KR20220093963A

KR20220093963A - 에너지 하베스팅을 이용하여 경전철에 대한 바퀴의 상태를 감시하는 장치

Info

Publication number: KR20220093963A
Application number: KR1020200185169A
Authority: KR
Inventors: 오재근; 이제윤
Original assignee: 주식회사 코아칩스
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2040-12-28
Also published as: KR102528663B1

Abstract

본 발명은 경전철용 바퀴에서 발생하는 에너지를 하베스팅하여, 경전철용 바퀴에 대한 상태를 감지하는 기술에 관한 것으로서, 일실시예에 따른 경전철용 바퀴 상태감시 장치는 경전철용 바퀴에 장착되어 경전철의 이동에 따라 바퀴에서 발생하는 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 의해 발생하는 에너지를 수집하는 에너지 하베스터, 상기 수집된 에너지를 전기 에너지로 변환하여 저장하는 전력 관리부, 상기 변환된 전기 에너지로 동작하되, 상기 경전철용 바퀴에 대한 상태정보를 수집하는 센서, 및 상기 변환된 전기 에너지로 동작하되, 상기 수집된 상태정보를 관리시스템으로 송출하는 무선통신부를 포함할 수 있다.

Description

에너지 하베스팅을 이용하여 경전철에 대한 바퀴의 상태를 감시하는 장치{Apparatus for watching the state of wheel by using the energy harvesting}

본 발명은 경전철용 바퀴에서 발생하는 에너지를 하베스팅하여, 바퀴에 대한 상태를 감지하는 기술에 관한 것이다.

최근 세계적으로 에너지 고갈의 현실에 직면하여 새로운 대체에너지의 개발과 에너지 순환시 효과적인 에너지보존을 위한 다양한 방식과 장치가 활발하게 개발되고 있는 실정이다. 예컨대, 대표적으로 중점 개발되고 있는 대체 에너지로 태양광을 이용한 전압발생장치가 개발되었으며, 이는 태양광을 직접 수광하는 태양전지를 구성하고, 그 태양전지로부터 발생되는 전압을 균일하게 유지해주는 정전압 회로를 매개로하여 축전지에 태양전지로부터의 전압을 충전시켜 필요시 보조전원으로 사용할 수 있게 한다. 또한, 조력과 풍력, 수력발전으로 인한 에너지 생성장치는 자연조건이 적합한 지역에서 보조전원으로 사용되고 있다.

이러한 추세에 힘입어, 최근에는 에너지 하베스팅이 널리 각광받고 있다.

에너지 하베스팅은 태양광, 진동, 열, 풍력 등과 같이 자연적인 에너지원으로부터 발생하는 에너지를 전기 에너지로 전환시켜 수확하는 기술을 말한다.

특히, 일상적으로 버려지거나 사용하지 않은 작은 에너지를 수확하여 사용 가능한 전기 에너지로 변환해주는 기술로, 신재생 에너지 원천 기술로 각광 받고 있다.　 에너지 하베스팅 기술의 구성은 발생된 에너지를 변환 수집하는 부분과 에너지를 축적하는 부분으로 구성되며 에너지 발생에서 소비까지의 기본 과정은 다음과 같다.

이러한 에너지 하베스팅은 자연에서 직접 전기 에너지를 획득할 수 있기 때문에 에너지 공급의 안정성, 보안성 및 지속 가능성을 유지할 수 있고, 환경공해를 줄일 수 있는 친환경 에너지 활용 기술로 각광받고 있다.

에너지 하베스팅의 종류로는 신체 에너지 하베스팅, 광 에너지 하베스팅, 진동 에너지 하베스팅, 열 에너지 하베스팅, 전자파 에너지 하베스팅, 중력 에너지 하베스팅, 위치 에너지 하베스팅 등이 있다.

신체 에너지 하베스팅은 신체의 움직임을 통해 발생하는 체온, 정전기, 운동에너지 등을 이용하는 기술이고, 광 에너지 하베스팅은 태양광으로부터 에너지를 하베스팅하며, 진동 에너지 하베스팅은 진동이나 압력을 가해 압전 소자를 발전시키는 기술에 해당한다.

또한, 열 에너지 하베스팅은 산업 현장에서 발생하는 수많은 폐열을 이용하는 기술이며, 전자파 에너지 하베스팅은 방송전파나 휴대전화 전파 등의 전자파 에너지를 이용하는 기술에 해당한다.

한편, 중력 에너지 하베스팅은 도로의 과속 방지턱, 횡단보도 일시정지선 등에 공기 압력 펌프를 설치하여 차량의 중량을 이용해 공기를 압축시킨 후 압축 공기 발전을 하는 기술에 해당한다.

위치 에너지 하베스팅은 수력발전소의 방수구 및 화력발전소 냉각수 방수로에서 발생하는 위치에너지 차이를 이용하는 기술에 해당한다.

이 밖에도, 다양한 환경에서 에너지를 수집하기 위한 기술이 널리 개발되고 있는 추세이다.

한국등록특허 제2085354호 "유도 발전 기반 직선 운동 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 시스템" 한국공개특허 제2113553호 "무선 에너지 하베스팅에서 무선 정보 및 전력 동시 전송을 위한 분배 알고리즘을 사용한 에너지 효율 극대화 시스템 및 방법"

본 발명은 경전철용 바퀴에서 발생하는 에너지를 하베스팅하여, 경전철용 바퀴에 대한 상태를 감지하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 경전철용 바퀴의 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 의해 발생하는 에너지를 하베스팅함으로써, 에너지 공급의 안정성, 보안성 및 지속 가능성을 유지하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 경전철용 바퀴의 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 의해 발생하는 에너지를 하베스팅함으로써, 환경공해를 줄이는 것을 목적으로 한다.

일실시예에 따른 경전철용 바퀴 상태감시 장치는 경전철용 바퀴에 장착되어 경전철의 이동에 따라 바퀴에서 발생하는 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 의해 발생하는 에너지를 수집하는 에너지 하베스터, 상기 수집된 에너지를 전기 에너지로 변환하여 저장하는 전력 관리부, 상기 변환된 전기 에너지로 동작하되, 상기 경전철용 바퀴에 대한 상태정보를 수집하는 센서, 및 상기 변환된 전기 에너지로 동작하되, 상기 수집된 상태정보를 관리시스템으로 송출하는 무선통신부를 포함할 수 있다.

일실시예에 따른 상기 경전철용 바퀴는 타이어, 휠, 및 상기 휠의 원주 상에 형성되는 보조림을 포함하고, 상기 바퀴가 회전함에 따라 상기 타이어와 상기 보조림 사이에 간격의 변화가 발생하며, 상기 에너지 하베스터는, 상기 타이어와 상기 보조림 사이의 간격의 변화에 의한 운동 에너지를 수집할 수 있다.

일실시예에 따른 상기 에너지 하베스터는, 상기 타이어의 내측면에 고정되는 코일, 상기 보조림에 고정되는 자성체를 포함하고, 상기 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 연동하여 상기 코일과 상기 자성체 간에 간격의 변화에 의해 상기 코일에 유도되는 유도전압을 상기 운동에너지로서 수집할 수 있다.

일실시예에 따른 상기 에너지 하베스터는, 상기 타이어의 내측면에 고정되는 코일, 상기 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 연동하여 상기 보조림의 움직임과 같은 방향 또는 반대 방향으로 움직이는 자성체를 포함하고, 상기 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 따라 상기 코일에 인접하는 자성체의 극성이 반복적으로 변경되고, 상기 반복적으로 변경되는 극성의 변화에 의해 상기 코일에 유도되는 유도전압을 상기 운동에너지로서 수집할 수 있다.

일실시예에 따른 상기 보조림은 금속재질을 포함하고, 상기 코일은 상기 타이어의 내측에 고정되고, 상기 자성체는 상기 코일에 인접하면서, 상기 코일로부터 일정 거리의 범위 내에서 움직일 수 있도록 고정되고, 상기 타이어의 내측이 지면으로 향하는 경우 상기 타이어에 발생하는 하중에 의해 상기 보조림과 상기 자성체 간 거리가 가까워져 상기 보조림과 상기 자성체 간 발생하는 자기력에 의해 상기 자성체가 상기 보조림 방향으로 수평이동하고, 상기 타이어의 내측이 상기 지면으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 경우 상기 타이어에 발생하는 원심력에 의해 상기 보조림과 상기 자성체 간 거리가 멀어져 상기 자성체가 상기 보조림 반대 방향으로 수평이동하며, 상기 자성체가 상기 보조림 방향 또는 보조림 반대 방향으로 수평이동하는 과정에서 상기 코일에 유도되는 자기력의 방향이 변경되어 상기 유도 전압이 발생하는 것을 특징으로 한다.

일실시예에 따르면, 경전철용 바퀴에서 발생하는 에너지를 하베스팅하여, 경전철용 바퀴에 대한 상태를 감지하는 장치를 제공할 수 있다.

일실시예에 따르면, 경전철용 바퀴의 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 의해 발생하는 에너지를 하베스팅함으로써, 에너지 공급의 안정성, 보안성 및 지속 가능성을 유지할 수 있다.

일실시예에 따르면, 경전철용 바퀴의 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 의해 발생하는 에너지를 하베스팅함으로써, 환경공해를 줄일 수 있다.

도 1은 경전철 및 경전철용 바퀴를 설명하는 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 경전철용 바퀴 상태감시 장치를 설명하는 도면이다.
도 3은 일실시예에 따라, 적용된 경전철용 바퀴에 설치된 경전철용 바퀴 상태감시 장치의 동작 원리를 설명하는 도면이다.
도 4a 및 4b는 다른 일실시예에 따라, 적용된 경전철용 바퀴에 설치된 경전철용 바퀴 상태감시 장치의 동작 원리를 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 1a는 경전철(100) 및 경전철용 바퀴(110)를 설명하는 도면이다.

일반적인 경전철용 바퀴는 철차륜과 고무차륜으로 구분될 수 있다.

중전철과 달리 경전철은 바퀴의 형식이 철차륜과 고무차륜으로 구분된다.

철차륜은 지하철을 통해 익히 알고 있는 것으로서, 철길 위에서 달리는 철바퀴는 전통적인 철도의 상징이다.

반면 고무차륜은 콘크리트 바닥 위에서 고무 타이어로 달리는 방식으로서, 철차륜은 바퀴 안쪽에 솟아있는 테두리인 플랜지(Flange)가 철길에서 벗어나지 않게 잡아주지만, 바닥에 닿는 면이 평평한 고무차륜은 그런 것이 없다.

그래서 고무차륜은 별도의 안내 장치가 차량 옆쪽에 설치된다.

철차륜은 곡선이 적고, 역간거리가 긴 노선에 적합하며, 고무차륜은 곡선이 많고 역간거리가 짧아 가감속을 자주 해야 하는 노선에 적합하다.

도 1b에서는 고무차륜으로 구분될 수 있는 경전철용 바퀴(110)에 대해서 설명한다.

일실시예에 따른 경전철용 바퀴(110)는 휠(111)과 타이어(112)를 포함할 수 있고, 휠(111)의 테두리에 결속되는 보조림(113)을 더 포함할 수 있다.

또한, 타이어(112) 내의 일측에는 경전철용 바퀴 상태감시 장치 또는 경전철용 바퀴 상태감시 장치를 구성하는 적어도 일부분의 구성요소가 장착될 수 있다.

타이어(112) 내의 일측에는 경전철용 바퀴 상태감시 장치는 타이어의 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 따라 발생하는 에너지를 수집하며, 바퀴(110) 내부의 상태를 파악하기 위해 공기압, 마모도, 회전속도 등의 정보들을 수집할 수 있다.

경전철용 바퀴(110)는 차축의 양단에 장착되며, 고무타이어를 적용한다. 또한, 경전철용 바퀴(110)는 차량 운용 중 발생할 수 있는 펑크 시 내부에 장착된 보조림(113)이 내장되어 있어 정상적 운행이 가능하다.

경전철용 바퀴(110)는 고무 재질의 타이어(112)를 적용함으로써 스프링 질량을 최소화하여 차량의 승차감을 높일 수 있다. 또한, 타이어(112) 내의 불연소성 질소 가스를 충진하여 열 부하에 의한 화재발생을 방지할 수도 있다.

경전철용 바퀴(110)는 철차륜에 비해 WET(비에 젖은 상태) 조건에 서도 점착력이 우수하고, 보조림(113)으로 인해 펑크가 발생 하더라도 40㎞이하로 운행이 가능하다.

일반적으로 보조림(113)은 금속으로 구현될 수 있다.

따라서, 보조림(113)은 상당한 무게를 가지며, 경전철의 무게와 함께 고무 재질의 타이어(112)에 무거운 하중으로 작용할 수 있다.

한편, 고무 재질의 타이어(112)가 사용되는 경전철용 바퀴(110)는 공기를 주입하는 타이어(112)의 특성상 지면과 닿는 부분이 눌리게 된다.

즉, 타이어(112)와 지면의 접지면에 해당하는 타이어의 내측면과, 보조림(113)까지의 거리가, 접지면의 반대측면과 보조림(113)까지의 거리 보다 가까워 진다.

다시 말해, 접지면 쪽의 타이어(112)가 눌려있는 현상에 기인하여, 타이어(112)의 특정지점은 주기적으로 보조림(113)과의 거리가 멀어졌다 가까워졌다는 운행 중에 반복할 수 있다.

이렇게 타이어(112)의 내측면과 보조림(113)이 멀어졌다 가까워졌다 하는 현상으로부터 에너지를 하베스팅할 수 있다.

본 발명을 이용하면 경전철용 바퀴에서 발생하는 에너지를 하베스팅하여, 경전철용 바퀴에 대한 상태를 감지하는 장치를 제공할 수 있다. 뿐만 아니라, 경전철용 바퀴의 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 의해 발생하는 에너지를 하베스팅함으로써, 에너지 공급의 안정성, 보안성 및 지속 가능성을 유지할 수 있고, 경전철용 바퀴의 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 의해 발생하는 에너지를 하베스팅함으로써, 환경공해를 줄일 수 있다.

도 2는 일실시예에 따른 경전철용 바퀴 상태감시 장치(200)를 설명하는 도면이다.

일실시예에 따른 경전철용 바퀴 상태감시 장치(200)는 경전철용 바퀴의 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 의해 생성되는 전기 에너지를 이용하여 경전철 바퀴의 상태를 모니터링할 수 있다.

이를 위해, 경전철용 바퀴 상태감시 장치(200)는 에너지 하베스터(210), 전력 관리부(220), 센서(230), 및 무선통신부(240)를 포함할 수 있다.

에너지 하베스터(210)는 경전철용 바퀴에 장착되어 경전철의 이동에 따라 바퀴에서 발생하는 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 의해 발생하는 에너지를 수집할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 경전철용 바퀴는 타이어, 휠, 및 타이어와 휠 사이에 존재하는 보조림을 포함할 수 있다.

주행 중에는 보조림과 타이어 내측면 사이 거리 변화가 지속적으로 반복하여 발생한다.

즉, 바퀴가 회전함에 따라 타이어와 보조림 사이에 간격의 변화가 발생할 수 있으며, 에너지 하베스터(210)는 타이어와 보조림 사이의 간격의 변화에 의한 왕복의 운동 에너지를 수집할 수 있다.

예를 들어, 경전철과 바퀴의 무게로 인해, 고무 재질의 타이어는 접지면 측에서 눌릴 수 있다. 따라서, 보조림에 고정된 자성체와 바퀴의 타이어 내측에 고정된 코일 간 간격이 좁아졌다 멀어졌다를 반복할 수 있다. 또는 탄성체의 탄성력 또는 자성체에서 발생하는 복원력으로 인해 자성체와 코일 간 간격이 멀어지는 동작이 발생할 수 있다. 또한, 에너지 하베스터(210)는 이러한 동작에 의해 발생하는 유도전압을 통해 운동 에너지를 수집할 수 있다.

전력 관리부(220)는 수집된 에너지를 전기 에너지로 변환하여 저장할 수 있다.

센서(230)는 변환된 전기 에너지로 동작하되, 경전철용 바퀴에 대한 상태정보를 수집할 수 있다.

상태정보는 경전철용 바퀴에 대한 상태로서 센서들을 통해 수집되는 정보로 해석될 수 있다. 예를 들어, 상태정보는 타이어에 대한 공기압, 타이어의 마모도, 바퀴의 최고 회전수, 바퀴의 누적 회전수, 온도, 습도 등의 정보들을 포함할 수 있다.

무선통신부(240)는 변환된 전기 에너지로 동작하되, 수집된 상태정보를 관리시스템으로 송출할 수 있다.

관리시스템은 관리자의 단말기로 해석될 수도 있고, 관리를 위해 조직화된 서버, 데이터베이스, 소프트웨어 등을 포함하는 시스템으로 해석될 수도 있다.

도 3은 일실시예에 따라, 적용된 경전철용 바퀴에 설치된 경전철용 바퀴 상태감시 장치의 동작 원리를 설명하는 도면이다.

경전철의 주행 중에는 타이어(313)의 내측면 중에서 지면과 닿는 부분이 보조림(314) 사이의 거리가 301과 같이 멀어졌다 302와 같이 좁아졌다 할 수 있다.

경전철용 바퀴 상태감시 장치는 이 거리 차이를 이용하여 수집된 전기에너지를 활용하여 경전철용 바퀴에 대한 상태정보를 수집하고, 이를 원격지로 송출할 수 있다.

이를 위해, 경전철용 바퀴 상태감시 장치의 에너지 하베스터는 타이어의 내측면에 고정되는 코일(311), 보조림(314)의 움직임에 연동하여 보조림(314)의 움직임과 같은 방향으로 움직이는 자성체(315)를 포함하고, 코일(311)과 자성체(315) 간에 간격(301, 302)의 변화에 의해 코일(311)에 발생하는 유도전압을 운동에너지로서 수집할 수 있다.

구체적으로, 도 3에서는 이 거리 차이를 이용하여 보조림(314)에 자성체(315)를 부착하고 타이어(313)의 내측면에 코일(311)을 부착하여 자성체와 코일 사이의 거리(301) 변화를 통해 코일(311)에서 발생하는 자기장의 변화에 의해 생성되는 유도전압을 수집할 수 있다.

또한, 이렇게 수집된 유도전압(312)은 전력관리 회로를 통해 사용 가능하도록 변환 저장되어 센서와 무선 모듈에 전원으로 사용될 수 있다.

실시예(310)에서는 코일(311)이 장착된 타이어(313)의 내측면과 보조림(314)에 장착된 자성체(315) 간의 거리(301)가 멀어진 상태인데 반해, 실시예(320)에서는 코일(311)이 장착된 타이어(313)의 내측면과 보조림(314)에 장착된 자성체(315) 간의 거리(302)가 가까워진 상태이고, 거리(301)에 의해서는 자기장과는 다른 크기의 자기장이 형성될 수 있다.

실시예(320)는 경전철의 하중에 따라 타이어(313)의 내측면 중 지면과 닿는 부분이 보조림(314)에 보다 가까워 지는 것이고, 실시예(310)에서는 내측면이 지면과 닿는 부분의 반대 방향으로 이동하면서 타이어(313)의 내측면과 보조림(314)이 멀어지는 것이다.

즉, 실시예(310)의 거리(301)와 실시예(320)에서의 거리(302)의 차이에 의해서 생성되는 자기장 간 크기 변화로 인해 유도전압이 생성될 수 있다.

또한, 생성된 유도전압은 전기에너지로 변환되어, 바퀴에 대한 상태를 수집하는 센서의 구동전력으로 사용될 수 있다. 또한, 센서를 통해 수집된 바퀴에 대한 상태정보를 원격지로 전송하는 동작의 구동전력으로 사용될 수도 있다.

보조림(314)에 장착되는 자성체(315)는 보조림(314)을 둘러싸면서 부착될 수 있고, 또는 보조림(314) 자체가 자성체를 띌 수도 있다.

도 4a 및 4b는 다른 일실시예에 따라, 적용된 경전철용 바퀴에 설치된 경전철용 바퀴 상태감시 장치의 동작 원리를 설명하는 도면이다.

마찬가지로, 타이어에 가해지는 무게로 인해 주행 중 타이어 내측면(402) 중 접지면에 해당하는 부분과 보조림(403) 사이의 거리가 멀어졌다 좁아졌다 할 수 있다.

이를 위해, 경전철용 바퀴 상태감시 장치는 에너지 하베스터(401)를 경전철용 바퀴에 장착하여 경전철의 이동에 따라 바퀴에서 발생하는 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 의해 발생하는 에너지를 수집할 수 있다.

구체적으로, 에너지 하베스터(401)는 타이어의 내측면에 고정되는 유도체(416), 보조림(403)의 움직임에 연동하여 보조림(403)의 움직임과 같은 방향 또는 반대 방향으로 수평이동하는 자성체(414)를 포함하고, 자성체(414)의 움직임에 따라 유도체(416)에 직접적인 자기력을 제공하는 N극(412)과 S극(413)의 극성이 반복적으로 변경되고, 반복적으로 변경되는 극성의 변화에 의해 유도체(416)의 극성도 반복적으로 변경될 수 있다.

이에, 유도체(416)를 둘러싸는 코일(414, 415)에 의해 유도전압이 발생될 수 있다.

실시예에 따르면, 보조림(403)은 금속재질을 포함하고, 코일(414, 415)은 타이어(402)의 내측에 고정될 수 있다.

자성체(411)는 코일(414, 415)에 인접하면서, 코일(414, 415)로부터 일정 거리의 범위 내에서 움직일 수 있도록 고정될 수 있다.

또한, 타이어(402)의 내측이 지면으로 향하는 경우 타이어에 발생하는 경전철의 하중에 의해 보조림(403)과 자성체(411) 간 거리가 가까워져 보조림(403)과 자성체(411) 간 발생하는 자기력에 의해 자성체(411)가 보조림(403) 방향으로 수평이동할 수 있다.

즉, 보조림(403)과 자성체(411) 간 발생하는 자기력이 자성체(411)에 발생하는 원심력보다 커지는 경우 자성체(411)가 보조림(403) 방향으로 수평이동할 수 있다.

또한, 타이어(402)의 내측이 지면으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 경우 타이어(402)에 발생하는 원심력에 의해 보조림(403)과 자성체(411) 간 거리가 멀어지고, 자성체(411)가 보조림(403) 반대 방향으로 수평이동할 수 있다.

즉, 보조림(403)과 자성체(411) 간 발생하는 자기력이 자성체(411)에 발생하는 원심력보다 작아지는 경우 자성체(411)가 보조림(403) 방향으로 수평이동할 수 있다.

자성체(411)가 보조림(403) 방향 또는 보조림(403) 반대 방향으로 수평이동하는 과정에서 코일(414, 415)에 유도되는 자기력의 방향이 변경되어 유도 전압이 발생할 수 있다.

결국, 본 발명을 이용하면 경전철용 바퀴에서 발생하는 에너지를 하베스팅하여, 경전철용 바퀴에 대한 상태를 감지하는 장치를 제공할 수 있다. 또한, 경전철용 바퀴의 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 의해 발생하는 에너지를 하베스팅함으로써, 에너지 공급의 안정성, 보안성 및 지속 가능성을 유지할 수 있고, 경전철용 바퀴의 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 의해 발생하는 에너지를 하베스팅함으로써, 환경공해를 줄일 수 있다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 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

경전철용 바퀴에 장착되어 경전철의 이동에 따라 바퀴에서 발생하는 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 의해 발생하는 에너지를 수집하는 에너지 하베스터;
상기 수집된 에너지를 전기 에너지로 변환하여 저장하는 전력 관리부;
상기 변환된 전기 에너지로 동작하되, 상기 경전철용 바퀴에 대한 상태정보를 수집하는 센서; 및
상기 변환된 전기 에너지로 동작하되, 상기 수집된 상태정보를 관리시스템으로 송출하는 무선통신부
를 포함하는 경전철용 바퀴 상태감시 장치.
제1항에 있어서,
상기 경전철용 바퀴는 타이어, 휠, 및 상기 휠의 원주 상에 형성되는 보조림을 포함하고,
상기 바퀴가 회전함에 따라 상기 타이어와 상기 보조림 사이에 간격의 변화가 발생하며,
상기 에너지 하베스터는,
상기 타이어와 상기 보조림 사이의 간격의 변화에 의한 운동 에너지를 수집하는 것을 특징으로 하는 경전철용 바퀴 상태감시 장치.
제2항에 있어서,
상기 에너지 하베스터는,
상기 타이어의 내측면에 고정되는 코일, 상기 보조림에 고정되는 자성체를 포함하고, 상기 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 연동하여 상기 코일과 상기 자성체 간에 간격의 변화에 의해 상기 코일에 유도되는 유도전압을 상기 운동에너지로서 수집하는 것을 특징으로 하는 경전철용 바퀴 상태감시 장치.
제2항에 있어서,
상기 에너지 하베스터는,
상기 타이어의 내측면에 고정되는 코일, 상기 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 연동하여 상기 보조림의 움직임과 같은 방향 또는 반대 방향으로 움직이는 자성체를 포함하고, 상기 보조림과 타이어 내측 간 거리의 변화에 따라 상기 코일에 인접하는 자성체의 극성이 반복적으로 변경되고, 상기 반복적으로 변경되는 극성의 변화에 의해 상기 코일에 유도되는 유도전압을 상기 운동에너지로서 수집하는 것을 특징으로 하는 경전철용 바퀴 상태감시 장치.
제4항에 있어서,
상기 보조림은 금속재질을 포함하고,
상기 코일은 상기 타이어의 내측에 고정되고,
상기 자성체는 상기 코일에 인접하면서, 상기 코일로부터 일정 거리의 범위 내에서 움직일 수 있도록 고정되고,
상기 타이어의 내측이 지면으로 향하는 경우 상기 타이어에 발생하는 하중에 의해 상기 보조림과 상기 자성체 간 거리가 가까워져 상기 보조림과 상기 자성체 간 발생하는 자기력에 의해 상기 자성체가 상기 보조림 방향으로 수평이동하고,
상기 타이어의 내측이 상기 지면으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 경우 상기 타이어에 발생하는 원심력에 의해 상기 보조림과 상기 자성체 간 거리가 멀어져 상기 자성체가 상기 보조림 반대 방향으로 수평이동하며,
상기 자성체가 상기 보조림 방향 또는 보조림 반대 방향으로 수평이동하는 과정에서 상기 코일에 유도되는 자기력의 방향이 변경되어 상기 유도 전압이 발생하는 것을 특징으로 하는 경전철용 바퀴 상태감시 장치.