KR101090694B1 - 하이브리드 전원 발생 장치 및 제작 방법 - Google Patents

하이브리드 전원 발생 장치 및 제작 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101090694B1
KR101090694B1 KR1020080129577A KR20080129577A KR101090694B1 KR 101090694 B1 KR101090694 B1 KR 101090694B1 KR 1020080129577 A KR1020080129577 A KR 1020080129577A KR 20080129577 A KR20080129577 A KR 20080129577A KR 101090694 B1 KR101090694 B1 KR 101090694B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
piezoelectric cantilever
coil
hybrid power
hole
Prior art date
Application number
KR1020080129577A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100070846A (ko
Inventor
고상춘
전치훈
유병곤
최창억
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020080129577A priority Critical patent/KR101090694B1/ko
Publication of KR20100070846A publication Critical patent/KR20100070846A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101090694B1 publication Critical patent/KR101090694B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/183—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators using impacting bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/186—Vibration harvesters
    • H02N2/188—Vibration harvesters adapted for resonant operation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/22—Methods relating to manufacturing, e.g. assembling, calibration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

본 발명은 하이브리드 전원 발생 장치 및 이를 제작하는 방법에 관한 것으로, 적어도 하나의 홀을 포함하고, 각각의 홀 주위를 감는 코일이 부착된 기판과, 상기 기판 상단에 이격되어 설치되며, 일단에 벌크 자석이 부착되는 적어도 하나의 압전 캔틸레버를 포함하며, 상기 압전 캔틸레버의 상기 일단이 외부 진동에 의해 상기 홀내에 상하로 움직여 전기를 또한 발생시키며, 상기 코일이 상기 일단에 부착된 벌크 자석의 움직임으로 인해 전자 유도에 의한 전기를 발생시킴을 특징으로 한다. 본 발명은 진동에 의해 압전기와 전자유도에 의한 발생 전기를 하나의 구조체에 완성함으로써 고출력 전원을 발생하여 상시 전원으로 사용할 수 있으며, 소형으로 제작할 수 있는 효과가 있다.
압전 소자, 전자 유도, 에폭시, 벌크 자석

Description

하이브리드 전원 발생 장치 및 제작 방법{HYBRID POWER GENERATER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 자급형 전원 발생 장치에 관한 것으로, 진동이 발생되는 회전체를 연결되어 진동에 의한 전기를 발생하는 하이브리드 전원 발생 장치 및 이를 제작하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호 : 2006-S-054-03, 과제명 : 유비쿼터스용 CMOS 기반 MEMS 복합센서기술개발]
최근 무선 센서망의 출현으로 여러 가지 기능을 담당하는 미세기전 집적 시스템(Micro Electro Mechanical Systems : MEMS) 소자들에 대한 연구개발 필요성과 더불어 센서 운용에 필요한 전원을 자급자족할 수 있는 기술 개발의 중요성이 크게 강조 되어지고 있다. 여러 장소의 다양한 환경하에서 센서나 액츄에이터 모듈의 운용은 배터리 없이 전원을 공급할 수 있는 자급형 전원 발생 소자를 개발중인 추세이다.
최근 상기 자급형 전원 발생 소자의 에너지원으로 바람, 태양, 진동 등에 대한 연구가 진행 중이며, 이들 물리량으로부터 무선 센서망에 적용되는 센서 모듈에 필요한 에너지를 공급하여 이들 센서들의 운용 시간을 더욱 연장 시켜 우리에게 더욱 유익한 정보를 제공해 줄 수 있는 시스템으로 발전하고 있다.
이러한 자급형 전원 발생 장치의 기술로는 상기의 연구 필요성의 배경하에 단위소자 레벨의 전기 발생 소자나 같은 소자를 여러 개 배열하여 발생 전원을 공급하는 소자, 그리고 벌크형으로 제작된 소자들이 제안되었다.
그러나 이러한 종래의 자급형 전원 발생 장치는 현재까지 출력이 약해 상시 전원으로 사용하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 진동을 이용하는 환경에서 상시 전원으로 사용할 수 있는 전원 발생 장치 및 이를 제작하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 진동을 이용하여 동시에 다양한 전원을 확보함으로써 고출력 전원을 발생할 수 있는 전원 발생 장치 및 이를 제작하는 방법을 제공함에 있다.
상술한 바를 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 전원 발생 장치는 적어도 하나의 홀을 포함하고, 각각의 홀 주위를 감는 코일이 부착된 기판과, 상기 기판 상단에 이격되어 설치되며, 일단에 벌크 자석이 부착되는 적어도 하나의 압전 캔틸레버를 포함하며, 상기 압전 캔틸레버의 상기 일단이 외부 진동에 의해 상기 홀내에 상하로 움직여 전기를 발생시키며, 상기 코일이 상기 일단에 부착된 벌크 자석의 움직임으로 인해 전자 유도에 의한 전기를 또한 발생시킨다.
상기 압전 캔틸레버의 일단은 상기 홀의 상측에 위치되며, 상기 압전 캔틸레버의 타단은 상기 기판상에 부착된 전극 패드에 연결된다.
상기 압전 캔틸레버는 상기 홀과 동일한 개수로 구비된다.
상기 압전 캔틸레버는 외부 회전체의 진동을 상기 장치에 전달하며, 상기 외부 회전체의 고유 진동수와 근접한 진동수를 갖는다.
상기 하이브리드 전원 발생 장치는 상기 기판상의 소자들을 보호하기 위해 상기 기판을 패키징하는 금속 캔을 더 포함할 수있다.
상기 하이브리드 전원 발생 장치는 상기 압전 캔틸레버에서 발생되는 전류와, 상기 코일에서 발생되는 전류를 이동시키기 위해 상기 기판에 삽입되는 금속막대를 더 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 전원 발생 장치는 상기 금속막대에 연결되어, 상기 발생된 전류를 저장하는 콘덴서를 더 포함할 수 있다.
상기 코일은 적층 구조로 구성된다.
상기 기판은 PCB(printed circuit board), 실리콘 기판, 유리 기판 중 어느 하나로 이루어진다.
상기 압전 캔틸레버는 벌크 PZT, AIN, PMN-PT 중 어느 하나로 이루어진다.
상술한 바를 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 전원 발생 장치의 제작 방법은 적어도 하나의 홀을 형성하고, 외부와 전기적으로 연결하는 적어도 두 쌍의 전극 패드를 부착하는 단계와, 도금된 코일을 상기 홀 주위에 부착하고, 상기 코일의 양단을 상기 전극 패드의 두쌍중 하나에 연결하는 단계와, 상하부에 전극을 성막하여 분극 처리한 압전 캔틸레버를 제작하고, 상기 압전 캔틸레버의 일단에 에폭시를 이용하여 벌크 자석을 부착하는 단계와, 상기 벌크 자석이 외부 회전체의 진동에 의해 상기 홀내에서 상하로 움직일 수 있도록 상기 기판 상단에 상기 압전 캔틸레버의 타단을 이격되게 설치하는 단계와, 상기 압전 캔틸레버의 상하부 전극을 상기 전극 패드의 두쌍중 다른 하나에 연결하는 단계를 포함한다.
상기 압전 캔틸레버의 상하부 전극을 상기 전극 패드의 두쌍중 다른 하나에 연결하는 단계는 상기 상부 전극은 상기 연결할 전극 패드중 하나에 와이어 본딩 공정을 이용하여 부착하는 단계와, 상기 하부 전극은 도전성 에폭시를 이용하여 상기 연결할 전극 패드중 다른 하나에 부착하는 단계를 포함한다.
상기 하이브리드 전원 발생 장치의 제작 방법은 상기 기판상의 소자들을 보호하기 위해 상기 기판을 금속 캔으로 패키징하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 압전 캔틸레버는 상기 외부 회전체의 고유 진동수와 근접한 진동수를 갖도록 구성할 수 있다.
상기 기판은 PCB(printed circuit board), 실리콘 기판, 유리 기판 중 어느 하나로 이루어진다.
상기 기판이 실리콘 기판이면, 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 코일을 상기 기판상에 부착한다.
상기 코일은 상기 압전 캔틸레버의 하부전극과 절연되기 위해 절연 폴리머로 코팅된다.
상기 코일은 적층 구조로 구성된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 하이브리드 전원 발생 장치는 진동에 의해 압전기와 전자유도에 의한 발생 전기를 하나의 구조체에 완성함으로써 고출력 전원을 발생하여 상시 전원으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 소형으로 제작할 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 진동이 항상 일정하게 존재하는 회전체를 이용하는 전원 발생 장치로서, PCB(printed circuit board) 기판 또는 실리콘 기판에 코일을 부착하고, 상기 기판위에 벌크 압전 소자를 구비하여 진동에 의해 발생되는 전기를 회수한다. 또한 상기 압전 소자의 하단 끝단에 자석이 부착되어 진동에 의한 전자기 유도에 의한 기전력 발생을 유발하여 전기를 수집할 수 있는 장치와 상기 장치를 제작하는 방법을 제안한다. 즉 본 발명에서는 진동을 이용하여 동시에 두개의 전원을 발생하는 하이브리드(Hybrid) 전원 발생 장치 및 상기 장치를 제작하는 방법을 제안한다.
이에 따라 우선 본 발명의 전원 발생 장치를 설명한 후, 상기 전원 발생 장치를 제작하는 방법을 설명하겠다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 하이브리드 전원 발생 장치(100)의 단면도를 나타낸 도면이다.
설명에 앞서 본 발명의 하이브리드 전원 발생 장치는 진동이 발생하는 회전체에 부착되는 구조이므로 지속적으로 진동이 발생하는 환경에서 동작한다.
도 1을 참조하면, 하이브리드 전원 발생 장치(100)는 가운데에 홀(Hole)(120)이 형성되어 있으며, 상기 홀(120) 주위에 코일(130)이 감겨있는 PCB 기판(110)과, 상기 PCB 기판(110)의 상단에 부착되는 압전 캔틸레버(140)를 구성하며, 상기 압전 캔틸레버(110)의 하단 끝부분에는 벌크 자석(150)이 부착되어 있다.
이러한 하이브리드 전원 발생 장치(100)는 상기 회전체의 진동에 의해 상기 자석(150)이 부착된 압전 캔틸레버(140) 끝부분이 진동하여 일차적으로 압전 재료에 의한 압전기가 발생되고, 또한 상기 압전 캔틸레버(140) 끝부분의 상하 움직임으로 인해 상기 PCB 기판(110)에 감겨 있는 코일(130)에 전자유도가 발생하여 전기가 발생된다. 이에 따라 본 발명의 하이브리드 전원 발생 장치(100)는 진동으로 인해 두 가지 전기를 발생할 수 있게 된다.
상기 PCB 기판(110)상의 코일(130)은 도금되며, 상기 압전 캔틸레버(140)의 하부 전극과 진동이 일어날 때 전기적으로 부딪혀 절연이 깨어지지 않도록 절연 폴리머로 덮혀져 있는 상태로 유지되게끔 구성된다.
상기 압전 캔틸레버(140)는 상하부에 전극을 성막하여, 분극 처리가 된 구조이다.
또한 상기 하이브리드 전원 발생 장치(100)는 상기 발생된 두 종류의 전기를 외부로 이동시키고, 상기 하이브리드 전원 발생 장치(200)를 고정시키기 위해 각각 제1 및 제2 금속 막대(160, 170)를 포함한다. 상기 제1 금속 막대(160)는 전극 패드(141)를 이용하여 상기 압전 캔틸레버(140)에 연결되며, 상기 제2 금속 막대(170)는 전극 패드(151)를 이용하여 상기 코일(130)과 연결된다. 상기 각 금속 막대(160, 170)는 전기적으로 연결될 수 있도록 도금이 되어 있다.
상기 압전 캔틸레버(140)의 상하부 전극은 상기 제1 금속 막대(160)에 연결된 전극 패드(141)에 연결된다. 상기 하부 전극은 상기 전극 패드(141)와 전기적으로 연결하기 위해 도전성 에폭시를 사용한 후 열처리를 하여 연결시키며, 상기 상부 전극은 PCB 기판상의 전극 패드(141)과 와이어 본딩 공정을 이용하여 연결시킨다.
상기 PCB 기판(110)은 상기 제1 및 제2 금속 막대(160, 170)의 직경에 맞도록 측면에 비어 홀(Via hole)을 구비한다. 여기서, 상기 PCB 기판(110)은 금속 캔 타입으로 패키징이 되어 있어, 상기 제1 및 제2 금속 막대(160, 170)가 금속캔 하부(190)와 연결된다. 그러므로 상기 금속캔 하부와 상기 제1 및 제2 금속 막대(160, 170)는 절연이 이루어지도록 열에 강한 절연 에폭시를 이용하여 연결된다.
상기 압전 캔틸레버(140)는 벌크 자석(150)을 에폭시를 이용하여 붙이고 열처리하여 확실하게 질량 역할을 하도록 구성된다. 상기 압전 캔틸레버(140) 재료로는 바람직하게는 벌크 PZT, AlN, PMN-PT 등의 압전 세라믹으로 구성될 수 있다.
상기 하이브리드 전원 발생 장치(100)는 PCB 기판(110) 이외에 보다 높은 전기를 출력하기 위해 실리콘 기판과 유리 기판과 같은 다른 재료로 구성될 수 있다.
특히 실리콘 기판은 포토리소그래피 공정을 이용함으로써, PCB 기판보다 훨씬 세밀하고 같은 면적 내에서 길이가 긴 코일을 부착할 수 있어 보다 높은 전기를 생성할 수 있다. 또한 상기 코일은 적층 구조를 사용하면 출력 효율을 더욱 높일 수 있게 된다.
상기 하이브리드 전원 발생 장치(100)는 개별적 소형 전원 장치로 발생되는 약한 전기를 하나의 구조물에 압전과 전자기 유도 두가지 방식을 하이브리드하여 동일한 크기 내에서 전기 발생 효율을 높일 수 있게 된다. 여기서 상기 압전 칸틸레버(110)의 진동수가 회전체의 고유 진동수에 근접하도록 설계되어, 공진자로서 역할을 하여 높은 출력을 얻을 수 있다. 이는 개별 방식으로 제작할 경우와 비교해 그 크기를 축소시킬 수 있으며, 소형으로 제작이 가능하게 된다.
이러한 하이브리드 전원 발생 장치(100)의 제작 방법을 설명하기로 한다.
우선 본 발명의 하이브리드 전원 발생 장치(100)는 PCB 기판 제조 기술을 이용하여 PCB 기판(110)에 벌크 자석(150)이 위치할 부분에 홀(120)을 형성한다. 그리고 상기 홀(120) 주위에 도금된 코일(130)을 부착시킨다. 상기 코일(130)은 구리, 금 등을 이용하여 도금된 코일이다. 상기 부착된 코일(130)은 상기 PCB 기판상(110)에 형성된 전극 패드(151)에 연결시킨다.
상기 압전 캔틸레버(140)는 쏘잉 머신을 이용하여 원하는 길이만큼 절삭한 후, 상하부에 전극을 성막하여 분극 처리를 해 놓는다. 그런 후 상기 압전 캔틸레버(140)의 일단에 에폭시를 이용하여 벌크 자석(150)을 부착한 후 상기 부착된 부분을 열처리하여 확실히 질량 역할을 하도록 한다. 또한 상기 압전 캔틸레버(140)의 타단은 상기 압전 캔틸레버(140)가 진동에 의해 상기 홀(120)내를 움직일 수 있도록 상기 PCB 기판(110)상에 이격되어 설치된다. 여기서 압전 캔틸레버(140)의 하부 전극은 전기적으로 연결하기 위해 도전성 에폭시를 이용하여 부착시키며, 상부 전극은 와이어 본딩 공정으로 상기 전극패드(141)에 부착시킨다.
여기서, 상기 PCB 기판(110)은 상기 전극 패드(141, 151)에 연결되는 금속 막대(160, 170)를 삽입할 수 있도록 직경에 맞는 홀이 구비되어야 한다. 여기서 금속 막대(160, 170)의 측면은 전기적으로 연결되도록 도금이 되어 있다.
상기 PCB 기판(110)상의 코일(130)은 상기 압전 캔틸레버(140)의 하부 전극과 진동이 일어날 때 전기적으로 부딪혀 절연이 깨어지지 않도록 절연 폴리머로 코팅될 수 있다.
또한 상기 PCB 기판(110)의 소자들을 보호하기 위해 상기 기판을 금속 캔을 상하부의 금속 캔(180, 190)으로 패키징할 수 있다. 이 경우, 상기 금속 캔의 하부(190)는 상기 금속 막대(160, 170)의 직경에 맞도록 홀이 형성되어야 한다.
최종적으로 상기 금속 막대(160, 170)를 상기 PCB 기판(110)에 납땜함으로써 PCB 기판(100)에 장착된 소형 전원 장치를 고정시킨다.
상기 하이브리드 전원 발생 장치의 제작에서 PCB 기판(110)을 사용하였지만 좀더 촘촘한 코일을 제작하기 위해 실리콘 기판에서 포토리소그래피 공정을 이용하는 방법이 가능하다
도 2는 본 발명의 하이브리드 전원 발생 장치(100)의 평면도를 나타내는 도면으로, 코일(120)이 전극 패드(151)에 연결된 구조를 나타낸다. 나머지 소자들은 도 1과 동일하므로 별도의 설명은 생략한다.
상기 하이브리드 전원 발생 장치(100)가 금속 캔 타입의 패키징에 크기를 제한하고 역시 단위 소자 레벨로 전원이 충분하지 않을 경우, 공간을 최대한 활용하 여 PCB 기판(110)상에 개별 단위 전원 발생 소자를 어레이 형태로 구성하여 보다 높은 출력을 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 하이브리드 전원 발생 장치(300)를 나타낸 평면도로서, 어레이 형태로 구현된 모습이다.
도 3을 참조하면, 본 실시 예의 하이브리드 전원 발생 장치(300)는 어레이 형태로 구성하기 위해 하나의 PCB 기판(340)에 다수의 홀들(301~306)과, 각각의 홀(301~306) 주위에 코일들(321~326)을 구비한다. 또한 상기 PCB 기판(340) 상단에 부착되고 하단 끝에 벌크 자석들(331~336))이 부착된 압전 캔틸레버(311~316)를 구비한다. 이러한 구조에서 상기 코일(321~326)에 의해 발생된 전자유도 전기와 압전 캔틸레버에 의해 발생된 전기가 합쳐질 수 있도록 다수의 전극 패드가 구비되며, 이러한 상기 전극 패드가 연결되도록 구성한다.
이에 따라 상기 코일(321~326)에 의해 발생된 전자유도 전기는 전자유도 전기 발생 전극(350)으로 이동하고, 상기 압전 캔틸레버(311~316)에 의해 발생된 전기는 전기는 압전기 발생 전극(360)으로 이동한다.
상술한 제2 실시 예에 따른 하이브리드 발생 장치(300)는 어레이 형태로 구현되므로 제1 실시 예보다 보다 큰 출력의 전기를 발생할 수 있게 된다.
상기 제1 및 제2 실시 예에 따른 하이브리드 발생 장치에서 발생된 전기는 정류기를 통하여 발생 전기를 정류하고 연결된 콘덴서에 계속 축적 시킨다. 축적된 전기는 무선 센서망에 적용된 센서 모듈에 전원을 공급하여 진동이 존재하는 범위 내에서 상시 우리에게 센서 모듈로부터 환경에 관한 정보를 제공 할 수가 있게 해줄 수 있다.
도 4는 본 발명의 하이브리드 전원 발생 장치를 회전체에 부착한 일례를 나타난 도면으로, 모터에 장착한 모습이다.
상술한 제1 및 제2 하이브리드 전원 발생 장치(100)를 표면이 둥근 모양의 모터(420)에 실제로 적용하기 위해서는, 연성 PCB(410)를 상기 모터(420)에 부착하고, 상기 연성 PCB(410)와 상기 전원 발생 장치(100)의 금속 막대와 연결하여 구현할 수 있다. 즉, 모터(420)의 상부에 상기 연성 PCB(410)를 부착시키고, 상기 연성 PCB(410)의 상부에 상기 하이브리드 전원 발생 장치(100)의 금속 막대를 납땜으로 고정시키는 구조를 사용한다.
이러한 구조에서는 상기 하이브리드 전원 발생 장치(100)에 진동이 직접적으로 잘 전달되는 공진자 역할을 수행하여 높은 출력을 낼 수 있으며, 이에 따라 항상 사용할 무선 센서 모듈에 전기를 공급할 수 있게 된다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 하나의 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 대역에서의 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 하이브리드 전원 발생 장치의 단면도를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 하이브리드 전원 발생 장치의 평면도를 나타내는 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 하이브리드 전원 발생 장치를 나타낸 평면도
도 4는 본 발명의 하이브리드 전원 발생 장치를 실제 적용한 일례를 나타낸 도면
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 하이브리드 전원 발생 장치 110 : 기판
120 : 홀 130 : 코일
140 : 압전 캔틸레버 150 : 벌크 자석
141, 151 : 전극 패드 160 : 제1 금속 막대
170 : 제2 금속 막대 180, 190 : 금속캔

Claims (17)

  1. 적어도 하나의 홀을 포함하고, 각각의 홀 주위를 감는 코일이 부착된 기판과,
    상기 기판 상단에 이격되어 설치되며, 일단에 벌크 자석이 부착되는 적어도 하나의 압전 캔틸레버를 포함하며,
    상기 압전 캔틸레버의 상기 일단이 외부 진동에 의해 상기 홀내에서 상하로 진동함으로써 전기를 발생시키며, 상기 코일이 상기 일단에 부착된 벌크 자석의 움직임으로 인해 전자 유도에 의한 전기를 또한 발생시키는 하이브리드 전원 발생 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압전 캔틸레버의 일단은 상기 홀의 상측에 위치되며,
    상기 압전 캔틸레버의 타단은 상기 기판상에 부착된 전극 패드에 연결되는 하이브리드 전원 발생 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 압전 캔틸레버는,
    상기 홀과 동일한 개수로 구비되는 하이브리드 전원 발생 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 압전 캔틸레버는 외부 회전체의 진동을 상기 장치에 전달하며, 상기 외부 회전체의 고유 진동수와 근접한 진동수를 갖는 하이브리드 전원 발생 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 기판상의 소자들을 보호하기 위해 상기 기판을 패키징하는 금속 캔을 더 포함하는 하이브리드 전원 발생 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 압전 캔틸레버에서 발생되는 전류와 상기 코일에서 발생되는 전류를 이동시키기 위해 상기 기판에 삽입되는 금속 막대를 더 포함하는 하이브리드 전원 발생장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 금속막대에 연결되어 상기 발생된 전류를 저장하는 콘덴서를 더 포함하 는 하이브리드 전원 발생 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 코일은 적층 구조로 구성되는 하이브리드 전원 발생 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 기판은,
    PCB(printed circuit board), 실리콘 기판 및 유리 기판 중 어느 하나로 이루어지는 하이브리드 전원 발생 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 압전 캔틸레버는,
    벌크 PZT, AIN 및 PMN-PT 중 어느 하나로 이루어지는 하이브리드 전원 발생 장치.
  11. 기판에 적어도 하나의 홀과, 외부와 전기적으로 연결하는 적어도 두 쌍의 전극 패드를 형성하는 단계와,
    도금된 코일을 상기 홀 주위에 부착하고, 상기 코일의 양단을 상기 전극 패드의 두쌍중 한쌍에 연결하는 단계와,
    상하부에 전극을 성막하여 분극 처리한 압전 캔틸레버 - 상기 압전 캔틸레버는 상부 및 하부 전극을 구비함-를 제작하고, 상기 압전 캔틸레버의 일단에 에폭시를 이용하여 벌크 자석을 부착하는 단계와,
    상기 벌크 자석이 외부 회전체의 진동에 의해 상기 홀내에서 상하로 움직일 수 있도록 상기 기판 상단에 상기 압전 캔틸레버의 타단을 이격되게 설치하는 단계와,
    상기 압전 캔틸레버의 상기 상부 및 하부 전극을 상기 전극 패드의 두쌍중 다른 한쌍에 연결하는 단계를 포함하는 하이브리드 전원 발생 장치의 제작 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 압전 캔틸레버의 상기 상부 및 하부 전극을 상기 전극 패드의 두쌍중 다른 한쌍에 연결하는 단계는,
    상기 상부 전극은 상기 다른 한 쌍의 전극 패드중 하나에 와이어 본딩 공정을 이용하여 부착하는 단계와,
    상기 하부 전극은 도전성 에폭시를 이용하여 상기 다른 한 쌍의 전극 패드중 다른 하나에 부착하는 단계를 포함하는 하이브리드 전원 발생 장치의 제작 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 기판상의 소자들을 보호하기 위해 상기 기판을 금속 캔으로 패키징하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 전원 발생 장치의 제작 방법.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 기판은,
    PCB(printed circuit board), 실리콘 기판, 유리 기판 중 하나로 이루어지는 하이브리드 전원 발생 장치의 제작 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 기판이 실리콘 기판이면, 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 코일을 상기 실리콘 기판상에 부착하는 하이브리드 전원 발생 장치의 제작 방법.
  16. 제 11항에 있어서, 상기 코일은
    상기 압전 캔틸레버의 하부전극과 절연되기 위해 절연 폴리머로 코팅되는 하이브리드 전원 발생 장치의 제작 방법.
  17. 제 11항에 있어서, 상기 코일은,
    적층 구조로 구성되는 하이브리드 전원 발생 장치의 제작 방법.
KR1020080129577A 2008-12-18 2008-12-18 하이브리드 전원 발생 장치 및 제작 방법 KR101090694B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080129577A KR101090694B1 (ko) 2008-12-18 2008-12-18 하이브리드 전원 발생 장치 및 제작 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080129577A KR101090694B1 (ko) 2008-12-18 2008-12-18 하이브리드 전원 발생 장치 및 제작 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100070846A KR20100070846A (ko) 2010-06-28
KR101090694B1 true KR101090694B1 (ko) 2011-12-08

Family

ID=42368528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080129577A KR101090694B1 (ko) 2008-12-18 2008-12-18 하이브리드 전원 발생 장치 및 제작 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101090694B1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101725115B1 (ko) 2010-12-16 2017-04-26 한국전자통신연구원 플렉시블 기판을 이용한 자급자족형 전원 공급 장치 및 센서 노드
KR101315140B1 (ko) * 2011-07-08 2013-10-08 황경환 압전체 발전기
KR101339260B1 (ko) * 2012-08-30 2013-12-09 현대자동차 주식회사 차량용 벨로우즈 어셈블리
CN103840708B (zh) * 2014-02-20 2016-04-13 东南大学 物联网射频收发组件开孔悬臂梁振动电磁自供电微传感器
CN103840706B (zh) * 2014-02-20 2016-04-13 东南大学 物联网射频收发组件中开孔悬臂梁振动能自供电微传感器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000241744A (ja) 1999-02-23 2000-09-08 Fuji Xerox Co Ltd 光偏向器
JP2007235304A (ja) 2006-02-28 2007-09-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電子部品とその製造方法およびそれを用いた通信機器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000241744A (ja) 1999-02-23 2000-09-08 Fuji Xerox Co Ltd 光偏向器
JP2007235304A (ja) 2006-02-28 2007-09-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電子部品とその製造方法およびそれを用いた通信機器

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100070846A (ko) 2010-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1813487B (zh) 压电致动器
KR101090694B1 (ko) 하이브리드 전원 발생 장치 및 제작 방법
CN103107739B (zh) 基于mems的动磁铁型电磁-压电复合式宽频俘能器
JP4767369B1 (ja) 圧電発電素子および圧電発電素子を用いた発電方法
JP5424379B2 (ja) 振動電流変換装置
US20150318775A1 (en) Multipolar electromagnetic generator
KR101727252B1 (ko) 압전 에너지 하베스팅 장치
CN101297470B (zh) 机电波动装置
US20110109195A1 (en) Vibration power generator, vibration power generating device and communication device having vibration power generating device mounted thereon
JP2009165212A (ja) 圧電体を用いた発電素子およびそれを用いた発電装置
CN102118095A (zh) 一种能量采集装置、以及用于能量采集的振动装置和制造方法
CN113315408B (zh) 面向限域空间的高度集成复合式振动能量转化模块
KR101234562B1 (ko) 외부 진동 인가 구조 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈
Kroener Energy harvesting technologies: Energy sources, generators and management for wireless autonomous applications
JP2013126337A (ja) 発電装置
Sobocinski et al. Monomorph piezoelectric wideband energy harvester integrated into LTCC
KR101053487B1 (ko) 진동주파수 변환장치, 진동주파수 변환장치를 이용한 에너지 포집기 및 에너지 포집방법
KR20150002971A (ko) 하이브리드 발전장치
CN107534400A (zh) 热电装置以及所述热电装置的制造方法
US20120104874A1 (en) Vibrating-type electromagnetic generator
KR101096108B1 (ko) 미세 코일 및 그 제조방법
KR100952177B1 (ko) Ｍｅｍｓ 기반의 전자기 유도방식 발전소자 및 그 제조방법
JP6076250B2 (ja) 磁歪発電薄膜片の製造方法
KR101234561B1 (ko) 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈
JP5668247B2 (ja) 振動電流変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151127

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161121

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181025

Year of fee payment: 8