• Smart Structures and Systems
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• 제20권3호
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• pp.285-301
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• 2017

This paper presents the design and the application of a new self-powered hybrid electromagnetic damper that can harvest energy while mitigating the vibration of a structure. The damper is able to switch between an energy harvesting passive mode and a semi-active mode depending on the amount of energy harvested and stored in the battery. The energy harvested in the passive mode resulting from the suppression of vibration is employed to power up the monitoring and electronic components necessary for the semi-active control. This provides a hybrid control capability that is autonomous in terms of its power requirement. The proposed hybrid circuit design provides two possible options for the semi-active control: without energy harvesting and with energy harvesting. The device mechanism and the circuitry that can drive this self-powered electromagnetic damper are described in this paper. The parameters that determine the device feasible force-velocity region are identified and discussed. The effectiveness of this hybrid damper is evaluated through a numerical simulation study on vibration mitigation of a bridge stay cable under wind excitation. It is demonstrated that the proposed hybrid design outperforms the passive case without external power supply. It is also shown that a broader force range, facilitated by decoupled passive and semi-active modes, can improve the vibration performance of the cable.

• Journal of Communications and Networks
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• 제18권3호
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• pp.340-350
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• 2016

The performance of large-scale cognitive radio (CR) networks with secondary users sustained by opportunistically harvesting radio-frequency (RF) energy from nearby primary transmissions is investigated. Using an advanced RF energy harvester, a secondary user is assumed to be able to collect ambient primary RF energy as long as it lies inside the harvesting zone of an active primary transmitter (PT). A variable power (VP) transmission mode is proposed, and an energy-based opportunistic spectrum access (OSA) strategy is considered, under which a secondary transmitter (ST) is allowed to transmit only if its harvested energy is larger than a predefined transmission threshold and it is outside the guard zones of all active PTs. The transmission probability of the STs is derived. The outage probabilities and the throughputs of the primary and the secondary networks, respectively, are characterized. Compared with prior work, the throughput can be increased by as much as 29%. The energy-based OSA strategy can be generally applied to a non-CR setup, where distributed power beacons (PBs) are deployed to power coexisting wireless signal transmitters (WSTs) in a wireless powered sensor network.

• 한국통신학회논문지
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• 제40권10호
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• pp.1922-1930
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• 2015

본고에서는 초고주파 대역에서의 무선 전력 포집 성능을 검증할 수 있는 테스트 시스템의 구성과 특성을 나타내었다. 개발된 무선 전력 포집 테스트 시스템은 900 MHz와 2.4 GHz 대역을 이용한 전력 전송과 데이터 통신 시스템뿐만이 아니라 2.4 GHz 대역에서의 전력 전송 및 데이터 통신 성능 평가가 가능하며, 효율적인 전력 포집 알고리즘 개발에 적합하도록 개발 되었다.

• 센서학회지
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• 제19권4호
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• pp.313-319
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• 2010

Vibration energy harvesting is an attractive technique for potential powering of low power devices such as wireless sensors and portable electronic applications. Most energy generator developed to date are single vibration frequency based, and while some efforts have been made to broaden the frequency range of energy harvester. In this work, The effect of energy harvesting were investigated at various vibration frequencies, vibration beams, vibration point and test masses. The maximum output voltage of the bimorph piezoelectric cantilever was shifted according to vibration point. Vibration frequency with maximum output voltage decreased with the increasing length of vibration beam and increasing test mass. The sample with vibration beam length 0.5 L generated a peak output voltage of 32 $V_{rms}$ and shows a 45 % increase in voltage output in comparison to the corresponding original bimorph. It was found that a piezoelectric bimorph has a possibility to be as the energy harvesting cantilever, which is successfully tuned over a vibration frequency range to enable a maximum harvesting energy.

• 감성과학
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• 제25권4호
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• pp.119-128
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• 2022

본 연구의 목적은 웨어러블 에너지 하베스팅의 전도사를 통한 효율적인 전력 전달을 위해 전도사 자수 스트치 회로에서 각도와 굽힘의 개수가 저항에 미치는 영향을 분석하고 실제 태양광 패널과의 연결을 통해 손실 전력의 변화를 연구하는 것이다. 본 연구에서는 전도사 스티치 회로의 각도를 30˚부터 180˚까지 30˚단위로 설계하였으며 저항의 측정은 analog discovery2 장비를 활용하여 측정한다. 측정한 저항값을 분석하여 저항값이 급격히 변화하는 각도의 구간에서는 5˚단위로 다시 측정하여 분석한다. 이후 분석 결과를 토대로 전도사에 가해지는 장력이 수렴하는 각도를 분석하고 해당 각도에서 스티치의 굽힘 개수를 달리하여 다시 저항을 측정한다. 스티치의 각도가 줄어들수록, 굽힘의 개수가 늘어날수록 저항은 줄어듦을 확인하고 연구결과를 토대로 스티치로 인한 손실 전력을 계산한 결과 전도사 자수 스티치가 일반적인 자수에 비해 1.61배의 손실 전력을 줄일 수 있음을 고찰한다. 이러한 결과는 웨어러블 에너지 하베스팅의 전도사를 통한 전달에서 자수의 스티치가 전력 전달에 중요한 영향을 미치는 것을 시사한다. 본 연구결과를 기반으로 후속 연구에서는 곡선 형태의 스티치, 전도사의 개수 등 다양한 형태의 스티치를 비교 분석하여 웨어러블 에너지 하베스팅이 보다 효율적으로 생산 후 저장될 수 있도록 하는 전도사 회로 설계 기술을 개발하고자 한다.

• 한국항행학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.56-66
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• 2014

태양광 발전에 있어서 태양전지는 일사량, 온도와 부하에 의해 크게 변동하기 때문에 태양전지에 대한 특성 해석이 필요하다. 또한 태양광 발전에 있어서 가능한 많은 에너지를 얻기 위해서는 환경변화에 따른 태양의 위치추적이 필요하며 태양전지의 출력을 항상 최대로 제어할 필요가 있다. 센서와 마이크로프로세서 칩으로 구현된 본 시스템의 실험 결과는 Boost 컨버터의 승압율은 167[%], 소용량에서 에너지 Harvesting 개념과 위치추적 방식의 태양광 발전 구현 가능성을 제시하였다.

• 한국재료학회지
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• 제25권10호
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• pp.523-530
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• 2015

Electricity generation through fossil fuels has caused environmental pollution. To solve this problem, research on new renewable energy (solar, wind, geothermal heat, etc.) to replace fossil fuels is in progress. These devices are able to consistently generate power. However, they have many drawbacks, such as high installation costs and limitations in possible set-up environments. Thus, piezoelectric harvesting technology, which is able to overcome the limitations of existing energy technologies, is actively being studied. Piezoelectric harvesting technology uses the piezoelectric effect which occurs in crystals that generate voltage when stress is applied. Therefore, it has advantages such as a wider installation base and lower technological cost. In this study, a piezoelectric energy harvesting device based on constant wave motion was investigated. This device can regenerate electricity in a constant turbulent flow in the middle of the sea. The components of the device are circuitry, a steel bar, an bimorph piezoelectric element and buoyancy elements. In addition, a multiphysical analysis coupled with the structure and piezoelectric elements was conducted to estimate the performance of the device. With this piezoelectric energy harvesting device, the displacement and electric power were analyzed.

• 전기전자학회논문지
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• 제16권3호
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• pp.224-234
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• 2012

본 논문에서는 초소형 센서노드를 위한 MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어기능을 갖는 빛과 진동 에너지를 이용한 에너지 하베스팅 회로를 설계하였다. 설계된 회로는 MPPT 제어를 통해 온칩 솔라 셀과 압전소자로부터 최대 가용 전력을 수확하고, 수확된 에너지를 저장 커패시터에 병합하여 저장한다. 병합된 에너지는 PMU(Power Management Unit)를 통해 센서노드로 공급된다. MPPT 제어는 변환소자의 개방전압과 MPP 전압간의 비례관계를 이용하여 구현하였다. 제안된 회로는 0.18um CMOS 공정으로 설계하였으며, 모의실험을 통해 동작을 검증하였다. 설계된 에너지 하베스팅 회로와 온칩 솔라 셀의 칩 면적은 각각 $2.85mm^2$와 $8mm^2$이다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2008년도 제39회 하계학술대회
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• pp.1246-1247
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• 2008

With recent advanced in portable electric devices, wireless sensor, MEMS and bio-Mechanics device, the new typed power supply, not conventional battery but self-powered energy source is needed. Particularly, the system that harvests from their environments are interests for use in self powered devices. For very low powered devices, environmental energy may be enough to use power source. Therefore, in other to made piezoelectric energy harvesting device, PMN-PZT thick film was formed by the screen printing method on the Ag/Pd coated alumina substrate. The layer was 8 layers and slurry where a-terpineol, ethycellulose, ferro B-75001 as Vehicle, PMN-PZT powder used are fabricated by ball mill. The output power quality was be also investigated by changing the load resistance, weight and frequency. The made piezoelectric energy harvesting device was resulted from the conditions of 33$k{\Omega}$, 0.25g, 197Hz respectively. The thick film was prepared at the condition of 2.75Vrms, and its power was 230${\mu} W$ and its thickness was 56${mu}m$. The piezoelectric energy harvesting device output voltage was increased, when the load weight, load resistance was increasing and resonance frequency was diminishing. The other side, resonance frequency was diminished, when the weight was increasing. And output power was continuously it changed by load resistance, output voltage, weight and resonance frequency.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제23권8호
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• pp.1004-1010
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• 2019

에너지 하베스팅 센서네트워크에서는 노드의 전력상황을 고려하여 중계노드를 선택하는 매체접근제어 프로토콜이 요구된다. 기존의 EH-WSN (Energy harvesting wireless sensor network)의 연구들은 전력측면을 강조하다보니 센싱된 데이터의 긴급성과 같은 QoS (Quality of Service)를 크게 고려하지 못했다. 데이터의 긴급성에 따라 요구되는 전력 상황과 전송지연이 달라지도록 하여 데이터의 QoS에 맞는 매체접근이 이루어질 수 있도록 해야 한다. 중계노드의 경우 긴급하지 않은 상황에서 전력에 상관없이 모든 데이터를 중계하게 되면 막상 긴급 데이터가 발생할 경우 전력문제로 인해 지연이 크게 발생하는 상황이 생길 수 있다. 본 논문에서는 데이터의 긴급성에 따라 중계노드에 요구되는 전력상황을 다르게 설정함으로써 긴급데이터 발생 시에 발생할 수 있는 전력부족상황을 최소화하는 매체접근제어프로토콜을 설계하고 시뮬레이션을 통해 그 성능을 분석하였다. 성능분석결과 긴급데이터의 시간지연 및 신뢰성 성능이 향상됨을 확인할 수 있었다.