KR100894615B1 - 압전 발전기용 유니트 및 이를 포함하는 압전 발전기 시스템 - Google Patents

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이영진
정영훈
김창일
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한국산업기술평가원(관리부서:요업기술원)
(주) 센불
한우석
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Abstract

본 발명은 압전 발전기용 유니트 및 이를 포함하는 압전 발전기 시스템에 관한 것으로, 면에 가해지는 압력 또는 진동에 의해 휘어지는 특성 및 그 휨에 대한 복원력을 가지는 기판과, 상기 기판의 제 1 면에 제 1 면적을 가지며 단수 또는 복수개 형성되어 있는 제 1 압전층과, 상기 제 1 면의 반대면이 되는 상기 기판의 제 2 면에 상기 제 1 면적보다 좁은 제 2 면적을 가지도록 형성되며, 상기 제 1 압전층과 일부 또는 전부영역이 오버랩되도록 형성되는 제 2 압전층 및 상기 제 2 압전층이 형성된 영역과 오버랩되지 않는 상기 제 1 압전층 상부에 일부 또는 전부영역이 오버랩되도록 형성되는 회로부를 포함하는 발명에 관한 것이다.

Description

압전 발전기용 유니트 및 이를 포함하는 압전 발전기 시스템{UNIT FOR PIEZOELECTRIC GENERATOR AND GENERATOR SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 압전 발전기용 유니트 및 이를 포함하는 압전 발전기 시스템에 관한 것으로, 압전소자에 가해지는 압력에 의해 압전소자가 휘어지면서 전기를 발생시키는 발전용 유니트를 제조하고 이들을 조합한 발전기 시스템에 관한 기술이다.
압전물질은 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하는 변환기로서 다양한 응용분야를 갖는다. 무기물 및 유기물을 포함하는 많은 수의 재료가 압전 현상을 일으키는 재료로서 알려져 있다.
압전체는 그 압전체에 가해지는 힘에 의해 전압을 발생시키며 그 인가된 힘의 크기에 따라 발생되는 전압의 양을 변화시키는 장치를 말한다.
이와 같은 압전체를 이용하여 압전발전기를 제작하는데 있어서는, 외부의 충격 또는 진동을 압전체에 손실 없이 효과적으로 전달하는 것이 중요하다.
또한, 과도한 충격이 압전체에 전달되어 압전체가 파손될 수 있으므로, 외부 의 기계적 에너지는 효과적으로 전달하면서도 과도한 충격이 전달되는 것을 방지할 수 있는 구조가 요구된다.
특히, 세라믹으로 된 압전체의 경우에는 취성이 강하므로 기계적 에너지를 효과적으로 전달하면서도 동시에 과도한 외력으로부터 압전체의 파손을 방지할 수 있는 하우징이 필요하다.
한편, 외부로부터 전달된 기계적에너지를 압전체에 의해 전기에너지로 변환하여 사용하기 위해서는 압전체에 부착되거나 압전체에 연결된 전극을 통하여 외부의 회로와 전기적으로 연결되어야 한다.
그러데, 압전발전기에 사용되는 압전체에 지속적인 진동과 충격이 전달되면 압전체와 전극간의 전기적 접속이 끊어 지는 문제가 발생한다. 따라서, 이러한 진동과 충격에도 불구하고 압전체에 대해 전기적 접속을 유지할 수 있는 발전용 유니트 또는 그 시스템이 개발되어야 하나, 아직까지 뚜렷한 성과가 없는 실정이다.
본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 안출된 것으로, 기계적에너지를 전기에너지로 변환하는 압전 발전기 시스템을 구축하는데 있어서, 탄성력을 가지는 기판의 전/후면에 압전층을 구비시키고, 압전층 상부에 직접 회로부가 형성될 수 있도록 함으로써, 외부의 진동과 충격을 압전체 효과적으로 전달하면서도 과도한 충격으로 인해 압전체가 파손되는 것을 방지하고 외부회로와 압전체와의 전기적인 접속이 유지될 수 있는 구조를 가진 압전 발전기용 유니트를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 발전기용 유니트는 면에 가해지는 압력 또는 진동에 의해 휘어지는 특성 및 그 휨에 대한 복원력을 가지는 기판과, 상기 기판의 제 1 면 상부에 직사각형 형태로 구비되는 제 1 압전층과, 상기 제 1 압전층의 일측 상부에 구비되는 회로부와, 상기 회로부를 포함하는 상기 제 1 압전층 2개를 한 세트로 배열시키되, 상기 각 회로부가 서로 반대방향으로 향하도록 직사각형의 단부 끼리 마주보게 배열된 제 1 압전부 및 상기 제 1 면의 반대면이 되는 상기 기판의 제 2 면에 구비되며, 상기 제 1 압전부의 상기 각 회로부 영역을 제외한 나머지 영역과 오버랩되는 직사각형 형태로 구비되는 제 2 압전층을 포함한다.
여기서, 상기 기판은 금속 또는 플라스틱 재질로 구비된 것을 사용되는 것을 특징으로 하고, 상기 제 1 압전층 또는 상기 제 2 압전층은 Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3＋실리콘 폴리머 및 Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머 중의 적어도 어느 하나 이상으로 구성되는 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압전 발전기용 유니트는 면에 가해지는 압력 또는 진동에 의해 휘어지는 특성 및 그 휨에 대한 복원력을 가지는 기판과, 상기 기판의 제 1 면 상부에 직사각형 형태로 구비되는 제 1 압전층과, 상기 제 1 압전층의 길이 방향에 대한 양측 상부에 구비되는 회로부 및 상기 제 1 면의 반대면이 되는 상기 기판의 제 2 면에 구비되며, 상기 제 1 압전층의 상기 회로부 영역을 제외한 나머지 영역과 오버랩되는 직사각형 형태로 구비되는 제 2 압전층을 포함한다.
아울러, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 발전기용 유니트는 면에 가해지는 압력 또는 진동에 의해 휘어지는 특성 및 그 휨에 대한 복원력을 가지는 기판과, 상기 기판의 제 1 면 상부에 직사각형 형태로 구비되는 제 1 압전층과, 상기 제 1 압전층의 일측 상부에 구비되는 회로부 및 상기 제 1 면의 반대면이 되는 상기 기판의 제 2 면에 구비되며, 상기 제 1 압전층의 상기 회로부 영역을 제외한 나머지 영역과 오버랩되는 직사각형 형태로 구비되는 제 2 압전층을 포함한다.
아울러, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 압전 발전기용 유니트는 면에 가해지는 압력 또는 진동에 의해 휘어지는 특성 및 그 휨에 대한 복원력을 가지는 기판과, 상기 기판의 제 1 면에 제 1 면적을 가지며 단수 또는 복수개 형성되어 있는 제 1 압전층과, 상기 제 1 면의 반대면이 되는 상기 기판의 제 2 면에 상기 제 1 면적보다 좁은 제 2 면적을 가지도록 형성되며, 상기 제 1 압전층과 일부 또는 전부영역이 오버랩되도록 형성되는 제 2 압전층 및 상기 제 2 압전층이 형성된 영역과 오버랩되지 않는 상기 제 1 압전층 상부에 일부 또는 전부영역이 오버랩되도록 형성되는 회로부를 포함한다.
아울러, 본 발명의 압전 발전기 시스템은 면에 가해지는 압력 또는 진동에 의해 휘어지는 특성 및 그 휨에 대한 복원력을 가지는 기판과, 상기 기판의 제 1 면에 제 1 면적을 가지며 단수 또는 복수개 형성되어 있는 제 1 압전층과, 상기 제 1 면의 반대면이 되는 상기 기판의 제 2 면에 상기 제 1 면적보다 좁은 제 2 면적을 가지도록 형성되며, 상기 제 1 압전층과 일부 또는 전부영역이 오버랩되도록 형성되는 제 2 압전층 및 상기 제 2 압전층이 형성된 영역과 오버랩되지 않는 상기 제 1 압전층 상부에 일부 또는 전부영역이 오버랩되도록 형성되는 회로부를 포함하는 압전 발전기용 유니트를 하나의 단위 유니트로 하고, 상기 기판에 적어도 두 개 이상의 단위 유니트가 서로 이격된 형태로 배열되어 구비되며, 상기 각 단위 유니트에 구비되는 회로부들이 서로 연결되어 전압을 축적할 수 있도록 구비된다.
여기서, 상기 단위 유니트의 양 단부와 인접한 상기 기판 영역이 운동부이고, 상기 단위 유니트의 중심 부분과 인접한 상기 기판 영역이 고정부인 것을 특징으로 하고, 상기 기판의 상부에 구비되며, 이동 하중에 따라 상기 운동부에 압력을 전달하는 압력핀을 포함하는 상판 및 상기 기판의 하부에 구비되며, 상기 기판의 고정부를 받쳐주는 지지핀을 포함하는 하판을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 단위 유니트를 포함하는 상기 기판은 수직 구조로 2장이상 적층되어 구비되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 발전기용 유니트는 면에 가해지는 압력 또는 진동에 의해 휘어지는 특성 및 그 휨에 대한 복원력을 가지는 바(Bar)형 기판과, 상기 바(Bar)형 기판의 제 1 면에 단수 또는 복수개로 형성되는 압전층과, 상기 압전층과 인접한 부분의 상기 바(Bar)형 기판 폭을 감소시키는 형태로 구비되어 상기 각 압전층의 진동이 원활하게 수행되도록 하는 목부(neck)와, 상기 제 1 면의 반대면이 되는 상기 바(Bar)형 기판의 제 2 면에 형성되며, 상기 압전층과 오버랩되지 않는 영역에 구비되는 회로부 및 상기 회로부를 상기 압전층을 연결하는 전극을 포함한다.
여기서, 상기 압전층은 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 목부(neck)는 상기 압전층을 기준으로 할 때 대칭이 되도록 상기 바(Bar)형 기판의 양측벽에 쌍으로 형성되며, 상기 압전층 1개에 대하여 1 ~ 3 쌍이 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명은 상기 압전 발전기용 유니트를 하나의 단위 유니트로 할 때, 상기 단위 유니트가 수직 구조로 2장 이상 적층되어 구비되는 압전 발전기 시스템을 포함한다.
본 발명은 상기 실시예를 통하여 설명한 바와 같이 압전 발전기용 유니트의 구조를 개선하여, 외부의 진동과 충격을 압전체에 효과적으로 전달하면서도 과도한 충격이 압전체에 전달되어 압전체가 파손되는 것을 방지하고, 동시에 회로부의 전기적인 접속이 유지되도록 함으로써, 압전 발전기 시스템의 내구성을 향상시킬 수 있고, 발전효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
아울러, 본 발명에 따른 압전 발전기 시스템은 내부 구조가 비교적 간단하여 제조가 용이하고, 상황에 맞게 크기를 자유로이 조절할 수 있으므로 그 적용 범위가 넓다. 또한, 박스 형태로 간단하게 매립할 수 있으므로 도로용 발전기 등으로 활용가능하며, 설치 비용을 절감시킬 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 압전 발전기용 유니트는 면에 가해지는 압력 또는 진동에 의해 휘어지는 특성 및 그 휨에 대한 복원력을 가지는 기판과, 기판의 제 1 면에 제 1 면적을 가지며 단수 또는 복수개 형성되어 있는 제 1 압전층과, 제 1 면의 반대면이 되는 기판의 제 2 면에 제 1 면적보다 좁은 제 2 면적을 가지도록 형성되며, 제 1 압전층과 일부 또는 전부영역이 오버랩되도록 형성되는 제 2 압전층 및 제 2 압전층이 형성된 영역과 오버랩되지 않는 제 1 압전층 상부에 일부 또는 전부영역이 오버랩되도록 형성되는 회로부를 포함한다.
이하에서는 본 발명에 따른 압전 발전기용 유니트 및 이를 포함하는 발전기 시스템에 대한 도면 및 실시예를 들어 상세히 설명하는 것으로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 발전기용 유니트를 도시한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 먼저 면에 가해지는 압력 또는 진동에 의해 휘어지는 특성 및 그 휨에 대한 복원력을 가지는 기판이 구비된다. 이때, 기판은 금속 또는 플라스틱 재질로 구비된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 여기서는 압전층들의 위치 관계를 설명하기 위하여 기판의 도시를 생략하였으며, 도면의 바탕면이 기판이 될 수 있다. 이에 대한 구체적인 사항은 하기 도 2에서 확인할 수 있다.
다음으로, 기판의 제 1 면 상부에 직사각형 형태로 구비되는 제 1 압전 층(100, 120)이 구비된다. 이때, 본 발명에 따른 제 1 실시예는 제 1 압전층(100, 120) 두 개가 한 세트로 구비되는 경우를 나타낸다.
그 다음으로, 두 개의 제 1 압전층(100, 120) 일측 상부에 각각 회로부(140, 150)가 구비되고, 회로부(140, 150)를 서로 반대방향으로 향하도록 배열된다.
그 다음에는, 제 1 면의 반대면이 되는 기판의 제 2 면에 제 2 압전층(130)이 구비된다. 이때, 제 2 압전층(130)은 제 1 압전층(100, 120)에서 각 회로부(140, 150) 영역을 제외한 나머지 영역과 오버랩되는 직사각형 형태로 구비되도록 한다. 이때, 각 압전층의 크기 또는 서로 오버랩되는 정도는 각 압전 시스템의 스케일에 따라서 다르게 적용될 수 있으므로 본 발명의 권리보호 범위는 이에 한정되지 않는다.
여기서, 제 1 압전층(100, 120) 또는 제 2 압전층(130)은 Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3＋실리콘 폴리머 및 Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머 중의 적어도 어느 하나 이상으로 구성되는 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성되는 압전 발전기용 유니트를 발전시키기 위해서는 제 1 압전층(100, 120) 또는 제 2 압전층(130)에 압력을 가하여야 한다. 이때, 휘어짐 특성을 극대화 시킬 수 있는 것은 회로부(140, 150)가 형성된 제 1 압전층(100, 120)의 양 에지부를 눌러주는 것이다. 아울러, 제 2 압전층(130)의 중심 영역은 고정을 시킴으로써, 제 1 압전층(100, 120) 및 제 2 압전층(130)의 휘어짐 특성이 더 나타 날 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 형성된 제 1 압전 발전기용 유니트를 이용하면 다음과 같은 제 1 압전 발전기 시스템을 제조 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 발전기 시스템을 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 기판(160)을 사이에 두고 양면(전/후면)에 각각 제 1 압전층(100, 120) 및 제 2 압전층(130)을 형성한다.
다음에는, 제 1 압전층(100, 120) 상부에 회로부(140, 150)를 형성하여 압전 발전기용 유니트를 완성한다.
그 다음에는, 상기 압전 발전기용 유니트를 매트릭스 형태로 배열하고, 각 유니트의 회로부들을 각각 연결하여 발전된 전기를 축적시킬 수 있도록 한다. 이때, 압전 발전기용 유니트의 중심부와 인접한 기판에는 고정부(180)를 형성하며, 유니트의 양 에지부와 인접한 기판에는 운동부(170)를 형성한다. 고정부(180)는 기판의 하부에서 지지될 수 있도록 하며, 운동부(170)는 압력핀에 의해 기판이 휘어질 수 있는 구조로 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 형성된 압전 발전기 시스템은 일 영역에 가해지는 압력에 따라 복수개의 압전 발전기용 유니트들이 작용하는 구조로 구비되므로 발전 효과가 상승될 수 있다. 아울러, 유니트들이 기판에 균일하게 분포되므로 기판을 가로지르는 이동하중에도 효과적으로 대응할 수 있게 된다. 또한, 압전층들이 개별적으로 관리되는 것이 아니라 기판에 의해 통합적으로 관리되므로 과도한 충격에 의해 압전층들이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압전 발전기용 유니트를 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압전 발전기 시스템을 도시한 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 기판(260)의 제 1 면 상부에 직사각형 형태로 제 1 압전층(200)을 구비시키고, 제 1 압전층(200)의 길이 방향에 대한 양측 상부에 회로부(240, 250)를 구비시킨다.
다음에는, 제 1 면의 반대면이 되는 기판(260)의 제 2 면에 제 1 압전층(200) 중에서 회로부(240, 250) 영역을 제외한 나머지 영역과 오버랩되는 직사각형 형태로 구비되는 제 2 압전층(230)을 형성하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 압전 발전기용 유니트를 완성한다.
그 다음에는, 제 2 압전 발전기용 유니트들을 매트릭스 형태로 배열시킨 후 회로부(240, 250)와 인접한 영역의 기판(260) 상부에 운동부(270)를 설치하고, 각 유니트의 중심 부분과 인접한 영역의 기판(260) 하부에 고정부(280)를 설치하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 압전 발전기 시스템을 완성한다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 발전기용 유니트를 도시한 평면도이고, 도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 발전기 시스템을 도시한 평면 도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 기판(360)의 제 1 면 상부에 직사각형 형태로 제 1 압전층(300)을 구비시키고, 제 1 압전층(300)의 길이 방향에 대한 일측 상부에 회로부(340)를 구비시킨다.
다음에는, 제 1 면의 반대면이 되는 기판(360)의 제 2 면에 제 1 압전층(300) 중에서 회로부(340) 영역을 제외한 나머지 영역과 오버랩되는 직사각형 형태로 구비되는 제 2 압전층(330)을 형성하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 제 3 압전 발전기용 유니트를 완성한다.
그 다음에는, 제 3 압전 발전기용 유니트들을 매트릭스 형태로 배열시킨 후 회로부(340)와 인접한 영역의 기판(360) 상부에 운동부(370)를 설치하고, 각 유니트의 중심 부분과 인접한 영역의 기판(360) 하부에 고정부(380)를 설치하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 제 3 압전 발전기 시스템을 완성한다.
도 7은 본 발명에 따른 압전 발전기 시스템을 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 상술한 제 1 내지 제 3 압전 발전기 시스템 중 선택되는 어느 하나 이상을 나타내는 각 기판들이 4층의 적층구조(460a, 460b, 460c, 460d)로 구비되며, 최상층 기판(460a)의 상부에 이동 하중에 따라 상술한 운동부에 압력을 전달하는 압력핀(470)을 포함하는 상판(490)을 구비시킨다.
다음에는, 최하층 기판(460d)의 하부에 기판의 고정부를 받쳐주는 지지핀(480)을 포함하는 하판(495)을 구비시킨다. 이때, 상판(490) 및 하판(495)은 각 기판들을 보호하는 역할을 한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 압전발전기용 유니트를 도시한 평면도 및 배면도이다.
도 8a는 압전 발전기용 유니트를 상부에서 바라본 형태를 도시한 것으로, 면에 가해지는 압력 또는 진동에 의해 휘어지는 특성 및 그 휨에 대한 복원력을 가지는 바(Bar)형 기판(560)이 구비된다.
다음에는, 바(Bar)형 기판(560)의 전면 상부에 원형의 압전층(530)이 형성된다. 이때, 압전층(530)은 반드시 원형에 한정되는 것은 아니며, 단수 또는 복수개로 형성될 수 있다.
여기서, 압전층(530)과 인접한 부분의 바(Bar)형 기판(560) 폭을 감소시키는 형태로 구비되어 각 압전층(530)의 진동이 원활하게 수행되도록 하는 목부(neck)가 구비된다. 목부(neck)는 압전층(530)의 평면 모양을 기준으로 할 때 양측에서 대칭이 되도록 바(Bar)형 기판(560)의 일부면이 제거된 형태로 형성되며, 압전층(530) 1개에 대하여 1 ~ 3 쌍이 형성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 8b를 참조하면, 압전층(530)이 형성된 면의 반대면이되는 바(Bar)형 기판(560)의 후면에 압전층(530)과 오버랩되지 않는 영역에 회로부(540)가 구비된다.
그 다음에는, 압전층(530)과 회로부(540)를 연결하는 전극(535)이 구비된다. 이때, 전극(535)은 바(Bar)형 기판(560)을 가로지르는 형태로 구비되었으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기와 같이 구비되는 압전 발전기용 유니트는 압전층(530) 사이의 영역에 고정부(580)가 구비되어 압전층(530) 부분에만 집중적으로 진동이 가해질 수 있는 구조가 된다. 아울러, 회로부(540)는 압전층(530)의 진동에 의해 손상되는 것을 방지하기 위하여 압전층(530)과 오버랩되지 않는 영역에 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 압전 발전기용 유니트는 상술한 실시예들과 마찬가지로 수직 구조로 2장 이상 적층시켜 압전 발전기 시스템을 구축할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 압전 발전기 시스템을 도시한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 상기 도 8a 및 8b와 같은 형태의 제 1 내지 제 4 압전 발전기용 유니트(560a, 560b, 560c, 560d)를 수직 구조로 배열시키고, 고정부(580)를 서로 연결하여 진동에 의해 각 제 1 내지 제 4 압전층(530a, 530b, 530c, 530d)들이 동일하게 진동될 수 있도록 한다. 이때, 상부에서 가해지는 압력을 최종 제 4 압전층(530d)까지 효과적으로 전달될 수 있도록 각 압전층 사이 사이에 압력핀(570)을 더 구비시킬 수 있다.
다음으로, 제 1 내지 제 4 압전층(530a, 530b, 530c, 530d)을 통하여 발생되는 전력을 제 1 내지 제 4 회로부(540a, 540b, 540c, 540d)에서 모아서 각종 전기 장치에 전원을 공급할 수 있도록 한다.
이와 같이 적층된 압전 발전기 시스템을 구현함으로써, 압전 효율을 극대화 시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 압전 발전기용 유니트 및 압전 발전기 시스템은 외부의 진동과 충격을 압전층에 효과적으로 전달하면서도 동시에 회로부의 전기적인 접속이 안정적으로 유지되도록 함으로써, 압전 발전기 시스템의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판의 면적이나 적층에 따라서 발전효율을 자유롭게 향상시킬 수 있고, 그 구조가 비교적 간단하므로 다양한 크기로 제작되어 다양한 분야에 활용될 수 있다. 그 일례로 이동 하중을 이용하는 도로용 발전기에 이용할 수 있으며, 이를 이용하여 도로에 사용되는 신호등, 안전등 및 센서 등의 전력을 공급하는 시스템을 구축할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 발전기용 유니트를 도시한 평면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전 발전기 시스템을 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압전 발전기용 유니트를 도시한 평면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압전 발전기 시스템을 도시한 평면도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 발전기용 유니트를 도시한 평면도.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전 발전기 시스템을 도시한 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 압전 발전기 시스템을 도시한 단면도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 압전발전기용 유니트를 도시한 평면도 및 배면도.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 압전 발전기 시스템을 도시한 단면도.

Claims (14)

  1. 면에 가해지는 압력 또는 진동에 의해 휘어지는 특성 및 그 휨에 대한 복원력을 가지는 기판;
    상기 기판의 제 1 면 상부에 직사각형 형태로 구비되는 제 1 압전층;
    상기 제 1 압전층의 일측 상부에 구비되는 회로부;
    상기 회로부를 포함하는 상기 제 1 압전층 2개를 한 세트로 배열시키되, 상기 각 회로부가 서로 반대방향으로 향하도록 직사각형의 단부 끼리 마주보게 배열된 제 1 압전부; 및
    상기 제 1 면의 반대면이 되는 상기 기판의 제 2 면에 구비되며, 상기 제 1 압전부의 상기 각 회로부 영역을 제외한 나머지 영역과 오버랩되는 직사각형 형태로 구비되는 제 2 압전층을 포함하는 압전 발전기용 유니트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 금속 또는 플라스틱 재질로 구비된 것을 사용되는 것을 특징으로 하는 압전 발전기용 유니트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 압전층 또는 상기 제 2 압전층은 Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3＋실리콘 폴리머 및 Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머 중의 적어도 어느 하나 이상으로 구성되는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 발전기용 유니트.
  4. 면에 가해지는 압력 또는 진동에 의해 휘어지는 특성 및 그 휨에 대한 복원력을 가지는 기판;
    상기 기판의 제 1 면 상부에 직사각형 형태로 구비되는 제 1 압전층;
    상기 제 1 압전층의 길이 방향에 대한 양측 상부에 구비되는 회로부; 및
    상기 제 1 면의 반대면이 되는 상기 기판의 제 2 면에 구비되며, 상기 제 1 압전층의 상기 회로부 영역을 제외한 나머지 영역과 오버랩되는 직사각형 형태로 구비되는 제 2 압전층을 포함하는 압전 발전기용 유니트.
  5. 면에 가해지는 압력 또는 진동에 의해 휘어지는 특성 및 그 휨에 대한 복원력을 가지는 기판;
    상기 기판의 제 1 면 상부에 직사각형 형태로 구비되는 제 1 압전층;
    상기 제 1 압전층의 일측 상부에 구비되는 회로부; 및
    상기 제 1 면의 반대면이 되는 상기 기판의 제 2 면에 구비되며, 상기 제 1 압전층의 상기 회로부 영역을 제외한 나머지 영역과 오버랩되는 직사각형 형태로 구비되는 제 2 압전층을 포함하는 압전 발전기용 유니트.
  6. 면에 가해지는 압력 또는 진동에 의해 휘어지는 특성 및 그 휨에 대한 복원력을 가지는 기판;
    상기 기판의 제 1 면에 제 1 면적을 가지며 단수 또는 복수개 형성되어 있는 제 1 압전층;
    상기 제 1 면의 반대면이 되는 상기 기판의 제 2 면에 상기 제 1 면적보다 좁은 제 2 면적을 가지도록 형성되며, 상기 제 1 압전층과 일부 또는 전부영역이 오버랩되도록 형성되는 제 2 압전층; 및
    상기 제 2 압전층이 형성된 영역과 오버랩되지 않는 상기 제 1 압전층 상부에 일부 또는 전부영역이 오버랩되도록 형성되는 회로부를 포함하는 압전 발전기용 유니트.
  7. 면에 가해지는 압력 또는 진동에 의해 휘어지는 특성 및 그 휨에 대한 복원력을 가지는 기판과, 상기 기판의 제 1 면에 제 1 면적을 가지며 단수 또는 복수개 형성되어 있는 제 1 압전층과, 상기 제 1 면의 반대면이 되는 상기 기판의 제 2 면 에 상기 제 1 면적보다 좁은 제 2 면적을 가지도록 형성되며, 상기 제 1 압전층과 일부 또는 전부영역이 오버랩되도록 형성되는 제 2 압전층 및 상기 제 2 압전층이 형성된 영역과 오버랩되지 않는 상기 제 1 압전층 상부에 일부 또는 전부영역이 오버랩되도록 형성되는 회로부를 포함하는 압전 발전기용 유니트를 하나의 단위 유니트로 하고,
    상기 기판에 적어도 두 개 이상의 단위 유니트가 서로 이격된 형태로 배열되어 구비되며, 상기 각 단위 유니트에 구비되는 회로부들이 서로 연결되어 전압을 축적할 수 있도록 구비되는 압전 발전기 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 단위 유니트의 양 단부와 인접한 상기 기판 영역이 운동부이고, 상기 단위 유니트의 중심 부분과 인접한 상기 기판 영역이 고정부인 것을 특징으로 하는 압전 발전기 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판의 상부에 구비되며, 이동 하중에 따라 상기 운동부에 압력을 전달하는 압력핀을 포함하는 상판; 및
    상기 기판의 하부에 구비되며, 상기 기판의 고정부를 받쳐주는 지지핀을 포 함하는 하판을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 발전기 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 단위 유니트를 포함하는 상기 기판은 수직 구조로 2장이상 적층되어 구비되는 것을 특징으로 하는 압전 발전기 시스템.
  11. 면에 가해지는 압력 또는 진동에 의해 휘어지는 특성 및 그 휨에 대한 복원력을 가지는 바(Bar)형 기판;
    상기 바(Bar)형 기판의 제 1 면에 단수 또는 복수개로 형성되는 압전층;
    상기 압전층과 인접한 부분의 상기 바(Bar)형 기판 폭을 감소시키는 형태로 구비되어 상기 각 압전층의 진동이 원활하게 수행되도록 하는 목부(neck);
    상기 제 1 면의 반대면이 되는 상기 바(Bar)형 기판의 제 2 면에 형성되며, 상기 압전층과 오버랩되지 않는 영역에 구비되는 회로부; 및
    상기 회로부를 상기 압전층을 연결하는 전극을 포함하는 압전 발전기용 유니트.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 압전층은 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 발전기용 유니트.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 목부(neck)는 상기 압전층을 기준으로 할 때 대칭이 되도록 상기 바(Bar)형 기판의 양측벽에 쌍으로 형성되며, 상기 압전층 1개에 대하여 1 ~ 3 쌍이 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 발전기용 유니트.
  14. 제 11 항의 압전 발전기용 유니트를 하나의 단위 유니트로 할 때, 상기 단위 유니트가 수직 구조로 2장 이상 적층되어 구비되는 것을 특징으로 하는 압전 발전기 시스템.
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