IJPEM-GT

Biomechanical Regenerative Braking Energy Harvester: A Systematic Analysis
회생 제동 에너지 하베스터의 이론적, 실험적 분석: 체계적인 설계 과정 제시와 기존 폼 팩터의 한계 검증


최영만/아주대학교




  • 하이브리드/전기 자동차의 회생제동 원리를 차용한 웨어러블 에너지 하베스터는 인체 관절의 감속을 보조함과 동시에 수 W의 전력을 생성함. 에너지 하베스터는 크게 동력 전달 장치와 전자기 발전기, 그리고 전력 전자 회로로 구성되어 있는데 각 요소들의 물리적 파라미터들의 조합에 의해 성능과 특성이 결정됨.
  • 본 연구에서는 하베스터가 주어진 조건 내에서 최적의 성능을 도출할 수 있도록 파라미터들을 결정할 수 있는 체계적인 설계 과정을 제시함. 제안한 설계과정을 통해 설계된 하베스터는 특별한 메커니즘 없이 평지 보행에서 전력 3.2 W, 전력밀도 3.3 W/kg의 준수한 성능을 확보하였음. 또한 하베스터 착용 시 햄스트링의 근전도 신호가 27% 감소된 것을 확인하였음.
  • 한편, 평지 보행에 주목했던 기존 연구들과 달리 본 연구에서는 경사 보행에서 에너지 하베스터의 효용성을 확인함. 하베스터의 회생 제동 시스템은 경사 보행에 유연하게 대응하지 못해 생성 전력이 대폭 감소하였으며 오르막 보행에서는 오히려 근육에 부하로 작용하였음.
  • 이러한 한계의 주 요인은 기존 하베스터의 원웨이-클러치 폼 팩터의 단방향성이며, 하베스터가 실제 보행 환경에서 사용되기 위해서는 다양한 지형에 대응 가능한 메커니즘 개선과 적응형 제어 알고리즘 개발이 필요함을 제안하였음.
 
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[Free Access Period: 23. 4. 3. ~ 23. 5. 31.]