• 한국음향학회지
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• 제42권1호
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• pp.57-66
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• 2023

본 연구에서 제안한 에너지 하베스팅 장치는 입구가 넓고 출구가 좁은 퍼넬형 에너지 하베스터(Funnel Type Energy Harvester, FTEH)에 Macro Fiber Composite(MFC)가 외팔보 형태로 장착되어 있는 구조로서 MFC의 구조를 변화 시켰을 때 FTEH에 수확하는 에너지양의 특성을 이론과 실험을 통하여 분석하였다. MFC의 길이를 50 % 증가 시켰을 때 진동 변위는 3.5배 증가하였고, 두께를 75 % 감소시 30.9배 증가하였다. 수조 실험에서 최대 전력량은 스파이럴 스크루가 장착된 상태의 유연한 지지대에 수직으로 설치된 MFC가 스파이럴 스크루가 없고 견고한 지지대에 수평으로 설치된 경우보다 약 5배 정도 높았다. FTEH에 최적저항 4,010 kΩ을 적용하여 유속 0.24 m/s일 때 FTEH의 출력을 350 s 동안 커패시터에 에너지를 저장하면 4 ㎼·s에 도달하였다. 빠른 유속으로 유연한 지지대에 수직으로 설치된 대면적 MFC의 커패시터 충전 시간을 길게 하면 충전 에너지를 증가시킬 수 있음을 확인하였다.

• 토지주택연구
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• 제7권4호
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• pp.307-314
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• 2016

이 연구는 평소에 주변에 상존하지만 버려지는 미활용 에너지를 수확하여 전기로 생산하는 에너지하베스팅에 관한 것이다. 이 연구에서는 다양한 에너지원들 중에서 도로나 주차장을 주행하는 차량의 진동과 압력을 동시에 활용하는 하이브리드 방식의 에너지 하베스터를 개발하였다. 1단계 연구에서는 프로토타입 에너지하베스터, 이를 개선된 하이브리드 모듈, 그리고 하이브리드 모듈의 성능을 개선한 최종 모듈을 개발하였으며, 그 결과는 이전 논문으로 발표하였다. 본 논문은 최종 개발된 하이브리드 모듈을 실제 주차장에 설치하여 차량의 주행에 따른 압력과 진동, 그리고 차량주행 속도에 따른 발전성능을 측정하고 앞서 발표된 실험실 조건에서의 측정결과와 비교하였다. 선행연구에서 수행한 실험실 조건에서의 에너지블록의 최대전력은 1회 가진시 1.066W, 5회연속 가진시 1.830W로 측정되었다. 반면에 이 연구에서 실시한 실제 주차장 주행차량 속도별 측정결과는 5km/h 주행시 평균 0.310W, 10km/h에서 0.670W, 20km/h에서 1.250W, 30km/h에서 2.1600W로 측정되었다. 즉, 차량의 주행속도가 높을수록 발전성능은 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 실험실조건에 대비해서 주행속도 20km/h까지는 발전성능이 떨어지며, 실험실 조건의 1회 가진시 대비해서는 20km/h이상, 그리고 5회연속가진에 대비해서는 30km/h 이상일 때 발전성능이 높은 것으로 측정되었다. 이는 실험실과 실제차량이라는 재하조건의 차이로 사료된다. 따라서 향후 도로용 에너지블록의 적용은 주차장 조건보다는 주행도로용으로 활용하는 것이 효과적일 것으로 사료된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권6호
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• pp.3357-3362
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• 2014

본 연구에서는 자동차가 노면을 주행 시 발생되는 진동에너지를 수집하여 차량의 배터리를 자가 충전할 수 있는 현가장치에 적용 가능한 공진형 선형 발전시스템을 설계하였다. 논문에서 제안된 선형 발전기는 기존의 발전기들과는 달리, 비교적 작은 에너지 원천인 노면의 진동에 더욱 효과적으로 대응하기 위해 공진 현상을 최대한 활용하는 설계를 지향했으며, 한정된 공간인 차량 현가장치에서의 선형 발전기의 발전 효과 검증 및 향후 연구 진행의 가능성을 판단하기 위해 수치해석적 방법을 활용하여 시스템의 동적 해석을 위한 기본 입력 속도를 도출하고 시스템의 목표인 발전 기능에 대한 예측을 위해 전자기 유한요소해석을 수행하였다. 본 연구에서 정상적인 발전 기능의 가능성을 확인한 공진형 선형 발전 시스템이 최근 자동차 산업의 큰 주축을 이루고 있는 하이브리드형 자동차 및 전기 자동차에 적용된다면, 각종 전장장치 및 배터리의 구동 및 성능유지에 도움을 줄 수 있을 것이다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2014년도 추계학술대회
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• pp.585-588
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• 2014

본 논문에서는 빛 에너지와 진동에너지 하베스팅을 이용한 자가발전 센서노드 회로를 제안한다. 솔라셀과 진동소자(PZT)에서 변환된 에너지는 저장 커패시터에 저장된다. 저장된 에너지는 PMU(Power Management Unit)를 통해 관리되고, 일정한 전압을 공급하기 위해 LDO(Low Drop Out Regulator)를 사용한다. LDO를 통해 공급된 안정된 전압으로 온도센서와 SAR ADC(Successive Approximate Register Analog-to-Digital Converter)를 구동시켜서 10bit 디지털 신호에 해당하는 온도정보를 출력한다. 제안된 회로는 0.35um CMOS 공정으로 설계되었으며, 설계된 회로의 칩 면적은 패드를 포함하여 $1.1mm{\times}0.95mm$ 이다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2018년도 추계학술대회
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• pp.39-42
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• 2018

본 논문에서는 진동 에너지 수확을 위한 MPPT 제어기능을 갖는 인터페이스 회로를 설계하였다. 설계된 회로는 수확된 교류 형태의 에너지를 시스템 구동에 필요한 직류 형태의 에너지로 정류하고, MPPT Controller를 통해 Open Circuit Voltage(Voc)를 주기적으로 샘플/홀드한 뒤, 입력전압을 최대 가용 전력점의 1/2되는 전압으로 유지시키면서, 수확된 전력을 부하에 전달하는 동작을 한다. 모든 회로들은 0.35-um CMOS 기술을 기반으로 설계되었으며, 모의실험을 통하여 동작을 검증하였다. 모의실험 결과 설계된 회로는 3V 입력전압에서 98nA의 전류를 소모하며, 최대 전력효율은 99.21%이다. 설계된 회로의 칩 면적은 $1.281mm{\times}1.236mm$ 이다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.277-277
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• 2009

In this paper, PMPG (Piezoelectric Micro Power Generator) was investigated by ANSYS FEA (Finite Element Analysis) to decrease operating frequency and improve out power. The micro power generator was designed to convert ambient vibration energy to electrical power as a ZnO piezoelectric material. To find optimal model in low vibration ambient, the shape of power generator was changed with different membrane width, thickness, length, and proof mass size. Used the ANSYS modal analysis, bending mode and stress distribution of optimal model were analyzed. Also, the displacement with the frequency range was analyzed by harmonic analysis. From the simulation results, the resonance frequency of optimal model is about 373 Hz and confirmed the possibility of ZnO micro power generator for wireless sensor node applications.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2009년도 정기 학술대회
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• pp.471-474
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• 2009

현대 사회는 유비쿼터스와 함께 Intelligent Bridge와 녹색 뉴딜개념의 Energy Birdge 같은 신개념의 교량연구에 주력하고 있다. 따라서 교량 안전관리는 무선 센서노드로 데이터를 송신하고 있으나 센서 전력에 수명제한 베터리와 기후제한 태양열로 공급 문제가 있다. 이에 본 논문에서는 외력에 의해 bending vibration이 일어나면서 판 양면에 양 음의 전하가 띄어 전압, 전류가 발생하는 압전소자를 이용 하였다. 이 압전소자에 발생하는 정현파로 인한 축전 문제와 발전된 전력이 다른 압전소자에게 흘러 전력생산량의 감소 문제는 Bridge Diode를 사용한 R-C회로도를 구성하여 보완하였다. 이 설계를 통하여 차량 하중(외력)의 크기에 변수를 두어 전압발생 차이를 측정하고 일정시간 외력 통해 Capacitor 축전된 양을 검토하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권5호
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• pp.82-88
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• 2018

본 논문에서는 차량 주행 시 노면으로부터 진동 에너지를 흡수해 에너지 하베스팅을 통해 전기에너지 발생이 가능한 전자기 현가장치의 구조와 현가장치 내에 결합되어 전자기 댐퍼 역할을 하는 8극 8상의 선형 발전기의 구조를 검토하였다. 실제 주행 노면에 따른 전자기 현가장치의 에너지 하베스팅 효과를 비교하기 위해 차량 시뮬레이션 프로그램인 Carsim과 Simulink를 연동하여 민군 겸용 차량 모델을 사용해 두 가지 실제 노면인 아스팔트 노면과 비포장도로 노면 조건에 대한 모의 주행시험을 수행한 결과, 아스팔트 노면과 비포장도로에서 현가장치의 상대 변위 각각 8mm, 13mm의 결과가 나타났다. 다음으로 전자기 현가장치 내에 결합된 선형 발전기를 모델링 하여 도출한 현가장치 상대 변위 값을 적용해 상용 전자기 해석 프로그램인 ANSYS MAXWELL을 이용해 동일한 해석조건을 적용하여 해석 시간 0.3s 동안 전자기 시뮬레이션을 수행하여 시간에 따른 발전량 결과를 도출해 비교하였으며 비포장도로와 아스팔트 노면에서의 평균 발전량은 각각 198.6W, 98.7W로 비포장도로의 경우 103.7% 높은 값을 보이는 것을 확인하였다. 마지막으로 노면의 주파수와 현가장치 입력 변위가 발전 출력에 영향을 끼치는 민감도를 비교한 결과 두 변수의 민감도는 각각 1.725, 1.283으로 노면 주파수가 전자기 시뮬레이션 출력변수인 평균 발전량에 34.5 % 높은 영향을 끼치는 결과를 확인하였다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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• pp.544-544
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• 2014

Energy harvesting technology, which scavenges electric power from ambient, otherwise wasted, energy sources, has been explored to develop self-powered wireless sensors and possibly eliminate the battery replacement cost for wireless sensors. Among ambient energy sources, vibration energy can be converted into electric power through a piezoelectric energy harvester. For the last decade, although tremendous advances have been made in design methodology to maximize harvestable electric power under a given vibration condition, the research in reliability assessment to ensure durability has been stagnant due to the complicated nature of the multiple failure modes of a piezoelectric energy harvester, such as the interfacial delamination, fatigue failure, and dynamic fracture. Therefore, this study presents the first-ever system reliability analysis for multiple failure modes of a piezoelectric energy harvester using the Generalized Complementary Intersection Method (GCIM), while accounts for the energy conversion performance. The GCIM enables to decompose the probabilities of high-order joint failure events into probabilities of complementary intersection events. The electromechanically-coupled analytical model is implemented based on the Kirchhoff plate theory to analyze its output performances of a piezoelectric energy harvester. Since a durable as well as efficient design of a piezoelectric energy harvester is significantly important in sustainably utilizing self-powered electronics, we believe that technical development on system reliability analysis will have an immediate and major impact on piezoelectric energy harvesting technology.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권6호
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• pp.8-12
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• 2017

본 논문에서는 휴대폰의 배터리 방전 시에도 비상전화나 문자 메시지의 사용을 가능하게 해주는 자가발전기에 관한 연구를 진행하여 휴대폰 케이스를 통한 휴대폰의 재충전 방법을 제시한다. 사용자가 스마트 폰 케이스를 흔들게 되면 전자기 코일과 발전기의 영구 자석의 상호 작용을 통해 리튬 이온 배터리를 충전 하며 전기 에너지가 생성된다. 이 때 생성된 전기에너지는 사용자가 몇 분의 통화 또는 문자 메시지를 사용할 수 있는 전력을 제공 해준다. 또한 사람이 걸을 때 위상의 변화에 의해 2 ~ 3 Hz 주파수의 진동 에너지가 발생하는데, 이를 획득하는 에너지 하베스팅 과정을 통해 배터리를 충전한다. 그리고 발전량을 분석하는 것은 상용 전자기 해석 프로그램인 MAXWELL을 사용하여 모델링 후 시뮬레이션 하였다. 마지막으로 분석한 결과를 바탕으로 자가 발전을 위한 휴대폰 케이스의 프로토타입을 구축하고 그 측정값과 시뮬레이션 값을 비교함으로써 프로토타입의 성능을 검증하였다.