KR101214237B1 - Dual spring piezo electric element dynamo - Google Patents

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Abstract

압전소자 발전장치의 발전 효율과 내구성을 증대시키는 코일 스프링 형태의 압전소자 발전장치가 개시된다. 이중 재질의 코일 스프링 형태를 갖는 압전소자 발전장치는, 압전 재질로 형성된 코어부 및 상기 코어부 외측을 둘러싼 형태로 형성되고 상기 코어부와 다른 재질로 형성된 피복부를 포함하고, 코일 스프링 형태로 형성될 수 있다.Disclosed is a coil spring type piezoelectric element generator that increases power generation efficiency and durability of a piezoelectric element generator. The piezoelectric element generator having a coil spring of a dual material includes a core part formed of a piezoelectric material and a covering part formed of a material surrounding the core part and formed of a material different from the core part, and formed in a coil spring shape. Can be.

Description

이중 나선형 압전소자 발전장치{DUAL SPRING PIEZO ELECTRIC ELEMENT DYNAMO}Dual spiral piezoelectric element power generation device {DUAL SPRING PIEZO ELECTRIC ELEMENT DYNAMO}

본 발명은 압전소자를 이용한 발전장치에 관한 것으로, 압전소자의 발전효율과 내구성을 증대시키는 형태를 갖는 압전소자 발전장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a power generation apparatus using a piezoelectric element, and relates to a piezoelectric element power generation apparatus having a form for increasing power generation efficiency and durability of the piezoelectric element.

압전물질은 기계적 에너지를 전기에너지로 변환시키는 변환매체로서 다양한 응용분야를 갖는다. 현재 무기물 및 유기물을 포함하는 다양한 세라믹스 재료가 압전 현상을 일으키는 물질로 알려져 있다.Piezoelectric materials have various applications as conversion media for converting mechanical energy into electrical energy. At present, various ceramic materials including inorganic and organic materials are known to cause piezoelectric phenomena.

압전소자 기술은 초음파 센서 등을 포함하여 여러 가지 센서기기들에 많이 사용되며 발전장치로도 활용되고 있는 기술로서 응용분야가 많은 기술분야이다. 압전소자 발전장치는 압전체에 가해지는 힘(압력 또는 진동)에 의해 전압을 발생시키고, 이와 같이 발생된 전압을 이용하는 장치를 말하며, 가해지는 힘의 크기에 비례하여 압전 발전장치에서 전압이 발생된다.Piezoelectric element technology is a technology that is widely used in various sensor devices, including ultrasonic sensors, and is also used as a power generation device, and has many application fields. The piezoelectric element generator generates a voltage by a force (pressure or vibration) applied to the piezoelectric body, and refers to a device using the generated voltage, and a voltage is generated in the piezoelectric generator in proportion to the magnitude of the applied force.

지금까지는 압전소자가 소형 센서나 소형 전기발생장치에 많이 사용되고 있으나, 압전소자의 성능을 향상시키는 기술이 계속 발전되고 있으므로, 전기를 발생시키는 기술도 점차 대용량으로 진보되고 있는 분야이다.
Until now, piezoelectric elements have been widely used in small sensors and small electric generators, but since the technology for improving the performance of piezoelectric elements continues to be developed, the technology for generating electricity is also increasingly advanced in large capacity.

본 발명의 실시예들에 따르면 압전소자를 이용한 전기 발전장치에서, 전기 발생량을 증가시키고 내구성을 향상시킨 압전소자 발전장치를 제공하기 위한 것이다.
According to embodiments of the present invention, in the electric power generation apparatus using a piezoelectric element, it is to provide a piezoelectric element power generation apparatus that increases the amount of electricity generated and improves durability.

상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발전 용량을 증대시키고 이중 나선 형상을 갖는 압전소자를 이용하여 전압을 발생시키는 압전소자 발전장치는, 압전 재질로 형성된 코어부 및 상기 코어부 외측을 둘러싼 형태로 형성되고 상기 코어부와 다른 재질로 형성된 피복부를 포함하여 형성되고, 상기 압전소자 발전장치가 코일 스프링 형태로 형성될 수 있다.The piezoelectric element power generation apparatus that increases power generation capacity and generates voltage using a piezoelectric element having a double spiral shape according to the embodiments of the present invention includes a core part formed of a piezoelectric material and a shape surrounding the core part outside. And a coating part formed of a material different from the core part, and the piezoelectric element generator may be formed in the form of a coil spring.

일 측에 따르면, 상기 피복부는 강철 소재로 형성될 수 있다.According to one side, the coating portion may be formed of a steel material.

일 측에 따르면, 상기 코어부는 단면 형상이 원형 또는 다각형 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다. 그리고, 상기 피복부는 상기 코어부 외측 둘레를 일정 두께로 감싸도록 형성될 수 있다.
According to one side, the core portion may have a cross-sectional shape of any one of a circular or polygonal shape. The covering part may be formed to surround the outer circumference of the core part with a predetermined thickness.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 내부는 압전소자 재질로 형성되고 외부는 강철 소재로 형성된 이중 나선형태를 가지므로, 외력이 가해졌을 때 발생되는 변위가 크며, 변위 대비 발전 용량을 증대시킬 수 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, since the inside is formed of a piezoelectric element material and the outside has a double spiral shape formed of a steel material, the displacement generated when an external force is applied is large, and power generation is compared to the displacement. Capacity can be increased.

또한, 내구성을 향상시켜서 장기간에 걸쳐 사용할 수 있도록 형성된다.
In addition, it is formed to be able to use over a long period of time to improve the durability.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자 발전장치를 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 압전소자 발전장치에서 압전소자의 발전 동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3 내지 도 5는 비교예들에 따른 압전소자의 발전 동작을 설명하기 위한 모식도들이다.1 is a schematic diagram showing a piezoelectric element power generation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a power generation operation of a piezoelectric element in the piezoelectric element power generation apparatus of FIG. 1.
3 to 5 are schematic diagrams for describing a power generation operation of a piezoelectric element according to comparative examples.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments. In describing the present invention, a detailed description of well-known functions or constructions may be omitted for clarity of the present invention.

이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 압전소자 발전장치(100)에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, the piezoelectric element generator 100 according to the exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 2.

압전소자 발전장치(100)는 압전소자로 형성된 발전체(110)에 힘을 가하면 발전체(110)가 변형되면서 발생하는 변위에 의해 전압이 발생하는 원리를 이용하여 전기를 생산하는 장치이다. 압전소자 발전장치(100)는 물리력(F)이 가해지면 가해지는 물리력에 비례하여 전압을 발생시키는 압전 재질로 형성된다. 또한, 압전소자 발전장치(100)는 힘이 가해지면 변형이 발생하는 다양한 형태를 갖는다.The piezoelectric element generator 100 is an apparatus that generates electricity by applying a force to a power generator 110 formed of a piezoelectric element, by which a voltage is generated by a displacement generated while the power generator 110 is deformed. The piezoelectric element generator 100 is formed of a piezoelectric material that generates a voltage in proportion to the physical force applied when the physical force F is applied. In addition, the piezoelectric element generator 100 may have various forms in which deformation occurs when a force is applied.

본 실시예에 따른 압전소자 발전장치(100)는 압전 재질의 코어부(111)의 외부를 강철 소재의 피복부(113)가 감싸는 형태를 갖는 이중 구조의 발전체(110)를 포함하여 구성된다. 여기서, 본 실시예의 피복부(113) 재질이 강철 소재로 한정되는 것은 아니며, 코어부(111)에 비해 강성 및 인성이 큰 재질로 형성된다. 예를 들어, 발전체(110)는 반복된 하중이 부가되므로 피복부(113)는 인장 또는 압축 하중에 내구성을 갖는 금속 재질이라면 어떠한 재질이라도 사용이 가능하다.The piezoelectric element generator 100 according to the present exemplary embodiment includes a power generator 110 having a double structure having a form in which a cover portion 113 made of steel is wrapped around the core portion 111 of the piezoelectric material. . Here, the material of the covering part 113 of the present embodiment is not limited to the steel material, and is formed of a material having greater rigidity and toughness than the core part 111. For example, since the generator 110 has a repeated load added thereto, the cover part 113 may use any material as long as it is a metal material having durability against tensile or compressive loads.

한편, 압전소자 발전장치(100)는 변형량에 비례하여 전압이 발생하므로, 발전체(110)는 가해지는 힘의 크기에 비해 변형량이 크게 발생하는 코일 스프링 형태를 가질 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 발전체(110)는 단면이 원형인 코일 스프링 형태를 가질 수 있다. 그리고 코어부(111)는 소정 두께를 갖는 환형 봉 형태를 갖고, 피복부(113)는 상기 코어부(111) 외측을 일정 두께로 감싸는 형태를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 발전체(110)의 단면 형상은 원형을 포함하여 다각형 형상을 가질 수 있으며, 코어부(111) 및 피복부(113)의 두께는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.On the other hand, since the piezoelectric element generator 100 generates a voltage in proportion to the deformation amount, the power generator 110 may have a coil spring shape in which the deformation amount is greater than the magnitude of the applied force. As shown in FIG. 2, the power generator 110 may have a coil spring having a circular cross section. The core portion 111 may have an annular rod shape having a predetermined thickness, and the coating portion 113 may have a form surrounding the core portion 111 outside with a predetermined thickness. However, the present invention is not limited thereto, and the cross-sectional shape of the power generator 110 may have a polygonal shape including a circular shape, and the thicknesses of the core part 111 and the cover part 113 may be changed in various ways. Can be.

발전체(110)는 내부인 코어부(111)가 압전 재질로 형성되고, 상기 코어부(111)의 외부를 강철 소재의 피복부(113)가 감싸는 형태로 형성되므로, 외부 압력에 의해 변형시 압축 및 인장에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 압전소자 발전장치(100)는 발전체(110)에 장기간 반복된 압축 인장이 인가되므로, 내구성을 향상시킴으로써 발전체(110)의 수명을 증가시킬 수 있다.The power generator 110 has a core portion 111 formed inside of the piezoelectric material, and is formed in a form in which a sheath portion 113 of steel is wrapped around the core portion 111 so as to be deformed by external pressure. It can improve the durability against compression and tension. In addition, since the piezoelectric element generator 100 is applied to the power generator 110 with repeated compressive tension for a long time, the lifespan of the power generator 110 may be increased by improving durability.

또한, 발전체(110)는 코어부(111)와 피복부(113)의 이중 구조의 코일 스프링 형태를 가지므로 가해지는 힘에 비해 변위량이 크게 발생한다. 그리고 변위량에 비례하여 압전소자 발전장치(100)에서 발생하는 전압도 커지므로, 효과적인 전압 발생이 가능하다. 또한, 압전소자 발전장치(100)가 코일 스프링 형태를 가지므로 반복된 압축 및 인장 하중에 대한 내구성을 향상시키는 효과가 있다.
In addition, since the power generator 110 has a coil spring shape having a dual structure of the core part 111 and the cover part 113, the amount of displacement is greater than the applied force. In addition, since the voltage generated in the piezoelectric element generator 100 increases in proportion to the displacement, an effective voltage can be generated. In addition, since the piezoelectric element generator 100 has a coil spring shape, there is an effect of improving durability against repeated compressive and tensile loads.

한편, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 대한 비교예들을 도시한 도면들이다. 도면을 참조하면, 압전소자(200, 300)를 평판형 압전소자(211), 원반형 압전소자(221), 또는 철사형 압전소자(311)로 형성할 수 있다. 그러나 이와 같이 압전소자(200, 300)를 평판형 압전소자(211), 원반형 압전소자(221), 또는 철사형 압전소자(311)로 형성하는 경우에는, 상술한 실시예와는 달리, 압전소자(200, 300)가 변형되는 변위 폭이 작아진다. 그리고 변위가 작으면 발생되는 전기량 역시 작기 때문에 발전장치로 사용하기에는 효율성이 떨어진다.Meanwhile, FIGS. 3 to 5 are diagrams showing comparative examples of the embodiment of the present invention. Referring to the drawings, the piezoelectric elements 200 and 300 may be formed of a flat plate type piezoelectric element 211, a disk type piezoelectric element 221, or a wire type piezoelectric element 311. However, in the case where the piezoelectric elements 200 and 300 are formed of the flat plate type piezoelectric element 211, the disc type piezoelectric element 221, or the wire type piezoelectric element 311, the piezoelectric element is different from the above-described embodiment. The displacement width at which the 200 and 300 are deformed becomes small. In addition, if the displacement is small, the amount of electricity generated is also small, so it is inefficient to use as a generator.

이에 반해, 본 실시예에 따르면 압전소자 발전장치(100)는 코일 스프링 형태로 형성되므로 힘이 가해졌을 때, 변위 발생량이 크고, 이에 따라 발전량이 크다.On the contrary, according to the present embodiment, since the piezoelectric element generator 100 is formed in the form of a coil spring, when a force is applied, the displacement generation amount is large, and thus the generation amount is large.

즉, 압전소자 발전장치에 동일한 크기의 힘(F)이 가해졌을 때, 본 실시예에 따른 발전체(110)의 변위량 d가 비교예들에 따른 압전소자(200, 300)들이 변형된 변형량 d1, d2, d3에 비해서 크다. 그리고 본 실시예에 따른 압전소자 발전장치(100)가 비교예들에 비해 단위 길이당 변형량이 커서 발생하는 전압의 크기 역시 더 크다.That is, when a force F of the same magnitude is applied to the piezoelectric element generator, the displacement amount d1 of the piezoelectric elements 200 and 300 according to the comparative examples is the displacement amount d of the power generator 110 according to the present embodiment. Larger than, d2, d3. In addition, the piezoelectric element generator 100 according to the present exemplary embodiment has a larger magnitude of voltage generated due to a greater amount of deformation per unit length than the comparative examples.

또한, 피복부(113)가 강철 소재로 형성되므로 반복되는 압축 및 인장 하중에 대한 내구성이 크고, 오랜 기간의 반복적인 압축 및 인장 하중에 대해서 큰 내구성을 가지므로, 압전소자 발전장치(100)의 수명이 증가되고 효과적으로 장기간에 걸쳐 전기를 발생시킬 수 있다.In addition, since the coating portion 113 is formed of a steel material, the durability of the piezoelectric element generator 100 is large because it has a high durability against repeated compressive and tensile loads and a large durability against repeated compressive and tensile loads over a long period of time. Its life is increased and can effectively generate electricity over a long period of time.

여기서, 도 3 내지 도 5에서 미설명 도면부호 212, 222, 312는 각각 변형된 판형 압전소자(212), 변형된 원반형 압전소자(222) 및 변형된 철사형 압전소자(312)이다.3 through 5, reference numerals 212, 222, and 312, respectively, are modified plate-shaped piezoelectric elements 212, modified disk-shaped piezoelectric elements 222, and modified wire-shaped piezoelectric elements 312, respectively.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and variations are possible to those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, and all the things that are equivalent to or equivalent to the scope of the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the present invention.

100, 200, 300: 압전소자 발전장치
110: 발전체
111: 코어부
113: 피복부
211: 판형 압전소자
212: 변형된 판형 압전소자
221: 원반형 압전소자
222: 변형된 원반형 압전소자
311: 철사형 압전소자
312: 변형된 철사형 압전소자
d, d1, d2, d3: 변형량100, 200, 300: piezoelectric element generator
110: generator
111: core part
113: cladding
211: plate-shaped piezoelectric element
212: deformed plate piezoelectric element
221: disk type piezoelectric element
222: deformed disk-shaped piezoelectric element
311: wire type piezoelectric element
312: deformed wire piezoelectric element
d, d1, d2, d3: deformation amount

Claims (4)

압전소자를 이용한 압전소자 발전장치에 있어서,
압전 재질로 형성된 코어부; 및
상기 코어부 외측을 둘러싼 형태로 형성되고 금속재질로 형성된 피복부;
를 포함하고, 코일 스프링 형태로 형성된 압전소자 발전장치.
In a piezoelectric element power generation apparatus using a piezoelectric element,
A core part formed of a piezoelectric material; And
A coating part formed in a form surrounding the core part and formed of a metal material;
It includes, the piezoelectric element generator device formed in the form of a coil spring.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 코어부는 단면 형상이 원형 또는 다각형 중 어느 하나의 형상을 갖는 압전소자 발전장치.
The method of claim 1,
The core unit has a piezoelectric element power generator having a cross-sectional shape of any one of a circle or a polygon.
제3항에 있어서,
상기 피복부는 상기 코어부 외측 둘레를 일정 두께로 감싸도록 형성된 압전소자 발전장치.The method of claim 3,
The cover part is formed of a piezoelectric element power generation device to surround the core outer circumference with a predetermined thickness.
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