KR101777943B1 - 자기 발전 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기 발전 타이어에 관한 것으로서, 전기 생성을 위한 발전부, 상기 생성된 전기를 저장하기 위한 축전부, 상기 축전부로부터 전기를 공급받아 동작하는 센서부, 및 상기 발전부에서 생성된 전기의 공급을 제어하고, 상기 센서부로부터 수집된 센서신호들을 차량 내부의 제어부로 송신하기 위한 송신 모듈을 포함하는 제어부를 구비하고, 상기 발전부는 압전효과를 이용하는 천연결정 또는 인공결정 재료로 된 필름 형태의 압전센서를 포함하고, 상기 압전센서는 차량의 타이어의 사이드월부에 삽입되는 비드필러 끝단부로부터 숄더부까지 길게 이어붙여 삽입 성형되어 차량의 주행에 따라 발생하는 굴신운동에 의해 상기 압전센서의 기계적 진동으로 전기 발생을 유도할 수 있다.

Description

자기 발전 타이어{Self Electric Generation Tire}

본 발명은 자기 발전 타이어에 관한 것으로서, 특히, 차량의 타이어 사이드부에 압전센서를 내장하고, 차량의 주행에 따라 발생하는 굴신운동에 의해 상기 압전센서의 기계적 진동으로 전기 발생을 유도하는 자기 발전 타이어에 관한 것이다.

타이어는 차량의 주행이란 본래의 기능 이외에 향후의 타이어의 거의 모든 개념은 차량의 주행에 있어서 대기 온도, 차량 가속도 및 노면의 정보를 수집하기 위해 여러 형태의 센서들을 타이어 내부에 삽입하는 형태로 진행되고 있다. 또한 최근에는 국가별로 TPMS(Tire Pressure Monitoring System; 공기압 측정센서) 센서 적용이 의무화되고 있으며, 전 세계적으로 범용적으로 사용되어 지고 있다. 하지만 이러한 타이어에 적용되는 센서들을 구동하기 외부 전원공급장치가 필요하지만, 차량에서 회전하는 타이어에 전원을 공급할 수 없으므로, 타이어 내부 또는 TPMS 센서와 같이 휠 내부에 배터리를 장착하여야만 한다. 또한 이러한 배터리는 수명이 한정되어 있으므로 주기적으로 교체를 해야만 하는 번거로움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 배경하에서 안출된 것으로, 본 발명의 일 목적은 차량의 타이어 사이드부에 압전센서를 내장하고, 차량의 주행에 따라 발생하는 굴신운동에 의해 상기 압전센서의 기계적 진동으로 전기 발생을 유도하는 자기 발전 타이어를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 차량 타이어의 압전센서에서 생성된 전기를 차량의 주행에 있어서 대기 온도, 차량 가속도 및 노면의 정보를 수집하기 위한 각종 센서들을 구동하기 위한 전원으로서 제공할 수 있는 자기 발전 타이어를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 타이어에 부착된 압전센서를 통해 생성된 전기를 각종 센서를 구동하기 위한 전원으로서 사용함으로써 각종 센서를 구동하기 위한 별도의 전원 공급 장치를 구비하지 않아 차량의 경제성을 확보할 수 있는 자기 발전 타이어를 제공하는 데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 발전 타이어는, 자기 발전 타이어로서,

전기 생성을 위한 발전부, 상기 생성된 전기를 저장하기 위한 축전부, 상기 축전부로부터 전기를 공급받아 동작하는 센서부, 및 상기 발전부에서 생성된 전기의 공급을 제어하고, 상기 센서부로부터 수집된 센서신호들을 차량 내부의 제어부로 송신하기 위한 송신 모듈을 포함하는 제어부를 구비하고,

상기 발전부는 압전효과를 이용하는 천연결정 또는 인공결정 재료로 된 필름 형태의 압전센서를 포함하고, 상기 압전센서는 차량의 타이어의 사이드월부에 삽입되며, 비드필러 끝단부로부터 숄더부까지 길게 이어붙여 삽입 성형된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 축전부는 타이어 스틸코드(steel cord) 일부를 평행판으로 구성하고, 유전물질을 매립하여 구성할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 압전 센서는 타이어의 벨트 캡플라이를 감을 때 압전센서의 전체를 덮을 수 있도록 벨트 캡 플라이를 감고, 상기 압전센서로부터 출력되는 전기신호를 전송하는 전기 신호선을 타이어의 스틸코드에 접속할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 압전센서는 스틸코드로부터 비드필러까지 길게 형성되며, 차량의 타이어가 주행하면, 노면의 굴곡 상태에 따른 타이어의 굴신운동에 의해 상기 압전센서의 상단과 하단 양단에서 전압차가 생성되어 전기가 생성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 차량의 타이어 사이드부에 압전센서를 내장하고, 차량의 주행에 따라 발생하는 굴신운동에 의해 상기 압전센서의 기계적 진동으로 전기 발생을 유도할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 차량 타이어의 압전센서에서 생성된 전기를 차량의 주행에 있어서 대기 온도, 차량 가속도 및 노면의 정보를 수집하기 위한 각종 센서들을 구동하기 위한 전원으로서 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면 타이어에 부착된 압전센서를 통해 생성된 전기를 각종 센서를 구동하기 위한 전원으로서 사용함으로써 각종 센서를 구동하기 위한 별도의 전원 공급 장치를 구비하지 않아 차량의 경제성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 발전 타이어의 발전 시스템을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 2는 상기 도 1의 발전부의 발전 원리를 설명하기 위한 본 발명의 일 실시예의 타이어의 개략 측단면도이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 타이어에서 전기를 발생하는 과정을 설명하기 위한 시퀀스 도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다. 그러나 당업자라면 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것이 아님을 인식할 수 있을 것이다. 이하의 설명에서 구성요소들에 대한 기술에서 단수의 표현은 단수로 한정되지 않고 복수를 포함한다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 전체에 걸쳐서 동일 또는 유사의 부분에 대해서는 동일 또는 유사의 도면 부호를 부여한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 발전 타이어의 발전 시스템을 개략적으로 도시한 블럭도이고, 도 2는 상기 도 1의 발전부의 발전 원리를 설명하기 위한 본 발명의 일 실시예의 타이어의 개략 측단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 타이어의 자기 발전부(1000)는 전기 생성을 위한 발전부(100), 상기 생성된 전기를 저장하기 위한 축전부(200), 상기 발전부(100)에서 생성된 전기의 공급을 제어하기 위한 제어부(300) 및 상기 축전부(200)로부터 전기를 공급받아 동작하는 센서부(400)를 포함한다.

상기 발전부(100)는 압전효과를 이용하는 석영, 전기석, 로셀염 등과 같은 천연결정 또는 인공결정 재료로 된 압전소자를 이용하지만, 이에만 한정되는 것은 아니고 또한 그 형태는 타이어에의 적용에 적합한 필름 형태를 이용하는데 반드시 이에만 한정되는 것은 아니다. 상기 축전부(200)는 차량의 타이어에 적층형으로 매립될 수 있는 일반적인 축전 소자를 사용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 타이어의 카카스(carcass)에 구성되는 스틸코드(steel cord)의 일부를 평행판으로 구성하고, 유전물질 등을 매립하여 구성할 수도 있다. 또한, 상기 센서부(300)는 공기압 측정 센서, 온도 센서, 차량 가속도 센서, 노면 센서, 조타각 센서 등을 포함하지만, 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다.

도 2를 참조하면, 타이어의 일부 구성이 도시되는데, 본 발명의 발전부를 구성하는 압전센서(10)는 스틸코드(20), 숄더(30), 사이드월(40), 비드필러(50)에 걸쳐 접속/삽입되는 방식으로 장착된다.

본 발명의 타이어에 있어서 압전센서(10)를 타이어에 삽입하는 방법은, 사이드월부(40)에 삽입되며 비드필러(APEX) 끝단부(50)로부터 숄더부(30)까지 길게 이어붙여 삽입되도록 성형하는 방법으로 한다.

성형에 있어서는 벨트 캡플라이(60)를 감을시 압전센서(10)의 전체를 덮을 수 있도록 벨트 캡 플라이(60)를 감는다. 또한 타이어에는 타이어의 내구력을 증강시킬 수 있도록 카카스 내에 스틸코드(20)가 삽입되는데, 본원발명에서는 상기 스틸코드(20)의 부분(21)을 전기 신호를 전달하기 위한 전기 신호선으로 이용할 수 있도록 한다. 즉, 스틸코드(20)를 이용하여 압전센서에 의해 생성된 전기가 타이어 내에 흐를 수 있게 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 압전센서(10)는 스틸코드(20)로부터 비드필러(50)까지 길게 형성되며, 차량의 타이어(2000)가 주행하면, 주행에 있어서 타이어(2000)의 노면(도시 않음)과의 접촉에 의한 노면의 굴곡 상태에 따른 타이어(2000)의 굴신운동에 의해 상기 압전센서(10)에는 기계적인 접촉 압력이 발생하고, 이러한 기계적인 굽힘 운동으로 인해 압전센서를 구성하는 석영 물질의 결정의 변화가 생기고 이에 의해 압전센서(10)의 상단과 하단 양단에서 전압차가 생성되어 전기가 생성된다. 도면에서 A로 표시된 부분은 사이드부 굴신운동으로 인한 전압차 가 발생하는 구간을 말한다.

도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 타이어에서 전기를 발생하는 과정을 설명하기 위한 시퀀스 도이다.

도 3(a)을 참조하면, 첫 번째 단계인 도 3(a)i) 내지 마지막 단계인 도 3(a)ⅴ)에서 압전센서(10)은 차량의 굴신운동에 의해 압전센서(10)에 기계적 굽힘 운동이 작용하여 전기가 생성되는데, 도시한 바와 같이, 도 3(a)ⅲ)에서 압전센서(10)에 작용하는 물리적인 힘이 제일 강하므로 전기가 가장 많이 생성되고, 도 3(a)ⅱ)와 도 3(a)ⅳ)의 경우에 압전센서(10)에 작용하는 물리적인 힘이 중간 정도이므로 중간 정도의 전기가 생성되며 도 3(a))i)와 도 3(a)ⅴ)의 경우에는 전기가 생성되지 않는다. 또한, 도 3(b)ⅱ)의 경우에도 중간 정도의 전기가 생성된다.

도 3(a)과 (b)에서 전류 I는 (+)에서 (-)로 흐르고 전자 e는 전류 I와는 그 흐름이 반대가 된다.

도 1과 도 3(a)을 참조하면, 본 발명의 압전센서(10)에 생성된 전기는 스틸코드(20)를 통해 전기 신호가 각종 센서를 포함하는 센서부(300)로 전달되고 센서부(300)에서는 예를 들어 공기압 측정 센서로부터의 공기압 신호, 온도 센서로부터의 대기 온도 신호, 차량 가속도 센서로부터의 차량 가속도 신호, 노면 센서로부터의 노면 습도 등의 노면 정보 신호, 조타각 센서로부터의 조타각 센서 등을 입수하고, 입수된 정보는 상기 제어부(300)에 포함된 송신 모듈(도시 않음)을 통해 차량 내부의 ECU(도시 않음)로 전달되어 차량의 제어에 활용할 수 있다.

이상 기술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 차량의 타이어 사이드부에 압전센서를 내장하고, 차량의 주행에 따라 발생하는 굴신운동에 의해 상기 압전센서의 기계적 진동으로 전기 발생을 유도할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 차량 타이어의 압전센서에서 생성된 전기를 차량의 주행에 있어서 대기 온도, 차량 가속도 및 노면의 정보를 수집하기 위한 각종 센서들을 구동하기 위한 전원으로서 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면 타이어에 부착된 압전센서를 통해 생성된 전기를 각종 센서를 구동하기 위한 전원으로서 사용함으로써 각종 센서를 구동하기 위한 별도의 전원 공급 장치를 구비하지 않아 차량의 경제성을 확보할 수 있다.

지금까지 본 발명의 자기 발전 타이어를 도면을 참조로 하여 상세히 기술하였지만, 이것은 예시 목적이지 이것으로 본 발명을 한정하고자 함은 아니며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 이하의 부속청구범위에 의해 정해지며, 본 발명의 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 압전센서 20: 스틸코드
21: 전기 신호선 30: 숄더
40: 사이드월 50: 비드필러
60: 캡플라이 100: 발전부
200: 축전부 300: 제어부
400: 센서부 1000: 자기 발전부
2000: 타이어

Claims (4)

1. 자기 발전 타이어로서,
   전기 생성을 위한 발전부, 상기 생성된 전기를 저장하기 위한 축전부, 상기 축전부로부터 전기를 공급받아 동작하는 센서부, 및 상기 발전부에서 생성된 전기의 공급을 제어하고, 상기 센서부로부터 수집된 센서신호들을 차량 내부의 제어부로 송신하기 위한 송신 모듈을 포함하는 제어부를 구비하고,
   상기 발전부는 압전효과를 이용하는 천연결정 또는 인공결정 재료로 된 필름 형태의 압전센서를 포함하고, 상기 압전센서는 차량의 타이어의 사이드월부에 삽입되며, 비드필러 끝단부로부터 숄더부까지 길게 이어붙여 삽입 성형되고,
   상기 축전부는 타이어 스틸코드(steel cord) 일부를 평행판으로 구성하고, 유전물질을 매립하여 구성하는 것을 특징으로 하는 자기 발전 타이어.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 압전 센서는 타이어의 벨트 캡플라이를 감을 때 압전센서의 전체를 덮을 수 있도록 벨트 캡 플라이를 감고, 상기 압전센서로부터 출력되는 전기신호를 전송하는 전기 신호선을 타이어의 스틸코드에 접속하는 것을 특징으로 하는 자기 발전 타이어.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 압전센서는 스틸코드로부터 비드필러까지 길게 형성되며, 차량의 타이어가 주행하면, 노면의 굴곡 상태에 따른 타이어의 굴신운동에 의해 상기 압전센서의 상단과 하단 양단에서 전압차가 생성되어 전기가 생성되는 것을 특징으로 하는 자기 발전 타이어.

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