KR101020533B1 - Piezoelectric power generator using multi mode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 압전 발전기에 관한 것으로서, 상세하게는, 다중 모드를 이용한 압전 발전기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 인간의 보행으로 인해 버려지는 에너지를 회수하여 발전량을 향상시킬 수 있는 다중 모드를 이용한 압전 발전기에 관한 것이다. The present invention relates to a piezoelectric generator, and more particularly, to a piezoelectric generator using multiple modes. More specifically, the present invention relates to a piezoelectric generator using a multi-mode that can recover the energy discarded due to human walking and improve the amount of power generated.
정보통신 기술의 발달에 힘입어 이동통신기기 또는 휴대용 단말기 등이 널리 사용되고 있다. 이와 같은 기기들은 대부분 건전지나 충전지로부터 전원을 공급받도록 구성된다. 이때, 전원공급수단으로 충전지를 사용하는 경우에는 충전지를 충전하기 위한 전력이 요구되는데, 전력선이 가까이 있다면 충전지를 충전하는데 어려움이 없으나 산속이나 오지와 같은 장소에서는 충전지를 충전할 수 없는 문제점이 있다. Thanks to the development of information and communication technology, mobile communication devices or portable terminals are widely used. Most of these devices are configured to draw power from batteries or rechargeable batteries. In this case, when using the rechargeable battery as a power supply means is required to charge the rechargeable battery, there is no difficulty in charging the rechargeable battery if the power line is close, but there is a problem that can not charge the rechargeable battery in places such as mountains or remote areas.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 별도의 전력선 없이도 충전지를 충전할 수 있는 발전기가 다양한 구조로 제안되고 있다. 별도의 전력을 사용하지 아니하고 전기를 발생시키는 대표적인 방법으로는 압전체를 이용하는 방법과 자석 및 코일을 이용하는 방법이 있다. 자석 및 코일을 이용하는 방법은 자석 또는 코일을 회전시키는데 외적인 힘, 즉 외력이 많이 요구되기 때문에 최근 들어서는 비교적 외력이 적게 요구되는 압전체를 이용하여 전기를 발생시키는 발전기 개발이 점차 활성화되고 있다. In order to solve this problem, a generator capable of charging a rechargeable battery without a separate power line has been proposed in various structures. Representative methods of generating electricity without using a separate power include a method using a piezoelectric body and a method using a magnet and a coil. Since a method using a magnet and a coil requires an external force, i.e., an external force, to rotate the magnet or the coil, in recent years, the development of a generator that generates electricity using a piezoelectric material, which requires relatively little external force, is gradually being activated.
일반적으로 외부에서 압전체에 특정 방향으로 힘을 가하면 내부에서 발생하는 응력에 대응하여 압전체의 제1 전극에는 정(+)전하, 압전체의 제2 전극에는 부(-)전하가 유기되어 제1 및 제2 전극 간에 전압이 발생되는데, 이러한 현상을 압전 정효과라 한다. 이와 반대로, 압전체에 외부로부터 전압을 걸어주면 압전체는 기계적 왜곡현상을 일으키게 되는데, 이러한 현상을 압전 역효과라 한다. 즉, 압전체는 기계적인 힘(응력)을 전기적인 신호(전압)로, 또는 전기적 신호를 기계적인 힘으로 변환시키는 것으로 이와 같은 성질을 갖는 물질로는 현재 세라믹을 재료로 하는 압전 세라믹(piezoelectric ceramics)이 가장 많이 사용되고 있다. 이와 같은 압전 세라믹을 이용하여 전기를 발생시키는 발전기가 다양한 구조로 개발되고 있다. In general, when a force is applied to a piezoelectric body in a specific direction from the outside, positive (+) charges are induced on the first electrode of the piezoelectric body and negative (-) charges are induced on the second electrode of the piezoelectric body in response to the stress generated inside. Voltage is generated between the two electrodes, which is called the piezoelectric effect. On the contrary, when a voltage is applied to the piezoelectric body from the outside, the piezoelectric body causes mechanical distortion, which is called a piezoelectric adverse effect. In other words, the piezoelectric material converts a mechanical force (stress) into an electrical signal (voltage) or a mechanical signal into a mechanical force. As a material having such a property, piezoelectric ceramics using ceramics as a material This is the most used. Generators that generate electricity using such piezoelectric ceramics have been developed in various structures.
압전체는 극성물질로서 분극방향과, 압전체 양면에 형성된 전극방향, 그리고 압전체가 변형되는 방향과 같이 3가지 독립된 방향에 따라 기본 진동모드가 존재한다. 압전 발전기에서 사용되는 압전체의 기본 진동모드는 3가지로 '31 모드', '33 모드', '15 모드'가 있다. 여기서, 앞 숫자는 전기적 방향, 뒤 숫자는 기계적 변위 방향을 나타낸다. The piezoelectric material has a basic vibration mode in three independent directions, such as a polarization direction, an electrode direction formed on both surfaces of the piezoelectric body, and a direction in which the piezoelectric material is deformed. There are three basic vibration modes of piezoelectric materials used in piezoelectric generators: '31 mode ', '33 mode' and '15 mode '. Here, the front number represents the electrical direction and the back number represents the mechanical displacement direction.
도 1은 '31 모드'를 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 도 2는 '33 모드'를 설명하기 위하여 도시한 도면이며, 도 3은 '15 모드'를 설명하기 위하여 도시한 도면이다. FIG. 1 is a diagram for describing the '31 mode ', FIG. 2 is a diagram for explaining the '33 mode', and FIG. 3 is a diagram for explaining the '15 mode '.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 압전체의 전극이 상부와 하부에 배치되어 있다고 가정할 때, '31 모드'에서는 전계방향과 변위방향이 수직방향으로 형성된다. '33 모드'에서는 전계방향과 변위방향이 동일하게 수평방향으로 형성된다. '15 모드'에서는 전계방향과 수직이나 분극방향이 변위방향과 평행한 전단변위(미끄럼)를 일으킨다. 1 to 3, assuming that the electrodes of the piezoelectric body are disposed above and below, in the '31 mode ', the electric field direction and the displacement direction are formed in the vertical direction. In the '33 mode ', the electric field direction and the displacement direction are formed in the same horizontal direction. In '15 mode ', the shear direction (sliding) is perpendicular to the electric field direction but the polarization direction is parallel to the displacement direction.
도 4는 종래기술에 따른 압전 발전기를 설명하기 위하여 일례로 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating an example of a piezoelectric generator according to the prior art.
도 4를 참조하면, 종래기술에 따른 압전 발전기는 발판(10), 하판(12), 압전체(14), 탄성부재(16)를 구비한다. 이러한 압전 발전기는 전술한 3가지 기본 진동모드 중 주로 '31 모드' 또는 '33 모드'만을 사용한다. 즉, 도 4에서 도시된 바와 같이 누르는 힘만을 발판(10)을 통해 압전체(14)에 전달하여 발전을 하는 구조로 되어 있다. Referring to FIG. 4, the piezoelectric generator according to the related art includes a
그러나, 종래기술에 따른 압전 발전기는 '31 모드' 또는 '33 모드'와 같이 하나의 진동모드만을 사용하여 발전하기 때문에 발전량을 향상시키는데 한계가 있다. However, since the piezoelectric generator according to the prior art generates power using only one vibration mode such as '31 mode 'or '33 mode', there is a limit to improving the amount of power generation.
따라서, 본 발명은 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 다음과 같은 목적들이 있다. Therefore, the present invention has been proposed to solve the problems according to the prior art, and has the following objects.
먼저, 본 발명은 다중 모드를 이용한 압전 발전기를 제공하는데 그 목적이 있다. First, an object of the present invention is to provide a piezoelectric generator using multiple modes.
또한, 본 발명은 발전량을 향상시킬 수 있는 압전 발전기를 제공하는데 다른 목적이 있다. In addition, the present invention has another object to provide a piezoelectric generator that can improve the amount of power generated.
또한, 본 발명은 인간의 보행으로 인해 버려지는 에너지를 회수하여 2가지 기본 진동모드를 구현하고, 이를 통해 발전량을 향상시킬 수 있는 압전 발전기를 제공하는데 또 다른 목적이 있다. In addition, the present invention is another object to provide a piezoelectric generator that can recover the energy discarded due to human walking to implement two basic vibration modes, thereby improving the amount of power generated.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 발판과, 상판과, 하판과, 상기 상판과 상기 하판 사이에 접착된 압전체와, 상기 발판과 상기 상판을 연결하는 제1 탄성부재와, 상기 하판의 외벽과 상기 상판의 외측부를 연결하는 제2 탄성부재를 구비하는 압전 발전기를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a scaffold, a top plate, a bottom plate, a piezoelectric material bonded between the top plate and the bottom plate, a first elastic member connecting the foot plate and the top plate, and It provides a piezoelectric generator having a second elastic member connecting the outer wall of the lower plate and the outer portion of the upper plate.
또한, 본 발명은 상기 발판의 외측부에 설치되고, 상부로부터 하방으로 상기 발판에 압력이 가해져 상기 제1 탄성부재가 압축될 때 상기 발판을 상기 상판에 고정시키기 위한 고정부재를 더 구비할 수 있다. In addition, the present invention may be provided on the outer side of the scaffold, when the pressure is applied to the scaffold from the top downward may further comprise a fixing member for fixing the scaffold to the top plate when the first elastic member is compressed.
상기 압전체는 31 모드로 발전한 후 15 모드로 발전할 수 있다. The piezoelectric body may generate power in 15 modes after power generation in 31 modes.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은 발판과, 상판과, 하판과, 상기 상판과 상기 하판 사이에 접착된 압전체와, 상기 발판과 상기 상판을 연결하는 제1 탄성부재와, 상기 하판의 외벽과 상기 상판의 외측부를 연결하는 제2 탄성부재와, 상기 발판의 양측부에 설치된 축에 일측이 고정되어 상기 축으로 진자운동하는 충격부재와, 상기 상판의 상부면에 설치되어 상기 제1 탄성부재에 의해 압착되는 압착부재와, 상기 압착부재와 상기 충격부재 사이에 연결되어 상기 압착부재 압착시 상기 충격부재가 상기 압전체에 충격을 가하도록 상기 충격부재를 끌어당기는 제3 탄성부재를 구비하는 압전 발전기를 제공할 수 있다. In addition, the present invention according to another aspect for achieving the above object is a foot plate, the upper plate, the lower plate, the piezoelectric bonded between the upper plate and the lower plate, and the first elastic member for connecting the foot plate and the upper plate and A second elastic member connecting the outer wall of the lower plate and the outer part of the upper plate, an impact member fixed to one side of the shaft provided on both sides of the scaffold and pendulum-moving to the shaft, and installed on an upper surface of the upper plate. A third elastic member that is compressed by the first elastic member, and a third elastic member connected between the crimping member and the impact member to attract the impact member so that the impact member impacts the piezoelectric body when the crimping member is crimped; It can provide a piezoelectric generator having a.
또한, 본 발명은 상기 발판의 외측부에 설치되고, 상부로부터 하방으로 상기 발판에 압력이 가해져 상기 제1 탄성부재가 압축될 때 상기 발판을 상기 상판에 고정시키기 위한 고정부재를 더 구비할 수 있다. In addition, the present invention may be provided on the outer side of the scaffold, when the pressure is applied to the scaffold from the top downward may further comprise a fixing member for fixing the scaffold to the top plate when the first elastic member is compressed.
상기 충격부재는 상기 축과 고정된 손잡이부와, 상기 손잡이부의 종단에 설치되어 상기 압전체에 충격을 가하는 헤드부를 구비할 수 있다. The impact member may include a handle portion fixed to the shaft, and a head portion installed at an end of the handle portion to impact the piezoelectric body.
상기 제3 탄성부재는 상기 손잡이부에 연결될 수 있다. The third elastic member may be connected to the handle portion.
상기 압착부재는 얇은 금속판일 수 있다. The pressing member may be a thin metal plate.
상기 발판과 상기 상판은 상기 충격부재가 진자운동하는 경로에 공간이 마련될 수 있다. The scaffold and the top plate may be provided with a space in the path that the impact member pendulum movement.
상기 발판과 상기 상판은 'H'자 형상을 가질 수 있다. The scaffold and the top plate may have an 'H' shape.
상기 발판의 양측부에 설치되어 상기 충격부재를 고정시키는 고정부재를 더 구비할 수 있다. It may be further provided with a fixing member which is installed on both sides of the scaffold to fix the impact member.
상기 고정부재는 자석일 수 있다. The fixing member may be a magnet.
상기 상판의 상부에는 상기 제1 탄성부재가 수납될 수 있는 수납부가 마련될 수 있다. An upper portion of the upper plate may be provided with an accommodating portion for accommodating the first elastic member.
상기 압전체는 33 모드로 발전한 후 15 모드로 발전할 수 있다. The piezoelectric body may generate power in 15 modes after power generation in 33 modes.
본 발명에 의하면, 압전 발전기의 구조를 변경하여 2가지의 진동모드, 예를 들어 '31 모드'와 '15 모드', 또는 '33 모드'와 '15 모드'를 함께 구현함으로써 종래기술에 따른 압전 발전기에서와 같이 기본 진동모드에서보다 발전량을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, by changing the structure of the piezoelectric generator to implement two vibration modes, for example '31 mode 'and '15 mode', or '33 mode 'and '15 mode' together piezoelectric according to the prior art As with the generator, it is possible to improve the power generation in the basic vibration mode.
본 발명은 인간의 보행상태를 고려하여 보도 블럭 등에 적용하고자 하며 구체적인 내용은 다음과 같다. The present invention is intended to be applied to the sidewalk block, etc. in consideration of the human walking state and the details are as follows.
인간이 앞으로 나가기 위한 동작을 대략적으로 살펴보면 먼저 한 발을 내딛고 다시 내딛는 발을 자신쪽으로 당기면서 전진을 한다. 내딛는 것은 지면과 수직하게 아래 방향으로 힘을 인가하는 것과 같고 내딛는 발을 자신쪽으로 당기는 것은 지면과 수평하게 자신의 방향으로 힘을 인가하는 것과 같다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 동작을 적용하여 2가지의 진동모드를 적용한 압전 발전기를 제공하고자 한다. If we look at the movement to move forward, we first step forward and pull the step back toward you. To step forward is to apply force downward, perpendicular to the ground, and to pull the stepping foot toward yourself is to apply force in your direction, horizontal to the ground. Accordingly, the present invention is to provide a piezoelectric generator applying two vibration modes by applying this operation.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면부호(또는, 참조부호)로 표기된 부분은 동일 요소를 나타낸다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. In addition, the parts denoted by the same reference numerals (or reference numerals) throughout the specification represent the same elements.
실시예1Example 1
도 5는 본 발명의 실시예1에 따른 압전 발전기를 설명하기 위하여 도시한 정단면도이다. 5 is a front sectional view illustrating the piezoelectric generator according to the first embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예1에 따른 압전 발전기는 발판(110)과, 상판(116)과, 하판(112)과, 압전체(114)와, 제1 및 제2 탄성부재(118, 120)를 구비한다. Referring to FIG. 5, the piezoelectric generator according to the first exemplary embodiment of the present invention includes a
발판(110)은 외부의 압력, 즉 외력이 직접 가해지는 부재이다. 상판(116)은 발판(110)의 하부에 설치되며 제1 탄성부재(118)에 의해 발판(110)과 연결된다. 하판(112)은 상판(116)의 하부에 설치되며 압전체(114)에 의해 상판(116)과 연결된다. The
발판(110)은 상판(116)과 동일 형상(구조)로 이루어질 수 있다. 발판(110)의 양측부, 즉 양측 종단부에는 고정부재(110a)가 각각 적어도 하나씩 설치될 수 있 다. 고정부재(110a)는 발판(110)과 일체형으로 외벽 형태로 형성되거나, 혹은 체결부재를 통해 체결될 수도 있으며, 외부로부터 하방으로 발판(110)에 압력이 가해져 제1 탄성부재(118)가 압축될 때 상판(116)의 외측벽을 따라 하방으로 하강한 상태로 걸치게 된다. The
압전체(114)는 상판(116)과 하판(112) 사이에 배치된다. 바람직하게 압전체(114)는 상부면이 상판(116)의 하부면에 접착되고, 하부면이 하판(112)의 상부면에 접착된다. 압전체(114)는 외부의 기계적인 압력이 가해졌을 때 물질 내부에 분극이 유도되는 소자로서 가장 많이 사용되는 재료로는 PZT(piezoelectrics) 재료가 있다. The
하판(112)은 상판(116)과 발판(110)을 감싸도록 설치된 외벽(112a)을 구비한다. 외벽(112a)은 하판(112)과 일체형으로 형성되는 것이 바람직하나, 별도의 부재로 제작되어 하판(112)과 체결고정되어 일체화될 수 있다. 이러한 외벽(112a)은 제2 탄성부재(120)에 의해 상판(116)의 외측부와 각각 연결된다. 즉, 제2 탄성부재(120)의 일측은 외벽(112a)에 체결고정되고, 타측은 상판(116)의 외측부에 체결고정된다. The
제1 및 제2 탄성부재(118, 120)는 일정한 탄성력을 갖는 용수철로 이루어질 수 있다.The first and second
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예1에 따른 압전 발전기의 구동특성을 도시한 도면이다. 6 and 7 illustrate driving characteristics of the piezoelectric generator according to the first embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 먼저 화살표 방향(도면상에서 수직방향)과 같이 상부에서 하방으로 외력이 발판(110)에 가해지면 발판(110)은 수직방향으로 이동하여 제1 탄성부재(118)를 수직방향으로 가압한다. 제1 탄성부재(118)에 가해진 압력은 다시 상판(116)으로 전달되어 압전체(114)를 가압하게 된다. 이때, 압전체(114)의 분극방향과 수직방향으로 압전체(114)에 압력이 가해짐으로 압전체(114)는 '31 모드'로 발전하게 된다. Referring to FIG. 6, when an external force is applied to the
도 7을 참조하면, 발판(110)이 외력에 의해 눌러진 상태에서 지면과 수평한 방향(도면상에서 화살표 방향)으로 외력을 인가하여 발판(110)을 우측방향(도면상에서 화살표 방향)으로 당기면 발판(110)의 고정부재(110a)에 의해 상판(116) 역시 우측방향으로 이동한다. 이때, 하판(112)은 고정되어 있으므로 압전체(114)에는 동도면에서와 같은 모양으로 변형이 일어나게 된다. 이로 인해 '15 모드'로 발전이 일어나게 된다. Referring to FIG. 7, when the
압전체(114)를 이용하여 '15 모드'에서 발전하는 경우 외력에 의해 압전체(114)가 파괴되는 경우가 발생될 수 있는데, 이를 방지하기 위해서는 외력에 의해 우측방향으로 실제 이동할 수 있는 거리를 수 mm 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 실제 이동 거리는 도 7에 도시된 바와 같이 확연히 드러날 정도로 왜곡이 되지는 않는다. When the piezoelectric power is generated in the '15 mode 'using the
압전 발전기의 발전이 완료된 후, 모든 외력을 제거하면 제1 및 제2 탄성부재(118, 120)의 탄성력에 의해 압전 발전기의 구성요소들이 원상태로 복귀하게 된다. After the power generation of the piezoelectric generator is completed, if all external forces are removed, the components of the piezoelectric generator are returned to their original states by the elastic forces of the first and second
실시예2Example 2
도 8은 본 발명의 실시예2에 따른 압전 발전기를 도시한 평면도이고, 도 9는 정단면도이다. 8 is a plan view showing a piezoelectric generator according to a second embodiment of the present invention, Figure 9 is a front sectional view.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예2에 따른 압전 발전기는 발판(210)과, 상판(216)과, 하판(212)과, 압전체(214)와, 제1 탄성부재(218)와, 제2 탄성부재(220)와, 제3 탄성부재(230)와, 충격부재(224)와, 압착부재(228)를 구비한다.8 and 9, the piezoelectric generator according to the second embodiment of the present invention includes a
발판(210), 상판(216), 하판(212), 압전체(214), 제1 및 제2 탄성부재(218, 220)는 도 5에 도시된 본 발명의 실시예1에 따른 압전 발전기와 유사한 구조를 갖기 때문에 그에 대한 구체적인 설명은 실시예1을 통해 설명한 내용으로 대신하기로한다.
발판(210)은 도 8에 도시된 바와 같이 'H'자 형상을 갖는다. 이는 충격부재(224)가 발판(210)의 양측부에 설치된 축(222)으로 진자운동하는 공간을 마련하기 위함이다.
충격부재(224)는 축(222)을 기준으로 진자운동을 하여 압전체(214)에 충격을 가한다. 충격부재(224)는 축(222)에 체결된 손잡이부와, 상기 손잡이부의 종단에 설치되어 압전체(214)에 충격을 가하는 헤드부를 구비할 수 있다. 상기 손잡이부에는 제3 탄성부재(230)가 연결되며, 제3 탄성부재(230)의 운동에 따라 진자운동을 하게 된다. The
충격부재(224)는 상판(216)을 관통하여 압전체(214)까지 도달하기 때문에 충 격부재(224)의 진자운동 경로는 발판(210)뿐만 아니라 상판(216)까지 이른다. 이에 따라, 상판(216)은 발판(210)과 마찬가지로 충격부재(224)가 진자운동할 수 있는 공간이 마련되어야 한다. 이를 위해, 상판(216)은 발판(210)과 동일한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상판(216)은 발판(210)과 대칭적으로 배치되며, 'H'자 형상을 가질 수 있다. Since the
제3 탄성부재(230)는 압착부재(228)와 체결된다. 도 9에 도시된 바와 같이 일측은 축(222)에서 이격되어 충격부재(224)의 손잡이부에 체결되고, 타측은 압착부재(228)에 체결된다. 이러한 제3 탄성부재(230)는 일정한 탄성력을 갖는 용수철로 형성할 수 있다. The third
압착부재(228)는 상판(226)의 상부면에 설치된다. 일부는 제1 탄성부재(218) 사이에 삽입되거나 하부에 부착될 수 있다. 도 9에서는 일례로 압착부재(228)가 삽입되는 구조를 도시하였다. 예를 들어, 제1 탄성부재(218)가 용수철로 이루어진 경우, 압착부재(228)는 일부가 용수철 사이에 삽입되어 제1 탄성부재(218) 압착시 함께 압착된다. The pressing
압착부재(228)는 제1 탄성부재(218)에 의해 압착되어 양측단에 체결된 제3 탄성부재(230)를 끌어당기고, 이로 인해 충격부재(224)는 압전체(214)에 충격을 가하게 된다. The pressing
압착부재(228)는 일례로 유연성을 갖는 얇은 금속판으로 이루어질 수 있다. 상기 얇은 금속판의 중앙부를 제1 탄성부재(218)가 누르면 금속판의 나머지 부분이 중앙부로 몰리게 되고, 이로 인해 제3 탄성부재(230)가 당겨져서 충격부재(224)를 당기게 된다. The pressing
상판(216)에는 제1 탄성부재(218)와 대응되는 부위에 압착시 제1 탄성부재(218)가 수납될 수 있도록 수납부(도시되지 않음)가 마련될 수도 있다. 이때, 상기 수납부의 깊이는 제1 탄성부재(218)의 초기 상태, 즉 압착되지 않은 상태의 높이보다 얕아야 한다. 바람직하게는 제1 탄성부재(218) 높이의 1/2 이하가 되어야 한다.The
제1 탄성부재(218)는 일측이 발판(210)의 하부에 체결되고, 타측은 상판(226)의 수납부에 체결된다. 이러한 구조에서, 발판(210)에 외력이 가해지면 발판(210)은 수직방향으로 이동하여 제1 탄성부재(218)를 수직방향으로 가압하게 된다. One side of the first
제1 탄성부재(218)의 가압에 따라 그 내부에 삽입(또는 체결)된 압착부재(228)는 압착되어 양측단에 체결된 제3 탄성부재(230)를 끌어당긴다. 이로 인해 제3 탄성부재(230)에 체결된 충격부재(224)는 진자운동으로 압전체(214)에 충격을 가하게 된다. The pressing
도 8과 같이, 발판(210)의 양측부, 즉 양측 종단부에는 고정부재(210a)가 각각 적어도 하나씩 설치될 수 있다. 도 8에서는 고정부재(210a)가 발판(210)의 양측부에 각각 2개씩 총 4개가 설치되어 있으나, 이는 일례로서 그 수는 제한을 두지 않는다. As illustrated in FIG. 8, at least one fixing
고정부재(210a)는 발판(210)과 일체형으로 외벽 형태로 형성되거나, 혹은 체결부재를 통해 체결될 수도 있으며, 외부로부터 하방으로 발판(210)에 압력이 가해 져 제1 탄성부재(218)가 압축될 때 상판(216)의 외측벽을 따라 하방으로 하강한 상태로 걸치게 된다. The fixing
발판(210)에는 고정부재(226)가 더 설치될 수 있다. 고정부재(226)는 충격부재(224)를 임시적으로 고정시키기 위한 것으로서, 모든 압력이 제거된 후 충격부재(224)를 원상태로 되돌리는 기능을 수행한다. 예를 들어, 이러한 고정부재(226)는 자석으로 이루어질 수 있는데, 압력이 발판(210)에 가해지기 전, 초기 상태에서 충격부재(224)는 금속재질로 이루어져 자석의 자력에 이끌려 부착된다. 이런 상태에서 발판(210)에 외력이 가해지면 압착부재(228)에 이끌려 자석으로부터 이탈되게 된다. A fixing
고정부재(226)는 도 8에 도시된 바와 같이 충격부재(224)에 근접하도록 발판(210)에 설치된다. 도 8에서는 좌우 대칭 구조로 양쪽에 각각 2개씩 총 4개가 설치되어 있으나, 이는 일례로서 그 설치되는 개수와 설치되는 위치는 제한을 두지 않는다. Fixing
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예2에 따른 압전 발전기의 구동특성을 도시한 도면이다. 10 and 11 illustrate driving characteristics of a piezoelectric generator according to a second embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 먼저 화살표 방향(도면상에서 수직방향)과 같이 상부에서 하방으로 외력이 발판(210)에 가해지면 발판(210)은 수직방향으로 이동하여 제1 탄성부재(218)를 수직방향으로 가압한다. 제1 탄성부재(218)는 압착부재(228)의 중앙부를 누르고, 이로 인해 발판(210)의 고정부재(226)에 고정되어 있던 충격부재(224)가 고정부재(226)로부터 이탈되어 압전체(214)를 순간적으로 가격하게 된 다. 이때, 압전체(214)를 가격하는 힘은 압전체(214)의 분극방향과 동일방향으로 압전체(214)에 힘을 인가하는 것과 같으므로 압전체(214)는 '33 모드'로 발전하게 된다. Referring to FIG. 10, first, when an external force is applied to the
도 11을 참조하면, 실시예1에서와 같이 발판(210)이 외력에 의해 눌러진 상태에서 지면과 수평한 방향(도면상에서 화살표 방향)으로 외력을 인가하여 발판(210)을 우측방향(도면상에서 화살표 방향)으로 당기면 발판(210)의 고정부재(210a)에 의해 상판(216) 역시 우측방향으로 이동한다. 이때, 하판(212)은 고정되어 있으므로 압전체(214)에는 동도면에서와 같은 모양으로 변형이 일어나게 된다. 이로 인해 '15 모드'로 발전이 일어나게 된다. Referring to FIG. 11, in the state where the
압전체(214)를 이용하여 '15 모드'에서 발전하는 경우 외력에 의해 압전체(214)가 파괴되는 경우가 발생될 수 있는데, 이를 방지하기 위해서는 외력에 의해 우측방향으로 실제 이동할 수 있는 거리를 수 mm 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 실제 이동 거리는 도 11에 도시된 바와 같이 확연히 드러날 정도로 왜곡이 되지는 않는다. When the piezoelectric power is generated in the '15 mode 'using the
압전 발전기의 발전이 완료된 후, 모든 외력을 제거하면 제1 내지 제3 탄성부재(218, 220, 222)의 탄성력에 의해 압전 발전기의 구성요소들이 원상태로 복귀하게 된다. After the power generation of the piezoelectric generator is completed, if all external forces are removed, the components of the piezoelectric generator are returned to their original state by the elastic force of the first to third
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발 명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not for the purpose of limitation. As such, a person of ordinary skill in the art may understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
도 1은 압전 발전기의 '31 모드'를 설명하기 위해 도시한 모식도.1 is a schematic diagram illustrating the '31 mode 'of a piezoelectric generator.
도 2는 압전 발전기의 '33 모드'를 설명하기 위해 도시한 모식도.Figure 2 is a schematic diagram showing for explaining the '33 mode 'of the piezoelectric generator.
도 3은 압전 발전기의 '15 모드'를 설명하기 위해 도시한 모식도.3 is a schematic diagram illustrating a '15 mode 'of a piezoelectric generator.
도 4는 종래기술에 따른 압전 발전기를 도시한 정단면도.Figure 4 is a front sectional view showing a piezoelectric generator according to the prior art.
도 5는 본 발명의 실시예1에 따른 압전 발전기를 도시한 정단면도.Figure 5 is a front sectional view showing a piezoelectric generator according to the first embodiment of the present invention.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예1에 따른 압전 발전기의 구동특성을 설명하기 위하여 도시한 정단면도.6 and 7 are front cross-sectional views for explaining the driving characteristics of the piezoelectric generator according to the first embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예2에 따른 압전 발전기를 도시한 평면도.8 is a plan view showing a piezoelectric generator according to a second embodiment of the present invention.
도 9는 도 8에 도시된 압전 발전기의 정단면도.9 is a front sectional view of the piezoelectric generator shown in FIG. 8.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예2에 따른 압전 발전기의 구동특성을 설명하기 위하여 도시한 정단면도.10 and 11 are front cross-sectional views for explaining the driving characteristics of the piezoelectric generator according to the second embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
110, 210 : 발판 112, 212 : 하판110, 210:
114, 214 : 압전체 116, 216 : 상판114, 214:
112a, 212a : 외벽 110a, 210a : 고정부재 112a, 212a:
118, 218 : 제1 탄성부재 120, 220 : 제2 탄성부재 118, 218: first
230 : 제3 탄성부재 222 : 축230: third elastic member 222: shaft
226 : 고정부재(자석) 224 : 충격부재(망치)226: fixing member (magnet) 224: impact member (hammer)
228 : 압착부재(금속판)228: crimping member (metal plate)
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