타이어 공기압 측정 장치에 적용하기 위한 압전 에너지 하베스터 연구

Abstract

본 논문에서는 타이어 공기압 측정 장치(TPMS)에 적용 가능한 시소 형태의 압전 에너지 하베스터가 제시된다. 시소형태의 에너지 하베스터를 설계함으로써, 자동차 바퀴 내부에서 하베스터에 가해지는 원심력의 영향을 최소화하여 안정적으로 TPMS에 전력을 공급하고자 하였다. 시소형 압전 에너지 하베스터에서, 타격대 양쪽에 위치한 자석(자석A)에 의해 척력을 받게 되어 타격대가 좌우로 흔들리게 되면서 압전소자에 물리적인 타격을 가하게 된다. 물리적인 타격을 받은 압전 소자는 압전 효과에 의해 전기 에너지를 발생시키게 된다. 고속도로와 시내에서 차량의 평균 속도인 42.7 km/h의 속도에서 환산된 자동차 바퀴축의 RPM(분당 회전수)은 340 rpm이며, 이때 시소형 압전 에너지 하베스터의 무부하 전압은 2.7 V로 관찰되었다. 또한 340 rpm 회전 시 하베스터는 160 kΩ의 순수 저항회로에서 최대 228.01 μW의 전력을 발생시켰으며, TPMS에 사용되는 리튬-이온 전지를 충전시킬 수 있는 것을 확인했다. 본 논문에 제시된 시소형 압전 에너지 하베스터의 출력으로 TPMS를 충분히 구동할 수 있다.