KR101298028B1 - Ｐｃｂ 에너지 하베스터 및 그 제조 방법과 이를 이용한 에너지 하베스터 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PCB 에너지 하베스터 및 그 제조 방법과 이를 이용한 에너지 하베스터 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PCB로 제작된 에너지 하베스터(Harvester)를 이용하여 전자기(Electromagnetic) 방식으로 에너지를 하베스팅(Harvesting) 할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 PCB를 이용함으로써, 제작이 용이하고 제작비용을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 모든 주파수 대역에서 발전이 가능하고, 소형화와 더불어 확장성을 향상시킬 수 있으며, 다양한 전자장치에 용이하게 실장할 수 있음은 물론, 소비전력에 따라 발전량을 용이하게 제어할 수 있다.
따라서, 에너지 하베스팅 및 에너지 하베스터 분야는 물론, 산업전반에 걸친 다양한 분야에서 매우 유용하게 이용될 수 있음은 물론, 제품의 경쟁력 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명은 PCB를 이용함으로써, 제작이 용이하고 제작비용을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 모든 주파수 대역에서 발전이 가능하고, 소형화와 더불어 확장성을 향상시킬 수 있으며, 다양한 전자장치에 용이하게 실장할 수 있음은 물론, 소비전력에 따라 발전량을 용이하게 제어할 수 있다.
따라서, 에너지 하베스팅 및 에너지 하베스터 분야는 물론, 산업전반에 걸친 다양한 분야에서 매우 유용하게 이용될 수 있음은 물론, 제품의 경쟁력 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 PCB 에너지 하베스터 및 그 제조 방법과 이를 이용한 에너지 하베스터 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PCB로 제작된 에너지 하베스터(Harvester)를 이용하여 전자기(Electromagnetic) 방식으로 에너지를 하베스팅(Harvesting) 할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 PCB를 이용함으로써, 제작이 용이하고 제작비용을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 모든 주파수 대역에서 발전이 가능하고, 소형화와 더불어 확장성을 향상시킬 수 있으며, 다양한 전자장치에 용이하게 실장할 수 있음은 물론, 소비전력에 따라 발전량을 용이하게 제어할 수 있는 PCB 에너지 하베스터 및 그 제조 방법과 이를 이용한 에너지 하베스터 모듈에 관한 것이다.
에너지 하베스팅(Energy harvesting)은 주변에서 버려지는 에너지를 전기에너지로 변환하고 이를 이용하는 기술에 관한 것으로, 기계적 진동, 전자기파, 자력, 생체열, 빛, 소리, 공기흐름, 열, 온도변화와 같이 주변에서 쉽게 접할 수 있는 대부분의 현상들을 에너지원으로 할 수 있으며, 환경오염을 발생시키지 않기 때문에 청정에너지 기술로 분류되어, 현재 다양한 기술들이 개발되고 있다.
에너지 하베스팅 기술을 이용하는 에너지 하베스터는 적용분야에 따라 다양하게 분류될 수 있으며, 현재 알려진 에너지 하베스터는 크게 압전(Piezoelectric)방식과 전자기(Electromagnetic)방식 및 정전기(Electrostatic)방식으로 구분할 수 있고, 전자기방식은 진동형과 회전형으로 분류될 수 있다.
압전방식은 대한민국 등록특허공보 제10-0929552호 "[110] 방향으로 분극된 완화형 강유전체 단결정을 이용한 에너지 하베스터"와 같이, 일측이 고정되어 상하방향으로 진동하는 외팔보(Cantilever)에 구성된 압전체로부터 전압을 얻는 방식이다.
그러나, 압전방식의 에너지 하베스터는 대부분 압전 세라믹(PZT)를 사용하기 때문에 응력파괴가 쉽게 발생할 수 있으며, 공진주파수를 맞추어 설계해야만 하는 단점과 더불어 극히 제한된 주파수 범위에서만 유효전력을 발생시킬 수 있다는 문제점이 있다.
전자기방식은 대한민국 등록특허공보 제10-1172706호 "에너지 하베스터 및 휴대형 전자 기기"와 같이, 원형의 코일에 인가되는 자기장을 변화시켜 전류를 얻는 방식으로, 도체를 통과하는 자기장이 변화하면 도체주위에 전기장이 형성되어 전류가 흐르게 된다는 페러데이(Faraday)법칙을 이용하는 방식이다.
그러나, 현재까지 개발된 전자기방식의 에너지 하베스터는 소형화가 힘들고, 낮은 주파수영역에서 발전량에 한계가 있다는 단점이 있다.
또한, 정전기방식은 커패시터의 거리를 변경시키면서 커패시터의 정전용량을 변화시켜 전기에너지를 얻는 방식으로, 에너지 효율은 높은 편이나, 매우 큰 초기전압원이 요구되는 단점이 있고, 커패시터의 축적된 에너지를 효율적으로 전달하기 위한 스위칭 시스템이 필요하며, 이러한 시스템이 운동에너지원인 진동특성과 동기화되어야 한다는 등의 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 전자기방식의 에너지 하베스터를 PCB로 제작함으로써, 제작이 용이하고 제작비용을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 전자장치에 용이하게 실장할 수 있는 PCB 에너지 하베스터 및 그 제조 방법과 이를 이용한 에너지 하베스터 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 모든 주파수 대역에서 발전이 가능하고, 소형화와 더불어 확장성을 향상시킬 수 있는 PCB 에너지 하베스터 및 그 제조 방법과 이를 이용한 에너지 하베스터 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
특히, 소비전력에 따라 발전량을 용이하게 제어할 수 있는 PCB 에너지 하베스터 및 그 제조 방법과 이를 이용한 에너지 하베스터 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터는, 상부면에 길이방향의 수직방향으로 제1 도선이 형성되는 상부PCB; 및 상기 상부PCB와 결합되며 하부면에 길이방향의 수직방향에 대하여 일정하게 기울어지도록 제2 도선이 형성된 하부PCB를 포함하고, 상기 상부PCB 및 하부PCB의 양측에는 상기 제1 도선 및 제2 도선의 양측종단부를 순차적으로 연결하는 제1 연결부 및 제2 연결부가 형성되고, 상기 상부PCB 및 하부PCB의 중심부에는 길이방향에 나란하도록 자성체가 구성된다.
또한, 상기 상부PCB 및 하부PCB는, 다층구조로 형성되어 각 층마다 제1 도선 및 제2 도선이 각각 형성되며, 상기 제1 연결부 및 제2 연결부는, 상기 각 층별로 형성된 제1 도선 및 제2 도선을 순차적으로 연결하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 연결부는, 상기 상부PCB에 형성되는 제1 상부연결부 및 상기 제1 상부연결부에 대응하여 상기 하부PCB에 형성되는 제1 하부연결부를 포함하고, 상기 제2 연결부는, 상기 상부PCB에 형성되는 제2 상부연결부 및 상기 제2 상부연결부에 대응하여 상기 하부PCB에 형성되는 제2 하부연결부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 상부연결부, 제1 하부연결부, 제2 상부연결부 및 제2 하부연결부 중 적어도 하나는 비아홀(Via hole)로 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부PCB의 하부면 및 상기 하부PCB의 상부면 중 적어도 하나에는, 상기 자성체의 적어도 일부가 끼워져 삽입되는 끼움홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 자성체는 강자성체 및 영구자석 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터의 제조 방법은, 두 개의 기판 일측면에 각각 도금층을 형성하는 PCB베이스 제작단계; 상기 두 기판이 연결될 부분에 관통홀을 형성하고 상기 관통홀의 내측면을 도금하는 비아홀형성단계; 상기 두 기판 일측면을 패턴에칭하여 각각 제1 도선 및 제2 도선을 형성하는 패턴형성단계; 상기 두 기판의 다른 일측면에 자성체의 적어도 일부가 끼워져 삽입되는 끼움홈을 형성하는 자성체삽입부 형성단계; 및 상기 끼움홈에 자성체를 삽입하고 상기 두 기판의 다른 일측면이 서로 맞닿도록 접합하는 결합단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 패턴형성단계는, 상기 두 기판 중 어느 하나의 기판 일측면에 길이방향에 수직방향으로 제1 도선을 나란하게 형성하고, 상기 두 기판 중 다른 하나의 기판 일측면에 길이방향의 수직방향에 대하여 일정하게 기울어지도록 제2 도선을 나란하게 형성할 수 있다.
또한, 상기 패턴형성단계는, 상기 관통홀의 내측면을 도금하여 형성된 비아홀과 제1 도선 및 제2 도선이 순차적으로 연결되어 코일형태를 형성하도록 제1 도선 및 제2 도선을 형성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터 이용한 에너지 하베스터 모듈은, 상기 PCB 에너지 하베스터에 구성되는 자성체는 영구자석을 포함하고, 상기 영구자석은, 외부의 왕복운동을 전달받아 상기 PCB 에너지 하베스터의 중심부에서 길이방향으로 왕복이동하도록 구성된다.
또한 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터 이용한 에너지 하베스터 모듈은, 상기 PCB 에너지 하베스터의 자성체에 자력을 인가하는 자력발생부를 포함한다.
또한, 상기 동력전달부는 상기 자력발생부를 왕복이동시키도록 구성되고, 상기 자력발생부의 이동방향에 수직방향으로 상기 자성체가 위치하도록 상기 PCB 에너지 하베스터를 복수개 구성할 수 있다.
또한, 상기 동력전달부는 상기 자력발생부를 회전이동시키도록 구성되고, 상기 자력발생부의 회전방향에 법선방향으로 상기 자성체가 위치하도록 상기 PCB 에너지 하베스터를 복수개 구성할 수 있다.
상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 PCB를 이용하여 전자기방식의 에너지 하베스터를 제작함으로써, 제작이 용이하고 제작비용을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 전자장치에 용이하게 실장할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 모든 주파수 대역에서 발전이 가능하고, 소형화와 더불어 확장성을 향상시킬 수 있으며, 소비전력에 따라 발전량을 용이하게 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 진동형 에너지 하베스터 모듈로 제작이 가능하므로, 이동 중 진동이 발생되는 장치(예를 들어, MP3, 스마트폰, 디지털카메라 및 노트북)의 전원장치로 이용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 회전형 에너지 하베스터 모듈로 제작이 가능하므로, 회전식 출입문이나 다양한 구조물의 회전축을 이용하여 발전할 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명은 저전력으로도 동작 가능한 센서모듈에 포함하여 구성함으로써, 센서모듈과 에너지 하베스터 모듈의 단일칩 또는 단일패키지가 가능할 수 있고, 인체 삽입/내장형 의료기기의 보조전원, RFID 센서 태그용 전원 및 센서노드, 스마트 더스트용 전원, 마이크로 및 나노 로봇의 전원장치 등에 매우 유용하게 적용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 유동인구가 많은 실내의 바닥에 설치하여 조명등의 전원으로 사용하는 등, 다양한 구조물에 설치가 가능하여, 환경오염을 발생시키는 많은 전원공급장치를 본 발명에 의한 에너지 하베스터를 이용한 청정에너지로 대체함으로써, 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.
따라서, 에너지 하베스팅 및 에너지 하베스터 분야는 물론, 산업전반에 걸친 다양한 분야에서 매우 유용하게 이용될 수 있음은 물론, 제품의 경쟁력 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터를 설명하는 결합사시도이다.
도 2는 도 1의 도선 및 연결부들의 연결관계를 설명하는 부분확대 평면도이다.
도 3은 도 1의 도선 및 연결부들의 연결관계를 설명하는 부분확대 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터를 이용한 에너지 하베스터 모듈의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터를 이용한 에너지 하베스터 모듈의 다른 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터를 이용한 에너지 하베스터 모듈의 또 다른 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 도선 및 연결부들의 연결관계를 설명하는 부분확대 평면도이다.
도 3은 도 1의 도선 및 연결부들의 연결관계를 설명하는 부분확대 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터를 이용한 에너지 하베스터 모듈의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터를 이용한 에너지 하베스터 모듈의 다른 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터를 이용한 에너지 하베스터 모듈의 또 다른 일 실시예를 설명하는 도면이다.
본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터 및 그 제조 방법과 이를 이용한 에너지 하베스터 모듈에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터를 설명하는 결합사시도이고, 도 2는 도 1의 도선 및 연결부들의 연결관계를 설명하는 부분확대 평면도이며, 도 3은 도 1의 도선 및 연결부들의 연결관계를 설명하는 부분확대 평면도이다.
도 1을 참조하면, PCB 에너지 하베스터(100)는 상부PCB(100), 하부PCB(120), 제1 연결부(130), 제2 연결부(140) 및 자성체(150)를 포함할 수 있다.
상부PCB(110)는 상부면에 복수개의 제1 도선(111)이 일정간격으로 나란하게 형성된다. 또한, 제1 도선(111)은 상부PCB(110)의 길이방향(도 1에서 좌측하부에서 우측상부 방향)에 대하여 수직방향(도 1에서 좌측상부에서 우측하부 방향)으로 형성된다.
하부PCB(120)는 하부면에 복수개의 제2 도선(121)이 일정간격으로 나란하게 형성된다. 또한, 제2 도선(121)은 하부PCB(120)의 길이방향에 대한 수직방향에서 기울어지도록 형성된다.
또한, 상부PCB(110)의 하부면과 하부PCB(120)의 상부면이 맞닿도록 결합되며, 맞닿는 부분에는 제1 연결부(130) 및 제2 연결부(140)가 형성된다.
제1 연결부(130)는 어느 하나의 제2 도선(121)의 일측종단부와 어느 하나의 제1 도선(111)의 일측종단부를 연결하도록 구성되는 것으로, 상부PCB(110)에 형성되는 제1 상부연결부(131) 및 하부PCB(120)에 형성되는 제1 하부연결부(132)를 포함할 수 있다.
제2 연결부(140)는 어느 하나의 제1 도선(111)의 다른 일측종단부와 다음 하나의 제2 도선(121)의 다른 일측종단부를 연결하도록 구성되는 것으로, 상부PCB(110)에 형성되는 제2 상부연결부(141) 및 하부PCB(120)에 형성되는 제2 하부연결부(142)를 포함할 수 있다.
그리고, 제1 상부연결부(131)와 제1 하부연결부(132) 및 제2 상부연결부(141)와 제2 하부연결부(142)는, 상부PCB(110)와 하부PCB(120)가 결합되면 서로 연결되도록 구성될 수 있다.
또한, 제1 상부연결부(131), 제1 하부연결부(132), 제2 상부연결부(141) 및 제2 하부연결부(142) 중 적어도 하나는 비아홀(Via hole)로 형성될 수 있다. 여기서, 비아홀은, PCB에 관통홀을 형성하고 관통홀의 내벽면과 PCB의 양측면이 전기적으로 연결되도록 도금과정을 거쳐 형성할 수 있다.
따라서, 도 2 및 도 3의 (a)에 나타난 바와 같이, 제1 연결부(130), 제1 도선(111), 제2 연결부(140) 및 제2 도선(121)이 순차적으로 연결됨으로써, 도 3의 (b)와 같은 코일형태를 형성할 수 있다.
한편, 자기장의 변화에 따라 유도코일에서 발생되는 전류의 세기는 코일의 권선수에 비례하여 증가하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 전류의 세기를 증가시키기 위하여, 상부PCB(110) 및 하부PCB(120)를 다층구조로 형성하고, 각 층마다 제1 도선(111) 및 제2 도선(121)을 각각 형성할 수 있다.
또한, 필요한 전류의 세기에 따라, 상부PCB(110) 및 하부PCB(120)는 2층구조 및 3층구조 등으로 확장할 수 있다.
이와 같이, 상부PCB(110) 및 하부PCB(120)를 다층구조로 형성하는 경우, 제1 연결부(130) 및 제2 연결부(140)는 각 층별로 형성된 제1 도선(111) 및 제2 도선(121)을 순차적으로 연결하도록 형성될 수 있다.
자성체(150)는 상부PCB(110) 및 하부PCB(120)의 중심부에 길이방향에 나란하도록 구성된다. 여기서, 자성체(150)는 자기장안에서 자화하는 물질을 말하며, 그 중 강자성체(Ferromagnetic substance)는 일단 자화가 되면 외부자기장이 사라져도 자화된 상태가 일정시간 유지될 수 있다. 이와 같은 강자성체 중 자화상태가 유지되는 기간이 특별히 긴 경우를 영구자석이라고 한다.
도 1에서, 상부PCB(110)의 하부면 및 하부PCB(120)의 상부면에는 자성체(150)의 적어도 일부가 끼워져 삽입되는 제1 끼움홈(112) 및 제2 끼움홈(122)을 각각 형성할 수 있는 것으로 나타내었으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 당업자의 요구에 따라 상부PCB(110)의 하부면 및 하부PCB(120)의 상부면 중 어느 하나에 자성체(150)가 완전히 삽입되어 끼워지도록 하고, 다른 하나에는 끼움홈을 형성하지 않을 수 있다.
예를 들어, 전자장치의 메인보드에 본 발명의 에너지 하베스터를 구성하는 경우, 메인보드 상에 제2 도선(121)을 형성하고, 자성체(150)가 상부PCB(110)의 중심부에 삽입되도록 한 후, 자성체(150)가 삽입되고 제1 연결부(130) 및 제2 연결부(140)가 형성된 상부PCB(110)를 제2 도선(121)의 상부에 결합함으로써, 메인보드에 본 발명의 에너지 하베스터를 용이하게 실장할 수 있다.
도 1에서, 미설명부호 '123' 및 '124'는 각각 제1 연결단자 및 제2 연결단지이며, 제1 연결단자(123) 및 제2 연결단자(124)는 PCB 에너지 하베스터(100)에서 발생된 전류를 외부로 공급하기 위한 단자이다.
도 4는 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, PCB 에너지 하베스터의 제조 방법은, PCB 에너지 하베스터(100)의 제품 사양에 따라 자재를 재단하고, 일정한 크기로 재단된 두 개의 기판 일측면에 각각 도금층을 형성하여 PCB베이스 제작한다(단계 S100).
그리고, 두 기판이 연결될 부분에 관통홀을 형성하고 관통홀의 내측면을 도금하여 비아홀을 형성한다(단계 S200).
만약, PCB를 다층구조로 형성하는 경우에는, PCB베이스 제작, 1층 비아홀 및 도선형성, 2층 기판 적층 및 접합, 2층 비아홀 및 도선형성 등의 과정을 순차적으로 수행하여, 다중권선을 형성할 수 있는 비아홀 및 도선이 형성된 다층PCB를 제작할 수 있다.
비아홀의 형성이 완료되면, 두 기판 일측면을 패턴에칭하여 각각 제1 도선 및 제2 도선을 형성한다(단계 S300).
그리고, 두 기판의 다른 일측면에 자성체의 적어도 일부가 끼워져 삽입되는 끼움홈을 형성한 후(단계 S400), 끼움홈에 자성체를 삽입하고 두 기판의 다른 일측면이 서로 맞닿도록 접합함으로써(단계 S500), 본 발명에 의한 PCB 에너지 하베스터(A)를 제조할 수 있다.
이상에서 설명된 PCB 에너지 하베스터의 제조 방법은, 도 4에 나타난 각 단계의 순서에 한정하는 것은 아니며, 당업자의 요구에 따라 각 단계의 시계열적인 순서가 변경될 수 있다. 예를 들어, 단계 'S400'의 끼움홈 형성은 단계 'S100'에서 수행될 수 있다. 다시 말해, 본 발명에 의한 PCB 에너지 하베스터의 제조 방법은 원재료인 두 개의 기판을 이용하여 각 단계를 수행하고 최종제조물로 PCB 에너지 하베스터(100)를 제조할 수 있으면, 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
또한 도 4에서, 패턴형성단계(단계 S300)는 도 1에 나타난 바와 같이, 두 기판 중 어느 하나의 기판 일측면에 길이방향에 수직방향으로 제1 도선을 나란하게 형성하고, 다른 하나의 기판 일측면에 길이방향의 수직방향에 대하여 일정하게 기울어지도록 제2 도선을 나란하게 형성할 수 있다.
또한, 패턴형성단계(단계 S300)는 관통홀의 내측면을 도금하여 형성된 비아홀과 제1 도선 및 제2 도선이 순차적으로 연결되어 코일형태를 형성하도록 제1 도선 및 제2 도선을 형성할 수 있다. 이와 같이, 비아홀과 제1 도선 및 제2 도선이 코일형태가 되도록 연결하는 방법은 당업자의 요구에 따라 다양한 변형이 가능하며, 다층PCB를 이용하는 경우에도 동일 내지 유사함은 물론이다.
도 5는 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터를 이용한 에너지 하베스터 모듈의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 PCB 에너지 하베스터(A)에 구성되는 자성체는 영구자석(155)으로 구성할 수 있다.
또한, 영구자석(155)은 PCB 에너지 하베스터(A)의 외부에서 발생되는 왕복운동을 전달받아, PCB 에너지 하베스터(A)의 중심부에서 길이방향으로 왕복이동하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 PCB 에너지 하베스터(A)는 영구자석(155)의 왕복이동에 의해 유도전류를 발생시켜 전기에너지로 공급할 수 있다.
또한, 하나의 영구자석(155)에 상부PCB(110) 및 하부PCB(120)로 이루어진 구성을 복수개 설치하여, 전기에너지의 생산량을 증가시킬 수 있다.
도 5에서, 영구자석(155)을 왕복이동시키는 구성 및 이와 영구자석(155)과의 결합관계는 당업자의 요구에 따라 다양한 변형이 가능하므로, 특정한 것에 한정하지 않으며, 이하에서 설명될 도 6 및 도 7에서도 동일하다.
도 6은 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터를 이용한 에너지 하베스터 모듈의 다른 일 실시예를 설명하는 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 PCB 에너지 하베스터를 이용한 에너지 하베스터 모듈의 또 다른 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 PCB 에너지 하베스터(A)를 이용한 에너지 하베스터 모듈은, 외부의 동력을 전달하는 동력전달부에 의해 이동하는 자력발생부에 의해, PCB 에너지 하베스터(A)의 자성체에 자력을 인가하여 전기에너지를 생산할 수 있다.
도 6에서, 동력전달부는 튜브(210)의 내부를 이동하는 구형 자력발생부(200)를 왕복이동시키도록 구성될 수 있다.
또한, PCB 에너지 하베스터(A)는 자성체(150)가 구형 자력발생부(200)의 이동방향에 수직방향으로 위치하도록 하여, 복수개가 구성될 수 있다.
따라서, 구형 자력발생부(200)가 튜브(210)의 내부에서 왕복이동함에 따라, 각 PCB 에너지 하베스터(A)의 자성체(150)에 인가되는 극성이 변화되며, 이에 따라 각 PCB 에너지 하베스터(A)에서 전기에너지가 생산될 수 있다.
도 7에서, 동력전달부는 원형 자력발생부(300)를 회동시키는 회동축(310)을 포함할 수 있다. 여기서, 원형 자력발생부(300)는 원판형 또는 원기둥형으로 형성될 수 있다.
또한, PCB 에너지 하베스터(A)는 자성체(150)가 원형 자력발생부(300)의 회전방향에 법선방향으로 위치하도록 하여, 복수개가 구성될 수 있다.
또한, 원형 자력발생부(300)는 복수개의 PCB 에너지 하베스터(A)의 자성체(150)에 대응하여 'N'극과 'S'극이 번갈아 형성될 수 있다.
따라서, 원형 자력발생부(300)가 회동축(310)에 의해 회전함에 따라, 각 PCB 에너지 하베스터(A)의 자성체(150)에 인가되는 극성이 변화되며, 이에 따라 각 PCB 에너지 하베스터(A)에서 전기에너지가 생산될 수 있다.
이외에도, 본 발명에 의한 PCB 에너지 하베스터(A)가 적용되는 전자장치 및 구조물 등에 따라 다양한 형태의 에너지 하베스터 모듈의 구현이 가능함은 물론이다.
이상에서 본 발명에 의한 PCB 에너지 하베스터 및 그 제조 방법과 이를 이용한 에너지 하베스터 모듈에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지는 것이므로, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : PCB 에너지 하베스터(Energy harvester)
110 : 상부PCB
111 : 제1 도선 112 : 제1 끼움홈
120 : 하부PCB
121 : 제2 도선 122 : 제2 끼움홈
123 : 제1 연결단자 124 : 제2 연결단자
130 : 제1 연결부
131 : 제1 상부연결부 132 : 제1 하부연결부
140 : 제2 연결부
141 : 제2 상부연결부 142 : 제2 하부연결부
150 : 자성체 155 : 영구자석
200 : 구형 자력발생부 210 : 튜브
300 : 원형 자력발생부 310 : 회동축
110 : 상부PCB
111 : 제1 도선 112 : 제1 끼움홈
120 : 하부PCB
121 : 제2 도선 122 : 제2 끼움홈
123 : 제1 연결단자 124 : 제2 연결단자
130 : 제1 연결부
131 : 제1 상부연결부 132 : 제1 하부연결부
140 : 제2 연결부
141 : 제2 상부연결부 142 : 제2 하부연결부
150 : 자성체 155 : 영구자석
200 : 구형 자력발생부 210 : 튜브
300 : 원형 자력발생부 310 : 회동축
Claims (13)
- 상부면에 길이방향의 수직방향으로 제1 도선이 형성되는 상부PCB; 및
상기 상부PCB와 결합되며 하부면에 길이방향의 수직방향에 대하여 일정하게 기울어지도록 제2 도선이 형성된 하부PCB를 포함하고,
상기 상부PCB 및 하부PCB의 양측에는 상기 제1 도선 및 제2 도선의 양측종단부를 순차적으로 연결하는 제1 연결부 및 제2 연결부가 형성되고,
상기 상부PCB 및 하부PCB의 중심부에는 길이방향에 나란하도록 자성체가 구성되는 PCB 에너지 하베스터.
- 제1 항에 있어서,
상기 상부PCB 및 하부PCB는,
다층구조로 형성되어 각 층마다 제1 도선 및 제2 도선이 각각 형성되며,
상기 제1 연결부 및 제2 연결부는,
상기 각 층별로 형성된 제1 도선 및 제2 도선을 순차적으로 연결하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 PCB 에너지 하베스터.
- 제 1항에 있어서,
상기 제1 연결부는,
상기 상부PCB에 형성되는 제1 상부연결부 및 상기 제1 상부연결부에 대응하여 상기 하부PCB에 형성되는 제1 하부연결부를 포함하고,
상기 제2 연결부는,
상기 상부PCB에 형성되는 제2 상부연결부 및 상기 제2 상부연결부에 대응하여 상기 하부PCB에 형성되는 제2 하부연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 에너지 하베스터.
- 제 3항에 있어서,
상기 제1 상부연결부, 제1 하부연결부, 제2 상부연결부 및 제2 하부연결부 중 적어도 하나는 비아홀(Via hole)로 형성되는 것을 특징으로 하는 PCB 에너지 하베스터.
- 제 1항에 있어서,
상기 상부PCB의 하부면 및 상기 하부PCB의 상부면 중 적어도 하나에는,
상기 자성체의 적어도 일부가 끼워져 삽입되는 끼움홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 PCB 에너지 하베스터.
- 제 1항에 있어서,
상기 자성체는 강자성체 및 영구자석 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 에너지 하베스터.
- 두 개의 기판 일측면에 각각 도금층을 형성하는 PCB베이스 제작단계;
상기 두 기판이 연결될 부분에 관통홀을 형성하고 상기 관통홀의 내측면을 도금하는 비아홀형성단계;
상기 두 기판 일측면을 패턴에칭하여 각각 제1 도선 및 제2 도선을 형성하는 패턴형성단계;
상기 두 기판의 다른 일측면에 자성체의 적어도 일부가 끼워져 삽입되는 끼움홈을 형성하는 자성체삽입부 형성단계; 및
상기 끼움홈에 자성체를 삽입하고 상기 두 기판의 다른 일측면이 서로 맞닿도록 접합하는 결합단계를 포함하는 PCB 에너지 하베스터의 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 패턴형성단계는,
상기 두 기판 중 어느 하나의 기판 일측면에 길이방향에 수직방향으로 제1 도선을 나란하게 형성하고,
상기 두 기판 중 다른 하나의 기판 일측면에 길이방향의 수직방향에 대하여 일정하게 기울어지도록 제2 도선을 나란하게 형성하는 것을 특징으로 하는 PCB 에너지 하베스터의 제조 방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 패턴형성단계는,
상기 관통홀의 내측면을 도금하여 형성된 비아홀과 제1 도선 및 제2 도선이 순차적으로 연결되어 코일형태를 형성하도록 제1 도선 및 제2 도선을 형성하는 것을 특징으로 하는 PCB 에너지 하베스터의 제조 방법.
- 청구항 1 내지 청구항 5 중 적어도 하나의 PCB 에너지 하베스터에 구성되는 자성체는 영구자석을 포함하고,
상기 영구자석은,
외부의 왕복운동을 전달받아 상기 PCB 에너지 하베스터의 중심부에서 길이방향으로 왕복이동하도록 구성되는 PCB 에너지 하베스터를 이용한 에너지 하베스터 모듈.
- 청구항 1 내지 청구항 5 중 적어도 하나의 PCB 에너지 하베스터; 및
외부의 동력을 전달하는 동력전달부에 의해 이동하며 상기 PCB 에너지 하베스터의 자성체에 자력을 인가하는 자력발생부를 포함하는 PCB 에너지 하베스터를 이용한 에너지 하베스터 모듈.
- 제 11항에 있어서,
상기 동력전달부는 상기 자력발생부를 왕복이동시키도록 구성되고,
상기 자력발생부의 이동방향에 수직방향으로 상기 자성체가 위치하도록 상기 PCB 에너지 하베스터를 복수개 구성하는 것을 특징으로 하는 PCB 에너지 하베스터를 이용한 에너지 하베스터 모듈.
- 제 11항에 있어서,
상기 동력전달부는 상기 자력발생부를 회전이동시키도록 구성되고,
상기 자력발생부의 회전방향에 법선방향으로 상기 자성체가 위치하도록 상기 PCB 에너지 하베스터를 복수개 구성하는 것을 특징으로 하는 PCB 에너지 하베스터를 이용한 에너지 하베스터 모듈.
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| JP2010279239A (ja) * | 2009-05-28 | 2010-12-09 | Korea Electronics Telecommun | 無線電力伝送装置および電子装置 |
| KR20110131968A (ko) * | 2010-06-01 | 2011-12-07 | 서강대학교산학협력단 | 자기탄성체의 가진을 이용한 무선 충전 방법 및 충전 장치 |
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