KR101275745B1 - 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 관한 것이다. 본 발명은, 플렉시블한 재질로 형성되어 외부 충격을 인가받는 제 1 커버와 제 2 커버 사이에 형성되며, 외부 충격시 물리적 에너지를 전기적 에너지로 변환 생성하는 압전재료를 적어도 하나 이상 포함하는 압전재료 어레이를 포함하는 발전부; 및 상기 발전부와 전기적으로 연결되며 상기 발전부로부터 전기에너지를 전달받아 충전하기 위한 충전부를 포함하는 회로부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 카드 형상으로 구조적으로 설계되어 평상시는 사용자가 카드로 사용하며, 사용자가 소지한 모바일 디바이스가 방전된 경우 즉시 연결한 뒤, 충전디바이스에 휨이나 외부적 충격을 인가하여 자체적으로 발전이 가능한 편의를 제공한다.
Description
본 발명은 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 모든 소형 모바일 디바이스에 착탈 가능한 카드 형태로 제공되어 자가 발전에 의한 전원 공급이 가능하며 평소에는 교통 카드 내지는 신용 카드 등과 같은 본연의 카드 기능으로 사용가능한 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 관한 것이다.
정보통신 기술의 발달에 따라 휴대폰, 스마트폰 등과 같은 모바일 디바이스들이 널리 사용되고 있는데, 이와 같은 모바일 디바이스들은 외부전원 내지는 충전배터리로부터 전원을 공급받는 내부적 구조로 설계된다. 모바일 디바이스에 대한 전원 공급수단으로 충전배터리를 사용하는 경우 충전배터리를 충전하기 위한 전력이 요구되는데, 외부의 전력공급원이 가까이 있는 경우 충전배터리를 충전하는데 어려움이 없으나, 산속, 오지 그 밖에 외부의 전력공급원에 대한 접근이 용이하지 않은 곳에서는 장시간 충전할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 모바일 디바이스의 하드웨어의 성능이 고성능으로 점차 향상됨에 따라 충전배터리의 성능 및 용량의 한계가 노출되는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해 모바일 디바이스에서 자발적으로 전원을 제공하거나 잉여 전원에 대한 저장을 위한 기술에 대한 많은 연구가 진행되고 있으나, 현재로서 가장 이상적인 방법은 외부 환경에서 자연적으로 발생되는 물리적 에너지를 전기에너지로 변환하는 자가발전 기능을 모바일 디바이스에 이식하는 것이다.
자가발전 기능으로 전기에너지를 생성하는 방식으로는 크게 2가지로 압전재료를 이용하는 방식과, 자석과 코일을 이용하는 방식이 있는데, 후자인 자석과 코일을 이용하는 방법은 자석과 코일을 회전시키는데 많은 에너지 소비가 요구되는바, 최근 들어서는 압전재료를 이용하여 전기를 발생시키는 자가발전 기능에 대한 개발이 점차 확대되 가고 있으며, 본 발명은 압전재료를 이용하여 모바일 디바이스에 대한 전기 에너지를 공급하기 위한 것이다.
일반적으로 압전재료는 외부에서 특정 방향으로 힘을 가하면 내부에서 발생하는 응력에 대응하여 한쪽 전극에는 정전하(+), 다른 전극에는 부전하(-)가 유기되어 양 전극 간에 전압이 발생하며, 이러한 현상을 정압전 효과라고 한다. 이와 반대로 압전재료에 외부로부터 전압을 절어주면 압전재료는 기계적 왜곡현상이 발생하며, 이를 역압전 효과라 한다.
즉, 압전재료는 기계적 에너지인 응력을 전기적 에너지로, 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변화시키는 성질이 있으며, 현재는 세라믹을 원재료로 하는 압전세라믹이 가장 많이 사용되고 있는 추세이다.
이런 압전세라믹을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 발전장치의 예로, 전기에너지 하베스팅 장치를 들 수 있다. 이런 전기에너지 하베스팅 장치는 외부의 진동 또는 압력 등과 같은 물리적 에너지에 의해 압전재료에 대한 변위가 인가되면, 자체적인 전기에너지를 발생시키는 물리적 성질을 이용하여, 전기, 전자 제품을 동작시키거나, 또는 충전배터리 등에 전기에너지를 저장할 수 있다.
이러한 전기에너지 하베스팅 장치에 대한 기술로, 대한민국 실용신안 20-0261123에서 "압전 세라믹을 이용한 자력충전지"라는 명칭의 기술이 공지된 바 있으며, 이에 의하면 압전 세라믹에 분극 방향이 같도록 접합하여 발전체를 만들고 발전체를 지지대로 고정하고 발전체에 변위를 주기 위하여 충전수단이 되는 돌기가 구비된 회전체로 구성되는 기본적인 구조를 갖는다. 또한, 대한민국 특허 출원번호 제10-2008-7009571호에서 "주파수 정류를 이용한 에너지 수확장치"라는 명칭의 기술이 개시되어 있으며, 이에 의하면 적어도 하나 이상의 빔을 포함한 에너지 발생기 및 금속 바에 부착된 정류기를 포함한 주파수 정류기를 갖는 구조로 형성된다. 상술한 2개의 종래 기술의 공통적인 특징은 발전체에 대한 소형화된 구조를 제공하지 못한 단점이 있다. 즉, 발전체에 대한 움직일 수 있는 공간이 필요하며, 더욱이 휴대의 간편함을 제공하지 못하는 문제점이 있다.
[관련기술문헌]
1. 압전세라믹을 이용한 자력충전지(Self accumulator of electric power usingpiezoelectric ceramics)(실용신안 등록번호 제20-0261123호)
2. 주파수 정류를 이용한 에너지 수확장치(Energy Harvesting Using Frequency Rectification)(특허출원번호 제10-2008-7009571호)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외부의 힘에 의해 전기에너지를 생성하는 발전부를 종래기술과 차별화하여 카드형태로 소형화함으로써, 항상 휴가가 간편하여 장소나 시간에 구애받지 않고 전기에너지를 외부의 모바일 디바이스에 공급가능한 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스를 제공하기 위한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스는, 플렉시블한 재질로 형성되어 외부 충격을 인가받는 제 1 커버와 제 2 커버 사이에 형성되며, 외부 충격시 물리적 에너지를 전기적 에너지로 변환 생성하는 압전재료를 적어도 하나 이상 포함하는 압전재료 어레이를 포함하는 발전부; 및 상기 발전부와 전기적으로 연결되며 상기 발전부로부터 전기에너지를 전달받아 충전하기 위한 충전부를 포함하는 회로부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스는, 상기 제 1 커버와 상기 발전부 사이에 형성되며, 상기 제 1 커버 상에 형성된 제 1 외부 전극 단자와 상기 발전부의 하부에 위치한 상기 제 2 커버 상에 형성된 제 2 외부 전극 단자를 분리시키는 격층 구조를 제공하는 버퍼층; 을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스는, 상기 버퍼층 상부에 형성되는 상부 도전층; 및 상기 압전재료 어레이의 하부에 형성되는 하부 도전층; 을 더 포함하며, 상기 상부 도전층과 상기 하부 도전층 간에는 상기 버퍼층에 의해 전기적 간섭을 받지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 있어서, 상기 하부 도전층은, 상기 제 2 커버 상부에 틴 필름이 증착되어 형성되며, 두께(d2)가 500 내지 2000 옴스트롬(omphalos)으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 있어서, 상기 하부 도전층은, Au, Si, Al, NiCr, Cr 및 Ti 중 적어도 하나 이상을 물리적 또는 화학적 증착에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 있어서, 상기 상부 도전층은, 상기 버퍼층 상에 반도체 공정 기법을 통한 라이닝 작업을 수행하여 형성되며, 상기 버퍼층 상에 "ㄹ" 형상을 90도 반시계 방향으로 회전시킨 것과 같은 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 있어서, 상기 충전부는, 커패시터로 형성되거나, 박막전지로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 있어서, 상기 회로부는, 상기 충전부와 상기 하부 도전층 사이에 형성되는 정류를 위한 다이오드로 구성되는 브릿지 회로; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 있어서, 상기 압전재료 어레이는, 각각이 4행×1열의 압전재료로 형성되는 제 1 압전재료 어레이와, 제 2 압전재료 어레이가 합쳐져 4행×2열 압전재료로 형성되는 것일 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 있어서, 상기 압전재료 어레이를 형성하는 각 각 압전재료는, PZT, PLZT, Pb(Mg⅓Nb⅔)O3(PMN), Pb(Zn⅓Nb⅔)O3(PZN), (Ba, Sr)Ti03(BST), PbTi03(PT), BaTi03(BT), PZN-PT 및 PMN-PT 중 어느 하나 또는 적어도 하나 이상을 포함하는 복합물로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 있어서, 상기 PZT의 화학적 구성은 "x1PbTiO3-(1-x1)PbZrO3"(0.47≤x1≤0.52)으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 있어서, 상기 PZN-PT의 화학적 구성은 "(PbZn⅓Nb⅔O3)(1-x2)-(PbTiO3)x2"(0.02≤x2≤0.09)으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 있어서, 상기 PMN-PT의 화학적 구성은 "(1-x3)Pb⅓(MgO+Nb2O5)+x3PbTiO2"(0.20≤x3≤0.50)으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 있어서, 상기 버퍼층의 두께(d1)는, 0.5 내지 2 미크론(micron) 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 있어서, 상기 버퍼층은, SiO2와 a-Si 중 적어도 하나 이상의 소재를 스퍼터링 등과 같은 물리적 증착기법이나 화학적 증착기법을 이용하여 증착 시키거나, 또는 얇은 절연 비닐 소재, FET 필름등을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스는, 상기 버퍼층을 관통하고 상기 상부 도전층에 의해 관통된 상단이 막힌 구조로 형성되는 전극 단자 연결 VIA 홀, 제 1 VIA 홀 어레이, 제 2 VIA 홀 어레이가 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 있어서, 상기 전극 단자 연결 VIA 홀은, 상기 제 1 외부 전극 단자와 상기 제 2 외부 전극 단자 사이에서 전기적으로 연결되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에 있어서, 상기 제 1 VIA 홀 어레이과 상기 제 2 VIA 홀 어레이는, 각각이 4행×1열의 VIA 홀로 형성되며, 상기 상부 도전층과 상기 하부 도전층을 상기 압전재료 어레이를 통해 전기적으로 연결되는 구조를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스는, 카드 형상으로 구조적으로 설계됨으로써, 평상시는 카드로 사용을 하며, 사용자가 소지한 모바일 디바이스가 방전된 경우 즉시 충전디바이스를 연결한 뒤, 휨이나 외부적 충격을 인가함으로써, 자체적으로 발전이 가능한 효과를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스는, 모바일 디바이스로 전원을 공급함으로써, 충전배터리의 사용기간을 늘려 주는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스는, 얇은 카드형으로 제공되어 사용자가 언제 어디든 휴대가 가능할 뿐만 아니라, 플렉시블 재질로 외피를 형성함으로써 고효율의 전기 에너지 생산이 가능한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스의 주요 구성에 대한 적층 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스가 전기에너지 생성을 위해 뒤틀리는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도3의 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에서 출력되는 회로부를 거치기 전의 교류 전압 상태를 나타내는 그래프이다.
도 2는 도 1의 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스의 주요 구성에 대한 적층 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스가 전기에너지 생성을 위해 뒤틀리는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도3의 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스에서 출력되는 회로부를 거치기 전의 교류 전압 상태를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스를 나타내는 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스의 주요 구성에 대한 적층 구조를 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스가 전기에너지 생성을 위해 뒤틀리는 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스는 제 1 커버(10), 버퍼층(20), 회로부(30), 발전부(40), 그리고 제 2 커버(50)를 포함한다.
제 1 커버(10)는 플레시블한 소재로 형성되어, 도 3과 같은 뒤틀림에도 균열이 생기지 않는다.
버퍼층(20)은 제 1 커버(10)와 발전부(40) 사이에 형성되어, 제 1 커버(10) 상의 제 1 외부 전극 단자(11)와 발전부(40)의 하부에 위치한 제 2 커버(50) 상에 형성된 음극(-)의 외부 전극 단자(51, 이하 제 2 외부 전극 단자)를 격층 구조를 이용해 분리시켜 준다.
버퍼층(20)의 두께(d1)는 0.5 내지 2 미크론(micron) 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로 버퍼층(20)은 SiO2, a-Si 중 적어도 하나 이상의 소재를 스퍼터링 기법을 이용해 물리적, 화학적 증착을 통해 0.5 내지 2 미크론 이하의 얇은 막을 형성함으로써, 생성가능하다. 또한 얇은 절연 비닐 소재나 FET 필름등을 사용하여 생성 가능하다.
다시 설명하면, 버퍼층(20)은 상부 도전층(21)과 발전부(40) 사이에 형성됨으로써, 버퍼층(20) 상부에 형성된 상부 도전층(21)과 발전부(40)의 하부 도전층(41) 사이에 형성됨으로써, 상부 도전층(21)과 하부 도전층(41)이 서로 전기적 간섭을 미치지 않는 기능을 수행한다.
상부 도전층(21)은 버퍼층(20) 상에 반도체 공정 기법을 통한 라이닝 작업을 수행하여 형성되며, "ㄹ" 형상을 90도 반시계 방향으로 회전시킨 것과 같은 형상으로 형성된다.
한편, 버퍼층(20)에는 버퍼층(20)을 관통하고 관통된 상부 도전층(21)에 의해 관통된 상단이 막힌 구조로 형성되는 전극 단자 연결 VIA 홀(22), 제 1 VIA 홀 어레이(23), 제 2 VIA 홀 어레이(24)가 형성된다.
전극 단자 연결 VIA 홀(22)은 회로부(30)와의 전기적 연결이 수행되도록 한다.
제 1 VIA 홀 어레이(23)는 VIA 홀(23a), VIA 홀(23b), VIA홀(23c), 그리고 VIA홀(23d)을 구비하여 4행×1열로 형성되며, 제 2 VIA 홀 어레이(24)는 VIA 홀(24a), VIA 홀(24b), VIA홀(24c), 그리고 VIA홀(24d)을 구비하여 제 1 VIA 홀 어레이(23)에 형성된 열과 평행하게 이격되어 4행×1열로 형성된다.
제 1 VIA 홀 어레이(23)와 제 2 VIA 홀 어레이(24)는 버퍼층(20) 상부에 형성된 상부 도전층(21)과, 발전부(40)에 형성된 압전재료 어레이(42, 43)를 통해 하부 도전층(41)이 전기적으로 연결되도록 형성된다.
즉, 제 1 VIA 홀 어레이(23) 및 제 2 VIA 홀 어레이(24)에 형성된 각 VIA 홀은 버퍼층(20)을 타공하여 위아래를 연결해주는 통로 역할을 수행한다.
VIA홀(24a)은 압전재료 어레이 상에서 압전재료(42a)가 형성된 수직 상의 위치에, VIA홀(24b)은 압전재료 어레이 상에서 압전재료(42b)가 형성된 수직 상의 위치에 각각 대칭적으로 형성된다.
회로부(30)는 한 측으로 발전부(40)와 수평면 상을 기준으로 동일한 위치에 형성되어 발전부(40)와 전기적으로 연결되며, 다른 한 측으로는 제 2 커버(50)의 제 2 외부 전극 단자(51)와 전기적으로 연결된다.
회로부(30)는 브릿지 회로(31)와 충전부(32)를 포함하여 형성된다. 여기서, 브릿지 회로(31)는 정류를 위한 다이오드로 구성되는 것이 바람직하다. 한편, 충전부(32)는 커패시터로 형성되거나, 박막전지로 형성가능하다. 한편, 브릿지 회로(31)로 입력되기 전에 발전부(40)의 A지점에서의 전압 상태는 도 4와 같이 정현파와 유사하게 나타난다.
발전부(40)는 플렉시블한 재질의 제 1 커버(10)의 하부에 위치한 버퍼층(20)과 제 2 커버(50) 사이에 형성되며, 사용자가 제 1 커버(10)와 제 2 커버(50)를 잡고, 도 3과 같이 뒤틀림에 의한 휨 또는 외부 충격에 의한 진동이 발생한 경우 물리적 에너지를 변형하여 전기에너지로 생성하는 압전재료 어레이(42, 43)가 하부 도전층(41) 상에 형성된다.
여기서, 하부 도전층(41)은 제 2 커버(50) 상부에 틴 필름을 증착하여 형성된다. 또한, 하부 도전층(41)의 두께(d2)는 500 내지 2000 옴스트롬(omphalos)으로 형성되는 것이 바람직하며, Au, Si, Al, NiCr, Cr, Ti 중 적어도 하나 이상을 물리적 또는 화학적 증착이 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 하부 도전층(41)은 스파터링 공법 또는 스크린 프린팅 공법을 이용한 500 내지 2000 옴스트롬에 해당하는 얇은 막을 형성함으로써, 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스의 두께를 줄일 수 있는 효과를 제공한다.
한편, 발전부(40)의 압전재료 어레이(42, 43)는 4행×2열로 형성되며, 제 1 압전재료 어레이(42)와 제 2 압전재료 어레이(43)가 각각의 하나의 열을 형성한다. 제 1 압전재료 어레이(42)는 압전재료(42a), 압전재료(42b), 압전재료(42c) 그리고 압전재료(42d)를 각각의 행으로 형성되며, 제 2 압전재료 어레이(43)는 압전재료(43a), 압전재료(43b), 압전재료(43c), 압전재료(43d)가 각각의 행에서 형성된다.
본 발명의 일 실시예료, 제 1 압전재료 어레이(42) 상의 압전재료(42a), 압전재료(42b), 압전재료(42c) 그리고 압전재료(42d)가 하나의 전기적 연결 단위로 형성되며, 제 2 압전재료 어레이(43) 상의 압전재료(43a), 압전재료(43b), 압전재료(43c), 압전재료(43d)가 하나의 전기적 연결 단위로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로, 압전재료(42a)와 압전재료(43a), 압전재료(42b)와 압전재료(43b), 압전재료(42c)와 압전재료(43c), 그리고 압전재료(42d)와 압전재료(43d)가 4개의 쌍으로 전기적 연결 단위로 형성될 수 있다.
한편, 압전재료 어레이(42, 43)을 구성하는 각 압전재료는 PZT, PLZT, Pb(Mg⅓Nb⅔)O3(PMN), Pb(Zn⅓Nb⅔)O3(PZN), (Ba, Sr)Ti03(BST), PbTi03(PT), BaTi03(BT), PZN-PT 및 PMN-PT 중 어느 하나 또는 적어도 하나 이상을 포함하는 복합물로 형성될 수 있다. 이 경우 PZT은 화학식 1, PZN-PT은 화학식 2, PMN-P은 화학식 3과 같이 구성된다.
[화학식 1]
PZT= x1PbTiO3-(1-x1)PbZrO3, 여기서 0.47≤x1≤0.52.
[화학식 2]
PZN-PT = (PbZn⅓Nb⅔O3)(1-x2)-(PbTiO3)x2, 0.02≤x2≤0.09
[화학식 3]
PMN-PT = (1-x3)Pb⅓(MgO+Nb2O5)+x3PbTiO2, 0.20≤x3≤0.50
한편, 본 발명의 다른 실시예로, 회로부(30)의 내부 또는 외부에서 회로부(30)와 전기적으로 연결된 RFID센서를 더 포함할 수 있으며, RFID센서를 구동하는 전원은 압전재료 어레이(42, 43)를 구성하는 안전재료에 의해 생성된 전기에너지를 사용할 수 있다.
제 2 커버(50)는 플레시블 소재로 형성되어 뒤틀림에도 균열이 생기지 않으며, 상술한 바와 같이, 끝 단에 양극(+), 음극(-)의 제 2 외부 전극 단자(52)가 형성된다. 여기서 제 2 커버(50)의 제 2 외부 전극 단자(52)는 외부 기기와 연결 가능하도록 하는 기능을 포함한다.
여기서 제 2 외부 전극 단자(51)는 제 2 외부 전극 단자a(51a)와 제 2 외부 전극 단자b(51b)가 넓이 방향에서의 각 끝단에 형성되는 것으로, 도 1에 도시되어 있지만 이에 한정되진 않는다.
한편, 제 1 커버(10) 및 제 2 커버(20)의 재질은 PVC(Polyvinyl Chloride), PET(Pholyethylene Terephthalate), 폴리 카보네이트 중 어느 하나 또는 적어도 하나 이상을 혼합한 재료로 사출 성형 되며, 형상은 일반 플라스틱 카드의 모양과 같아 휴대가 편리하도록 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스는 평상시에는 RF센서 등을 구비한 교통카드 내지는 신용카드 등으로 사용하며, 필요 또는 위급사항 외부의 모바일 디바이스에 연결하여 충격, 휘 및 외부 운동 등에 의해 자가 발전을 하여 전원을 공급할 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 제 1 커버
20: 버퍼층
21: 상부 도전층
22: 전극 단자 연결 VIA 홀
23: 제 1 VIA 홀 어레이
24: 제 2 VIA 홀 어레이
30: 회로부
31: 브릿지 회로
32: 충전부
40: 발전부
41: 하부 도전층
42: 제 1 압전재료 어레이
43: 제 2 압전재료 어레이
50: 제 2 커버
51: 제 2 외부 전극 단자
20: 버퍼층
21: 상부 도전층
22: 전극 단자 연결 VIA 홀
23: 제 1 VIA 홀 어레이
24: 제 2 VIA 홀 어레이
30: 회로부
31: 브릿지 회로
32: 충전부
40: 발전부
41: 하부 도전층
42: 제 1 압전재료 어레이
43: 제 2 압전재료 어레이
50: 제 2 커버
51: 제 2 외부 전극 단자
Claims (18)
- 플렉시블한 재질로 형성되어 외부 충격을 인가받는 제 1 커버와 제 2 커버 사이에 형성되며, 외부 충격시 물리적 에너지를 전기적 에너지로 변환 생성하는 압전재료를 적어도 하나 이상 포함하는 압전재료 어레이를 포함하는 발전부; 및
상기 발전부와 전기적으로 연결되며 상기 발전부로부터 전기에너지를 전달받아 충전하기 위한 충전부를 포함하는 회로부;를 포함하고,
상기 제 1 커버의 하부에 형성되는 상부 도전층;
상기 압전재료 어레이의 하부에 형성되는 하부 도전층; 및
상기 제 1 커버와 상기 발전부 사이에 형성되며, 상기 상부 도전층 과 상기 하부 도전층을 분리시키는 격층 구조를 제공하는 버퍼층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 하부 도전층은,
상기 제 2 커버 상부에 틴 필름이 증착되어 형성되며, 두께(d2)가 500 내지 2000 옴스트롬(omphalos)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스.
- 청구항 1에 있어서, 상기 하부 도전층은,
Au, Si, Al, NiCr, Cr 및 Ti 중 적어도 하나 이상을 물리적 또는 화학적 증착에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스.
- 청구항 1에 있어서, 상기 상부 도전층은,
상기 버퍼층 상에 반도체 공정 기법을 통한 라이닝 작업을 수행하여 형성되며, 상기 버퍼층 상에 "ㄹ" 형상을 90도 반시계 방향으로 회전시킨 것과 같은 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스.
- 청구항 1에 있어서, 상기 충전부는,
커패시터로 형성되거나, 박막전지로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스.
- 청구항 7에 있어서, 상기 회로부는,
상기 충전부와 상기 하부 도전층 사이에 형성되는 정류를 위한 다이오드로 구성되는 브릿지 회로; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스.
- 청구항 1에 있어서, 상기 압전재료 어레이는,
각각이 4행×1열의 압전재료로 형성되는 제 1 압전재료 어레이와, 제 2 압전재료 어레이가 합쳐져 4행×2열 압전재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스.
- 청구항 9에 있어서, 상기 압전재료 어레이를 형성하는 각 각 압전재료는,
PZT, PLZT, Pb(Mg⅓Nb⅔)O3(PMN), Pb(Zn⅓Nb⅔)O3(PZN), (Ba, Sr)Ti03(BST), PbTi03(PT), BaTi03(BT), PZN-PT 및 PMN-PT 중 어느 하나 또는 적어도 하나 이상을 포함하는 복합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스.
- 청구항 10에 있어서,
상기 PZT의 화학적 구성은 "x1PbTiO3-(1-x1)PbZrO3"(0.47≤x1≤0.52)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스.
- 청구항 11에 있어서,
상기 PZN-PT의 화학적 구성은 "(PbZn⅓Nb⅔O3)(1-x2)-(PbTiO3)x2"(0.02≤x2≤0.09)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스.
- 청구항 12에 있어서,
상기 PMN-PT의 화학적 구성은 "(1-x3)Pb⅓(MgO+Nb2O5)+x3PbTiO2"(0.20≤x3≤0.50)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스.
- 청구항 1에 있어서, 상기 버퍼층의 두께(d1)는,
0.5 내지 2 미크론(micron) 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스.
- 청구항 14에 있어서, 상기 버퍼층은,
SiO2와 a-Si 중 적어도 하나 이상의 소재를 스퍼터링과 같은 물리적 기법과 화학적 기법을 이용해 증착시키거나, 얇은 절연 비닐 소재나 FET 필름을 사용하는 것을 특징으로 하는 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스.
- 청구항 9에 있어서,
상기 버퍼층을 관통하고 상기 상부 도전층에 의해 관통된 상단이 막힌 구조로 형성되는 전극 단자 연결 VIA 홀, 제 1 VIA 홀 어레이, 제 2 VIA 홀 어레이가 형성되는 것을 특징으로 하는 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스.
- 청구항 16에 있어서, 상기 전극 단자 연결 VIA 홀은,
상부 전극과 압전 재료를 전기적으로 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스.
- 청구항 17에 있어서,
상기 제 1 VIA 홀 어레이과 상기 제 2 VIA 홀 어레이는,
각각이 4행×1열의 VIA 홀로 형성되며, 상기 상부 도전층과 상기 하부 도전층을 상기 압전재료 어레이를 통해 전기적으로 연결되는 구조를 제공하는 것을 특징으로 하는 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스.
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|---|---|---|---|
| KR1020120021227A KR101275745B1 (ko) | 2012-02-29 | 2012-02-29 | 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR101275745B1 true KR101275745B1 (ko) | 2013-06-17 |
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| KR1020120021227A KR101275745B1 (ko) | 2012-02-29 | 2012-02-29 | 압전재료를 이용한 카드형 자가발전 충전디바이스 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101275745B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015174617A1 (ko) * | 2014-05-16 | 2015-11-19 | 서울대학교 산학협력단 | 압전 소자에서 발생하는 에너지로 동작하는 무선 송신기 |
| KR20160104474A (ko) | 2015-02-26 | 2016-09-05 | 양도근 | 외부 전원공급 독립형 횡단보행자 감지 무선통보 보도블럭 시스템 |
| CN114079402A (zh) * | 2020-08-11 | 2022-02-22 | 嘉兴珏创科技有限公司 | 一种特殊的发电装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110086980A (ko) * | 2010-01-25 | 2011-08-02 | 주식회사 와이즈파워 | 압전소자를 이용한 충전기능을 갖는 스마트카드 |
| KR101104026B1 (ko) * | 2010-05-27 | 2012-01-06 | 강민수 | Ｌｅｄ 전원용 압전회로부를 포함하는 전자식 카드 |
-
2012
- 2012-02-29 KR KR1020120021227A patent/KR101275745B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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