KR101218272B1 - 압전소자를 이용한 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에는 복수의 타공이 형성된 타공판과 타공판의 상하면에 타공을 중심으로 압전소자들이 설치되어 압전소자들에 변형이 최대로 일어나 발전량을 극대화 시킬 수 있는 압전소자를 이용한 발전장치가 개시된다.

Description

압전소자를 이용한 발전장치{generating apparatus with piezoeletric element}

본 발명은 기계적 응력을 전기로 변환하는 압전소자(piezoeletric element)를 이용하여 도로 및 계단등에 설치하여 전기를 발생하도록 한 발전장치에 관한 것이다.

자원이 고갈되는 상태에서 태양광 등의 대체 에너지 기술들이 다양하게 개발되고 있으나, 현재까지 이러한 대체 에너지 기술들의 변환효율이 높은 상태가 장소적인 제약이 많이 따르게 되나, 압전소자를 이용한 발전방식은 사람, 자동차가 다니는 곳에는 하중 변화가 발생되어 기계적인 응력을 얻을 수 있고, 전기적 변환효율이 높기 때문에 압전소자를 이용한 발전방식에 대한 연구가 활발히 추진되고 있다.

등록특허 10-0884284(발명의 명칭: 자가발전이 가능한 도로용 프리캐스트 패널)은 필름 형태의 압전소자를 평면의 모재위에 적층시키고, 그 위에 프리캐스트 패널을 적층시키고, 자동차가 프리캐스트 패널 위를 통과할 때 발생되는 응력을 이용하여 발전하는 기술이 개시되어 있다. 그러나 이러한 발전방식은 평면의 모재 위에 필름 형태의 압전소자를 적층시키게 되므로 자동차가 프리캐스트 패널 위를 통과하는 경우에도 압전소자에 발생되는 응력은 미미하기 때문에 발전량이 크지 않기 때문에 비효율적이라 할 수 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수의 타공들이 형성된 기판에 타공을 중심으로 압전소자를 설치함으로써 압전소자의 변형을 증가시켜 압전효율을 극대화시키기 위한 것이다.

본 발명의 다른 해결과제는 압전소자와 가압판 사이에 압전소자의 변형을 증가시키는 압력 팩을 설치하도록 함으로써 압전효율을 향상시키기 위한 것이다.

본 발명의 다른 해결과제들은 실시예를 설명하는 과정에서 상세히 기술하기로 한다.

상기 해결과제를 해결하는 해결수단은 복수의 타공들이 형성된 타공판; 테가 상기 타공의 주변에 안착되게 설치되는 압전소자들을 포함하고, 상기 압전소자들의 상부면에는 상기 압전소자의 상부면보다 크기가 작은 압력전달매체가 설치되는 것이다.

또한 본 발명에서 상기 타공판의 상, 하면에는 상기 압전소자들이 설치되는 것이 바람직하다.

삭제

또한 본 발명에서 상기 타공판의 하면에 설치된 압전소자들의 하부면과 바닥면 사이에는 상기 압전소자들의 하부면보다 작은 압력전달매체가 설치되는 것이 바람직하다.

삭제

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면, 압전소자가 타공판의 타공 의 위, 아래에 설치되기 때문에 압전소자의 변형을 최대화시킬 수 있어 동일한 압력하에서 가장 큰 발전량을 얻을 수 있다.

또한 압전소자에 압력전달매체인 압력팩을 설치하여 가압시킴으로써 압전소자의 변형을 더욱 증가시킬 수 있도록 하고 있다.

또한 압전소자를 타공에 삽입되어 유동되지 않는 구조로 형성하면서 휨을 극대화시켜 안정적으로 큰 발전량을 얻을 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 사용되는 압전소자의 일예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 타공판과 압전소자의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에서 타공판과 압전소자들이 결합된 상태를 도시한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 연결판이 결합된 상태의 일부 확대사진이다.
도 5는 본 발명의 일실시예의 전체 사진이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에서 복수의 타공판에 압전소자들이 설치된 상태의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 다른 실시예의 압전소자의 단면도이다.

도 1은 본 발명에 사용되는 압전소자의 일예를 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 압전소자(10)는 통상적으로 사용되는 환형상의 압전소자를 예시한 것으로, 금속전극(5) 위에 압전필름(3)이 적층되고, 압전필름(3) 위에 세라믹 전극(1)이 적층되는 구성으로 이루어져 있으나, 이에 국한되지 않고 다양한 형상, 구조, 재료를 갖는 소자 들이 본 발명에 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예의 타공판과 압전소자의 분해사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에서 타공판과 압전소자들이 결합된 상태를 도시한 사진이다.

복수의 타공(31)들이 형성된 타공판(30) 위에는 압전소자(10)가 설치된다. 이때 타공판(30)은 전도성 재질의 금속판으로 형성되며, 타공(31)은 원형의 통공으로 예시되어 있으나 다각형 형상으로 제작될 수 있다. 압전소자(10)의 중심은 타공(31)의 중심과 일치시키되 압전소자(10)의 금속전극(5)의 테(테두리)는 타공판(30)에 안착되게 설치한 후 금속전극(5)의 테와 타공판(30)을 용접 등에 의하여 결합시킨다.

이와 같이 타공판(30)에 압전소자(10)의 테가 걸쳐지고, 압전소자(10)가 타공(31)의 중심쪽으로 변형가능하게 설치되는 경우에는 평면에 압전소자(10)가 설치되는 경우 보다 휨 현상이 크게 발생하기 때문에 압전소자(10)의 전기 발생량이 대폭증가하게 된다.

도 4는 본 발명의 일실시예의 연결판이 결합된 상태의 일부 확대사진이고, 도 5는 본 발명의 일실시예의 전체 사진이다.

도 4, 5에 도시된 바와 같이 타공판(30)의 타공(31)을 중심으로 압전소자(10)의 상면 일부가 노출되도록 절연 테이프(35)가 가로방향으로 이격되게 접착되고, 그 위에 세로방향으로 압전소자(10)들을 연결시키는 세로 도전 연결판이 연결되며, 그 위에 세로 도전판을 연결하는 가로 도전판(33)이 설치된다.

또한 압전소자(10)와 접촉되는 세로 도전 연결판의 위에는 탄성재질의 압력팩(37)이 설치되어 있고, 압력팩(37)의 윗 면에는 후술되는 눌림판이 설치되어 자동차 또는 사람이 눌림판을 누를 때 압전소자(10)의 변형을 최대화 시키기 위해서 압전소자(10)의 크기보다 작게 형성되며, 압전소자(10)의 중앙에 설치된다.

이와 같이 구성된 발전장치에서 압전소자(10)의 세라믹 전극(1)은 결국 세로 도전판과 가로 도전판에 연결되어 외부로 인출되고, 금속전극(5)은 타공판(30)에 결합되고 외부로 인출되며, 이 인출선은 미도시된 통상의 콘버터에 의하여 원하는 전압으로 변환되게 된다.

또한 본 발명에서 압전소자(10)는 타공판(30)의 일면에 설치될 뿐만 아니라 타공판(30)의 상, 하 양면에 설치될 수 있을 뿐만 아니라 복수의 타공판(30)들이 설치될 수 있으며, 이들 타공판(30)들의 양면에 압전소자들이 설치될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에서 복수의 타공판에 압전소자들이 설치된 상태의 개략적인 단면도이다.

도 6에 도시된 실시예에서, 바닥판(70)에는 일정 간격으로 압력팩(37)이 설치되고, 압력팩(30)들 위에는 압전소자(10)들이 설치되고, 압전소자(10)의 테가 타공판(30)의 타공(31) 주변에 접촉되도록 타공판(30)이 설치되며, 타공판(30)의 상면에는 압전소자(10)들이 설치되되 하면에 설치된 압전소자(10)들과 마찬가지로 테가 타공(31)의 주변에 걸쳐지게 설치된다. 또한 타공판(30)의 상면에 설치된 압전소자(10)들의 상면 중앙에는 압력팩(37)이 설치되고, 압력팩(37)의 상면에는 눌림판(50)이 설치되어 눌림판(50)이 눌력지게 되면 압력팩(37)들과 타공(31)에 의하여 타공판(30)의 상하면에 설치된 압전소자(10)의 변형은 극대화되게 된다.

이때 타공판(30)의 상하면에 설치된 압전소자(10)들은 금속전극이 타공판(30)에 각각 접촉되도록 용접된다.

도 7은 본 발명에 적용되는 다른 실시예의 압전소자의 단면도이다.

도 7에 도시된 압전소자(20)는 도 1에 도시된 것과 동일한 세라믹 단자(25)와 압전필름(23)을 구비하고 있으나, 금속단자(21)는 타공판(30)의 타공(31)에 삽입되어 유동되지 않도록하는 삽입 돌출부(22)가 형성되어 있다.

이와 같은 금속단자(21)의 삽입 돌출부(22)는 타공(31)에 삽입되어 유동되지 않도록 타공(31)과 동일한 직경을 갖도록 형성되되 타공판(30)의 두께보다 얇게 형성되어 타공판(30)의 타공(31)에 삽입 돌출부(22)가 삽입된 상태에서 금속단자(21)는 휨 현상이 크게 발생되지만 유동되지 않게 된다.

1: 세라믹 전극 3: 압전필름
5: 금속전극 10: 압전소자
30: 타공판 31: 타공
33: 가로도전판 35: 절연테이프
37: 압력팩

Claims (5)

1. 복수의 타공들이 형성된 타공판;
   테가 상기 타공의 주변에 안착되게 설치되는 압전소자들을 포함하고, 상기 압전소자들의 상부면에는 상기 압전소자의 상부면보다 크기가 작은 압력전달매체가 설치되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 발전장치.
2. 청구항 1에서, 상기 타공판의 상, 하면에는 상기 압전소자들이 설치되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 발전장치.
3. 삭제
4. 청구항 2에서, 상기 타공판의 하면에 설치된 압전소자들의 하부면과 바닥면 사이에는 상기 압전소자들의 하부면보다 작은 압력전달매체가 설치되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 발전장치.
5. 삭제

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