KR101234562B1 - Vibration generating module with external vibration permission structure and bending stress induced hole for hibrid energy harvesting - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 진동 에너지로부터 전기 에너지를 획득할 수 있도록 한 진동 발전 모듈에 관한 것으로, 특히 압전방식인 다수 개의 단위 발전소자를 휨응력이 집중되는 영역에 집적하고 동시에 자성체가 코일의 중심에서 방사상으로 집중되게 배열 통과되도록 배치하여 압전방식과 전자기 유도 방식 그리고 상,하부 진동 인가구조에 따라 증대된 전기 에너지를 수확할 수 있는 외부 진동 인가 구조 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a vibration power generation module capable of acquiring electrical energy from vibration energy, and in particular, a plurality of unit generators, which are piezoelectric, are integrated in an area where bending stress is concentrated, and at the same time, a magnetic material is arranged radially at the center of the coil. The present invention relates to a hybrid energy harvesting vibration power generation module having an external vibration applying structure and a bending stress inducing hole, which can be disposed to pass through to obtain electric energy increased according to a piezoelectric method, an electromagnetic induction method, and an upper and lower vibration applying structure.
광의의 에너지 수확기술은 생산되는 전력량에 따라 주위 환경(일상의 외력)을 에너지원으로 하여 발전, 발생된 에너지를 포집 및 저장하는 에너지 하베스팅 기술(Micro 발전)과 태양광, 태양열, 풍력, 수력, 파랑, 지열 등의 친환경 에너지원으로부터 전력을 생산하는 신재생에너지 발전 기술(Macro 발전)로 분류할 수 있다. The energy harvesting technology in the broad range is based on the amount of electricity produced, and the energy harvesting technology (Micro power generation) that collects and stores the generated energy using the environment (external power of daily life) as the energy source, and solar, solar, wind, and hydropower. It can be classified as a renewable energy generation technology (macro power generation) that generates electricity from environmentally friendly energy sources such as green, blue and geothermal.
여기서 에너지 하베스팅은 소비되거나 미활용되는 에너지를 수확(Harvesting) 또는 폐이용(Scavenging)하여 에너지를 재생산하는 것으로 정의할 수 있다.Here, energy harvesting may be defined as regenerating energy by harvesting or scavenging energy that is consumed or unused.
또한 주변의 에너지를 전력으로 변환하는 에너지 하베스팅 소자에 있어 진동을 기반으로 하는 소자에는 압전, 정전, 전자기 유도를 이용한 하베스터가 있다.Also, in energy harvesting devices that convert ambient energy into electric power, vibration-based devices include harvesters using piezoelectric, electrostatic, and electromagnetic induction.
이중 압전기반 진동방식으로 에너지 수확을 함에 있어 발전 전력의 극대화를 위한 기술은 공진 주파수 튜닝 기술, 대역폭 확대 기술, 수확에너지 증폭 기술 및 발전소자 하이브리드화 기술 등이 제시되고 있다. 예로 발전소자 하이브리드화 기술로는 미국특허 제7397169호, 미국특허 제7800278호, 미국특허 제7116036호, 한국 공개특허 제2011-26644호가 있다.The technologies for maximizing power generation in energy harvesting with dual piezoelectric vibration method are proposed resonant frequency tuning technology, bandwidth expansion technology, harvest energy amplification technology and generator hybridization technology. For example, the generator hybridization technology includes US Patent No. 7397169, US Patent No. 7800278, US Patent No. 7116036, and Korean Patent Publication No. 2011-26644.
또한 전자기유도 방식의 에너지 하베스팅 기술은 가장 전통적인 발전기술인 전자기유도 방식을 이용한 에너지 수확기술로서 영구자석 또는 코일의 이동을 주변의 진동을 이용하는 방식, 방향과 무관하게 에너지를 수확할 수 있는 기술 등이 제안되고 있다. 이러한 기술로는 대한민국 공개번호 제2011-54860호, 동 공개번호 제2011-29930호, 동 공개번호 2010-31357호가 있다.In addition, energy harvesting technology using electromagnetic induction is energy harvesting technology using electromagnetic induction method, which is the most traditional power generation technology. It is possible to use permanent vibrations or coil movements to use surrounding vibrations, and to harvest energy regardless of the direction. It is proposed. Such technologies include Korea Publication No. 2011-54860, Publication No. 2011-29930, and Publication No. 2010-31357.
그러나 이러한 배경기술들은 하나의 방식을 채택하여 적용된 것으로 에너지 수확의 증대를 위해 한계를 갖는 문제가 있다.However, these background technologies have been applied by adopting one method, and there is a problem that there is a limit for increasing energy harvest.
본 발명은 압전방식인 다수 개의 단위 발전소자를 휨응력이 집중되는 영역에 집적하고 동시에 자성체가 코일의 중심에서 방사상으로 집중되게 배열 통과되도록 배치하여 압전방식과 전자기 유도 방식 그리고 외부 진동인가 구조에 의해 증대된 전기 에너지를 수확할 수 있는 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈을 제공함에 그 목적이 있다.According to the present invention, a plurality of unit generators, which are piezoelectric, are integrated in a region where bending stress is concentrated, and at the same time, the magnetic bodies are arranged so as to pass radially concentrated at the center of the coil, thereby increasing the piezoelectric, electromagnetic inductive, and external vibration applying structures. It is an object of the present invention to provide a hybrid energy harvesting vibration power generation module having a bending stress induction hole capable of harvesting electrical energy.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면,According to a suitable embodiment of the present invention,
판상형으로 서로 마주하는 한 쌍의 상,하부 베이스와;A pair of upper and lower bases facing each other in a plate shape;
상기 상,하부 베이스의 양쪽 또는 어느 한 쪽에 위치되어 외부 자력 변화에 유도되어 전류를 생성시키는 전자기유도 코일부와;An electromagnetic induction coil part positioned at both or one of the upper and lower bases to induce an external magnetic force change to generate a current;
상기 상부 베이스와 하부 베이스의 사이에 배치되어 어느 한쪽에 대해 고정되고 다른 한쪽에 대해 이동 가능하게 설치되어 있는 통형의 고정블록과;A cylindrical fixing block disposed between the upper base and the lower base and fixed to one side and movable to the other side;
일측 고정단이 상기 고정블록에 고정되어 있고 타측 자유단이 전자기유도 코일부에 위치되어 방사상으로 배열되고, 외력과 탄성 복원력에 의해 자유단에서 최대 진폭으로 진동하도록 설치된 다수의 진동기판과;A plurality of vibrating substrates having one fixed end fixed to the fixed block and the other free end positioned radially in the electromagnetic induction coil part and installed to vibrate at the maximum amplitude at the free end by external force and elastic restoring force;
상기 진동기판에 설치되어 휨 변형에 따른 압력 변화를 받아 전류를 생성하는 하나 이상의 단위 압전소자와;At least one unit piezoelectric element installed on the vibrating substrate to generate a current in response to a pressure change due to bending deformation;
상기 다수의 진동기판의 자유단측에 설치되어 외부 진동에 의해 상기 전자기유도 코일부를 삽통하는 자성체; 및A magnetic body installed at a free end side of the plurality of vibrating substrates to insert the electromagnetic induction coil part by external vibration; And
상기 외부 충격이나 진동이 상기 고정블록을 포함한 상기 상부 베이스 또는 상기 하부 베이스에 인가되기 위해 고정블록의 이동 방향쪽에 설치된 다수의 진동 유도스프링을 포함하고,
상기 진동기판에는 일정한 크기로 관통된 응력집중 개구 또는 일정 영역내에 다수개로 분포되어 있는 응력집중홀이 형성되고,
상기 응력집중 개구 또는 상기 응력집중홀이 형성된 영역에 다수개의 단위 압전소자가 적층으로 집적되며, 상기 진동기판은 그 빗변측에 상기 응력집중 개구 또는 상기 응력집중홀로 휨응력을 유도하는 응력집중 유도홈이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈을 제공한다.It includes a plurality of vibration induction springs installed on the moving direction of the fixed block for the external shock or vibration is applied to the upper base or the lower base including the fixed block,
The vibrating substrate is provided with a stress concentrating hole or a plurality of stress concentrating holes distributed in a predetermined region.
A plurality of unit piezoelectric elements are integrated in a stack in the stress concentration opening or the region where the stress concentration hole is formed, and the vibration substrate has a stress concentration induction groove for inducing bending stress to the stress concentration opening or the stress concentration hole on the hypotenuse side. It provides a hybrid energy harvesting vibration generating module having a bending stress induction hole characterized in that it is further formed.
또한, 상기 진동 유도스프링은 하부 베이스와 상기 고정블록의 하단면의 사이에 위치되어 하부 고정/상부 진동하는 인가 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, the vibration induction spring is located between the lower base and the lower surface of the fixed block is characterized in that it has a lower fixed / upper vibration application structure.
또한, 상기 고정블록은 상,하부 베이스에 모두 고정되고;In addition, the fixing block is fixed to both the upper and lower bases;
상기 상부 베이스의 중앙에는 자성체에 당접되어 이동 가능한 진동판이 설치되고;A diaphragm movable in contact with a magnetic body is installed at the center of the upper base;
상기 진동 유도스프링은 상기 진동판의 복귀 동작을 유도하도록 설치되어 하부 고정/상부 진동하는 인가 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.The vibration induction spring is installed to induce a return operation of the diaphragm, characterized in that it has a lower fixed / upper vibration application structure.
또한, 상기 진동 유도스프링은 상부 베이스와 상기 고정블록의 상면의 사이에 위치되어 상부 고정/하부 진동하는 인가 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, the vibration induction spring is located between the upper base and the upper surface of the fixed block is characterized in that it has an application structure to the upper fixed / lower vibration.
판상형으로 서로 마주하는 한 쌍의 상,하부 베이스와;
상기 상,하부 베이스의 양쪽 또는 어느 한 쪽에 위치되어 외부 자력 변화에 유도되어 전류를 생성시키는 전자기유도 코일부와;
상기 상부 베이스와 하부 베이스의 사이에 배치되어 어느 한쪽에 대해 고정되고 다른 한쪽에 대해 이동 가능하게 설치되어 있는 통형의 고정블록과;
일측 고정단이 상기 고정블록에 고정되어 있고 타측 자유단이 전자기유도 코일부에 위치되어 방사상으로 배열되고, 외력과 탄성 복원력에 의해 자유단에서 최대 진폭으로 진동하도록 설치된 다수의 진동기판과;
상기 진동기판에 설치되어 휨 변형에 따른 압력 변화를 받아 전류를 생성하는 하나 이상의 단위 압전소자와;
상기 다수의 진동기판의 자유단측에 설치되어 외부 진동에 의해 상기 전자기유도 코일부를 삽통하는 자성체; 및
외부 충격이나 진동이 상기 고정블록을 포함한 상기 상부 베이스 또는 상기 하부 베이스에 인가되기 위해 고정블록의 이동 방향쪽에 설치된 다수의 진동 유도스프링을 포함하고,
상기 진동 유도스프링은 상부 베이스와 상기 고정블록의 상면의 사이에 위치되고,A pair of upper and lower bases facing each other in a plate shape;
An electromagnetic induction coil part positioned at both or one of the upper and lower bases to induce an external magnetic force change to generate a current;
A cylindrical fixing block disposed between the upper base and the lower base and fixed to one side and movable to the other side;
A plurality of vibrating substrates having one fixed end fixed to the fixed block and the other free end positioned radially in the electromagnetic induction coil part and installed to vibrate at the maximum amplitude at the free end by external force and elastic restoring force;
At least one unit piezoelectric element installed on the vibrating substrate to generate a current in response to a pressure change due to bending deformation;
A magnetic body installed at a free end side of the plurality of vibrating substrates to insert the electromagnetic induction coil part by external vibration; And
It includes a plurality of vibration induction springs installed in the direction of movement of the fixed block for external shock or vibration is applied to the upper base or the lower base including the fixed block,
The vibration induction spring is located between the upper base and the upper surface of the fixed block,
이와 동시에 상기 자성체에 형성된 돌기를 연속적으로 타격하여 자성체를 강제 진동시키는 회전 날개와;At the same time, the rotary blade for forcibly vibrating the magnetic body by continuously hitting the projection formed on the magnetic body;
상기 상부 베이스를 삽통하여 상기 회전날개에 풍압을 도입하는 풍압덕트를 포함하여 상부 고정/하부 및 외부 진동하는 인가 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.Including a wind pressure duct for introducing wind pressure to the rotary blade through the upper base is characterized in that it has an upper fixed / lower and the external vibrating application structure.
또한, 상기 자성체는 다수의 진동기판의 자유단에 각기 개별적으로 설치되도록 분할 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.In addition, the magnetic body is characterized in that it forms a divided form so as to be individually installed on each of the free ends of the plurality of vibration substrate.
또한, 상기 자성체는 다수의 진동기판의 자유단에 공통적으로 연결되도록 단일 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.In addition, the magnetic material is characterized in that a single shape to be commonly connected to the free end of the plurality of vibration substrate.
또한, 상기 전자기유도 코일부는,In addition, the electromagnetic induction coil unit,
원통형을 이루는 내측 코일과;An inner coil forming a cylinder;
상기 내측 코일의 둘레에 원통형으로 형성되어 배치된 외측 코일로 구성된 것을 특징으로 한다.Characterized in that it consists of an outer coil is formed in a cylindrical shape around the inner coil.
또한, 상기 전자기유도 코일부는 다수의 자성체에 각기 개별적으로 대응되는 개별 코일로 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the electromagnetic induction coil unit is characterized in that composed of individual coils respectively corresponding to a plurality of magnetic material.
또한, 상기 진동기판은 자유단측에서 고정단측으로 단면이 증가되는 부채꼴 형태인 것을 특징으로 한다.In addition, the vibrating substrate is characterized in that the fan-shaped form that the cross section is increased from the free end side to the fixed end side.
또한, 상기 진동기판은 자유단측에서 고정단측으로 단면이 증가되는 직각삼각형 형태인 것을 특징으로 한다.In addition, the vibrating substrate is characterized in that the rectangular shape of the cross-section is increased from the free end side to the fixed end side.
또한, 상기 진동기판은 단층 구조로 설치되거나 상,하부로 분리되어 상호 일정한 간격을 갖고 복층 구조로 설치된 것을 특징으로 한다.In addition, the vibrating substrate is installed in a single layer structure or separated into upper, lower, characterized in that it is installed in a multi-layer structure having a constant interval from each other.
또한, 상기 진동기판에는 일정한 크기로 관통된 응력집중 개구가 형성되고;In addition, the vibration substrate is provided with a stress concentration opening penetrated to a predetermined size;
상기 응력집중 개구에 다수의 단위 압전소자가 적층으로 집적되어져 있는 것을 특징으로 한다.A plurality of unit piezoelectric elements are integrated in a stack in the stress concentration opening.
또한, 상기 진동기판에는 일정 영역내에 다수개로 분포되어 있는 응력집중홀이 형성되고;In addition, the vibration substrate is formed with a plurality of stress concentration holes distributed in a predetermined area;
상기 응력집중홀이 형성된 영역에 다수개의 단위 압전소자가 적층으로 집적되어져 있는 것을 특징으로 한다.In the region where the stress concentration hole is formed, a plurality of unit piezoelectric elements are integrated in a stack.
또한, 상기 진동기판은 그 빗변측에 상기 응력집중 개구로 휨응력을 유도하는 응력집중 유도홈이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the vibrating substrate is characterized in that the stress concentration guide groove is further formed on the hypotenuse side to induce bending stress to the stress concentration opening.
또한, 상기 진동기판은 그 빗변측에 상기 응력집중홀이 형성된 영역으로 휨응력을 유도하는 응력집중 유도홈이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the vibrating substrate is characterized in that the stress concentration guide groove is further formed to induce bending stress to the region where the stress concentration hole is formed on the hypotenuse side.
본 발명에 따른 외부 진동 인가 구조 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈은, 압전방식인 다수 개의 단위 발전소자를 휨응력이 집중되는 영역에 집적하고 동시에 자성체가 코일의 중심에서 방사상으로 집중되게 배열 통과되도록 배치하여 압전방식과 전자기 유도 방식 그리고 외부 진동 또는 충격에 고감도로 작동하는 진동구조에 의해 증대된 전기 에너지를 수확할 수 있다.The hybrid energy harvesting vibration power generation module having an external vibration applying structure and a bending stress inducing hole according to the present invention integrates a plurality of unit generators, which are piezoelectric, in a region where bending stress is concentrated, and at the same time, a magnetic body is radially concentrated at the center of the coil. Arranged so as to pass through the array, the electric energy increased by the piezoelectric method, the electromagnetic induction method, and the vibration structure that operates with high sensitivity to external vibration or impact can be harvested.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈의 정단면도.
도 2a는 도 1의 A-A선에서 본 단면도.
도 2b는 도 2a에서 자성체와 코일의 변형예를 보여주는 도면.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 적용되는 자성체와 코일의 다양한 구성을 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 적용되는 진동기판의 일 예를 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 적용되는 진동기판의 다른 예를 나타낸 평면도.
도 6a 및 도 6b는 단위 압전소자가 적층된 상태에서의 도 5의 B-B선 단면도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈의 정단면도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈의 정단면도.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈의 정단면도.
도 10은 본 발명에 적용되는 진동기판의 변형된 설치 예를 나타낸 평면도.
도 11은 도 10에서 단위 압전소자의 설치 구조를 보여주는 진동기판의 평면도.
도 12는 도 11의 변형예를 보여주는 평면도.
도 13은 도 12의 D-D선 단면도로서 단위 압전소자가 적층된 상태를 나타내는 도면.The following drawings, which are attached in this specification, illustrate the preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description thereof, serve to further understand the technical spirit of the present invention. It should not be construed as limited.
1 is a front sectional view of a hybrid energy harvesting vibration generation module according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1. FIG.
Figure 2b is a view showing a modification of the magnetic material and the coil in Figure 2a.
3A and 3B are plan views showing various configurations of a magnetic material and a coil applied to the present invention.
Figure 4 is a plan view showing an example of a vibration substrate applied to the first embodiment of the present invention.
5 is a plan view showing another example of a vibration substrate applied to the first embodiment of the present invention.
6A and 6B are cross-sectional views taken along line BB of FIG. 5 in a state where unit piezoelectric elements are stacked;
7 is a front sectional view of a hybrid energy harvesting vibration generating module according to a second embodiment of the present invention.
8 is a front sectional view of a hybrid energy harvesting vibration generating module according to a third embodiment of the present invention.
9 is a front sectional view of a hybrid energy harvesting vibration generating module according to a fourth embodiment of the present invention.
10 is a plan view showing a modified installation example of the vibration substrate to be applied to the present invention.
FIG. 11 is a plan view of a vibrating substrate showing an installation structure of a unit piezoelectric element in FIG. 10. FIG.
12 is a plan view showing a modification of FIG.
FIG. 13 is a sectional view taken along the line DD of FIG. 12 showing a state in which unit piezoelectric elements are stacked;
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.
본 발명에 따른 외부 진동 인가 구조 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈은 고정 방법 및 진동 인가 구조에 따라 4가지 실시예로 구현될 수 있다.The hybrid energy harvesting vibration power generation module having an external vibration applying structure and a bending stress inducing hole according to the present invention may be implemented in four embodiments according to a fixing method and a vibration applying structure.
<제1 실시예>≪ Embodiment 1 >
본 발명의 제1 실시예에 따른 '외부 진동 인가 구조 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈'은 하부 고정/상부 진동인가 구조에 따른 것이다.According to the first embodiment of the present invention, the 'hybrid energy harvesting vibration generating module having an external vibration applying structure and a bending stress inducing hole' is according to a lower fixed / upper vibration applying structure.
제1 실시예는 도 1 내지 도 2b와 같이 각기 일정한 두께를 갖는 판상형의 상부 베이스(20a)와 하부 베이스(20b)가 구비된다. 하부 베이스(20b)는 원판 형태로 구성되어 있으나 이러한 형태에 제한되는 것은 아니다. 상,하부 베이스(20a,20b)는 후술할 자성체(70)가 흡착되는 것을 방지하기 위해 비철금속을 제외한 소재로 제작된다.The first embodiment is provided with a plate-shaped
상,하부 베이스(20a,20b)에는 각기 전자기유도 코일부(30)가 배치되어 있다. 전자기유도 코일부(30)는 각기 상,하부 베이스(20a,20b)의 상면 및 하면의 중앙부에 고정 지지된다. 전자기유도 코일부(30)는 외부 자력 변화에 유도되어 전류를 생성시키는 코일을 갖는다. 전자기유도 코일부(30)는 일 형태로서 도 3a와 같이 원통형을 이루는 내측 코일(32)과 상기 내측 코일(32)의 둘레에 원통형으로 형성되어 배치된 외측 코일(34)로 구성된다. 이들 내측 코일(32)과 외측 코일(34)은 각기 코일이 권취되어 동일 중심축상에 배치된다. 코일의 권취 횟수는 내,외측 코일(32,34)이 동일하거나 서로 다르게 할 수도 있다. 이때 내측 코일(32)의 외주면과 외측 코일(34)의 내주면 사이에는 후술할 자성체(70)가 자유롭게 삽통할 수 있는 원통형 공극을 갖는다. 또한 전자기 유도코일부(30)는 다른 형태로서 도 2a 및 도 3a와 같이 다수의 자성체(70)에 각기 개별적으로 대응되는 개별 코일(130a)로 구성될 수도 있다.The electromagnetic
상부 베이스(20a)와 하부 베이스(20b)의 사이에는 고정블록(40)이 배치되어 있다. 고정블록(40)은 상부 베이스(20a)에 고정되어 있고 하부 베이스(20b)에 상대적으로 이동가능하게 설치되어 있다. 이때 고정블록(40)은 하부 베이스(20b)의 상면에 대해 수직 방향으로 이동가능하게 설치된다. 이를 위해 고정블록(40)의 하면에 끼움축을 형성하여 하부 베이스(20b)를 삽통하는 구조를 갖거나 이의 반대 방향으로 축 구조를 가질 수 있다. 고정블록(40)은 후술할 진동기판(50)의 방사상 배열을 위해 원통형으로 구성되어 있으나 이러한 형태에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서는 고정블록(40)이 진동기판(50)을 복층으로 설치하기 위해 복수개가 적층된 구조로 설치되어져 고정수단인 볼트(44)에 의해 고정되어져 한 몸체로 조립된다.The fixed
고정블록(40)에는 동일 평면상으로 다수 개의 진동기판(50)이 설치되어 있다. 다수의 진동기판(50)은 외력과 탄성 복원력에 의해 자유단이 최대폭을 갖고 상하 진동하도록 설치된다. 즉, 진동기판(50)은 외팔보 형태로 일측 고정단이 고정블록(40)에 고정되어 있고 타측 자유단이 전자기유도 코일부(30)에 위치되어 있다. 따라서 다수개의 진동기판(50)은 자성체(70)의 집적도를 높이기 위해 전자기유도 코일부(30)의 내측 코일(32)을 중심으로 방사상으로 배열되어 있다. 진동기판(50)은 탄성력으로 휨모멘트에 저항하고 휨모멘트 제거시 탄성복원력으로 복귀가 가능한 소재로 제작된다. 본 실시 예에서 진동기판(50)은 그 고정단이 진동기판(50)의 진동시 지지력을 크게 하기 위해 바람직하게 자유단측에서 고정단측으로 단면이 증가되는 부채꼴 형태로 구성하였으나 본 발명은 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다.The fixed
여기서 진동기판(50)은 2가지 형태의 구조로 설치될 수 있다. 제1 형태는 진동기판(50)을 단층 구조로 설치하는 것이고, 제2 형태는 도 1과 같이 상호 일정한 간격을 갖고 복층 구조로 설치하는 것이다. 이와 같이 진동기판(50)을 복층 구조로 설치할 경우 후술할 단위 압전소자(60)를 더욱 고밀도화시켜 단위 면적당 에너지 수확 효율을 증대시킬 수 있다.The vibrating
진동기판(50)에는 각기 하나 이상의 단위 압전소자(60)가 설치된다. 단위 압전소자(60)는 진동기판(50)의 진동시 휨 변형에 따른 압력 변화를 받아 전위차가 발생하여 전류를 생성한다. 단위 압전소자(60)는 이미 알려진 수정, 로셀염, 티탄산바륨, 세라믹 등의 물질로 제작된 것이 될 수 있다. 이때 단위 압전소자(60)는 진동기판(50)의 응력집중 구조에 따라 2가지 구조로 설치될 수 있다.One or more unit
그 첫 번째 구조는, 도 4와 같이 진동기판(50)의 고정단에서 가까운 위치에 일정한 크기로 관통된 응력집중 개구(52)를 형성하고, 이 응력집중 개구(52)에 다수의 단위 압전소자(60)가 적층 구조로 집적되어진 것이다. 이때 하나의 단위 압전소자(60)는 진동기판(50)의 상하 이동방향에 따른 압축과 인장력을 받아 전류를 발생시킨다. 도 4에는 응력집중 개구(52)가 하나로 구성되어 있으나 몇 개로 분할된 형태로 나타날 수도 있다.The first structure, as shown in FIG. 4, forms a
두 번째 구조는, 도 5 및 도 6과 같이 진동기판(50)의 일정 영역(51)내에 다수개로 분포되어 있는 응력집중홀(54)이 형성되고, 응력집중홀(54)이 형성된 영역에 다수개의 단위 압전소자(60)가 적층 구조로 집적되어진 것이다. 이때 응력집중홀(54)의 크기는 상대적으로 응력집중 개구(52)보다 작다.In the second structure, as shown in FIGS. 5 and 6, a plurality of stress concentration holes 54 are formed in a
이같이 응력집중 개구(52) 또는 응력집중홀(54)을 갖는 영역(51)에 단위 압전소자(60)를 설치하는 이유는 진동기판(50)의 진동시 휨응력이 집중되어 변위가 크게 발생되도록 하기 위함이다.The reason why the unit
진동기판(50)에는 외부 진동에 의해 진동하는 자성체(70)가 설치되어져 있다. 자성체(70)는 진동기판(50)의 자유단측에 설치되어 전자기유도 코일부(30)에 가까이 설치되어져 있다. 자성체(70)는 내측 코일(32)과 외측 코일(34)의 사이에 형성된 원통형 공극에 원형으로 배열되어 있다. 자성체(70)는 외부 진동과 공진하기 위해 외부 진동을 직접 받을 수 있다. 자성체(70)는 2가지 형태로 구성될 수 있다. 제1 형태의 자성체(70)는 도 3b와 같이 다수의 진동기판(50)의 자유단에 각기 개별적으로 설치되도록 분할 형태를 이루는 것이고, 제2 형태의 자성체(70)는 도 3a와 같이 다수의 진동기판(50)의 자유단에 공통적으로 연결되도록 단일 형태를 이루는 것이다. 따라서 제 2형태의 경우 자성체(70)는 원통형으로 구성된다.The vibrating
외부 충격이나 진동이 상기 고정블록(40)을 포함한 상부 베이스(20a)에 인가되기 위해 고정블록(40)의 이동 방향쪽에 다수의 진동 유도스프링(80)이 설치된다. 즉, 진동 유도스프링(80)은 하부 베이스(20b)와 고정블록(40)의 하면측에 설치된다. 이때 진동 유도스프링(80)은 원주상으로 일정 간격마다 설치됨이 바람직하다. 바람직하게 진동 유도스프링(80)은 외부에서 인가되는 진동 주기에 일치하여 자성체(70)의 공진이 유도될 수 있는 스프링상수를 갖는 것이 선택된다.In order for external shock or vibration to be applied to the
이와 같이 구성된 제1 실시예의 작용을 설명한다.The operation of the first embodiment configured as described above will be described.
먼저, 외부 충격이나 진동이 상부 베이스(20a)에 인가되면, 고정블록(40)이 상부 베이스(20a)와 함께 진동하게 되고 동시에, 고정블록(40)에 연결되어 있는 진동기판(50)도 함께 진동하게 된다.First, when external shock or vibration is applied to the
이때 진동기판(50)은 상하 복층 구조로서 고정단을 중심으로 하여 자유단이 상하로 최대 진폭을 가지고 이동하게 된다. 따라서 진동기판(50)의 자유단에 설치된 자성체(70)가 진동기판(50)과 함께 공진하게 된다. 즉, 자성체(70)는 고정블록(40)측을 고정단으로 하여 상하로 운동을 반복하게 된다. 따라서 자성체(70)는 내외측 코일(32,34)을 반복적으로 삽통하면서 상대적 속도가 발생되고 이로 인해 내,외측 코일(32,34)에 기전력이 발생되어 전류가 생성된다. 이때 자성체(70)는 내측 코일(32)의 중심을 두고 방사상으로 집중적으로 배치되어 있어 내,외측 코일(32,34)에 발생되는 기전력의 크기가 증대된다.At this time, the vibrating
이와 동시에 진동기판(50)의 자유단 공진에 따른 단위 압전소자(60)가 설치된 응력집중 개구(52) 또는 응력집중홀(54)을 갖는 영역(51)에 보다 높은 휨응력이 발생된다. 따라서 단위 압전소자(60)에서 얻는 전류의 수확량이 증대된다. 더욱이 진동기판(50)이 복층 구조로 설치되어 단위 압전소자(60)가 더욱 고밀도화되어 단위 면적당 에너지 수확 효율이 증대된다.At the same time, higher bending stress is generated in the
< 제2 실시예>Second Embodiment
본 발명의 제2 실시예에 따른 '외부 진동 인가 구조 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈'은 하부 고정/상부 진동인가 구조에 따른 것으로 도 7에 도시되어 있다. 도 7에서 도면 부호는 제1 실시예와 동일 또는 동등한 부분은 동일 부호를 사용하여 설명한다.According to the second embodiment of the present invention, the 'hybrid energy harvesting vibration generating module having an external vibration applying structure and a bending stress inducing hole' is shown in FIG. 7 according to a lower fixed / upper vibration applying structure. In FIG. 7, reference numerals denote the same or equivalent parts as those in the first embodiment using the same reference numerals.
본 발명의 제2 실시예에 따른 '외부 진동 인가 구조 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈'은 제1 실시예와 동일한 구성 요소를 갖는다. 다만, 고정블록(40)이 상,하부 베이스(20a,20b)에 모두 고정되어 있고, 상부 베이스(20a)의 중앙에는 자성체(70)에 당접되어 이동 가능한 진동판(22)이 설치되고, 진동 유도스프링(80)은 진동판(22)의 복귀 동작을 유도하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.The hybrid energy harvesting vibration generating module having the external vibration applying structure and the bending stress guide hole according to the second embodiment of the present invention has the same components as the first embodiment. However, the fixing
따라서 제2 실시예에서는 외부 충격이나 진동이 상부 베이스(20a)에 인가되면 고정블록(40)은 고정된 상태에서 진동판(22)이 상하로 반복적으로 이동운동을 하게 되고, 진동판(22)에 당접되어 있는 자성체(70)가 상하로 연동하여 전자기유도 코일부(30)를 삽통하면서 진동하게 되어 전자기유도 코일부(30)에 전류가 얻어진다.Therefore, in the second embodiment, when external shock or vibration is applied to the
이같이 제2 실시예의 경우에도 외부 진동이 인가되어 도 4 및 도 5와 같이 단위 발전소자인 진동기판(50)의 자유단 진동에 따른 단위 압전소자(60)가 설치된 응력집중 개구(52) 또는 응력집중홀(54)을 갖는 영역(51)에 보다 높은 휨응력이 발생된다. 따라서 단위 압전소자(60)에서 얻는 전류의 수확량이 증대된다. 더욱이 진동기판(50)이 복층 구조로 설치되어 단위 압전소자(60)가 더욱 고밀도화되어 단위 면적당 에너지 수확 효율이 증대된다.As described above, even in the second embodiment, external vibration is applied to the
< 제3 실시예>Third Embodiment
본 발명의 제3 실시예에 따른 '외부 진동 인가 구조 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈'은 하부 고정/상부 진동인가 구조에 따른 것으로 도 8에 도시되어 있다. 도 8에서 도면 부호는 제1 실시예와 동일 또는 동등한 부분은 동일 부호를 사용하여 설명한다.According to the third embodiment of the present invention, the 'hybrid energy harvesting vibration generating module having an external vibration applying structure and a bending stress inducing hole' is shown in FIG. 8 according to a lower fixed / upper vibration applying structure. In FIG. 8, the same reference numerals as those of the first embodiment will be described using the same reference numerals.
제3 실시예의 경우는 제1 실시예의 구성과 동일하며 도 8과 같이 단지 진동 유도스프링(80)의 위치가 반대 방향으로 설치된 것이다. 즉, 도 8에서와 같이 진동 유도스프링(80)이 상부 베이스(20a)와 상기 고정블록(40)의 상면의 사이에 위치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 따라서 상부측 상부 베이스(20a)가 고정된 상태에서 하부측 하부 베이스(20b)에 진동 또는 충격이 인가되는 구조이다.In the case of the third embodiment is the same as the configuration of the first embodiment, as shown in Figure 8 only the position of the
먼저, 외부 충격이나 진동이 하부 베이스(20b)에 인가되면, 고정블록(40)이 상부 베이스(20a)와 함께 진동하게 되고 동시에, 고정블록(40)에 연결되어 있는 진동기판(50)도 함께 진동하게 된다.First, when external shock or vibration is applied to the
이때 진동기판(50)은 고정단을 중심으로 하여 자유단이 상하로 최대 진폭을 가지고 이동하게 된다. 따라서 진동기판(50)의 자유단에 설치된 자성체(70)가 진동기판(50)과 함께 진동하게 된다. 즉, 자성체(70)는 고정블록(40)측을 고정단으로 하여 상하로 운동을 반복하게 된다. 따라서 자성체(70)는 내외측 코일(32,34)을 반복적으로 삽통하면서 상대적 속도가 발생되고 이로 인해 내,외측 코일(32,34)에 기전력이 발생되어 전류가 생성된다. 이때 자성체(70)는 내측 코일(32)의 중심을 두고 방사상으로 집중적으로 배치되어 있어 내,외측 코일(32,34)에 발생되는 기전력의 크기가 증대된다.At this time, the vibrating
이와 동시에 제1 실시예와 동일하게 진동기판(50)의 자유단 진동에 따른 단위 압전소자(60)가 설치된 응력집중 개구(52) 또는 응력집중홀(54)을 갖는 영역(51)에 보다 높은 휨응력이 발생된다. 따라서 단위 압전소자(60)에서 얻는 전류의 수확량이 증대된다. 더욱이 진동기판(50)이 복층 구조로 설치되어 단위 압전소자(60)가 더욱 고밀도화되어 단위 면적당 에너지 수확 효율이 증대된다.At the same time, the
<제4 실시예><Fourth Embodiment>
본 발명의 제4 실시예에 따른 '외부 진동 인가 구조 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈'은 상부 고정/하부 및 외부 진동인가 구조에 따른 것으로 도 9에 도시되어 있다. 도 9에서 도면 부호는 제1 실시예와 동일 또는 동등한 부분은 동일 부호를 사용하여 설명한다.The hybrid energy harvesting vibration generating module having the external vibration applying structure and the bending stress inducing hole according to the fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. 9 according to the upper fixed / lower and external vibration applying structure. In FIG. 9, the same reference numerals as those of the first embodiment will be described with the same reference numerals.
제4 실시예는 제3 실시예와 동일한 구성과 구조를 가지며 부가적으로 외부 진동 인가구조를 더 갖는 것을 특징으로 하고 있다.The fourth embodiment has the same structure and structure as the third embodiment, and further has an external vibration applying structure.
즉, 도 9에서와 같이 진동 유도스프링(80)은 상부 베이스(20a)와 상기 고정블록(40)의 상면의 사이에 위치되고, 이와 동시에 자성체(70)에 형성된 돌기(71)를 연속적으로 타격하여 자성체(70)를 강제 진동시키는 회전 날개(90), 상부 베이스(20a)를 삽통하여 회전날개(90)에 풍압을 도입하는 풍압덕트(92)를 더 포함하여 구성한 것이다. 이때 풍압덕트(92)의 토출구는 회전날개(90)에 회전이 일어나도록 편향되게 구성될 수 있다.That is, as shown in FIG. 9, the
또한 자성체(70)는 예로 원통형을 직경 방향으로 절단하여 2분할로 구성한 것이 될 수 있다. 회전 날개(90)는 자성체(70)의 배치 영역에서 중앙측에 위치하여 회전이 자유롭도록 설치된다. 회전날개(90)는 풍압덕트(92)를 통해 유입된 풍속에 의해 일방향으로 회전한다. 이때 풍압덕트(92)는 외부에서 발생된 풍속을 회전날개(90)측으로 도입시키는 역할을 한다.In addition, the
따라서 회전날개(90)가 일방향으로 회전하게 되면, 양쪽의 분할된 자성체(70)는 서로 상하 방향을 달리하면서 진동 운동을 하게 된다. 이때 회전날개(90)는 자성체(70)의 내면에 돌출시킨 돌기(71)를 연속적으로 타격하게 되고 동시에 진동기판(50)의 탄성복원력에 의해 진동기판(50)이 고정단을 지점으로 하여 외팔보 진동하게 된다. 따라서 자성체(70)는 전자기유도 코일부(30)를 반복적으로 삽통하게 되어 전류가 발생된다. 이와 동시에 하부 베이스(20b)가 진동 유도스프링(80)에 의해 진동하게 되어 자성체(70)는 전자기유도 코일부(30)내로 깊숙하게 삽통하게 되어 전기에너지 수확량이 증대된다.Therefore, when the
또한 제1 실시예와 동일하게 진동기판(50)의 자유단 진동에 따른 단위 압전소자(60)가 설치된 응력집중 개구(52) 또는 응력집중홀(54)을 갖는 영역(51)에 보다 높은 휨응력이 발생된다. 따라서 단위 압전소자(60)에서 얻는 전류의 수확량이 증대된다. 더욱이 진동기판(50)이 복층 구조로 설치되어 단위 압전소자(60)가 더욱 고밀도화되어 단위 면적당 에너지 수확 효율이 증대된다.In addition, as in the first embodiment, higher bending stress is applied to the
여기서 자성체(70)는 분할형이 아니라 단일 형태로 구성될 수도 있다. 이럴 경우 회전날개(90)는 자성체(70)의 어느 한쪽 부분만을 연속적으로 타격되도록 하여 동일한 작용을 얻을 수 있다.The
다른 한편, 본 발명은 상기 실시예의 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈에서와 같이 외관이 원형을 이루는 형태로 구성하였으나 도 10과 같이 사각 형태로 구성할 수도 있다. 사각 형태로 구성할 경우 상,하부 베이스(20a,20b)는 사각판 형태가 되고, 고정블록(40)은 사각 통형 구조를 갖게 되고 다른 구성요소는 동일하게 구성되되, 다수의 진동기판(50)은 빗변을 갖는 직각 삼각형 형태를 갖게 된다. 이때 그 빗변측에 도 11과 같이 응력집중 개구(52)로 휨응력을 유도하는 응력집중 유도홈(152)이 더 형성될 수 있다. 또한 진동기판(50)은 도 12와 같이 그 빗변측에 응력집중홀(54)이 형성된 영역(51)으로 휨응력을 유도하는 응력집중 유도홈(152)이 더 형성될 수 있음은 물론이다. 따라서 단위 압전소자(60)의 휨 변형량이 증대되어 전기 에너지의 수확량이 향상된다.On the other hand, the present invention is configured in a circular shape as shown in the hybrid energy harvesting vibration power generation module of the embodiment, but may also be configured in a square shape as shown in FIG. When configured in a square shape, the upper and lower bases (20a, 20b) is in the form of a square plate, the fixed
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art in light of the above teachings. will be. The invention is not limited by these variations and modifications, but is limited only by the claims appended hereto.
20a: 상부 베이스
20b: 하부 베이스
32: 내측 코일
34: 외측 코일
40: 고정블록
50: 진동기판
52: 응력집중개구
54: 응력집중홀
60: 압전소자
70: 자성체
80: 진동 유도스프링
90: 회전날개
92: 풍압덕트
132: 개별 코일
152: 응력집중 유도홈20a: upper base
20b: lower base
32: inner coil
34: outer coil
40: fixed block
50: vibrating substrate
52: stress concentration opening
54: stress concentration hole
60: piezoelectric element
70: magnetic material
80: vibration induction spring
90: rotor blade
92: wind duct
132: individual coil
152: stress concentration guide groove
Claims (16)
상기 상,하부 베이스(20a,20b)의 양쪽 또는 어느 한 쪽에 위치되어 외부 자력 변화에 유도되어 전류를 생성시키는 전자기유도 코일부(30)와;
상기 상부 베이스(20a)와 하부 베이스(20b)의 사이에 배치되어 어느 한쪽에 대해 고정되고 다른 한쪽에 대해 이동 가능하게 설치되어 있는 통형의 고정블록(40)과;
일측 고정단이 상기 고정블록(40)에 고정되어 있고 타측 자유단이 전자기유도 코일부(30)에 위치되어 방사상으로 배열되고, 외력과 탄성 복원력에 의해 자유단에서 최대 진폭으로 진동하도록 설치된 다수의 진동기판(50)과;
상기 진동기판(50)에 설치되어 휨 변형에 따른 압력 변화를 받아 전류를 생성하는 하나 이상의 단위 압전소자(60)와;
상기 다수의 진동기판(50)의 자유단측에 설치되어 외부 진동에 의해 진동하여 상기 전자기유도 코일부(30)를 삽통하는 자성체(70); 및
외부 충격이나 진동이 상기 고정블록(40)을 포함한 상기 상부 베이스(20a) 또는 상기 하부 베이스(20b)에 인가되기 위해 고정블록(40)의 이동 방향쪽에 설치된 다수의 진동 유도스프링(80)을 포함하고,
상기 진동기판(50)에는 일정한 크기로 관통된 응력집중 개구(52) 또는 일정 영역내에 다수개로 분포되어 있는 응력집중홀(54)이 형성되고,
상기 응력집중 개구(52) 또는 상기 응력집중홀(54)이 형성된 영역에 다수개의 단위 압전소자(60)가 적층으로 집적되며,
상기 진동기판(50)은 그 빗변측에 상기 응력집중 개구(52) 또는 상기 응력집중홀(54)로 휨응력을 유도하는 응력집중 유도홈(152)이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈.A pair of upper and lower bases 20a and 20b facing each other in a plate shape;
An electromagnetic induction coil part 30 positioned at both or one of the upper and lower bases 20a and 20b to induce an external magnetic force change to generate a current;
A cylindrical fixing block (40) disposed between the upper base (20a) and the lower base (20b) and fixed to one side and movable to the other side;
One fixed end is fixed to the fixed block 40 and the other free end is located in the electromagnetic induction coil unit 30 and arranged radially, a plurality of installed to vibrate at the maximum amplitude at the free end by the external force and elastic restoring force A vibrating substrate 50;
At least one unit piezoelectric element (60) installed in the vibrating substrate (50) to generate a current in response to a pressure change due to bending deformation;
A magnetic body 70 installed at the free end side of the plurality of vibrating substrates 50 to vibrate by external vibration to insert the electromagnetic induction coil unit 30; And
It includes a plurality of vibration induction springs 80 installed on the moving direction of the fixed block 40 to apply external shock or vibration to the upper base 20a or the lower base 20b including the fixed block 40. and,
The vibrating substrate 50 is formed with a stress concentration opening 52 penetrated to a predetermined size or a stress concentration hole 54 distributed in a plurality in a predetermined region,
A plurality of unit piezoelectric elements 60 are integrated in a stack in an area where the stress concentration opening 52 or the stress concentration hole 54 is formed.
The vibrating substrate 50 has a bending stress inducing hole, characterized in that the stress concentration opening 52 or the stress concentration inducing groove 152 for inducing bending stress to the stress concentration hole 54 is further formed on the hypotenuse side. Hybrid energy harvesting vibration generating module having.
상기 진동 유도스프링(80)은 하부 베이스(20b)와 상기 고정블록(40)의 하단면의 사이에 위치되어 하부 고정/상부 진동하는 인가 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 외부 진동 인가 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈.The method of claim 1,
The vibration induction spring (80) is located between the lower base (20b) and the lower surface of the fixed block 40, the external vibration application and bending stress induction hole, characterized in that having a lower fixed / upper vibration application structure Having hybrid energy harvesting vibration generating module.
상기 고정블록(40)은 상,하부 베이스(20a,20b)에 모두 고정되고;
상기 상부 베이스(20a)의 중앙에는 자성체(70)에 당접되어 이동 가능한 진동판(22)이 설치되고;
상기 진동 유도스프링(80)은 상기 진동판(22)의 복귀 동작을 유도하도록 설치되어 하부 고정/상부 진동하는 인가 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 외부 진동 인가 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈.The method of claim 1,
The fixed block 40 is fixed to both the upper and lower bases (20a, 20b);
In the center of the upper base (20a) is provided a diaphragm 22 which is abuts on the magnetic body (70) and is movable;
The vibration induction spring 80 is installed to induce a return operation of the diaphragm 22, and has a lower fixed / upper vibration application structure, characterized in that the external vibration application and bending stress hybrid energy harvesting vibration generation hole module.
상기 진동 유도스프링(80)은 상부 베이스(20a)와 상기 고정블록(40)의 상면의 사이에 위치되어 상부 고정/하부 진동하는 인가 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 외부 진동 인가 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈.The method of claim 1,
The vibration induction spring (80) is located between the upper base (20a) and the upper surface of the fixed block 40 has an external vibration application and bending stress induction hole, characterized in that having an upper fixed / lower vibration application structure Hybrid energy harvesting vibration generation module.
상기 상,하부 베이스(20a,20b)의 양쪽 또는 어느 한 쪽에 위치되어 외부 자력 변화에 유도되어 전류를 생성시키는 전자기유도 코일부(30)와;
상기 상부 베이스(20a)와 하부 베이스(20b)의 사이에 배치되어 어느 한쪽에 대해 고정되고 다른 한쪽에 대해 이동 가능하게 설치되어 있는 통형의 고정블록(40)과;
일측 고정단이 상기 고정블록(40)에 고정되어 있고 타측 자유단이 전자기유도 코일부(30)에 위치되어 방사상으로 배열되고, 외력과 탄성 복원력에 의해 자유단에서 최대 진폭으로 진동하도록 설치된 다수의 진동기판(50)과;
상기 진동기판(50)에 설치되어 휨 변형에 따른 압력 변화를 받아 전류를 생성하는 하나 이상의 단위 압전소자(60)와;
상기 다수의 진동기판(50)의 자유단측에 설치되어 외부 진동에 의해 진동하여 상기 전자기유도 코일부(30)를 삽통하는 자성체(70); 및
외부 충격이나 진동이 상기 고정블록(40)을 포함한 상기 상부 베이스(20a) 또는 상기 하부 베이스(20b)에 인가되기 위해 고정블록(40)의 이동 방향쪽에 설치된 다수의 진동 유도스프링(80)을 포함하고,
상기 진동 유도스프링(80)은 상부 베이스(20a)와 상기 고정블록(40)의 상면의 사이에 위치되고,
이와 동시에 상기 자성체(70)에 형성된 돌기를 연속적으로 타격하여 자성체(70)를 강제 진동시키는 회전 날개(90)와;
상기 상부 베이스(20a)를 삽통하여 상기 회전날개(90)에 풍압을 도입하는 풍압덕트(92)를 포함하여 상부 고정/하부 및 외부 진동하는 인가 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 외부 진동 인가 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈.A pair of upper and lower bases 20a and 20b facing each other in a plate shape;
An electromagnetic induction coil part 30 positioned at both or one of the upper and lower bases 20a and 20b to induce an external magnetic force change to generate a current;
A cylindrical fixing block (40) disposed between the upper base (20a) and the lower base (20b) and fixed to one side and movable to the other side;
One fixed end is fixed to the fixed block 40 and the other free end is located in the electromagnetic induction coil unit 30 and arranged radially, a plurality of installed to vibrate at the maximum amplitude at the free end by the external force and elastic restoring force A vibrating substrate 50;
At least one unit piezoelectric element (60) installed in the vibrating substrate (50) to generate a current in response to a pressure change due to bending deformation;
A magnetic body 70 installed at the free end side of the plurality of vibrating substrates 50 to vibrate by external vibration to insert the electromagnetic induction coil unit 30; And
It includes a plurality of vibration induction springs 80 installed on the moving direction of the fixed block 40 to apply external shock or vibration to the upper base 20a or the lower base 20b including the fixed block 40. and,
The vibration induction spring 80 is located between the upper base 20a and the upper surface of the fixed block 40,
At the same time, the rotary blade 90 for forcibly vibrating the magnetic body 70 by hitting continuously the projection formed on the magnetic body 70;
External vibration application and bending stress induction, characterized in that it has an upper fixed / lower and external vibration application structure including a wind pressure duct 92 for introducing wind pressure to the rotary blade 90 by inserting the upper base (20a) Hybrid energy harvesting vibration generation module with holes.
상기 자성체(70)는 다수의 진동기판(50)의 자유단에 각기 개별적으로 설치되도록 분할 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 외부 진동 인가 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈.The method according to any one of claims 1 to 5,
The magnetic material 70 is a hybrid energy harvesting vibration power generation module having an external vibration application and bending stress induction hole, characterized in that the partition is formed so as to be individually installed on each of the free ends of the plurality of vibration substrate (50).
상기 자성체(70)는 다수의 진동기판(50)의 자유단에 공통적으로 연결되도록 단일 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 외부 진동 인가 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈.The method according to any one of claims 1 to 5,
The magnetic material 70 is a hybrid energy harvesting vibration power generation module having an external vibration application and bending stress induction hole, characterized in that a single form so as to be connected in common to the free ends of the plurality of vibration substrate 50 in common.
상기 전자기유도 코일부(30)는,
원통형을 이루는 내측 코일(32)과;
상기 내측 코일(32)의 둘레에 원통형으로 형성되어 배치된 외측 코일(34)로 구성된 것을 특징으로 하는 외부 진동 인가 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈.The method according to any one of claims 1 to 5,
The electromagnetic induction coil unit 30,
An inner coil 32 forming a cylindrical shape;
Hybrid energy harvesting vibration power generation module having an external vibration application and bending stress induction hole, characterized in that consisting of the outer coil 34 is formed in a cylindrical shape around the inner coil (32).
상기 전자기유도 코일부(30)는,
다수의 자성체(70)에 각기 개별적으로 대응되는 개별 코일(130a)로 구성된 것을 특징으로 하는 외부 진동 인가 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈.The method according to any one of claims 1 to 5,
The electromagnetic induction coil unit 30,
Hybrid energy harvesting vibration generation module having an external vibration application and bending stress induction hole, characterized in that composed of a separate coil (130a) respectively corresponding to a plurality of magnetic material (70).
상기 진동기판(50)은 자유단측에서 고정단측으로 단면이 증가되는 부채꼴 형태인 것을 특징으로 하는 외부 진동 인가 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈.The method according to any one of claims 1 to 5,
The vibrating substrate 50 is a hybrid energy harvesting vibration generation module having an external vibration application and bending stress induction hole, characterized in that the cross-section is increased from the free end side to the fixed end side.
상기 진동기판(50)은 자유단측에서 고정단측으로 단면이 증가되는 직각삼각형 형태인 것을 특징으로 하는 외부 진동 인가 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈.The method according to any one of claims 1 to 5,
The vibrating substrate 50 is a hybrid energy harvesting vibration power generation module having an external vibration applied and bending stress induction hole, characterized in that the cross-section is increased in shape from the free end side to the fixed end side.
상기 진동기판(50)은 단층 구조로 설치되거나 상,하부로 분리되어 상호 일정한 간격을 갖고 복층 구조로 설치된 것을 특징으로 하는 외부 진동 인가 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈.The method according to any one of claims 1 to 5,
The vibrating substrate 50 is installed in a single layer structure or separated into upper and lower, hybrid energy harvesting vibration generation module having an external vibration application and bending stress induction hole, characterized in that installed in a multi-layer structure having a predetermined distance from each other.
상기 진동기판(50)에는 일정한 크기로 관통된 응력집중 개구(52)가 형성되고;
상기 응력집중 개구(52)에 다수의 단위 압전소자(60)가 적층으로 집적되어져 있는 것을 특징으로 하는 외부 진동 인가 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈.The method of claim 5,
The vibrating substrate 50 is formed with a stress concentration opening 52 penetrated to a predetermined size;
Hybrid energy harvesting vibration generation module having an external vibration application and bending stress induction hole, characterized in that a plurality of unit piezoelectric elements (60) are integrated in a stack in the stress concentration opening (52).
상기 진동기판(50)에는 일정 영역내에 다수개로 분포되어 있는 응력집중홀(54)이 형성되고;
상기 응력집중홀(54)이 형성된 영역에 다수개의 단위 압전소자(60)가 적층으로 집적되어져 있는 것을 특징으로 하는 외부 진동 인가 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈.The method of claim 5,
The vibrating substrate 50 is provided with a stress concentration hole 54 is distributed in a plurality in a predetermined area;
Hybrid energy harvesting vibration generation module having an external vibration application and bending stress induction hole, characterized in that the plurality of unit piezoelectric elements (60) are integrated in a stack in the region where the stress concentration hole (54) is formed.
상기 진동기판(50)은 그 빗변측에 상기 응력집중 개구(52)로 휨응력을 유도하는 응력집중 유도홈(152)이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 외부 진동 인가 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈.The method of claim 13,
The vibration substrate 50 is a hybrid energy having an external vibration application and bending stress induction hole, characterized in that the stress concentration guide groove 152 is further formed on the hypotenuse side to induce bending stress to the stress concentration opening 52. Harvesting vibration generating module.
상기 진동기판(50)은 그 빗변측에 상기 응력집중홀(54)이 형성된 영역으로 휨응력을 유도하는 응력집중 유도홈(152)이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 외부 진동 인가 및 휨응력 유도홀을 갖는 하이브리드 에너지 하베스팅 진동 발전 모듈.The method of claim 14,
The vibration substrate 50 has an external vibration application and bending stress induction hole, characterized in that the stress concentration induction groove 152 is further formed on the hypotenuse side to induce bending stress to the region where the stress concentration hole 54 is formed. Having hybrid energy harvesting vibration generating module.
Priority Applications (1)
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KR1020110130502A KR101234562B1 (en) | 2011-12-07 | 2011-12-07 | Vibration generating module with external vibration permission structure and bending stress induced hole for hibrid energy harvesting |
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