180084623A KR102064906B1 KR 102064906 B1 KR102064906 B1 KR 102064906B1 KR 1020180084623 A KR1020180084623 A KR 1020180084623A KR 20180084623 A KR20180084623 A KR 20180084623A KR 102064906 B1 KR102064906 B1 KR 102064906B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnet
unit
energy harvester
magnets
housing
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
KR1020180084623A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
임정열
김재훈
Original Assignee
한국철도기술연구원
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 한국철도기술연구원 filed Critical 한국철도기술연구원
Priority to KR1020180084623A priority Critical patent/KR102064906B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102064906B1 publication Critical patent/KR102064906B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K35/00Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
    • H02K35/02Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving magnets and stationary coil systems
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/02Details of the control
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Abstract

According to an embodiment of the present invention, provided is an energy harvester which converts vibrations into electric energy. The energy harvester comprises a first housing including a center axis coupled to pass through the inside, a coil unit fixed to the center axis, and a magnet unit for power generation separated by a predetermined distance in a direction parallel to the center axis, and generates electricity based on electromagnetic induction generated in accordance with relative displacement of the coil unit and the magnet unit for power generation. The magnet unit for power generation is formed of a modularization magnet unit including a plurality of unit magnets and a magnet fixing unit to which the unit magnet is inserted and fixed. A resonant frequency of the energy harvester is adjusted in accordance with polarity of the unit magnet, magnetic properties of the unit magnet, or whether the unit magnet is inserted into the magnet fixing unit.

Description

에너지 하비스터{ENERGY HARVESTER}Energy harvester {ENERGY HARVESTER}

본 발명은 에너지 하비스터에 관한 것이다.The present invention relates to an energy harvester.

기존의 철도 모니터링 시스템은 유선 센서 모니터링 기술에 의존하고 있어, 유지, 보수 및 관리 시 신뢰성 및 안정성 보장에 한계가 있었다. 특히, 철도 차량의 대차 및 주행 장치는 부품에 대한 접근 및 유선 센서 설치에 제약이 있어, 차량자체의 주요 장치들에 대한 실시간 감시 데이터를 획득하기 어렵다는 문제가 있었다.Existing railway monitoring systems rely on wired sensor monitoring technology, limiting the reliability and stability of maintenance, maintenance and management. In particular, the trolley bogie and the traveling device has a problem that it is difficult to obtain real-time monitoring data on the main devices of the vehicle itself because of restrictions on the access to parts and the installation of a wired sensor.

예를 들어, 종래의 철도 모니터링 시스템은 지상(또는 정비 창)의 철도 시설물에 설치된 센서를 통해 감지된 상태 감지 정보에 따라 고장을 진단함으로써 한정된 설치 위치에서만 철도 차량 상태에 대한 진단이 가능하였다. 이에 따라, 진단결과의 신뢰도가 떨어지며, 고장이 발생된 이후의 진단만 가능할 뿐 철도 차량 상태에 대한 실시간 감시를 통한 고장의 예측 및 방지가 불가능하다는 한계가 있었다.For example, the conventional railroad monitoring system was able to diagnose the condition of a railroad car only in a limited installation position by diagnosing a failure according to the state sensing information detected through a sensor installed in a railroad facility on the ground (or maintenance window). Accordingly, the reliability of the diagnosis result is low, there is a limitation that only the diagnosis after the failure occurs can not be predicted and prevented through the real-time monitoring of the state of the railway vehicle.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 철도 차량의 각 구성요소의 동작 상태를 모니터링 하는 무선 센서를 결합시키는 연구가 진행 중에 있으나, 무선 센서의 경우 전력 공급이 원활하지 않아 철도 차량에 존재하는 다양한 에너지원으로부터 자가 발전을 수행하는 자가 발전 모듈을 추가하려는 시도가 있었다.In order to solve this problem, research is being conducted to combine a wireless sensor that monitors the operation status of each component of a railway vehicle. However, the wireless sensor has a poor power supply. Attempts have been made to add self-generating modules that perform self-generation.

자가 발전 모듈의 대표적인 기술 중 하나로 에너지 하비스팅(Energy Harvesting) 기술을 들 수 있다. 에너지 하비스팅 기술은 주변에서 버려지는 에너지를 수확(harvesting) 또는 폐이용(scavenge)하여 사용할 수 있는 전기 에너지로 변환하는 기술이다.One of the representative technologies of self-generating modules is energy harvesting technology. Energy harvesting technology is a technology that converts the energy discarded from the surroundings into electrical energy that can be harvested or scavenged.

에너지 하비스팅 기술은 자연의 빛 에너지, 인간 신체 또는 연소형 엔진으로부터의 저온 폐열 에너지, 휴대용 기기 탑재/부착 장치의 미세 진동 에너지, 인간의 신체 활동으로 인한 소산 에너지 등을 흡수하고, 열전소자(Thermoelectric Element), 전기화학반응(Electrochemical Reaction), DC/AC 제너레이터, 피에조전기 트랜스듀서(Piezoelectric Transducer), 커패시터 트랜스듀서 광전지 셀(Photovoltaic Cell) 등과 같은 에너지 하비스팅 소자들을 이용할 수 있다.Energy harvesting technology absorbs natural light energy, low temperature waste heat energy from human body or combustion engine, fine vibration energy of portable device mounting / attachment device, dissipation energy due to human physical activity, etc. Element), Electrochemical Reaction, DC / AC Generator, Piezoelectric Transducer, Capacitor Transducer Photovoltaic Cell, etc. can be used.

일반적으로, 에너지 하비스팅 기술을 통해 얻을 수 있는 전력 수준은 대략 마이크로 와트(㎼)에서 밀리 와트(㎽) 급 정도이다.In general, the power levels available through energy harvesting techniques range from microwatts to milliwatts.

이러한 에너지 하비스팅 기술은 다양한 분야에 적용할 수 있다. 예를 들어, 고속으로 운행하는 철도 또는 차량 등에서 발생하는 진동을 활용할 수 있으며, 철도 차량에 포함되는 열차운영 시스템, 고압시스템, 견인시스템, 제동시스템, 보조전원 장치, 차체전기장치 등 다양한 시스템의 상태를 모니터링하기 위한 무선 센서가 철도 차량과 결합될 수 있고, 센싱된 정보가 무선 통신 경로를 통해 전송될 수 있다.This energy harvesting technique can be applied to various fields. For example, it is possible to take advantage of the vibration generated in the railroad or vehicle running at high speed, and the state of various systems such as train operating system, high pressure system, traction system, braking system, auxiliary power supply, body electric device, etc. A wireless sensor for monitoring the data may be combined with a railroad vehicle, and sensed information may be transmitted through a wireless communication path.

한편, 대한민국공개특허 제 10-2012-0024018호(발명의 명칭: 에너지 하비스터)에서는 외부에서 전해지는 진동 에너지를 이용하여 전기 에너지로 변환하는 에너지 하비스터를 개시하고 있다.On the other hand, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0024018 (name of the invention: energy harvester) discloses an energy harvester that converts into electrical energy using vibration energy transmitted from the outside.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 에너지 발생 효율을 향상 시키는 에너지 하비스터를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present application is to solve the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention to provide an energy harvester for improving the energy generation efficiency.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 진동을 전기 에너지로 변환하는 에너지 하비스터는 내부를 관통하도록 결합된 중심축, 중심축에 고정된 코일부 및 중심축과 나란한 방향으로 소정 거리만큼 이격된 발전용 자석부를 포함하는 제1 하우징을 포함하되, 코일부와 발전용 자석부의 상대적인 변위에 따라 발생하는 전자기 유도에 기반하여 전기를 생성하고, 발전용 자석부는 복수의 단위 자석과 단위 자석이 삽입 고정되는 자석 고정부를 포함하는 모듈화 자석부로 구성되며, 단위 자석의 극성, 단위 자석의 자성 특성 또는 단위 자석의 자석 고정부에의 삽입 여부에 따라 에너지 하비스터의 공진 주파수가 조절된다.As a technical means for achieving the above technical problem, the energy harvester for converting the vibration according to the first aspect of the present application into electrical energy has a central axis coupled to penetrate through the inside, the coil portion and the central axis fixed to the central axis; A first housing including a power generation magnet unit spaced apart by a predetermined distance in a side-by-side direction, wherein the power generation unit generates electricity based on electromagnetic induction generated by a relative displacement of the coil unit and the power generation magnet unit; It consists of a modular magnet unit including a unit magnet and a magnet fixing portion to which the unit magnet is inserted and fixed, and the resonance frequency of the energy harvester depends on the polarity of the unit magnet, the magnetic characteristics of the unit magnet, or whether the unit magnet is inserted into the magnet fixing portion Is adjusted.

또한 본원의 제2 측면에 따른 진동을 전기 에너지로 변환하는 에너지 하비스터는 내부를 관통하도록 결합된 중심축, 중심축에 고정된 코일부 및 중심축과 나란한 방향으로 소정 거리만큼 이격된 발전용 자석부를 포함하는 제1 하우징; 및 제1 하우징의 상부 및 하부에 각각 위치하는 자성 스프링을 포함하되, 코일부와 발전용 자석부의 상대적인 변위에 따라 발생하는 전자기 유도에 기반하여 전기를 생성하고, 자성 스프링은 복수의 단위 자석과 단위 자석이 삽입 고정되는 자석 고정부를 포함하는 모듈화 자석부로 구성되며, 단위 자석의 극성, 단위 자석의 자성 특성 또는 단위 자석의 자석 고정부에의 삽입 여부에 따라 에너지 하비스터의 공진 주파수가 조절된다.In addition, the energy harvester for converting the vibration according to the second aspect of the present application into electrical energy is a power generation magnet spaced apart by a predetermined distance in the direction parallel to the central axis, the coil portion fixed to the central axis and the central axis coupled to penetrate the inside A first housing comprising a portion; And magnetic springs respectively positioned on upper and lower portions of the first housing, wherein the magnetic springs generate electricity based on electromagnetic induction generated by a relative displacement of the coil part and the power generating magnet part, wherein the magnetic springs are formed of a plurality of unit magnets and units. The modular magnet part includes a magnet fixing part into which a magnet is inserted and fixed. The resonance frequency of the energy harvester is adjusted according to the polarity of the unit magnet, the magnetic characteristics of the unit magnet, or whether the magnet is inserted into the magnet fixing part of the unit magnet.

한편, 본원의 제3측면에 따른 무선 센서 장치는, 에너지 하비스터 및 상기 에너지 하비스터로부터 변환된 에너지를 제공 받고, 측정된 센싱 정보를 송신하는 통신 모듈을 포함한다.Meanwhile, the wireless sensor device according to the third aspect of the present application includes an energy harvester and a communication module that receives energy converted from the energy harvester and transmits measured sensing information.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 전자기유도(electromagnetic) 방식의 에너지 하비스터에 사용되는 자기 스프링 또는 발전용 자석의 자석 특성을 용이하게 변경할 수 있도록 하여 에너지 하비스터의 공진 주파수 또는 에너지 하비스터의 댐핑 특성의 튜닝이 가능하다.According to the aforementioned problem solving means of the present application, it is possible to easily change the magnetic characteristics of the magnetic spring or the power generating magnet used in the electromagnetic induction energy harvester of the energy harvester of the resonance frequency or energy harvester Tuning of damping characteristics is possible.

즉, 전자기 유도 방식의 에너지 하비스터를 실제 대상체에 적용하는 과정에서, 목표로하는 공진 주파수를 설정하기 어려운 경우, 자석 스프링 또는 발전 자석의 자성 특성을 편리하게 조정하여 공진 주파수의 튜닝이 가능하다.That is, in the process of applying an electromagnetic induction energy harvester to an actual object, when it is difficult to set a target resonance frequency, it is possible to tune the resonance frequency by conveniently adjusting the magnetic characteristics of the magnet spring or the power generating magnet.

도 1은 본원의 일 실예에 따른 무선 센서 장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 모듈화 자석부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 경방향 모듈화 자석부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화 자석부의 단위 자석의 변경 실시예를 나타낸 도면이다.
1 is a schematic diagram of a wireless sensor device according to an embodiment of the present application.
2 is a view for explaining the configuration of the energy harvester according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic cross-sectional view of an energy harvester according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the axial modular magnet portion according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a radially modular magnet unit according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 are views showing a modified embodiment of the unit magnet of the modular magnet unit according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present disclosure. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted for simplicity of explanation, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

본원 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. Throughout this specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is located “on” another member, this includes not only when one member is in contact with another member but also when another member exists between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated. As used throughout this specification, the terms "about", "substantially", and the like, are used at, or in proximity to, the numerical values of the preparations and material tolerances inherent in the meanings indicated, and refer to the understanding herein. Accurate or absolute figures are used to assist in the prevention of unfair use by unscrupulous infringers. As used throughout this specification, the term "step to" or "step of" does not mean "step for."

도 1은 본원의 일 실예에 따른 무선 센서 장치의 모식도이다. 1 is a schematic diagram of a wireless sensor device according to an embodiment of the present application.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 센서 장치(10)는 에너지 하비스터(100), 통신 모듈(200) 및 센싱 모듈(300)을 포함할 수 있다. 이때, 통신 모듈(200)은 에너지 하비스터(100)로부터 변환된 전기 에너지를 제공받고, 센싱 모듈(300)을 통해 측정된 각종 센싱 정보를 송신한다. 예를 들어, 내부 또는 외부에서 발생된 진동 에너지를 에너지 하비스터(100)를 이용하여 전기 에너지로 변환할 수 있다.Referring to FIG. 1, the wireless sensor device 10 according to an embodiment of the present invention may include an energy harvester 100, a communication module 200, and a sensing module 300. At this time, the communication module 200 receives the converted electrical energy from the energy harvester 100 and transmits various sensing information measured through the sensing module 300. For example, vibration energy generated inside or outside may be converted into electrical energy using the energy harvester 100.

이때, 진동 에너지의 발생원은 기계 부품, 기계구조물 또는 운송기계(철도차량, 자동차, 항공기, 선박 등) 및 회전기계(모터, 펌프, 플랜트, 공장, 감속기/증속기, 풍력발전기 블레이드 등) 등이 이에 포함될 수 있다.At this time, the source of vibration energy may be a mechanical component, a mechanical structure or a transportation machine (railroad car, automobile, aircraft, ship, etc.) and a rotating machine (motor, pump, plant, factory, reducer / accelerator, wind turbine blade, etc.). This may be included.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터(100)에 대하여 기술하기로 한다.Hereinafter, the energy harvester 100 according to an embodiment of the present invention will be described.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하비스터의 개략적인 단면도이다. 2 is a view for explaining the configuration of the energy harvester according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a schematic cross-sectional view of the energy harvester according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 에너지 하비스터(100)는 내부를 관통하도록 결합된 중심축(120), 중심축(120)에 고정된 코일부(140) 및 중심축(120)과 나란한 방향으로 소정 거리만큼 이격된 발전용 자석부(130)를 포함하는 제1 하우징(110) 및 제1 하우징(110)의 상부 및 하부에 각각 위치하는 자성 스프링(150)을 포함하며, 코일부(140)와 발전용 자석부(130)의 상대적인 변위에 따라 발생하는 전자기 유도에 기반하여 전기를 생성할 수 있다. First, referring to FIGS. 2 and 3, the energy harvester 100 of the present invention includes a central axis 120 coupled to penetrate the inside, a coil part 140 fixed to the central axis 120, and a central axis ( It includes a first housing 110 and a magnetic spring 150 located on the upper and lower portions of the first housing 110 and the first housing 110 including a power generation magnet portion 130 spaced by a predetermined distance in parallel with the 120, In addition, electricity may be generated based on electromagnetic induction generated by the relative displacement of the coil unit 140 and the magnet magnet 130 for power generation.

이때 발전용 자석부(130) 또는 자성 스프링(150)은 복수의 단위 자석(50)과 단위 자석(50)이 삽입 고정되는 자석 고정부(60)를 포함하는 모듈화 자석부(156)로 구성되며, 단위 자석(50)의 극성, 단위 자석(50)의 자성 특성 또는 단위 자석(50)의 자석 고정부(60)에의 삽입 여부에 따라 에너지 하비스터(100)의 공진 주파수가 조절될 수 있다.In this case, the power generation magnet unit 130 or the magnetic spring 150 is composed of a modular magnet unit 156 including a plurality of unit magnets 50 and a magnet fixing unit 60 into which the unit magnets 50 are inserted and fixed. The resonance frequency of the energy harvester 100 may be adjusted according to the polarity of the unit magnet 50, the magnetic characteristics of the unit magnet 50, or whether the unit magnet 50 is inserted into the magnet fixing part 60.

즉, 본 발명의 에너지 하비스터(100)는 발전용 자석부(130) 또는 자성 스프링(150)을 전술한 3개의 자석 특성의 변경이 가능한 모듈화 자석부(156)로 구성되기 때문에 발전용 자석부(130) 또는 자성 스프링(150)의 자석 특성을 편리하게 조정하여 사용자가 원하는 공진 주파수로 튜닝이 가능하다. That is, since the energy harvester 100 of the present invention is composed of a modular magnet portion 156 that can change the three magnet characteristics of the power generation magnet portion 130 or the magnetic spring 150, the power generation magnet portion The magnet characteristic of the 130 or the magnetic spring 150 is conveniently adjusted to allow tuning to a desired resonance frequency of the user.

더불어, 종래의 에너지 하비스터가 링 형상의 일체형 자석과 자석의 세기가 고정적으로 구성되어, 자성 스프링에 의한 반발력 특성과 발전용 자석에 의한 감쇠 특성의 변경이 불가능한 문제를 해결할 수 있다.In addition, the conventional energy harvester is fixed in the ring-shaped integrated magnet and the strength of the magnet, it is possible to solve the problem that it is impossible to change the repulsive force characteristics by the magnetic spring and the damping characteristics by the magnet for power generation.

예시적으로, 도 2 를 참조하면, 모듈화 자석부(156)는 제1 하우징(110)의 상부에 위치한 한 쌍의 자성 스프링(150) 중 하나로 구성될 수 있다. 이때, 모듈화 자석부(156)는 다른 하나의 자성 스프링(150)과 마주보도록 원형으로 배치된 복수의 단위 자석(50)과 단위 자석(50)의 개수 및 크기와 대응하도록 홈이 형성된 자석 고정부(60)를 포함할 수 있다. For example, referring to FIG. 2, the modular magnet unit 156 may be configured as one of a pair of magnetic springs 150 positioned above the first housing 110. At this time, the modular magnet portion 156 is a magnet fixing portion in which a groove is formed so as to correspond to the number and size of the plurality of unit magnets 50 and the unit magnets 50 arranged in a circle to face the other magnetic spring 150 60 may be included.

예를 들어, 자석 고정부(60)는 후술하는 제 2 하우징(160)의 하부면에 형성될 수 있으며, 원형의 단위 자석(50)과 대응하도록 형성되되, 단위 자석(50)의 면적 보다 넓게 형성될 수 있다. For example, the magnet fixing part 60 may be formed on the lower surface of the second housing 160 to be described later, and formed to correspond to the circular unit magnet 50, but wider than the area of the unit magnet 50. Can be formed.

예시적으로, 도 2 및 도 3을 참조하면 모듈화 자석부(156)는 제1 하우징(110)의 내측 둘레면을 따라 결합된 복수의 발전용 자석부(130) 중 하나 이상으로 구성될 수 있다. 이때, 모듈화 자석부(156)는 제1 하우징(110)의 내측 둘레면을 따라 결합된 자석 고정부(60)와 자석 고정부(60)의 홈에 삽입 및 고정되며, 중심축(120)과 나란한 방향으로 소정 거리만큼 이격된 복수의 단위 자석을 포함할 수 있다.For example, referring to FIGS. 2 and 3, the modular magnet unit 156 may be configured of one or more of the plurality of power generation magnet units 130 coupled along the inner circumferential surface of the first housing 110. . At this time, the modular magnet portion 156 is inserted and fixed in the groove of the magnet fixing portion 60 and the magnet fixing portion 60 coupled along the inner circumferential surface of the first housing 110, and the central axis 120 and It may include a plurality of unit magnets spaced apart by a predetermined distance in a parallel direction.

본 발명은 단위 자석(50)의 극성, 단위 자석(50)의 자성 특성 또는 단위 자석(50)의 자석 고정부(60)에의 삽입 여부에 따른 발전용 자석부(130) 또는 자성 스프링(150)의 자석 특성을 변경하여 공진 주파수가 조절될 수 있다.The present invention is based on the polarity of the unit magnet 50, the magnetic properties of the unit magnet 50, or whether the magnet unit 130 or the magnetic spring 150 for the insertion of the unit magnet 50 into the magnet fixing portion 60 The resonance frequency can be adjusted by changing the magnetic properties of the.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 축방향 모듈화 자석부를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 경방향 모듈화 자석부를 설명하기 위한 도면이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화 자석부의 단위 자석의 변경 실시예를 나타낸 도면이다.4 is a view for explaining the axial modular magnet unit according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a view for explaining a radially modular magnet unit according to an embodiment of the present invention, Figures 6 and 7 FIG. 3 is a view illustrating a modified embodiment of a unit magnet of a modular magnet unit according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG.

이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여 자석 특성이 변경되는 모듈화 자석부(156)의 구성에 대하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the configuration of the modular magnet unit 156 whose magnet characteristics are changed will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 7.

예시적으로, 모듈화 자석부(156)는 복수의 단위 자석(50)의 제1 극성(예를 들면, N극)이 외부에 노출된 경우, 제1 극성과 반대되는 제2 극성(예를 들면, S극)이 외부에 노출되도록 하나 이상의 단위 자석(50)이 자석 고정부(60)에 삽입되어, 단위 자석(50)의 극성이 변경될 수 있다. For example, the modular magnet unit 156 may have a second polarity (for example, opposite to the first polarity) when the first polarity (eg, N pole) of the plurality of unit magnets 50 is exposed to the outside. One or more unit magnets 50 may be inserted into the magnet fixing part 60 so that the S poles are exposed to the outside, thereby changing the polarity of the unit magnets 50.

이어서, 복수의 단위 자석(50)의 등급과 상이한 등급을 갖는 하나 이상의 단위 자석(50)이 자석 고정부(60)에 삽입되어, 단위 자석(50)의 자성 특성이 변경될 수 있다. 여기서, 상이한 등급은 자기장의 세기가 다른 것을 의미한다. 예를 들면, N52는 자기장이 강한 자석의 등급이고, N32는 자기장 약한 자석의 등급이다.Subsequently, one or more unit magnets 50 having grades different from those of the plurality of unit magnets 50 may be inserted into the magnet fixing part 60 to change the magnetic properties of the unit magnets 50. Here, different grades mean that the strength of the magnetic field is different. For example, N52 is a class of magnets with strong magnetic fields, and N32 is a class of magnets with weak magnetic fields.

다음으로, 복수의 단위 자석(50) 중 하나 이상의 단위 자석(50)이 자석 고정부(60)로부터 제거되거나, 단위 자석(50)을 대체하여 하나 이상의 더미 자석이 자석 고정부(60)에 삽입되어, 단위 자석(50)의 자석 고정부(60)에의 삽입 여부가 변경될 수 있다.Next, one or more unit magnets 50 of the plurality of unit magnets 50 are removed from the magnet holder 60, or one or more dummy magnets are inserted into the magnet holder 60 in place of the unit magnet 50. Thus, whether the unit magnet 50 is inserted into the magnet fixing unit 60 may be changed.

도 4 및 도 5를 참조하면 모듈화 자석부(156)는 각각의 단위 자석(50)의 자기장 방향이 중심축(120)과 나란한 방향으로 설정되도록 배치되거나, 단위 자석의 자기장 방향이 경방향으로 설정되도록 배치될 수 있다.4 and 5, the modular magnet unit 156 is arranged such that the magnetic field direction of each unit magnet 50 is set in parallel with the central axis 120, or the magnetic field direction of the unit magnet is set in the radial direction. It may be arranged to.

예를 들어, 도 4는 축방향 모듈화 자석부(156)의 실시예를 도시한 것이다. 여기서, 복수의 단위 자석(50)은 S극이 외부에 노출되도록 배치된 것으로, 이때 모듈화 자석부(156)의 자석 특성의 변경을 위해, 후술하는 방법이 있다. 첫째, 자석 고정부(60)에 복수의 단위 자석(50)과 자석 등급이 상이한 하나 이상의 단위 자석(51s)을 삽입하거나, 둘째, 외부에 N극이 노출되도록 변경한 하나 이상의 단위 자석(50n)을 삽입하거나, 셋째, 단순 자성체를 더미 자석(50m)으로서 하나 이상의 단위 자석(50) 대신에 삽입하거나, 넷째, 하나 이상의 단위 자석(50)을 제거(50b)하는 방법을 사용할 수 있다.For example, FIG. 4 illustrates an embodiment of an axially modularized magnet portion 156. Here, the plurality of unit magnets 50 are disposed so that the S poles are exposed to the outside. In this case, for changing the magnet characteristics of the modular magnet unit 156, there is a method described below. First, one or more unit magnets 51s having different magnet grades from the plurality of unit magnets 50 are inserted into the magnet fixing part 60, or second, one or more unit magnets 50n changed to expose the N pole to the outside. 3, a simple magnetic body may be inserted instead of the one or more unit magnets 50 as the dummy magnet 50m, or fourth, the one or more unit magnets 50 may be removed 50b.

예를 들어, 도 5는 경방향 모듈화 자석부(156)의 실시예를 도시한 것으로, 도 5의 (a)는 자석 고정부(60a)의 내측 둘레면을 따라 결합된 복수의 단위 자석(50)을 나타낸 것이고, 도 5의 (b)는 자석 고정부(60b)의 외측 둘레면을 따라 결합된 복수의 단위 자석(50)을 나타낸 것이다. For example, FIG. 5 illustrates an embodiment of the radially modular magnet portion 156, and FIG. 5A illustrates a plurality of unit magnets 50 coupled along the inner circumferential surface of the magnet fixing portion 60a. 5B illustrates a plurality of unit magnets 50 coupled along the outer circumferential surface of the magnet fixing part 60b.

여기서, 도 5의 (a)는 복수의 단위 자석(50)의 N극이 외부에 노출되도록 배치된 것이고, 도 5의 (b)는 복수의 단위 자석(50)의 S극이 외부에 노출된 것으로, 이때 모듈화 자석부(156)의 자석 특성의 변경을 위해, 후술하는 방법을 사용할 수 있다. 첫째, 자석 고정부(60a, 60b)에 복수의 단위 자석(50)과 자석 등급이 상이한 하나 이상의 단위 자석(51n, 51s)을 삽입하거나, 둘째, 외부에 S극 또는 N극이 노출되도록 변경한 하나 이상의 단위 자석(50n, 50s)을 삽입하거나, 셋째, 단순 자성체를 더미 자석(50m)으로서 하나 이상의 단위 자석(50) 대신에 삽입하는 방법이 있다.Here, FIG. 5A illustrates the N poles of the plurality of unit magnets 50 to be exposed to the outside, and FIG. 5B illustrates the S poles of the plurality of unit magnets 50 to the outside. In this case, in order to change the magnet characteristics of the modular magnet unit 156, the following method may be used. First, the plurality of unit magnets 50 and one or more unit magnets 51n and 51s having different magnet grades are inserted into the magnet fixing parts 60a and 60b, or second, the S pole or the N pole is changed to be exposed to the outside. One or more unit magnets 50n and 50s may be inserted, or third, a simple magnetic body may be inserted as the dummy magnet 50m instead of one or more unit magnets 50.

구체적으로, 발전용 자석부(130)를 구성하는 단위 자석(50)의 특성이 변경되는 경우, 전자기력 상수(K)의 변화에 따라 가속도입력에 대한 진폭배율이 변화하여 본 발명의 에너지 하비스터(100)의 공진주파수(또는, 고유주파수)가 조절될 수 있다. Specifically, when the characteristic of the unit magnet 50 constituting the power generation magnet portion 130 is changed, the amplitude ratio with respect to the acceleration input is changed according to the change of the electromagnetic force constant (K), the energy harvester ( The resonance frequency (or natural frequency) of 100 may be adjusted.

자성 스프링(150)을 구성하는 단위 자석(50)의 특성이 변경되는 경우, 스프링 상수(k)의 변화에 따라 반발력이 변화하여 본 발명의 에너지 하비스터(100)의 공진주파수가 조절될 수 있다.When the characteristic of the unit magnet 50 constituting the magnetic spring 150 is changed, the repulsive force is changed according to the change of the spring constant k, so that the resonance frequency of the energy harvester 100 of the present invention can be adjusted. .

하기의 수식1은 고유주파수, 진폭배율 및 감쇠비를 나타낸다.Equation 1 below represents the natural frequency, amplitude magnification, and attenuation ratio.

<수식1><Equation 1>

Figure 112018071886621-pat00001
Figure 112018071886621-pat00001

β= ω/ ωn, ω: 입력주파수, m: 질량, b: 마찰계수, k: 스프링상수, K: 전자기력상수, R: 전기저항을 나타낸다.β = ω / ω n , ω: input frequency, m: mass, b: coefficient of friction, k: spring constant, K: electromagnetic force constant, R: electrical resistance.

따라서, 본 발명의 에너지 하비스터(100)는 발전용 자석부(130) 또는 자성 스프링(150)에서 그 자성의 크기를 용이하게 변경할 수 있는 모듈화 자석부(156)로 대체함에 따라 에너지 하비스터(100)의 공진주파수와 진폭배율을 최적화하여 발전 효율이 향상시킬 수 있다.Therefore, the energy harvester 100 of the present invention is replaced by a modular magnet unit 156 that can easily change the size of the magnetic in the magnet generator 130 or the magnetic spring 150 for energy harvester ( The power generation efficiency can be improved by optimizing the resonance frequency and amplitude magnification of 100).

일 예로, 도 6을 참조하면, 본 발명은 모듈화 자석부(156)를 통해 원을 중심으로 대칭형으로 각각의 단위 자석(50)의 변화를 주어 공진주파수를 크게 변경시킬 수 있다. 좀 더 상세하게는, 전체 12개의 단위 자석(50) 중에서 6개의 단위 자석(50)을 하나의 모듈(A)로 각각 구분할 수 있다. 여기서, 자석의 특성이 변경되는 경우, 하나의 모듈(A)에 포함된 더미 자석(50m)과 다른 하나의 모듈에 포함된 더미 자석(50m)이 대각선으로 대칭할 수 있다. 즉, 대각선으로 대칭하는 한 쌍의 단위 자석(50)이 각 모듈에서 제거(50b)되고, 상이한 등급의 자석(51s)으로 변경되고, 외부에 N극이 노출되도록 자석(50n)이 변경될 수 있다. For example, referring to FIG. 6, the present invention may greatly change the resonance frequency by changing each unit magnet 50 symmetrically about a circle through the modular magnet unit 156. In more detail, six unit magnets 50 may be divided into one module A among all 12 unit magnets 50. Here, when the characteristic of the magnet is changed, the dummy magnet 50m included in one module A and the dummy magnet 50m included in the other module may be diagonally symmetrical. That is, a pair of diagonally symmetrical unit magnets 50 may be removed 50b from each module, changed into magnets 51s of different grades, and the magnets 50n changed such that the N poles are exposed to the outside. have.

다른 예로, 도 7을 참조하면, 본 발명은 모듈화 자석부(156)를 통해 자성체의 변화 정도를 크지 않게 설정하여 공진주파수를 미세하게 변경시킬 수 있다. 좀 더 상세하게는, 전체 12개의 단위 자석(50) 중에서, 대각선으로 대칭하는 한 쌍의 단위 자석(50)만 등급이 상이한 단위 자석(51s)으로 변경될 수 있다.As another example, referring to FIG. 7, the present invention may change the resonance frequency finely by setting the degree of change of the magnetic material not to be large through the modular magnet unit 156. More specifically, of the total 12 unit magnets 50, only a pair of unit magnets 50 that are diagonally symmetrical may be changed to unit magnets 51s having different grades.

한편, 도3을 참조하면 제1 하우징(110)은 내부에 소정의 공간이 형성되고, 소정의 공간에 자석부(130) 및 코일부(140)가 배치될 수 있다. 예시적으로, 제1 하우징(110)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 원기둥 형상일 수 있으나, 이는 일 실시예일뿐 이에 한정되지 않는다.Meanwhile, referring to FIG. 3, the first housing 110 may have a predetermined space formed therein, and the magnet part 130 and the coil part 140 may be disposed in the predetermined space. For example, the first housing 110 may have a cylindrical shape, as shown in FIG. 2, but this is not limited thereto.

제1 하우징(110)은 소정의 탄성 계수를 갖는 탄성 부재로 제작되거나 강자성체 및 반자성체와 상자성체를 포함하는 비자성체 중 어느 하나로 제작될 수 있으나 기재된 예들에 한정되지 않는다.The first housing 110 may be made of an elastic member having a predetermined elastic modulus or made of any one of ferromagnetic and nonmagnetic materials including diamagnetic and paramagnetic, but is not limited to the examples described.

예를 들어, 제1 하우징(110)이 비자성체로 형성될 경우 자계를 갖는 자성체로부터 자화되지 않게 된다. 또한, 강자성 재료로 구성된 주변 장치가 자계 아래 놓을 때 기계적 변형이 발생하는 것과 같은 자기변형 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.For example, when the first housing 110 is formed of a nonmagnetic material, the first housing 110 is not magnetized from the magnetic material having the magnetic field. In addition, it is possible to effectively prevent the magnetostriction phenomenon such as mechanical deformation occurs when the peripheral device made of ferromagnetic material under the magnetic field.

또한, 도 3을 참조하면 본 에너지 하비스터(100)는 내부에 소정의 공간이 형성되고, 내부에 제1 하우징(110)이 위치하는 제2 하우징(160)을 더 포함할 수 있다.In addition, referring to FIG. 3, the energy harvester 100 may further include a second housing 160 having a predetermined space formed therein and a first housing 110 located therein.

중심축(120)은 제1 하우징(110)을 관통하여 고정되어 있을 수 있다.The central shaft 120 may be fixed through the first housing 110.

좀 더 상세하게는, 제1 하우징(110)에는 서로 대응되는 제1 면 및 제2 면에 관통홀(111)이 형성되고, 중심축(120)은 관통홀(111)에 삽입될 수 있다. 또한, 관통홀(111)과 중심축(120) 사이에는 베어링부(112)가 위치하여, 제1 하우징(110)이 상하방향으로 원활히 병진운동될 수 있다. 또한, 중심축(120)은 양단부가 제2 하우징(160)의 내측면에 각각 고정될 수 있다. 이때 상술한 제1 면이란 도 3의 12시방향에 위치한 면이고, 제2 면이란 도 3의 6시방향에 위치한 면일 수 있다.In more detail, the through hole 111 may be formed in the first and second surfaces corresponding to each other in the first housing 110, and the central axis 120 may be inserted into the through hole 111. In addition, the bearing portion 112 is positioned between the through hole 111 and the central shaft 120, so that the first housing 110 can be smoothly translated in the vertical direction. In addition, both ends of the central shaft 120 may be fixed to inner surfaces of the second housing 160, respectively. In this case, the first surface may be a surface located at 12 o'clock in FIG. 3, and the second surface may be a surface located at 6 o'clock in FIG. 3.

제1 하우징(110)은 진동원으로부터 발생된 진동에 의해 중심축(120)을 따라 병진운동할 수 있으며, 이에 따라 전자기 유도에 의해 전기 에너지를 생성될 수 있다. The first housing 110 may translate along the central axis 120 by the vibration generated from the vibration source, thereby generating electrical energy by electromagnetic induction.

예시적으로, 발전용 자석부(130)는 제1 극성이 중심축을 바라보는 중앙자석부(131), 중앙자석부(131)의 상부에 결합되고, 제2 극성이 중심축을 바라보는 상부자석부(132), 및 중앙자석부(131)의 하부에 결합되고 제2 극성이 중심축을 바라보는 하부자석부(133)를 포함할 수 있다.For example, the power generation magnet unit 130 may be coupled to an upper portion of the central magnet portion 131 and the central magnet portion 131 having a first polarity facing the central axis, and an upper magnet portion having a second polarity facing the central axis. 132, and a lower magnet part 133 coupled to a lower part of the central magnet part 131 and having a second polarity facing the central axis.

코일부(140)는 제1 하우징(110)의 내부에 위치하고, 중심축(120)에 고정된다. 또한, 코일부(140)는 코일(142)이 권선되고, 중심축(120)에 고정된 보빈(141)을 포함한다.The coil unit 140 is located inside the first housing 110 and is fixed to the central axis 120. In addition, the coil unit 140 includes a bobbin 141 wound around the coil 142 and fixed to the central axis 120.

또한, 코일부(140)는 제1 하우징(110)의 병진운동에 의해 상부자석부(132) 및 중앙자석부(131) 또는 하부자석부(133) 및 중앙자석부(131)와 오버랩될 수 있다. 여기서 코일부(140)와 상부자석부(132) 및 중앙자석부(131) 또는 하부자석부(133) 및 중앙자석부(131)가 오버랩되는 과정, 즉 전자기 유도 과정을 통해 유도 기전력을 생성할 수 있다.In addition, the coil part 140 may overlap the upper magnet part 132 and the central magnet part 131 or the lower magnet part 133 and the central magnet part 131 by the translational motion of the first housing 110. have. Here, the coil unit 140 and the upper magnet portion 132 and the central magnet portion 131 or the lower magnet portion 133 and the central magnet portion 131 overlap the process, that is to generate the induced electromotive force through the electromagnetic induction process Can be.

보빈(141)은 코일(142)이 권선되고, 중심축(120)에 고정된 웨브부(141a), 웨브부(141a)의 상단부로부터 방사상으로 연장 형성된 상부플렌지부(141b), 및 웨브부(141a)의 하단부로부터 방사상으로 연장 형성된 하부플렌지부(141c)를 포함할 수 있다.The bobbin 141 is wound around the coil 142 and has a web portion 141a fixed to the central axis 120, an upper flange portion 141b extending radially from an upper end portion of the web portion 141a, and a web portion ( It may include a lower flange portion 141c extending radially from the lower end of the 141a.

또한, 자성 스프링(150)은 제1 하우징(110)의 상부에 위치하는 상부 자성 스프링(151) 및 제1 하우징(110)의 하부에 위치하는 하부 자성 스프링(152)을 포함하고, 상부 및 하부 자성 스프링(151,152)은 서로 마주보는 면의 자기극이 동일한 자성체 쌍일 수 있다. 자성체 쌍의 마주보는 면의 자기극은 모두 N극 또는 모두 S극과 같이 서로 동일한 자기극을 띄고 있으며, 이에 따라, 척력에 의해 탄성체로서 기능을 할 수 있다.In addition, the magnetic spring 150 includes an upper magnetic spring 151 positioned on the upper portion of the first housing 110 and a lower magnetic spring 152 positioned on the lower portion of the first housing 110. The magnetic springs 151 and 152 may be magnetic pairs having the same magnetic poles on the surfaces facing each other. The magnetic poles on the opposite surfaces of the magnetic pairs all have the same magnetic poles as the N poles or all S poles, and thus can function as elastic bodies by repulsive force.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 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.The above description of the present application is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present application.

100 : 에너지 하비스터
110 : 제1 하우징 111 : 관통홀
112 : 베어링부
120 : 중심축
130 : 자석부
131 : 중앙자석부 132 : 상부자석부
133 : 하부자석부
140 : 코일부
141 : 보빈 141a : 웨브부
141b : 상부플렌지부 141c : 하부플렌지부
142 : 코일
151,152 :자성 스프링
153,154 : 탄성구조물
160 : 제2 하우징
100: energy harvester
110: first housing 111: through hole
112: bearing part
120: central axis
130: magnet
131: central magnet portion 132: upper magnet portion
133: the lower magnet
140: coil part
141 bobbin 141a web part
141b: upper flange portion 141c: lower flange portion
142: coil
151,152: Magnetic Spring
153,154: Elastic Structure
160: second housing

Claims (15)

진동을 전기 에너지로 변환하는 에너지 하비스터에 있어서,
내부를 관통하도록 결합된 중심축, 상기 중심축에 고정된 코일부 및 상기 중심축과 나란한 방향으로 소정 거리만큼 이격된 발전용 자석부를 포함하는 제1 하우징을 포함하되,
상기 코일부와 상기 발전용 자석부의 상대적인 변위에 따라 발생하는 전자기 유도에 기반하여 전기를 생성하고,
상기 발전용 자석부는 복수의 단위 자석과 상기 단위 자석이 삽입 및 고정되도록 홈이 형성된 자석 고정부를 포함하는 모듈화 자석부로 구성되며,
상기 모듈화 자석부는
상기 복수의 단위 자석의 제1 극성이 외부에 노출된 경우, 제2 극성이 외부에 노출되도록 하나 이상의 단위 자석이 상기 자석 고정부에 삽입되어, 상기 단위 자석의 극성이 변경되거나,
상기 복수의 단위 자석의 등급과 상이한 등급을 갖는 하나 이상의 단위 자석이 상기 자석 고정부에 삽입되어, 상기 단위 자석의 자성 특성이 변경되거나,
상기 복수의 단위 자석 중 하나 이상의 단위 자석이 상기 자석 고정부로부터 제거되거나,
상기 단위 자석을 대체하여 하나 이상의 더미 자석이 상기 자석 고정부에 삽입되어, 상기 단위 자석의 상기 자석 고정부에의 삽입 여부가 변경되는 것이고, 상기 단위 자석의 극성, 상기 단위 자석의 자성 특성 또는 상기 단위 자석의 상기 자석 고정부에의 삽입 여부에 따라 상기 에너지 하비스터의 공진 주파수가 조절되는 것이고,
상기 발전용 자석부의 경우, 상기 모듈화 자석부의 자석 고정부가 상기 제1 하우징의 내측 둘레면을 따라 결합되며, 상기 자석 고정부의 홈에 삽입 및 고정된 상기 복수의 단위 자석의 자기장 방향이 상기 중심축에 대하여 방사상으로 설정되도록 배치되는 것인, 에너지 하비스터.
In an energy harvester that converts vibrations into electrical energy,
A first housing including a central axis coupled to penetrate the inside, a coil part fixed to the central axis, and a power generation magnet part spaced apart by a predetermined distance in a direction parallel to the central axis,
Generates electricity based on electromagnetic induction generated by the relative displacement of the coil unit and the magnet for generating power;
The magnet for power generation is composed of a modular magnet portion including a plurality of unit magnets and a magnet fixing portion formed with a groove so that the unit magnet is inserted and fixed,
The modular magnet unit
When the first polarities of the plurality of unit magnets are exposed to the outside, one or more unit magnets are inserted into the magnet fixing part such that the second polarities are exposed to the outside, so that the polarities of the unit magnets are changed,
At least one unit magnet having a grade different from that of the plurality of unit magnets is inserted into the magnet fixing part such that the magnetic properties of the unit magnet are changed,
One or more unit magnets of the plurality of unit magnets are removed from the magnet fixing unit,
At least one dummy magnet is inserted into the magnet fixing part in place of the unit magnet, and whether the unit magnet is inserted into the magnet fixing part is changed, and the polarity of the unit magnet, the magnetic property of the unit magnet, or the The resonance frequency of the energy harvester is adjusted according to whether or not the unit magnet is inserted into the magnet fixing part.
In the case of the power generation magnet part, the magnet fixing part of the modular magnet part is coupled along the inner circumferential surface of the first housing, and the magnetic field direction of the plurality of unit magnets inserted and fixed in the groove of the magnet fixing part is the central axis. Wherein the energy harvester is disposed radially relative to the energy harvester.
제1항에 있어서,
상기 제1 하우징의 상부 및 하부에 각각 위치하는 자성 스프링을 더 포함하되,
상기 자성 스프링은 상기 모듈화 자석부로 구성되는 것인, 에너지 하비스터.
The method of claim 1,
Further comprising a magnetic spring located on the upper and lower portions of the first housing, respectively,
The magnetic spring is composed of the modular magnet portion, energy harvester.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 발전용 자석부를 구성하는 상기 단위 자석의 특성이 변경되는 경우, 전자기력 상수의 변화에 따라 가속도입력에 대한 진폭배율이 변화하여 상기 공진 주파수가 조절되는 것인, 에너지 하비스터.
The method of claim 1,
When the characteristic of the unit magnet constituting the power generation magnet portion is changed, the amplitude frequency with respect to the acceleration input is changed according to the change of the electromagnetic force constant, the resonance frequency is adjusted, energy harvester.
제2항에 있어서,
상기 제1 하우징이 위치하도록 내부에 소정의 공간이 형성된 제2 하우징을 더 포함하되, 상기 자성 스프링의 경우, 상기 모듈화 자석부의 자석 고정부가 상기 제 2 하우징의 상부면 및 하부면에 형성되며, 상기 자석 고정부의 홈에 삽입 및 고정된 상기 복수의 단위 자석의 자기장 방향이 상기 중심축과 나란한 방향으로 설정되도록 배치되는 것인, 에너지 하비스터.
The method of claim 2,
And a second housing having a predetermined space formed therein so that the first housing is located. In the magnetic spring, magnet fixing portions of the modular magnet part are formed on upper and lower surfaces of the second housing. And the magnetic field direction of the plurality of unit magnets inserted into and fixed in the groove of the magnet fixing part is set in a direction parallel to the central axis.
진동을 전기 에너지로 변환하는 에너지 하비스터에 있어서,
내부를 관통하도록 결합된 중심축, 상기 중심축에 고정된 코일부 및 상기 중심축과 나란한 방향으로 소정 거리만큼 이격된 발전용 자석부를 포함하는 제1 하우징;
상기 제1 하우징의 상부 및 하부에 각각 위치하는 자성 스프링;
상기 제1 하우징이 위치하도록 내부에 소정의 공간이 형성된 제2 하우징을 포함하되,
상기 코일부와 상기 발전용 자석부의 상대적인 변위에 따라 발생하는 전자기 유도에 기반하여 전기를 생성하고,
상기 자성 스프링은 복수의 단위 자석과 상기 단위 자석이 삽입 및 고정되도록 홈이 형성된 자석 고정부를 포함하는 모듈화 자석부로 구성되며,
상기 모듈화 자석부는
상기 복수의 단위 자석의 제1 극성이 외부에 노출된 경우, 제2 극성이 외부에 노출되도록 하나 이상의 단위 자석이 상기 자석 고정부에 삽입되어, 상기 단위 자석의 극성이 변경되거나,
상기 복수의 단위 자석의 등급과 상이한 등급을 갖는 하나 이상의 단위 자석이 상기 자석 고정부에 삽입되어, 상기 단위 자석의 자성 특성이 변경되거나,
상기 복수의 단위 자석 중 하나 이상의 단위 자석이 상기 자석 고정부로부터 제거되거나,
상기 단위 자석을 대체하여 하나 이상의 더미 자석이 상기 자석 고정부에 삽입되어, 상기 단위 자석의 상기 자석 고정부에의 삽입 여부가 변경되는 것이고,
상기 단위 자석의 극성, 상기 단위 자석의 자성 특성 또는 상기 단위 자석의 상기 자석 고정부에의 삽입 여부에 따라 상기 에너지 하비스터의 공진 주파수가 조절되는 것이고,
상기 자성 스프링의 경우, 상기 모듈화 자석부의 자석 고정부가 상기 제 2 하우징의 상부면 및 하부면에 형성되며,
상기 자석 고정부의 홈에 삽입 및 고정된 상기 복수의 단위 자석의 자기장 방향이 상기 중심축과 나란한 방향으로 설정되도록 배치되는 것인, 에너지 하비스터.
In an energy harvester that converts vibrations into electrical energy,
A first housing including a central axis coupled to penetrate the inside, a coil part fixed to the central axis, and a power generation magnet part spaced apart by a predetermined distance in a direction parallel to the central axis;
Magnetic springs positioned above and below the first housing, respectively;
A second housing having a predetermined space formed therein so that the first housing is located,
Generates electricity based on electromagnetic induction generated by the relative displacement of the coil unit and the magnet for generating power;
The magnetic spring is composed of a modular magnet portion including a plurality of unit magnets and a magnet fixing portion formed with a groove for inserting and fixing the unit magnets,
The modular magnet unit
When the first polarities of the plurality of unit magnets are exposed to the outside, one or more unit magnets are inserted into the magnet fixing part such that the second polarities are exposed to the outside, so that the polarities of the unit magnets are changed,
At least one unit magnet having a grade different from that of the plurality of unit magnets is inserted into the magnet fixing part such that the magnetic properties of the unit magnet are changed,
One or more unit magnets of the plurality of unit magnets are removed from the magnet fixing unit,
At least one dummy magnet is inserted into the magnet fixing part in place of the unit magnet, thereby changing whether the unit magnet is inserted into the magnet fixing part,
The resonance frequency of the energy harvester is adjusted according to the polarity of the unit magnets, the magnetic characteristics of the unit magnets or whether the unit magnets are inserted into the magnet fixing unit.
In the case of the magnetic spring, the magnet fixing portion of the modular magnet portion is formed on the upper surface and the lower surface of the second housing,
And the magnetic field direction of the plurality of unit magnets inserted into and fixed in the groove of the magnet fixing part is set in a direction parallel to the central axis.
제8항에 있어서,
상기 발전용 자석부는 상기 모듈화 자석부로 구성되는 것인, 에너지 하비스터.
The method of claim 8,
The energy generating magnet portion is composed of the modular magnet portion, energy harvester.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제8항에 있어서,
상기 자성 스프링을 구성하는 상기 단위 자석의 특성이 변경되는 경우, 스프링 상수의 변화에 따라 반발력이 변화하여 상기 공진주파수가 조절되는 것인, 에너지 하비스터.
The method of claim 8,
When the characteristic of the unit magnet constituting the magnetic spring is changed, the repulsive force is changed by changing the spring constant, the resonance frequency is adjusted, energy harvester.
제9항에 있어서,
상기 발전용 자석부의 경우, 상기 모듈화 자석부의 자석 고정부가 상기 제1 하우징의 내측 둘레면을 따라 결합되며, 상기 자석 고정부의 홈에 삽입 및 고정된 상기 복수의 단위 자석의 자기장 방향이 상기 중심축에 대하여 방사상으로 설정되도록 배치되는 것인, 에너지 하비스터.
The method of claim 9,
In the case of the power generation magnet part, the magnet fixing part of the modular magnet part is coupled along the inner circumferential surface of the first housing, and the magnetic field direction of the plurality of unit magnets inserted and fixed in the groove of the magnet fixing part is the central axis. Wherein the energy harvester is disposed radially relative to the energy harvester.
무선 센서 장치에 있어서,
청구항 제1항, 제2항, 제6항 내지 제9항, 제13항 및 제14항 중 어느 한 항에 기재된 에너지 하비스터 및
상기 에너지 하비스터로부터 변환된 에너지를 제공 받고, 측정된 센싱 정보를 송신하는 통신 모듈을 포함하는 무선 센서 장치.
In the wireless sensor device,
The energy harvester according to any one of claims 1, 2, 6 to 9, 13 and 14, and
And a communication module receiving the converted energy from the energy harvester and transmitting the measured sensing information.
KR1020180084623A 2018-07-20 2018-07-20 Energy harvester Active KR102064906B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180084623A KR102064906B1 (en) 2018-07-20 2018-07-20 Energy harvester

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180084623A KR102064906B1 (en) 2018-07-20 2018-07-20 Energy harvester

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102064906B1 true KR102064906B1 (en) 2020-02-11

Family

ID=69568737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180084623A Active KR102064906B1 (en) 2018-07-20 2018-07-20 Energy harvester

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102064906B1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114498952A (en) * 2022-01-13 2022-05-13 中国矿业大学 Wireless energy collection system for high-voltage transmission line and design method
EP4102695A1 (en) * 2021-06-10 2022-12-14 Universitat Politècnica De Catalunya Electromagnetic vibration energy harvester
CN115603541A (en) * 2022-12-01 2023-01-13 东北林业大学(Cn) A tree swing power generating device
CN118984077A (en) * 2024-07-25 2024-11-19 清华大学 A frequency-adaptive vibration energy harvester for wireless intelligent sensing
CN119727234A (en) * 2025-03-03 2025-03-28 深圳大学 Elastic resonance type rotation energy collection device and method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0865992A (en) * 1994-06-13 1996-03-08 General Electric Co <Ge> Device for converting vibratory motion into electric energy
KR20150060401A (en) * 2013-11-26 2015-06-03 이화여자대학교 산학협력단 Energy harvester using ferrofluid
KR20160135445A (en) * 2015-05-18 2016-11-28 한국철도기술연구원 Energy harvester
JP2017221000A (en) * 2016-06-06 2017-12-14 三菱電機エンジニアリング株式会社 Vibration power generator and method of manufacturing vibration power generator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0865992A (en) * 1994-06-13 1996-03-08 General Electric Co <Ge> Device for converting vibratory motion into electric energy
KR20150060401A (en) * 2013-11-26 2015-06-03 이화여자대학교 산학협력단 Energy harvester using ferrofluid
KR20160135445A (en) * 2015-05-18 2016-11-28 한국철도기술연구원 Energy harvester
JP2017221000A (en) * 2016-06-06 2017-12-14 三菱電機エンジニアリング株式会社 Vibration power generator and method of manufacturing vibration power generator

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4102695A1 (en) * 2021-06-10 2022-12-14 Universitat Politècnica De Catalunya Electromagnetic vibration energy harvester
CN114498952A (en) * 2022-01-13 2022-05-13 中国矿业大学 Wireless energy collection system for high-voltage transmission line and design method
CN115603541A (en) * 2022-12-01 2023-01-13 东北林业大学(Cn) A tree swing power generating device
CN118984077A (en) * 2024-07-25 2024-11-19 清华大学 A frequency-adaptive vibration energy harvester for wireless intelligent sensing
CN119727234A (en) * 2025-03-03 2025-03-28 深圳大学 Elastic resonance type rotation energy collection device and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102064906B1 (en) Energy harvester
Wang et al. On-rotor electromagnetic energy harvester for powering a wireless condition monitoring system on bogie frames
KR101709322B1 (en) Energy harvester
Sriramdas et al. Large power amplification in magneto‐mechano‐electric harvesters through distributed forcing
CN1950989B (en) An electromagnetic device for converting mechanical vibrational energy into electrical energy
KR102096973B1 (en) Energy harvest and engine monitering system using energy harvest
US7569952B1 (en) High efficiency, inductive vibration energy harvester
US7489045B1 (en) Energy generating expansion joint
US8222775B2 (en) Electromechanical energy harvesting system
Zhu et al. Vibration energy harvesting in automobiles to power wireless sensors
KR101713668B1 (en) Energy harvester
CA2778950A1 (en) Nonlinear oscillator for vibration energy harvesting
Kroener Energy harvesting technologies: Energy sources, generators and management for wireless autonomous applications
Wang et al. An electromagnetic vibration energy harvester with compact flexure guide for low frequency applications
KR101703658B1 (en) Energy harvester
WO2016128320A1 (en) Power generator assembly for rotating applications
Yusuf et al. Mechanical energy harvesting devices for low frequency applications: revisited
KR101553911B1 (en) Energy harvester
KR101420276B1 (en) Wireless sensor device having mechanical filter and communicating method thereof
Monaco et al. Investigation of gravitational energy harvesters for IoT power supply in freight train monitoring
KR102108112B1 (en) Energy harvester
KR102790596B1 (en) Energy harvest
KR101591444B1 (en) Energy harvester
CN119269095B (en) A magnetic bearing rotor state detection device based on a flexible detection collar
CN120650368A (en) Self-powered self-sensing magnetic liquid absorber based on magneto nonlinear energy trap

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20180720

PA0201 Request for examination
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20190821

Patent event code: PE09021S01D

PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20191202

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20200106

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20200107

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20221207

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20231206

Start annual number: 5

End annual number: 5