KR101060667B1

KR101060667B1 - 압전발전장치

Info

Publication number: KR101060667B1
Application number: KR1020090075317A
Authority: KR
Inventors: 김종철; 이동준
Original assignee: 주식회사 이글래스
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2011-08-30
Also published as: KR20110017708A

Abstract

본 발명은 외부의 힘에 의해 진동하는 진동판과 진동판에 설치된 캔틸레버에 압전소자를 설치하여 외부에서 힘이 가해졌을 때 진동판의 진동은 물론 캔틸레버의 진동까지 압전소자에 전달되어 압전소자의 기계적 변형이 지속되게 함으로써 압전소자로부터 발생되는 전기의 효율을 높인 압전발전장치에 관한 것이다.

더욱이, 캔틸레버의 단부에 진동추를 설치하여 캔틸레버의 진동시간을 장시간 지속시킴으로써 압전소자의 발전효율을 상승시킨 압전발전장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 압전발전장치는 외부의 충격에 의해 진동하는 진동판과 ; 상기 진동판을 일측면을 탄성적으로 지지하는 하나 이상의 탄성지지수단과 ; 상기 진동판의 일측에 고정된 탄성이 우수한 켄틸레버(cantilever)에 얇은 압전소자를 설치하여 구성되며, 상기 캔틸레버의 자유 단부에는 진동추가 설치된 압전모듈을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

압전발전, 안전소자, 캔틸레버, 진동추, 진동판

Description

압전발전장치{piezoelectric power generator}

본 발명은 압전발전장치에 관한 것으로써, 상세하게는 외부에서 가해진 진동이 장시간 지속적으로 압전소자에 가해져 발전 효율을 높일 수 있는 압전발전장치에 관한 것이다.

즉, 외부의 힘에 의해 진동하는 진동판과 진동판에 설치된 캔틸레버에 압전소자를 설치하여 외부에서 힘이 가해졌을 때 진동판의 진동은 물론 캔틸레버의 진동까지 압전소자에 전달되어 압전소자의 기계적 변형이 지속되게 함으로써 압전소자로부터 발생되는 전기의 효율을 높인 압전발전장치에 관한 것이다.

화석연료의 고갈에 따라 이를 대체할 수 있는 에너지 자원의 개발에 관심이 집중되고 있다.

화석연료를 대체할 수 있는 자연에너지원으로는 풍력, 태양력, 조력 등 다양한 것이 있으며, 이러한 자연에너지원으로부터 전기를 얻기 위한 수단의 하나로 압전소자를 이용한 발전장치가 있다.

이러한 압전발전장치는 압전물질을 이용한 것으로 압전물질은 압전물질은 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하는 변환기로서 다양한 응용분야에 사용되고 있다.

이러한 압전물질을 이용한 발전장치는 통상적으로 얇은 판체 형상의 압전소자에 외부에서 기계적인 변형을 주어 전기를 발생시키는 것으로 진동판에 얇은 압전소자를 설치하여 진동판이 외부의 힘에 의해 진동되어 압전소자가 기계적 변형을 일으키게 함으로써 전기가 발생되게 하는 것이다.

이러한 압전소자를 이용한 발전장치는 압전소자에 어떻게 기계적인 변형을 줄 수 있냐에 따라 발전 효율이 달라지며, 가능한 지속적으로 압전소자에 기계적인 변형을 가할 수 있어야 발전효율이 높아질 수 있다.

그러나 현재까지는 단순히 압전소자에 기계적인 변형을 전기를 발생시킨다는 개념만이 있을 뿐 압전소자가 지속적으로 기계적인 변형을 일으키게 할 수 있는 구조가 제안된 바 없다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로써, 전기를 발생시키는 주요소자인 압전소자의 지속적으로 기계적인 변형을 유지되게 함으로써 발전 효율을 높일 수 있는 압전발전장치를 제공함을 목적으로 한다.

특히, 2중의 진동구조를 형성하여 압전소자에 가해지는 기계적인 변형 시간을 장시간으로 늘릴 수 있어 발전효율을 높일 수 있는 압전발전장치를 제공하는 것 을 목적으로 한다.

또한, 압전소자 및 이를 기계적으로 변형가능하게 지지하는 캔틸레버로 구성된 압전모듈을 다층으로 적층하여 좁은 공간에서의 발전효율을 높일 수 있게 한 압전발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 압전소자에 기계적인 변형이 가해지게 하는 수단으로 진동판과 캔틸레버 및 진동추를 구성하여 진동판의 진동에 의해 진동 및 변형되는 캔틸레버의 변형이 진동추에 의해 연장되게 함으로써 압전소자의 기계적 변형이 지속되게 함으로써 압전소자로부터 발생되는 전기의 효율일 수 있는 효과가 있다.

또한, 압전소자와 캔틸레버를 포함하는 압전모듈을 다층으로 적층하여 좁은 공간에서 많은 양의 전기를 얻을 수 있게 하였으며, 다층으로 적층된 캔틸레버의 자유단부에 설치된 진동추를 서로에 대하여 반작용하는 자석으로 구성하여 캔틸레버의 자유단부의 진동 시간이 연장되게 하여 압전소자의 기계적인 변형시간을 연장시킴으로써 발전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 압전발전장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 압전발전장치의 일예를 도시한 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압전발전장치의 일예를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 압전발전장치의 일예를 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 압전발전장치의 일예를 도시한 측면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 압전발전장치를 구성하는 압전모듈의 다른 일예를 도시한 측면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 압전발전장치를 구성하는 압전모듈의 또 다른 일예를 도시한 측면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 압전발전장치의 다른 일예를 도시한 분해사시도이다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 압전발전장치의 특징은 안전소자판(31)에 기계적인 변형을 제공하는 캔틸레버(32)의 자유 단부에 진동추(34)가 설치된 것이다.

이러한 본 발명의 압전발전장치는 외부의 충격에 의해 진동하는 진동판(1)과 ; 상기 진동판(1)을 일측면을 탄성적으로 지지하는 하나 이상의 탄성지지수단(2)과 ; 상기 진동판(2)의 일측에 고정된 탄성이 우수한 켄틸레버(cantilever)(32)에 얇은 압전소자(31)을 설치하여 구성되며, 상기 캔틸레버(32)의 자유 단부에는 진동추(34)가 설치된 압전모듈(3)을 포함하여 구성된다.

위와 같이 구성된 발전장치에서 전기를 집진하거나 변형시키는 회로의 구성은 종래의 기술과 동일 유사하므로 그 구성과 작용에 대한 설명은 생략한다.

상기 진동판(1)은 외부에서 작용하는 힘에 의해 상하로 이동하여 캔틸레버(32)를 흔들어주는 수단으로 그 저면이 탄성지지수단(2)에 의해 지지된다.

상기 진동판(1)이 이동 가능하게 지지하는 탄성지지수단(2)은 도 1내지 도 4에 도시한 바와 같이 스프링(21)으로 구성되거나 도 7에 도시한 바와 같이 탄성이 우수한 고무 또는 합성수지 재질의 탄성봉(24)으로 구성될 수 있다.

상기 탄성지지수단(2)을 스프링으로 구성할 경우에는 도 1내지 도 4에 도시한 바와 같이 스프링(21)은 압축스프링이 사용되고, 이 스프링(21)의 상하로 신축될 수 있게 하기 위해 스프링(21)의 내부에는 지지봉(22a)이 설치되어 있으며, 상기 지지봉(22a)은 평판인 지지판(22)의 상부에 설치 고정된다.

상기 진동판(1)의 상기 지지봉(22a)과 대향되는 부분에는 관통홀(1a)이 형성되어 스프링(21)의 신축에 따라 진동판(1)이 상하로 왕복운동할 수 있다.

상기 탄성지지수단(2)의 다른 일예는 도 6에 도시하고 상기한 바와 같이 고무 또는 합성수지 재질의 탄성봉(24)을 사용할 수 있으며, 탄성봉(24)의 내부에는 강도가 강한 지지봉(미도시)이 매설되어 있고 이 지지봉은 진동판(1)을 관통하여 설치되어 진동판(1)의 왕복운동을 방해하기 않게 된다.

상기와 같이 외부의 힘에 의해 진동하는 진동판(1)의 저면에는 상기 언급한 압전모듈(3)이 설치되어 있다.

상기 압전모듈(3)은 압전소자(31)에 기계적인 변형을 제공할 수 있는 구조를 갖추어야 하며, 이를 위해 압전소자(31)는 캔틸레버(32)에 설치되며 상기 캔틸레버(32)의 일측 단부는 고정구(33)에 의해 상기 진동판(1)에 고정된다.

또한, 진동판(1)의 진동에 의해 캔틸레버(32)에 발생된 변형이 보다 오래 지속되게 하기 위한 수단으로 상기 캔틸레버(32)의 자유단부에 진동추(34)를 더 설치하였다.

상기 진동추(34)는 상기한 바와 같이 진동판(1)의 진동에 의해 캔틸레버(32)가 진동하면 진동추(34)가 진동하고 이렇게 진동하는 진동추(34)는 관성에 의해 수차 진동하여 캔틸레버(32)의 진동시간을 보다 지속시킬 수 있는 것이다.

이러한 진동추(34)의 크기나 무게 등은 캔틸레버의 탄성 등을 고려하여 조절될 수 있다.

상기와 같이 구성된 압전발전장치를 구성하는 상기 압전모듈(3)은 다층으로 적층하여 구성할 수 있다.

도 1내지 도 4에 도시한 바와 같이 단일 압전모듈(3) 만으로 구성할 경우 하나의 압전발전장치에서 얻을 수 있는 전기의 양이 적으므로 압전모듈(3)을 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 다층으로 적층하여 구성하여 좁은 면적에서도 많은 양의 전기를 얻을 수 있게 하였다.

위와 같이 다층으로 압전모듈(3)을 설치할 경우 진동추(34)는 도 5에 도시한 바와 같이, 다수의 캔틸레버(32)들의 자유 단부에 하나의 진동추(34)로 연결하여 구성하거나 도 6에 도시한 바와 같이 각 캔틸레버(32)에 각각 진동추(34)를 설치하여 구성할 수 있다.

상기 진동추(34)는 영구자석으로 구성할 수 있다.

특히, 도 6에 도시한 바와 같이 캔틸레버(32)마다 따로 진동추(34)를 설치할 경우 진동추(34)를 영구자석으로 구성하되 이웃하는 캔틸레버(32)에 설치된 것과 같은 극끼리 대향되게 배치하여 서로 반작용을 하게 함으로써 캔틸레버의 진동을 한층 증폭시킬 수 있는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 압전발전장치는 압전소자에 기계적 변형을 제공하는 수단이 진동판, 캔틸레버, 진동추로 구성되어 압전소자의 기계적인 변형 시간을 연장시켜 발전효율을 높일 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 압전발전장치의 일예를 도시한 분해사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 압전발전장치의 일예를 도시한 사시도이고,

도 3은 본 발명에 따른 압전발전장치의 일예를 도시한 평면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 압전발전장치의 일예를 도시한 측면도이고,

도 5는 본 발명에 따른 압전발전장치를 구성하는 압전모듈의 다른 일예를 도시한 측면도이고,

도 6은 본 발명에 따른 압전발전장치를 구성하는 압전모듈의 또 다른 일예를 도시한 측면도이고,

도 7은 본 발명에 따른 압전발전장치의 다른 일예를 도시한 분해사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 진동판 1a : 관통홀

2 : 탄성지지수단

21 : 스프링 22 : 지지판 22a : 지지봉

24 : 탄성봉

3 : 압전모듈

31 : 압전소자 32 : 캔틸레버 33 : 고정구

34 : 진동추

Claims

외부의 충격에 의해 진동하는 진동판(1)과 ;

상기 진동판(1)을 일측면을 탄성적으로 지지하는 하나 이상의 탄성지지수단(2)과 ;

상기 진동판(1)의 일측에 고정된 탄성이 우수한 켄틸레버(cantilever)(32)에 얇은 압전소자(31)을 설치하여 구성되며, 상기 캔틸레버(32)의 자유 단부에는 진동추(34)가 설치된 압전모듈(3)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 압전발전장치.
제 1 항에 있어서,

상기 탄성지지수단(2)은 압축코일 스프링(21)임을 특징으로 하는 압전발전장치.
제 2 항에 있어서,

상기 스프링(21)은 지지판(22)의 상부에 설치된 지지봉(22a)에 끼워져 설치되고, 상기 진동판(1)의 상기 지지봉(22a)와 대향되는 부분에는 관통홀(1a)이 형성되어 스프링(21)의 신축에 따라 진동판(1)이 왕복 운동함을 특징으로 하는 압전발전장치.
제 1 항에 있어서,

상기 탄성지지수단(2)은 압축코일 지지판(22)과 진동판(1) 사이에 설치된 탄성이 우수한 고무 또는 합성수지 재질의 탄성봉(24)임을 특징으로 하는 압전발전장치.
제 1 항에 있어서,

상기 압전모듈(3)은 다층으로 적층됨을 특징으로 하는 압전발전장치.
제 1 항에 있어서,

상기 진동추(34)는 영구자석이고, 이웃하는 캔틸레버(32)에 설치된 것과 같은 극끼리 대향됨을 특징으로 하는 압전발전장치.