[논문]인체 운동 에너지를 이용한 진자 발전기에 관한 연구

지인호; 신승중

doi:10.7236/jiibc.2022.22.5.117

초록
AI-Helper

본 연구에서 전자기 유도 발전(EMG)은 고정자와 영구자석 회전자로 이루어진 구조로 인체의 팔 운동 에너지를 이용하여 전력 생산이 가능한 방식이다. 그 중 AFPM 기법은 인체의 느린 속도의 팔 운동 에너지에도 민감하게 동작할 수 있는 방법으로 구조가 간단하며 크기는 초소형 설계, 제작이 가능하다. 크기 ø46×11mm, 회전수 7Hz(420rpm)의 조건에서 출력전압 0.4VAC, 출력전류 4.5mA, 출력전력 30mW 로 측정되어 목표사양과 유사하게 해석되었다. 따라서 본 연구에서는 AFPM 기법을 적용한 진자 발전을 연구하여 인체 운동 에너지로 스마트 기기에 전력을 충전하는 데 연구 목적이 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, Electromagnetic Induction Power Generation (EMG) is a structure consisting of a stator and a permanent magnet rotor, and is a method that enables power generation by using the kinetic energy of the human arm. Among them, the axial flux permanent magnet (AFPM) technique is a method tha...

In this study, Electromagnetic Induction Power Generation (EMG) is a structure consisting of a stator and a permanent magnet rotor, and is a method that enables power generation by using the kinetic energy of the human arm. Among them, the axial flux permanent magnet (AFPM) technique is a method that can act sensitively to the kinetic energy of the arm at a slow speed of the human body, and has a simple structure and can be designed and manufactured with an ultra-small size. Under the conditions of size of ø46×11mm, rotation speed of 7Hz (420rpm), output voltage 0.4VAC, output current 4.5mA, and output power 30mW were measured and analyzed the same as the target specification. Therefore, the purpose of this study is to study the power generation of the pendulum applying the AFPM (Axial Flux Permanent Magnet) technique to charge power to smart devices with kinetic energy of the human body.

주제어

표/그림 (17)

그림 그림 1. AFPM 발전기 구조 Fig. 1. Structure of AFPM Generator
그림 그림 2. 진자 발전기 도면 Fig. 2. Drawing of Pendulum Generator
그림 그림 3. 회전자 사진 Fig. 3. Photo of Generator Rotor
그림 그림 4. 고정자 사진 Fig. 4. Photo of Generator Stator
그림 그림 5. AFPM 발전기 회전자, 고정자 사진 Fig. 5. Photo of AFPM Generator Rotor and Stator
그림 그림 6. 정류회로 및 승압회로 Fig. 6. Rectifier & Buck Booster Circuit
그림 그림 7. 승압모듈 Fig. 7. Booster Module
표 표 1. AFPM 발전기 사양 Table 1. Design Specification of AFPM Generator
그림 그림 8. 3상3선식 결선도 Fig. 8. Three-phase Three-wire Wiring Diagram
그림 그림 9. 시험장치 도면 Fig. 9. Drawing of Dynamo-Tester
그림 그림 10. 시험장치 사진 Fig. 10. Photo of Dynamo-Tester
그림 그림 11. AFPM 발전기의 출력 파형 사진 Fig. 11. Photo of Output Waveform of the AFPM Generator
그림 그림 12. AFPM 발전기의 출력 전압, 전류 사진 Fig. 12. Photo of Output Voltage and Current of AFPM Generator
표 표 2. AFPM 발전기 특성 측정표 Table 2. Characteristics Measurement Table of AFPM Generator
그림 그림 13. 진자 발전기 Fig. 13. Pendulum Generator
그림 그림 14. AFPM 발전기 Fig. 14. AFPM Generator
표 표 3. 시험결과 Table 3. Test Result

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 본 연구에서는 AFPM 기법을 적용한 진자 발전(Pendulum Generator)을 연구하여 인체 운동 에너지로 스마트 기기에 전력을 충전하는 것에 연구 목적이 있다.
본 논문은 인체의 운동 에너지를 이용하여 전력을 발생시켜 스마트 기기의 배터리에 충전하는 발전기를 연구하는 것에 있다.
본 연구에서는 인체의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 스마트 기기의 배터리에 충전함으로서 짧은 충전 주기에 따른 불편함을 해소하고자 한다.

제안 방법

AFPM 발전기의 성능시험을 위한 전용 시험 장치를 구현하였다. 구동용 서보모터(Servo-Motor)는 100W, 최대 회전수 0∼2,000rpm, 최대 측정토크(Torque)는 2kg/cm가 되도록 설계하였다.
AFPM 진자 발전기는 진자운동을 원활하게 하기 위하여 고정자의 구조를 반원 형태로 설계하였다. 그러나 원운동에 의한 토크 리플(Torque Ripple)이 발생하여 측정 오차가 커질 수 있다.
고정자는 9Slot 이며, 고정자 코일(Stator Coil)의 권선수는 각 상마다 450회(Turn) 씩 권선하였다. 구동 주파수는 인체의 팔 왕복운동을 3.
본 연구에서는 회전자의 영구자석 배열 구조를 반원형태로 설계하여 인체 팔 운동에 따른 진자 운동이 전력으로 발생되도록 하였다. 진자 발전기의 구조를 그림 2에 나타내었으며, 실물사진은 그림 3, 그림 4, 그림 5에 나타내었다.
그 결과, 반원 형태의 회전자에 의한 토크 리플이 최소화 되었다. 회전수 VS 출력전압을 측정하였으며, R, S, T 각 상의 AC 전압을 측정하였다. 부하전류는 각 상마다 4.

대상 데이터

시험은 디지털 파워미터(YOKOGAWA/WT333E) 계측기로 측정하였으며, 측정시 시험사진은 그림 11, 그림 12와 같다.

이론/모형

작은 운동 에너지를 전기로 변환하는 전자기 유도 발전 방식에서 AFPM 발전 기법이 체적 대비 큰 출력을 낼 수 있으며, 구조가 간단하여 무게를 가볍게 할 수 있는 장점이 있어서 AFPM 기법을 연구하였다. 완성 시험품 외형은 그림 13과 같고 사진은 그림 14와 같다.

성능/효과

해결 방안으로 구동용 서보모터와 AFPM 발전기 사이에 플라이 휠(Fly-Wheel)을 삽입하였다. 그 결과, 반원 형태의 회전자에 의한 토크 리플이 최소화 되었다. 회전수 VS 출력전압을 측정하였으며, R, S, T 각 상의 AC 전압을 측정하였다.
둘째, 초소형 AFPM 진자 발전기를 시험 조건에서 출력된 전력이 30mW 가 되었으며, 이 전력을 슈퍼 커패시터(Super-Capacitor)에 저장하는 기법의 연구를 통하여 작은 전력을 저장할 수 있는 방법이 가능한 것으로 나타났다.
첫째, 인체 운동 에너지를 이용하여 전기 에너지로 변환한 후 웨어러블 기기의 배터리에 충전할 수 있는 AFPM 발전 기법을 연구하였으며, 초소형 발전기의 제작이 가능한 것으로 분석되었다.
측정 결과, 평균 출력전압이 0.4VAC 로 확인되었으며 평균 출력전류는 4.5mA 로 측정되었다.

후속연구

셋째, 완성된 시제품의 시험결과, 전기적 특성은 목표 사양에 도달하였으나 크기와 무게를 작게 하고 출력을 크게 할 수 있는 소재 개발의 필요성이 제시되었다.
향후 본 연구의 시험결과를 토대로 높은 효율의 인체 운동 발전기의 연구개발에 도움이 될 수 있을 것으로 예측되었다.

참고문헌 (7)

Hyoung-Gil Kim, Jeong-Sik Kong, "Characteristics Analysis of Permanent-Magnet Generator for Small Wind Turbine", Proceedings of the KIEE Conference, The Korean Institute of Electrical Engineers, pp.708-709, 2009.
Dae-Won Chung, Yong-Min You, "Design and Performance Analysis of Coreless Axial-Flux Permanent-Magnet Generator for Small Wind .Turbines", Journal of Magenetics, The Korean Magnetics Society, Vol. 19, No. 3, pp.273-281, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.4283/JMAG.2014.19.3.273

원문보기 상세보기
In-Ho Jee, Seung-Jin Kang, "Design Analysis and Economic Analysis of high Efficiency 100kW Generator for Hydro Power System", The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, Vol. 65, No. 3, pp.428-438, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.5370/KIEE.2016.65.3.428

원문보기 상세보기
Jun-Seok Cho, Se-kwon Choi, Ju-yong Kim, Tae-Uk Jung, "A Study on Electromagnetic Structural Design of AFPM Generator for Urban Wind Turbine", Proceedings of the KIEE Conference, The Korean Institute of Electrical Engineers, pp.830-831, 2009.
Chang-Yong Lim, Seung-Jung Shin, "Demand survey of spectrum information and a study on plan for disclosing spectrum information to the public", The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, Vol. 17, No. 1, pp.253-259, 2017. DOI : http://doi.org/10.7236/JIIBC.2017.17.1.253

원문보기 상세보기
Keyong-ae Yang, Seung-Jung Shin, "A RodSecurityRobot Model", The Journal of the Convergeence on Culture Technology, Vol. 4, No. 4, pp.401-406, 2018. DOI : http://dx.doi.org/10.17703/JCCT.2018.4.4.401

원문보기 상세보기
Seoyeon CHOI, Seoung-Jung SHIN, "A Study on Expansion Proposal of Data Dividend Qualification Based on the Contribution of Platform Workers", The Journal of Institute of Internet, Broadcasting and Communication, Vol. 21, No. 2, pp.187-193, 2021. DOI : http://doi.org/10.7236/JIIBC.2021.21.2.187

원문보기 상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

인체 운동 에너지를 이용한 진자 발전기에 관한 연구
A Study on Pendulum Generator Using Human Body Kinetic Energy 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (17)

표/그림 (17)

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (7)

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

인체 운동 에너지를 이용한 진자 발전기에 관한 연구 A Study on Pendulum Generator Using Human Body Kinetic Energy 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (17) 모든 표/그림 보기

표/그림 (17) 슬라이드로 보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (7)

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

인체 운동 에너지를 이용한 진자 발전기에 관한 연구
A Study on Pendulum Generator Using Human Body Kinetic Energy 원문보기

초록
AI-Helper

표/그림 (17)

표/그림 (17)

AI 본문요약
AI-Helper