KR20240128401A - 자가발전형 회전속도 감지 센서 및 회전속도 감지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 자동차에서 회전 물체의 회전 에너지를 전기 에너지로 수확하여 자가발전이 가능하고 회전 물체의 회전 상태를 모니터링할 수 있는 자가발전형 회전속도 감지 센서 및 회전속도 감지 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명의 실시예는 회전 물체의 표면 일부분에 구비되어, 상기 회전 물체의 회전시 동시에 회전되는 정전기 유도 물질; 및 상기 정전기 유도 물질과 마주보도록 구비되어, 상기 회전 물체의 회전시 상기 회전 물체의 회전축 방향을 따라 상기 정전기 유도 물질과 근접되게 중첩되거나 미중첩됨을 반복하면서 정전기 유도에 의해 전기를 생성하는 전극;을 포함하는, 자가발전형 회전속도 감지 센서가 제공된다.

Description

자가발전형 회전속도 감지 센서 및 회전속도 감지 방법 {SELF-GENERATION TYPE SENSOR FOR DETECTING ROTATIONAL SPEED AND METHOD THEREOF}

본 발명의 실시예는 자동차에서 회전 물체의 회전 에너지를 전기 에너지로 수확하여 자가발전이 가능하고 회전 물체의 회전 상태를 모니터링할 수 있는 자가발전형 회전속도 감지 센서 및 회전속도 감지 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에서 회전 에너지는 타이어, 모터, 냉각 팬 등 회전되는 물체에서 쉽게 볼 수 있으나 적절한 이용없이 버려지고 있다.

이와 같이 회전되는 물체의 회전 에너지를 이용하여 전기 에너지를 수확하거나 회전되는 물체의 회전 상태에 대한 모니터링을 하면 새로운 주행 통제 시스템 개발이 가능하다.

또한, 자동차의 다양한 상태를 확인하기 위한 다수의 센서 구동을 위한 전력 소모 등을 줄일 수 있어 저전력 장치를 설계하는 점에 있어 이점을 줄 수도 있다.

따라서, 자동차에서 회전되는 물체의 회전에 의한 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하고 이를 다양하게 활용할 수 있는 에너지 하베스팅 기술이 요구된다.

대한민국 등록특허공보 제10-0978982호 (2010.08.24.)

본 발명의 실시예는 자동차에서 회전되는 물체의 회전 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있는 자가발전형 회전속도 감지 센서 및 회전속도 감지 방법을 제공하기 위한 것이다.

그리고, 본 발명의 실시예는 전기 에너지 발생시 생성되는 신호를 통해 회전 물체의 회전 속도 감지 등 상태를 모니터링할 수 있는 자가발전형 회전속도 감지 센서 및 회전속도 감지 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 실시예는 기존 회전 물체로부터 전기 에너지를 생성할 수 있어 친환경 신재생 에너지 하베스팅이 가능한 자가발전형 회전속도 감지 센서 및 회전속도 감지 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전 물체의 표면 일부분에 구비되어, 상기 회전 물체의 회전시 동시에 회전되는 정전기 유도 물질; 및 상기 정전기 유도 물질과 마주보도록 구비되어, 상기 회전 물체의 회전시 상기 회전 물체의 회전축 방향을 따라 상기 정전기 유도 물질과 근접되게 중첩되거나 미중첩됨을 반복하면서 정전기 유도에 의해 전기를 생성하는 전극;을 포함하는, 자가발전형 회전속도 감지 센서가 제공된다.

상기 정전기 유도 물질은, 상기 회전 물체의 표면에 고정되는 지지체를 매개로 상기 전극과 마주보도록 구비될 수 있다.

여기서, 상기 정전기 유도 물질은 상기 회전 물체의 회전축 중심에 중심각을 갖는 부채꼴 형태로 구비될 수 있으며, 상기 전극은 상기 정전기 유도 물질과 대응되는 부채꼴 형태로 구비될 수 있다.

이때, 상기 정전기 유도 물질의 중심각은 180°이하로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 전극의 중심각은 상기 정전기 유도 물질의 1회전시 상기 회전축 방향을 따라 미중첩되는 영역을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 정전기 유도 물질은, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리이미드, 불소화 에틸렌 프로필렌, 나일론 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 자가발전형 회전속도 감지 센서의 회전속도 감지 방법으로서, 상기 정전기 유도로 발생되는 정전기 신호의 시간 간격을 통하여, 상기 회전 물체의 회전속도를 감지하는 단계를 포함하는, 자가발전형 회전속도 감지 센서의 회전속도 감지 방법이 제공된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 자동차에서 회전되는 물체의 회전 에너지를 이용하여 자체적으로 전기 에너지를 생성할 수 있는 이점이 있다.

그리고, 본 발명에 따르면, 전기 에너지 발생시 생성되는 신호를 통해 회전 물체의 회전 속도 감지 등 상태를 모니터링할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 기존 회전 물체로부터 전기 에너지를 생성할 수 있어 친환경 신재생 에너지 하베스팅이 가능한 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 회전속도 감지 센서를 개략적으로 나타낸 구성 단면도
도 2는 도 1의 자가발전형 회전속도 감지 센서에서 회전물체의 1회전시 전기 에너지 생성 과정을 개략적으로 나타낸 평면 구성도들
도 3은 도 2의 전기 에너지 생성 과정과 대응되는 단면 구성도들

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 개시되는 실시예들은 이에 제한되지 않는다.

실시예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 개시되는 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 개시되는 실시예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 회전속도 감지 센서를 개략적으로 나타낸 구성 단면도이며, 도 2는 도 1의 자가발전형 회전속도 감지 센서에서 회전물체의 1회전시 전기 에너지 생성 과정을 개략적으로 나타낸 평면 구성도들이고, 도 3은 도 2의 전기 에너지 생성 과정과 대응되는 단면 구성도들이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 회전속도 감지 센서는, 크게 자동차의 휠과 같은 회전 물체(10)의 회전시 동시에 회전되는 정전기 유도 물질(110)과, 상기 정전기 유도 물질(110)과 마주보도록 구비되어 상기 회전 물체(10)의 회전시 상기 회전 물체(10)의 회전축 방향을 따라 상기 정전기 유도 물질(110)과 근접되게 중첩되거나 미중첩됨을 반복하면서 정전기 유도에 의해 전기를 생성하는 전극(120)을 포함하여 구성될 수 있다.

본 실시예에서와 같이 상기 정전기 유도 물질(110)은 상기 회전 물체(10)의 표면 일부분에 직접 코팅되거나 부착되어 구비될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 회전 물체(10)의 표면에 고정되는 별도의 지지부재를 매개로 구비될 수도 있다. 즉, 본 실시예의 정전기 유도 물질(110)은 별도의 지지부재의 표면에 코팅되거나 부착될 수 있으며, 이에 상기 지지부재가 상기 회전 물체(10)의 표면에 고정 구비될 경우 상기 회전 물체(10)의 회전시 상기 정전기 유도 물질(110) 역시 상기 회전 물체(10) 및 지지부재와 함께 동시에 회전될 수 있다.

여기서, 상기 정전기 유도 물질(110)은 상기 회전 물체(10)의 회전축 중심에 중심각을 갖는 부채꼴 형태로 구비될 수 있다. 즉, 상기 정전기 유도 물질(110)은 상기 회전 물체(10)의 회전축 중심을 꼭지점으로 하여 회전하는 부채꼴 구조를 가질 수 있다.

아울러, 상기 전극(120)은 상기 정전기 유도 물질(110)과 대응되는 부채꼴 형태로 구비될 수 있다. 여기서, 상기 전극(120)은 상기 정전기 유도 물질(110)과 근접되게 마주보는 위치에 고정 설치될 수 있으며, 일 예로 상기 정전기 유도 물질(110)이 자동차의 휠과 같은 회전 물체(10)에 구비될 경우 상기 전극(120)은 상기 자동차의 휠과 같은 회전 물체(10)와 마주보는 차체에 고정 설치될 수 있다. 또한, 상기 전극(120) 역시 개별적으로 고정 설치될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 본 실시예에서와 같이 별도의 기판과 같은 지지체(130)에 고정 설치될 수 있다. 즉, 상기 지지체(130)에 상기 전극(120)이 고정 설치되고 상기 지지체(130)는 상기 자동차의 휠과 같은 회전 물체(10)와 마주보는 차체에 고정 설치될 수 있으며, 이에 상기 회전 물체(10)의 회전시 상기 정전기 유도 물질(110)은 회전 물체(10)의 회전축을 따라 상기 전극(120)과 근접되게 중첩되거나 미중첩됨을 반복하면서 정전기 유도를 일으키고 이를 통해 상기 전극(120)은 정전기 유도에 의한 전기 에너지를 생성할 수 있다.

이때, 본 실시예에서와 같이, 상기 정전기 유도 물질(110)의 중심각은 30°를 이루도록 형성되고 상기 전극(120)의 중심각은 60°를 이루도록 형성된 것을 개시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 정전기 유도 물질(110)의 중심각은 최대 180°이하로 이루어지는 것이 바람직하고, 이에 따라 상기 전극(120)의 중심각은 상기 정전기 유도 물질(110)의 1회전시 상기 회전축 방향을 따라 미중첩되는 영역을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

본 실시예와 다른 일 예로, 상기 정전기 유도 물질(110)의 중심각이 180°이하이면 상기 전극(120)의 중심각은 180°를 초과하지 않아야 하며, 이에 따라 상기 회전 물체(10)의 회전에 의한 상기 정전기 유도 물질(110)의 회전시 상기 전극(120)은 상기 회전축 방향을 따라 상기 정전기 유도 물질(110)과 미중첩되는 영역을 가질 수 있으므로 중첩과 미중첩을 반복할 수 있기 때문에 정전기 유도를 발생시킬 수 있다.

즉, 상기 정전기 유도 물질(110)의 중심각이 180°이하일 경우 상기 전극(120)의 중심각은 180°를 초과하지 않는 범위에서 상기 정전기 유도 물질(110)의 중심각과 작거나 크게 형성되는 등 다양한 중심각을 형성할 수 있다.

한편, 상기 정전기 유도 물질(110)은, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리이미드, 불소화 에틸렌 프로필렌, 나일론 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 실시예의 자가발전형 회전속도 감지 센서의 작용 과정을 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 먼저 회전 물체(10)가 회전을 시작하면 상기 회전 물체(10)의 회전과 함께 정전기 유도 물질(110)이 함께 동시에 회전될 수 있다.

그리하여, 도 2의 (ⅰ) 및 도 3의 (ⅰ)에서와 같이, 상기 회전 물체(10)의 회전축 방향을 따라 상기 정전기 유도 물질(110)이 전극(120)과 매우 근접하게 중첩되기 시작하면 상기 정전기 유도 물질(110)의 표면에 음의 전하가 대전되고 상기 전극(120)의 표면에 양의 전하가 대전되어 전기적 평형이 무너져 이를 맞추기 위해 전자의 이동이 자유로운 전극(120)에서 전자가 접지 방향으로 움직인다.

그리고, 도 2의 (ⅱ) 및 도 3의 (ⅱ)에서와 같이, 상기 회전 물체(10)가 계속 회전하여 회전축 방향을 따라 상기 정전기 유도 물질(110)이 상기 전극(120)과 충분하게 중첩되면, 상기 정전기 유도 물질(110)의 음의 전하와 상기 전극(120)의 양의 전하가 전기적 평형상태를 맞추어 전자가 더 이상 움직이지 않는다.

이후, 도 2의 (ⅲ) 및 도 3의 (ⅲ)에서와 같이, 상기 회전 물체(10)가 계속 회전하여 회전축 방향을 따라 상기 정전기 유도 물질(110)이 상기 전극(120)과 미중첩되기 시작하면, 상기 정전기 유도 물질(110)의 음의 전하의 영향력이 작아져서 상기 전극(120)에 전자가 들어오면서 전기가 흐르게 된다.

그리고, 도 2의 (ⅳ) 및 도 3의 (ⅳ)에서와 같이, 상기 회전 물체(10)가 계속 회전하여 회전축 방향을 따라 상기 정전기 유도 물질(110)과 상기 전극(120)이 충분히 멀어져 완전 미중첩되면, 상기 전극(120) 사이의 정전기 유도 현상이 일어나지 않아 전자가 더 이상 움직이지 않는다.

이와 같은 정전기 유도 과정을 반복하면서 지속적으로 상기 전극(120)에 전기 에너지가 생성되고 이 생성된 전기 에너지는 축전기에 저장하여 사용되거나 다양한 센서와 전기적으로 연결되어 배터리 역할을 수행할 수 있다.

그리고, 상기 정전기 유도 과정에서 발생되는 정전기 신호의 시간 간격을 확인하여 상기 회전 물체(10)의 회전속도를 감지 측정할 수도 있다. 즉, 상기 회전 물체(10)의 1회전시 발생하는 정전기 신호를 시간 간격과 측정 확인하여 상기 회전 물체(10)의 회전속도를 감지할 수 있다.

또한, 상기와 같이 감지 측정된 회전 물체(10)의 회전속도를 통하여 회전 물체(10)의 회전 상태 등 이상 유무를 모니터링할 수도 있다. 즉, 상기 회전 물체(10)에 이상이 생겨 회전 물체(10)의 회전하는 시간 간격이 일반적인 수준의 간격과 달라지는 경우 이때 발생하는 정전기 신호의 크기가 크게 감소함으로써 이를 통해 상기 회전 물체(10)의 이상을 감지 모니터링할 수 있다.

이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10 : 회전 물체
110 : 정전기 유도 물질
120 : 전극
130 : 지지체

Claims (6)

1. 회전 물체의 표면 일부분에 구비되어, 상기 회전 물체의 회전시 동시에 회전되는 정전기 유도 물질; 및
   상기 정전기 유도 물질과 마주보도록 구비되어, 상기 회전 물체의 회전시 상기 회전 물체의 회전축 방향을 따라 상기 정전기 유도 물질과 근접되게 중첩되거나 미중첩됨을 반복하면서 정전기 유도에 의해 전기를 생성하는 전극;을 포함하는, 자가발전형 회전속도 감지 센서.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 정전기 유도 물질은, 상기 회전 물체의 표면에 고정되는 지지체를 매개로 상기 전극과 마주보도록 구비되는, 자가발전형 회전속도 감지 센서.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 정전기 유도 물질은, 상기 회전 물체의 회전축 중심에 중심각을 갖는 부채꼴 형태로 구비되며,
   상기 전극은, 상기 정전기 유도 물질과 대응되는 부채꼴 형태로 구비되는, 자가발전형 회전속도 감지 센서.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 정전기 유도 물질의 중심각은 180°이하로 이루어지며,
   상기 전극의 중심각은 상기 정전기 유도 물질의 1회전시 상기 회전축 방향을 따라 미중첩되는 영역을 갖도록 형성되는, 자가발전형 회전속도 감지 센서.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 정전기 유도 물질은, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리이미드, 불소화 에틸렌 프로필렌, 나일론 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 자가발전형 회전속도 감지 센서.
   
6. 청구항 1의 자가발전형 회전속도 감지 센서의 회전속도 감지 방법으로서,
   상기 정전기 유도로 발생되는 정전기 신호의 시간 간격을 통하여, 상기 회전 물체의 회전속도를 감지하는 단계를 포함하는, 자가발전형 회전속도 감지 센서의 회전속도 감지 방법.