KR101350916B1 - energy harvester using piezoelectric fiber - Google Patents
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Abstract
모직형 에너지 포집소자에 관한 기술이 개시(disclosure)된다. 일 실시 예에 있어서, 모직형 에너지 포집소자는 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성하는 복수의 압전섬유들로 직조되는 직물을 포함한다. 상기 압전섬유는 상기 압전섬유의 일면에 배치되는 제1전극, 상기 압전섬유의 타면에 배치되는 제2전극 및 상기 압전섬유의 표면 중 적어도 일부에 배치되는 지지층을 포함한다. 상기 지지층이 배치된 상기 압전섬유와 상기 지지층이 배치되지 않은 상기 압전섬유는 상기 외력에 의하여 서로 다르게 변형된다.Disclosed is a description of a woolen energy trapping element. In one embodiment, the woolen energy collecting element comprises a fabric woven from a plurality of piezoelectric fibers that generate electrical energy by deformation by external force. The piezoelectric fiber includes a first electrode disposed on one surface of the piezoelectric fiber, a second electrode disposed on the other surface of the piezoelectric fiber, and a support layer disposed on at least part of the surface of the piezoelectric fiber. The piezoelectric fiber on which the support layer is disposed and the piezoelectric fiber on which the support layer is not disposed are deformed differently by the external force.
Description
본 명세서는 대체로 에너지 포집소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 압전섬유를 이용한 모직형 에너지 포집 소자에 관한 것이다.The present specification generally relates to an energy collecting device, and more particularly, to a woolen energy collecting device using piezoelectric fibers.
본 연구는 한국연구재단을 통해 교육과학기술부의 미래유망 융합기술 파이오니어사업으로부터 지원받아 수행되었습니다(과제번호-2010-0019453).This research was supported by the Korea Research Foundation and supported by the Pioneer Project of Future Prospective Convergence Technology of the Ministry of Education, Science and Technology (Project Number -2010-0019453).
최근에, 유비쿼터스 환경 영향 하에서 휴대용 전자기기 기술이 비약적으로 발전하고 있으나, 이를 구동하여 주는 전원공급 매체의 발전속도는 더딘 상황에 있다. 전원공급 매체의 더딘 발전속도는 전원공급 기기의 지속적인 교체 필요성과 이에 따른 유지비용의 증가라는 문제를 야기하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 휴대용 전자기기 등에 영구적인 에너지를 공급하기 위한 에너지 포집(energy harvesting) 기술에 관한 여러 연구들이 활발히 진행되고 있다. Recently, portable electronic device technology has been rapidly developed under the influence of ubiquitous environment, but the speed of power generation of the power supply medium for driving the device is slow. The slow generation speed of the power supply medium is causing the problem of the need for continuous replacement of the power supply and the increase in maintenance cost. In order to solve this problem, various researches on energy harvesting technology for supplying permanent energy to portable electronic devices and the like are being actively conducted.
휴대용 전자기기의 발달과 함께 wearable computer, smart wear 등과 같은 인간의 의복 또는 착용 가능한 전자기기에 대한 수요와 연구가 증가하고 있다. 인체의 움직임에서 발생되는 에너지를 이용한 에너지 포집 기술로 전자기기에 전원공급을 한다면 시간과 공간에 제약을 받지 않는 지속적 에너지 공급원으로서 기존의 전원공급 매체의 문제점을 해결 및 관련 분야의 기술발달에 기여할 수 있다. 또한 의복 또는 착용 가능한 에너지 수확 소자의 경우 착용성이 높고 무의식적인 에너지 수확이 가능하다는 장점이 있다.With the development of portable electronic devices, there is an increasing demand and research for human clothing or wearable electronic devices such as wearable computers, smart wear, and the like. If the power is supplied to the electronic device with energy collection technology using energy generated from the movement of the human body, it can contribute to solving the problems of the existing power supply media and developing technology in related fields as a continuous energy supply source that is not limited by time and space. have. In addition, clothing or wearable energy harvesting device has the advantage of high wearability and unconscious energy harvesting is possible.
압전섬유를 이용하여 인체의 움직임에서 발생되는 에너지를 활용한 예가 출원특허 10-2010-0014229, ‘압전 직물, 및 그를 이용한 마이크로 동력 에너지 수확 시스템’에서 제안된 바 있으나, 인용발명은 압전층, 상기 압전층의 하부에 형성되는 하부 전극층 및 상기 압전층의 상부에 형성되는 상부 전극층으로 구성되는 압전소자의 일반적인 구조를 직물에 단순 적용한 것으로 이를 통해서는 효율적인 에너지 포집이 어렵다.An example of utilizing energy generated from human body movement using piezoelectric fibers has been proposed in Patent Application No. 10-2010-0014229, 'Piezoelectric Fabric, and Micro-Power Energy Harvesting System Using the Same', but the cited invention refers to a piezoelectric layer, The general structure of the piezoelectric element consisting of a lower electrode layer formed on the lower part of the piezoelectric layer and an upper electrode layer formed on the piezoelectric layer is simply applied to the fabric, which makes it difficult to efficiently collect energy.
일 실시 예에 있어서, 모직형 에너지 포집소자가 개시(disclosure)된다. 상기 모직형 에너지 포집소자는 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성하는 복수의 압전섬유들로 직조되는 직물을 포함한다. 상기 압전섬유는 상기 압전섬유의 일면에 배치되는 제1전극, 상기 압전섬유의 타면에 배치되는 제2전극 및 상기 압전섬유의 표면 중 적어도 일부에 배치되는 지지층을 포함한다. 상기 지지층이 배치된 상기 압전섬유와 상기 지지층이 배치되지 않은 상기 압전섬유는 상기 외력에 의하여 서로 다르게 변형된다.In one embodiment, a woolen energy harvesting device is disclosed. The woolen energy collecting device includes a fabric woven from a plurality of piezoelectric fibers that generate electrical energy by deformation by external force. The piezoelectric fiber includes a first electrode disposed on one surface of the piezoelectric fiber, a second electrode disposed on the other surface of the piezoelectric fiber, and a support layer disposed on at least part of the surface of the piezoelectric fiber. The piezoelectric fiber on which the support layer is disposed and the piezoelectric fiber on which the support layer is not disposed are deformed differently by the external force.
다른 실시 예에 있어서, 모직형 에너지 포집소자가 개시된다. 상기 모직형 에너지 포집소자는 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성하는 적어도 하나의 압전섬유를 포함하는 복수의 실들로 직조되는 직물을 포함한다. 상기 압전섬유는 상기 압전섬유의 일면에 배치되는 제1전극, 상기 압전섬유의 타면에 배치되는 제2전극 및 상기 압전섬유의 적어도 일부 표면에 배치되는 지지층을 포함한다. 상기 지지층이 배치된 상기 압전섬유와 상기 지지층이 배치되지 않은 상기 압전섬유는 상기 외력에 의하여 서로 다르게 변형된다.
In another embodiment, a woolen energy harvesting device is disclosed. The woolen energy collecting device includes a fabric woven from a plurality of yarns including at least one piezoelectric fiber that generates electrical energy by deformation by external force. The piezoelectric fiber includes a first electrode disposed on one surface of the piezoelectric fiber, a second electrode disposed on the other surface of the piezoelectric fiber, and a support layer disposed on at least part of the surface of the piezoelectric fiber. The piezoelectric fiber on which the support layer is disposed and the piezoelectric fiber on which the support layer is not disposed are deformed differently by the external force.
전술한 내용은 이후 보다 자세하게 기술되는 사항에 대해 간략화된 형태로 선택적인 개념만을 제공한다. 본 내용은 특허 청구 범위의 주요 특징 또는 필수적 특징을 한정하거나, 특허청구범위의 범위를 제한할 의도로 제공되는 것은 아니다.The foregoing provides only a selective concept in a simplified form as to what is described in more detail hereinafter. The present disclosure is not intended to limit the scope of the claims or limit the scope of essential features or essential features of the claims.
도 1은 모직형 에너지 포집소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 모직형 에너지 포집소자를 나타내는 도면이다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 모직형 에너지 포집소자를 나타내는 도면이다.
도 4는 또 다른 실시 예에 따른 모직형 에너지 포집소자를 나타내는 도면이다.1 is a view for explaining the operation of the wool energy harvesting element.
2 is a view showing a woolen energy collecting device according to an embodiment.
3 is a view showing a woolen energy collecting device according to another embodiment.
4 is a view showing a woolen energy collecting device according to another embodiment.
이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고 자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 당업자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되어지며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막), 영역 및 형상을 명확하게 표현하기 위하여 구성요소의 폭, 길이, 두께 또는 형상 등은 과장되어 표현될 수도 있다.Hereinafter, embodiments disclosed in this specification will be described in detail with reference to the drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements, unless the context clearly indicates otherwise. The exemplary embodiments described above in the detailed description, the drawings, and the claims are not intended to be limiting, and other embodiments may be utilized, and other variations are possible without departing from the spirit or scope of the disclosed technology. Those skilled in the art will appreciate that the components of the present disclosure, that is, the components generally described herein and illustrated in the figures, may be arranged, arranged, combined, or arranged in a variety of different configurations, all of which are expressly contemplated, As shown in FIG. In the drawings, the width, length, thickness or shape of an element, etc. may be exaggerated in order to clearly illustrate the various layers (or films), regions and shapes.
일 구성요소가 다른 구성요소 "에 배치" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 배치되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.When a component is referred to as being " deployed "to another component, it may include the case where the component is directly disposed on the other component, as well as the case where additional components are interposed therebetween.
일 구성요소가 다른 구성요소와 "연속된" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연속되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.When one component is referred to as "continued" with another component, it may include a case in which one component is directly continuous with the other component, as well as a case where an additional component is interposed therebetween.
일 구성요소가 다른 구성요소 "일면에 배치" 또는 "타면에 배치"라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소의 일면 또는 타면 전체에 배치되는 경우는 물론, 상기 다른 구성요소의 일면 또는 타면 중 적어도 일부분에 배치되는 경우도 포함할 수 있다.
When one component is referred to as another component "arranged on one side" or "arranged on the other side", the one component is disposed on one side or the entire other side of the other component, as well as one side of the other component. Or may be disposed on at least a portion of the other surface.
도 1은 모직형 에너지 포집소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 1의 (a)는 압전현상을 설명하기 위한 도면이다. 도 1의 (b) 및 (c)는 지지층의 기능을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining the operation of the wool energy harvesting element. FIG. 1A is a diagram for describing the piezoelectric phenomenon. (B) and (c) is a figure for demonstrating the function of a support layer.
도 1의 (a)는 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성하는 압전섬유(110)를 보여준다.Figure 1 (a) shows a
압전섬유(110)로서 다양한 종류의 섬유가 사용될 수 있다. 압전섬유(110)는 예로서 압전물질 단독으로부터 얻어지는 압전섬유, 압전물질(piezoelectric material)이 코팅된 섬유 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 도면에는 압전섬유(110)로서 압전물질 단독으로부터 얻어지는 압전섬유가 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 압전섬유(110)로서 압전물질이 코팅된 일반적인 섬유 또는 압전물질 단독으로부터 얻어지는 압전섬유와 압전물질이 코팅된 일반적인 섬유가 조합된 섬유가 사용될 수도 있다. 상기 압전물질은 예로서 PVDF(polyvinylidene fluoride), PZT(lead zirconate titanate) 등일 수 있다. 압전물질이 코팅된 상기 섬유는 일반적으로 사용되는 다양한 섬유일 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로도 상기한 예시 이외에도 다양한 재료가 사용될 수 있다.Various types of fibers may be used as the
압전물질은 기계적인 변형에 의하여 전하의 분극 현상이 생성되거나, 반대로 전기장에 의하여 기계적인 변형이 생기는 물질을 말한다. 기계적인 변형에 의하여 전하의 분극 현상이 생성되거나, 반대로 전기장에 의하여 기계적인 변형이 생기는 현상을 압전 효과라고 한다. 일례로, 도면에 도시된 바와 같이, Z축 방향(또는 도면 상에서 위 방향)의 극성(polarization)을 가지는 압전물질은 외력에 의하여 길이가 신장되면, 상부와 하부에 각각 음의 전하와 양의 전하가 유도되는 전하의 분극현상이 나타난다. 또한, 상기 압전물질이 외력에 의하여 길이가 압축되면 상기 압전물질의 상부와 하부에는 각각 양의 전하와 음의 전하가 유도되는 전하의 분극현상이 나타난다. 즉, 압전물질에 인장과 압축이 반복적으로 가해지는 경우 압전물질에 발생되는 상기 전하의 분극 현상은 극성이 반복적으로 바뀌게 된다. 반복적인 인장과 압축을 통해 압전물질은 교류 전기 신호를 생성할 수 있다. Piezoelectric material refers to a material in which the polarization of electric charge is generated by mechanical deformation or, on the other hand, mechanical deformation is caused by an electric field. The phenomenon of polarization of charges due to mechanical deformation or mechanical deformation due to electric field is called piezoelectric effect. For example, as shown in the drawing, a piezoelectric material having polarization in the Z-axis direction (or upward direction in the drawing) is negatively charged and positively charged at the top and bottom, respectively, when the length is extended by external force. The polarization of the charge is induced. In addition, when the length of the piezoelectric material is compressed by an external force, polarization of charges in which positive and negative charges are induced in the upper and lower portions of the piezoelectric material, respectively. That is, when the tension and compression are repeatedly applied to the piezoelectric material, the polarization of the charge generated in the piezoelectric material is repeatedly changed in polarity. With repeated tension and compression, the piezoelectric material can generate alternating electrical signals.
길이의 신장과 압축이 반복되는 물체의 표면에 압전물질을 배치하는 경우에 상기 길이의 변화에 따라 상기 물체의 상기 표면에 배치된 압전물질은 기계적 변형을 겪을 수 있다. 상기 기계적 변형에 의하여 압전물질에는 전하의 분극 현상을 발생될 수 있다. 다시 말하면, 상기 물체의 상기 표면에 압전물질을 배치하고 상기 물체를 반복하여 신장하거나 압축하는 경우, 상기 물체의 상기 표면에 배치된 압전물질은 인장과 압축을 반복적으로 경험하게 된다. 압전물질에 인장과 압축이 반복적으로 가해지는 경우 압전물질에 발생되는 상기 전하의 분극 현상은 극성이 반복적으로 바뀌게 된다. 반복적인 인장과 압축을 통해 압전물질은 교류 전기 신호를 생성할 수 있다. When the piezoelectric material is disposed on the surface of the object where the elongation and compression of the length is repeated, the piezoelectric material disposed on the surface of the object may undergo mechanical deformation in accordance with the change of the length. Due to the mechanical deformation, a polarization phenomenon of charge may occur in the piezoelectric material. In other words, when a piezoelectric material is placed on the surface of the object and the object is repeatedly stretched or compressed, the piezoelectric material placed on the surface of the object repeatedly experiences tension and compression. When tension and compression are repeatedly applied to the piezoelectric material, the polarization of the charge generated in the piezoelectric material is repeatedly changed in polarity. With repeated tension and compression, the piezoelectric material can generate alternating electrical signals.
최근에 인체의 움직임에서 발생되는 에너지를 이용하여 휴대용 전자기기 등에 영구적인 에너지를 공급하기 위한 에너지 포집(energy harvesting) 기술에 관한 여러 연구들이 활발히 진행되고 있다. 본 명세서에서는 압전물질을 활용하여 직물을 직조하여 이를 통해 인체의 움직임에서 발생되는 에너지를 포집하는 기술을 개시하고자 한다.Recently, various studies on energy harvesting technology for supplying permanent energy to portable electronic devices using energy generated from the movement of the human body have been actively conducted. In the present specification, we want to disclose a technology for weaving a fabric by using a piezoelectric material to capture the energy generated from the movement of the human body through this.
도 1의 (b)를 참조하면, 압전섬유(110)를 사용하여 직물을 직조하는 경우 압전섬유(110)들은 서로 교차되어 굴곡면을 형성할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 압전섬유(110)는 길이가 변형되지 아니하는 중심면(112)를 중심으로 상부(114)와 하부(116)로 그 영역을 구분할 수 있다. 이 경우, 압전섬유(110)에 외력으로서 인장력이 인가되면, 상부(114)는 길이가 늘어나게 되며, 하부(116)는 길이가 수축하게 된다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 압전섬유(110)에 외력으로서 압축력이 인가되면, 상부(114)는 길이가 수축되게 되며, 하부(116)는 길이가 늘어나게 된다. 상기 인장력 또는 상기 압축력에 의하여 상부(114)와 하부(116)에서 생성되는 전하의 분극 현상은 서로 반대 극성을 가지게 된다. 따라서, 압전섬유(110)만으로 직물을 직조하는 경우에는 효과적으로 전기에너지를 생성하기 힘들다. 이 경우, 상기 굴곡면 상에 두께를 가지는 지지층(120)을 배치할 경우에, 길이가 변형되지 아니하는 중심면(112)이 압전섬유(110)의 중심에서 지지층(120) 방향으로 이동하게 된다. 지지층(120)은 상기 굴곡면 전체 영역에 배치될 수도 있고, 굴곡면의 표면 중 적어도 일부에 배치될 수도 있다.Referring to Figure 1 (b), when weaving the fabric using the
일 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 같이, 압전섬유(110)의 굴곡면의 볼록한 부분에 두께를 가지는 지지층(120)을 배치할 수 있다. 이 경우, 압전섬유(110)에 외력으로서 인장력이 인가되면, 중심면(112)이 지지층(120) 방향으로 이동하므로, 압전섬유(110)의 평균적인 변형은 압축이므로 상부와 하부에는 각각 양의 전하와 음의 전하가 유도되는 전하의 분극현상이 나타난다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 압전섬유(110)에 외력으로서 압축력이 인가되면, 중심면(112)이 지지층(120) 방향으로 이동하므로, 압전섬유(110)의 평균적인 변형은 인장이므로 상부와 하부에는 각각 음의 전하와 양의 전하가 유도되는 전하의 분극현상이 나타난다. 즉, 압전섬유(110)에 인장력과 압축력이 반복적으로 가해지는 경우 압전물질에 발생되는 상기 전하의 분극 현상은 극성이 반복적으로 바뀌게 된다. 반복적인 인장과 압축을 통해 압전물질은 교류 전기 신호를 생성할 수 있다.As an example, as shown in the drawing, the
다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 지지층(120)은 압전섬유(110)의 굴곡면의 오목한 부분에 배치될 수 있다. 이 경우, 압전섬유(110)에 외력으로서 인장력이 인가되면, 중심면(112)이 지지층(120) 방향으로 이동하므로, 압전섬유(110)의 평균적인 변형은 인장이므로 상부와 하부에는 각각 음의 전하와 양의 전하가 유도되는 전하의 분극현상이 나타난다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 압전섬유(110)에 외력으로서 압축력이 인가되면, 중심면(112)이 지지층(120) 방향으로 이동하므로, 압전섬유(110)의 평균적인 변형은 압축이므로 상부와 하부에는 각각 양의 전하와 음의 전하가 유도되는 전하의 분극현상이 나타난다. 즉, 압전섬유(110)에 인장력과 압축력이 반복적으로 가해지는 경우 압전물질에 발생되는 상기 전하의 분극 현상은 극성이 반복적으로 바뀌게 된다. 반복적인 인장과 압축을 통해 압전물질은 교류 전기 신호를 생성할 수 있다.As another embodiment, as shown in the figure, the
지지층(120)으로서 다양한 종류의 재료가 사용될 수 있다. 지지층(120)의 재료는 예로서 폴리머일 수 있다. 지지층(120)은 일례로 폴리에스터 필름일 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로도 상기한 예시 이외에도 다양한 재료가 사용될 수 있다. 압전섬유(110)의 중심면(112)을 지지층(120) 방향으로 이동할 수 있는 한 지지층(120)의 재료에는 제한이 없다.Various kinds of materials may be used as the
도 1의 (c)는 압전섬유(110)를 사용하여 직물을 직조하는 경우 압전섬유(110)들이 서로 교차되어 나타날 수 있는 굴곡면을 보여주는 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 압전섬유(110)에 인장력이 인가될 경우에 압전섬유(110)는 길이가 변형되지 아니하는 중심면(112)를 중심으로 상부(114)와 하부(116)로 그 영역을 구분할 수 있다. Z축 방향(또는 도면 상에서 위 방향)으로 굴곡된 굴곡면에서는 압전섬유(110)의 상부(114)는 길이가 늘어나게 되며, 하부(116)는 길이가 수축하게 된다. -Z축 방향(또는 도면 상에서 아래 방향)으로 굴곡된 굴곡면에서는 압전섬유(110)의 상부(114)는 길이가 수축되게 되며, 하부(116)는 길이가 늘어나게 된다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 압전섬유(110)에 압축력이 인가될 경우에 Z축 방향(또는 도면 상에서 위 방향)으로 굴곡된 굴곡면에서는 압전섬유(110)의 상부(114)는 길이가 수축하게 되며, 하부(116)는 길이가 늘어나게 된다. -Z축 방향(또는 도면 상에서 아래 방향)으로 굴곡된 굴곡면에서는 압전섬유(110)의 상부(114)는 길이가 늘어나게 되며, 하부(116)는 길이가 수축되게 된다. 상기 인장력 또는 상기 압축력에 의하여 상부(114)와 하부(116)에서 생성되는 전하의 분극 현상은 서로 반대 극성을 가지게 된다. 따라서, 압전섬유(110)만으로 직물을 직조하는 경우에는 효과적으로 전기에너지를 생성하기 힘들다. 이 경우, 상기 굴곡면 상에 두께를 가지는 지지층(120)을 배치할 경우에, 길이가 변형되지 아니하는 중심면(112)이 압전섬유(110)의 중심에서 지지층(120) 방향으로 이동하게 된다. Figure 1 (c) is a view showing a curved surface that can appear when the
일 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 같이, 지지층(120)은 압전섬유(110)의 굴곡면의 볼록한 부분에 배치될 수 있다. 이 경우, 압전섬유(110)에 외력으로서 인장력이 인가되면, 지지층 및 압전섬유의 곡률이 감소하게 되므로, 압전섬유(110)은 평균적인 변형은 압축이므로 상부와 하부에는 각각 양의 전하와 음의 전하가 유도되는 전하의 분극현상이 나타난다. 이러한 현상은 Z축 방향(또는 도면 상에서 위 방향)으로 굴곡된 굴곡면과 -Z축 방향(또는 도면 상에서 아래 방향)으로 굴곡된 굴곡면 모두에서 동시에 일어난다. 한편, 압전섬유(110)에 외력으로서 압축력이 인가되면, 지지층 및 압전섬유의 곡률이 증가하게 되므로, 압전섬유(110)은 평균적인 변형은 인장이므로 상부와 하부에는 각각 음의 전하와 양의 전하가 유도되는 전하의 분극현상이 나타난다. 이러한 현상은 Z축 방향(또는 도면 상에서 위 방향)으로 굴곡된 굴곡면과 -Z축 방향(또는 도면 상에서 아래 방향)으로 굴곡된 굴곡면 모두에서 동시에 일어난다. 즉, 압전섬유(110)에 인장력과 압축력이 반복적으로 가해지는 경우 압전물질에 발생되는 상기 전하의 분극 현상은 극성이 반복적으로 바뀌게 된다. 반복적인 인장과 압축을 통해 압전물질은 교류 전기 신호를 생성할 수 있다.In one embodiment, as shown in the figure, the
다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 지지층(120)은 압전섬유(110)의 굴곡면의 오목한 부분에 배치될 수 있다. 이 경우, 압전섬유(110)에 외력으로서 인장력이 인가되면, 지지층 및 압전섬유의 곡률이 감소하게 되므로, 압전섬유(110)은 평균적인 변형은 인장이므로 상부와 하부에는 각각 음의 전하와 양의 전하가 유도되는 전하의 분극현상이 나타난다. 이러한 현상은 Z축 방향(또는 도면 상에서 위 방향)으로 굴곡된 굴곡면과 -Z축 방향(또는 도면 상에서 아래 방향)으로 굴곡된 굴곡면 모두에서 동시에 일어난다. 한편, 압전섬유(110)에 외력으로서 압축력이 인가되면, 지지층 및 압전섬유의 곡률이 증가하게 되므로, 압전섬유(110)은 평균적인 변형은 압축이므로 상부와 하부에는 각각 양의 전하와 음의 전하가 유도되는 전하의 분극현상이 나타난다. 이러한 현상은 Z축 방향(또는 도면 상에서 위 방향)으로 굴곡된 굴곡면과 -Z축 방향(또는 도면 상에서 아래 방향)으로 굴곡된 굴곡면 모두에서 동시에 일어난다. 즉, 압전섬유(110)에 인장력과 압축력이 반복적으로 가해지는 경우 압전물질에 발생되는 상기 전하의 분극 현상은 극성이 반복적으로 바뀌게 된다. 반복적인 인장과 압축을 통해 압전물질은 교류 전기 신호를 생성할 수 있다.As another embodiment, as shown in the figure, the
간결하게 기술하기 위하여, 이하에서는 압전섬유(110)로서 압전물질 단독으로부터 얻어지는 압전섬유를 사용하여 설명하기로 한다. 또한, 지지층(120)으로서 압전섬유(110)의 굴곡면의 볼록한 부분에 배치된 지지층(120)을 사용하여 설명하기로 한다. 하지만, 이러한 설명이 압전섬유(110) 또는 지지층(120)을 특정한 유형들이나 특정한 섬유에 한정하는 것은 아니다.
For the sake of brevity, hereinafter, the piezoelectric fiber obtained from the piezoelectric material alone will be described as the
도 2는 일 실시 예에 따른 모직형 에너지 포집소자를 나타내는 도면이다. 도 2는 저장회로와 연결된 모직형 에너지 포집소자의 개념도이다.2 is a view showing a woolen energy collecting device according to an embodiment. 2 is a conceptual diagram of a woolen energy collecting device connected to a storage circuit.
도 2를 참조하면, 모직형 에너지 포집소자(200)는 복수의 압전섬유(210)들로 직조되는 직물을 포함한다. 압전섬유(210)는 압전섬유(210)의 일면에 배치되는 제1전극(230), 압전섬유(210)의 타면에 배치되는 제2전극(240) 및 압전섬유(210)의 표면 중 적어도 일부에 배치되는 지지층(220)을 포함한다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 모직형 에너지 포집소자(200)는 선택적으로(optionally) 저장회로(260)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 모직형 에너지 포집소자(200)는 선택적으로(optionally) 절연층(미도시)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the woolen
압전섬유(210)는 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성한다. 복수의 압전섬유(210)들은 직조되어 직물을 형성한다.The
지지층(220)은 압전섬유(210)의 표면 중 적어도 일부에 배치된다. 도1과 관련하여 상술한 바와 같이, 외력이 압전섬유(210)에 인가될 때, 지지층(220)이 배치된 압전섬유(210)는 지지층(220)이 배치되지 않은 압전섬유(210)와 서로 다르게 변형된다.The
제1전극(230, 미도시)은 압전섬유(210)의 일면에 배치되며, 제2전극(240, 미도시)은 압전섬유(210)의 타면에 배치된다. 제1전극(230)과 제2전극(240)은 상기 외력에 의한 변형으로부터 압전섬유(210)에 의해 생성되는 상기 전기에너지를 외부회로에 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 일 실시 예로서, 제1전극(230)과 제2전극(240)은 상기 외력에 의한 상기 변형으로부터 압전섬유(210)에 의해 생성되는 상기 전기에너지를 저장회로(260)에 제공할 수 있다. 제1전극(230) 및 제2전극(240)으로서 다양한 전도성 재료가 사용될 수 있다. 상기 전도성 재료는 예로서 금속, 전도성 폴리머 등일 수 있다. 제1전극(230)과 제2전극(240)은 압전섬유(210)에 의해 생성되는 상기 전기에너지를 상기 외부회로에 제공할 수 있는 한 다양한 형태로 압전섬유(210) 표면에 배치될 수 있다.The first electrode 230 (not shown) is disposed on one surface of the
저장회로(260)는 제1전극(230) 및 제2전극(240)과 전기적으로 연결될 수 있다. 저장회로(260)는 압전섬유(210)가 생성하는 상기 전기에너지를 저장한다. 도면에는 저장회로(260)로서 제1입력단자(261) 및 제2입력단자(262)를 포함하는 저장회로(260)가 예로서 표현되어 있다. 저장회로(260)는 예로서 압전섬유(210)에 의하여 생성되는 전류를 수신하는 적어도 하나의 다이오드(미도시) 및 상기 다이오드로부터 출력되는 전류를 저장하는 적어도 하나의 축전기(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 다이오드는 압전섬유(210)가 생성하는 상기 교류 전기 신호를 정류하여 상기 축전기에 제공하며, 상기 축전기는 정류된 전기 신호로부터 전기에너지를 저장할 수 있다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 전기에너지를 이용하는 무선 센서 네트워크 등과 같은 회로에서 교류 전기 신호를 직접 이용하는 경우에는 상기 충전기는 생략될 수 있다.The
절연층(미도시)은 제1전극(230) 또는 제2전극(240)의 표면 중 적어도 일부에 배치될 수 있다. 상기 절연층으로서 다양한 종류의 재료가 사용될 수 있다. 상기 절연층의 재료는 예로서 비전도성 폴리머일 수 있다. 상기 직물은 복수의 압전섬유(210)들 중 일부와 복수의 압전섬유(210)들 중 나머지 일부를 서로 교차하여 직조될 수 있다. 이 경우, 일례로, 복수의 압전섬유(210)들 중 상기 일부의 제1전극(230)은 복수의 압전섬유(210)들 중 상기 나머지 일부의 제2전극(240)과 서로 접하여 전기적으로 단락이 일어날 수 있다. 다른 예로, 복수의 압전섬유(210)들 중 상기 일부의 제2전극(240)은 복수의 압전섬유(210)들 중 상기 나머지 일부의 제1전극(230)과 서로 접하여 전기적으로 단락이 일어날 수 있다. 상기 절연층은 교차직조되는 복수의 압전섬유(210)들 중 상기 일부와 상기 나머지 일부간의 전기적인 단락을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 일례로, 상기 절연층은 교차직조되는 복수의 압전섬유(210)들의 제1전극(230) 또는 제2전극(240)의 표면 전체에 배치될 수 있다. 다른 예로, 상기 절연층은 교차직조되는 복수의 압전섬유(210)들의 제1전극(230)과 제2전극(240)이 서로 교차하는 지점에서 상호간의 단락을 방지하기 위하여 제1전극(230) 또는 제2전극(240)의 표면 중 일부에 배치될 수 있다.The insulating layer (not shown) may be disposed on at least part of the surface of the
도 2를 다시 참조하면, 상기 직물은 복수의 압전섬유(210)들 중 일부와 복수의 압전섬유(210)들 중 나머지 일부를 서로 교차하여 직조될 수 있다. 복수의 압전섬유(210)들 중 상기 일부와 복수의 압전섬유(210)들 중 상기 나머지 일부는 교차되어 굴곡면을 형성할 수 있다. 지지층(220)은 상기 굴곡면 중에서 선택되는 적어도 하나의 굴곡면의 표면 중 적어도 일부에 배치될 수 있다. 도면에는 모든 굴곡면에 배치된 지지층(220)이 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 지지층(220)은 일부 굴곡면 상에 선택적으로 배치될 수 있다.Referring back to FIG. 2, the fabric may be woven by crossing some of the plurality of
일 실시 예로서, 복수의 압전섬유(210)들은 상기 외력에 의하여 동일한 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 압전섬유일 수 있다. 일례로, 압전섬유(210)의 제1전극(230)을 서로 전기적으로 연결하고, 제2전극(240)을 서로 전기적으로 연결하여 서로 전기적으로 병렬 연결된 복수의 압전섬유(210)들을 얻을 수 있다. 이 경우, 압전섬유(210)의 제1전극(230)과 제2전극(240)은 저장회로(260)의 제1입력단자(261)과 제2입력단자(262)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 통하여 저장회로(260)는 복수의 압전섬유(210)들이 생성하는 상기 전기에너지를 저장할 수 있다. 다른 예로, 복수의 압전섬유(210)들 중 적어도 일부분은 서로 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 복수의 압전섬유(210)들 중 직렬 연결되는 연속된 2개의 압전섬유들을 제1압전섬유 및 제2압전섬유라 하자. 상기 제1압전섬유 및 상기 제2압전섬유의 직렬 연결은 상기 제1압전섬유의 제1전극(230)이 상기 제2압전섬유의 제2전극(240)과 전기적으로 연결되어 얻어질 수 있다. 도면에는 직렬 연결된 복수의 압전섬유(210)들을 예로서 표현하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 직렬 연결된 압전섬유(210)들에 있어서, 일단의 압전섬유의 제1전극(230) 및 타단의 압전섬유의 제2전극(240)을 각각 저장회로(260)의 제2입력단자(262) 및 제1입력단자(261)와 전기적으로 연결하여 직렬 연결된 복수의 압전섬유(210)들로부터 생성되는 전기에너지를 저장할 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상술한 예시 이외에 직렬 연결된 압전섬유(210)는 다양한 방식으로 저장회로(260)와 전기적으로 연결될 수 있다.As an example, the plurality of
다른 실시 예로서, 복수의 압전섬유(210)들 중 일부는 상기 외력에 의하여 복수의 압전섬유(210)들 중 나머지 일부와 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성할 수 있다. 이하 이들을 각각 제3압전섬유 및 제4압전섬유라 하기로 한다. 일례로, 상기 제3압전섬유의 제1전극(230)을 상기 제4압전섬유의 제2전극(240)과 전기적으로 연결하고, 상기 제3압전섬유의 제2전극(240)을 상기 제4압전섬유의 제1전극(230)과 전기적으로 연결하여 서로 전기적으로 병렬 연결된 복수의 압전섬유(210)들을 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 제3압전섬유의 제1전극(230) 및 제2전극(240)은 저장회로(260)의 제1입력단자(261)와 제2입력단자(262)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 통하여 저장회로(260)는 복수의 압전섬유(210)들이 생성하는 상기 전기에너지를 저장할 수 있다. 다른 예로, 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 복수의 압전섬유(210)들 중 적어도 일부분은 서로 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 상기 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 복수의 압전섬유(210)들 중 직렬 연결되는 연속된 3개의 압전섬유들을 제5압전섬유, 제6압전섬유 및 제7압전섬유라 하자. 상기 제5압전섬유 및 상기 제7압전섬유는 상기 제6압전섬유와 서로 다른 극성을 가진다. 상기 연속된 3개의 압전섬유들의 직렬 연결은 상기 제5압전섬유의 제1전극(230)이 상기 제6압전섬유의 제1전극(230)과 전기적으로 연결되고, 상기 제6압전섬유의 제2전극(240)이 상기 제7압전섬유의 제2전극(240)과 전기적으로 연결되어 얻어질 수 있다. 이 경우, 직렬 연결된 복수의 압전섬유(210)들 중 일단의 압전섬유의 제1전극(230) 또는 제2전극(240)과 타단의 압전섬유의 제1전극(230) 또는 제2전극(240)을 저장회로(260)의 서로 다른 전극에 전기적으로 연결하여 직렬 연결된 복수의 압전섬유(210)들로부터 생성되는 전기에너지를 저장할 수 있다.In another embodiment, some of the plurality of
압전섬유(210) 및 지지층(220)의 기능, 구조, 특성 등은 도1과 관련하여 상술한 압전섬유(110) 및 지지층(120)의 기능, 구조, 특성 등과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.
Functions, structures, and characteristics of the
도 3은 다른 실시 예에 따른 모직형 에너지 포집소자를 나타내는 도면이다. 도 3의 (a)는 모직형 에너지 포집소자의 개념도이며, (b)는 A-A’선을 기준으로 한 단면도이다.3 is a view showing a woolen energy collecting device according to another embodiment. FIG. 3A is a conceptual diagram of a woolen energy collecting element, and FIG. 3B is a sectional view taken along line A-A '.
도 3을 참조하면, 모직형 에너지 포집소자(300)는 적어도 하나의 압전섬유(310)를 포함하는 복수의 실들로 직조된다. 압전섬유(310)는 압전섬유(310)의 일면에 배치되는 제1전극(미도시), 압전섬유(310)의 타면에 배치되는 제2전극(미도시) 및 압전섬유(310)의 표면 중 적어도 일부에 배치되는 지지층(320)을 포함한다. 지지층(320)이 배치된 압전섬유(310)와 지지층(320)이 배치되지 않은 압전섬유(310)는 상기 외력에 의하여 서로 다르게 변형된다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 모직형 에너지 포집소자(300)는 선택적으로(optionally) 저장회로(미도시)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 모직형 에너지 포집소자(300)는 선택적으로(optionally) 절연층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 절연층은 상기 제1전극 또는 상기 제2전극의 표면 중 적어도 일부에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 3, the woolen
상기 복수의 실들은 적어도 하나의 압전섬유(310)을 포함한다. 또한, 상기 복수의 실들은 일반섬유(350)를 포함한다. 일반섬유(350)로서 다양한 종류의 섬유가 사용될 수 있다. 일반섬유(350)는 그 생성과정에 따라 천연섬유와 인조섬유로 나누어질 수 있다. 천연섬유는 예로서 식물섬유, 동물섬유 또는 광물섬유일 수 있다. 식물섬유는 예로서 면화(cotton), 코이어(coir), 아마, 모시풀, 황마, 삼 등일 수 있다. 동물섬유는 예로서 양모, 산양모, 낙타털, 캐시미어 등일 수 있다. 광물섬유는 예로서 석면일 수 있다. 인조섬유는 예로서 무기섬유 또는 유기섬유일 수 있다. 무기섬유는 예로서 금속섬유, 유리섬유 등일 수 있다. 유기섬유는 예로서 합성섬유일 수 있다. 상기 합성섬유는 예로서 폴리아마이드계 섬유, 아크릴계 섬유 또는 폴리에스터계 섬유일 수 있다. 또한, 일반섬유(350)는 서로 다른 내경과 외경을 가지는 튜브 형상을 가질 수 있다. 서로 다른 내경과 외경을 가지는 상기 튜브 형상을 가지는 일반섬유(350)는 예로서 실리콘 튜브일 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 이외에도 다양한 섬유가 일반섬유(350)로서 사용될 수 있다. The plurality of yarns includes at least one
상기 직물은 상기 복수의 실들 중 일부와 상기 복수의 실들 중 나머지 일부를 서로 교차하여 직조될 수 있다. 상기 복수의 실들 중 상기 일부는 압전섬유(310)를 포함하며, 압전섬유(310)는 상기 복수의 실들 중 상기 나머지 일부 중에서 선택되는 적어도 하나의 실과 교차직조될 수 있다. 이하 압전섬유(310)와 교차직조되는 적어도 하나의 실을 교차실이라 하자. 압전섬유(310)는 상기 교차실과 교차되어 굴곡면을 형성할 수 있다. 지지층(320)은 상기 굴곡면 중에서 선택되는 적어도 하나의 굴곡면의 표면 중 적어도 일부에 배치될 수 있다. 일 실시 예로서, 적어도 하나의 압전섬유(310)는 서로 이격되어 배치되는 복수의 압전섬유(310)들을 포함할 수 있다. 일례로, 복수의 압전섬유(310)들은 상기 복수의 실들 중 상기 나머지 일부 중 서로 연속된 2개의 실들과 교차직조될 수 있다. 이하 복수의 압전섬유(310)들과 교차직조되는 상기 연속된 2개의 실들을 각각 제1교차실 및 제2교차실이라 하자. 이 경우, 복수의 압전섬유들(310)은 복수의 압전섬유들(310) 중 일부가 상기 제1교차실의 일면 및 상기 제2교차실의 타면에 배치되어 직조되고, 복수의 압전섬유(310)들 중 나머지 일부가 상기 제1교차실의 타면 및 상기 제2교차실의 일면에 배치되어 직조될 수 있다. 지지층(320)은 복수의 압전섬유(310)들과 상기 제1교차실이 교차되어 형성되는 굴곡면 또는 복수의 압전섬유(310)들과 상기 제2교차실이 교차되어 형성되는 굴곡면 중에서 선택되는 적어도 하나의 굴곡면의 표면 중 적어도 일부에 배치될 수 있다. 도면에는 직물을 구성하는 씨실 또는 날실 중 어느 한 실에 압전섬유(310)를 포함하는 모직형 에너지 포집소자(300)가 예로서 표현되어 있다. 또한, 도면에는 서로 이격되어 배치되는 복수의 압전섬유(310)들이 예로서 표현되어 있다. 또한, 도면에는 모든 굴곡면에 배치된 지지층(320)이 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 지지층(320)은 일부 굴곡면 상에 선택적으로 배치될 수 있다. The fabric may be woven across some of the plurality of threads and some of the other of the plurality of threads. The portion of the plurality of yarns includes a
도 3을 다시 참조하면, 모직형 에너지 포집소자(300)에 외력에 인가되면, 압전섬유(310)는 변형되어 전기에너지를 생성할 수 있다. 상기 전기에너지는 압전섬유(310)의 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결된 상기 저장회로를 이용하여 저장할 수 있다. 적어도 하나의 압전섬유(310)는 서로 이격되어 배치되는 복수의 압전섬유(310)들을 포함할 수 있다. 일 실시 예로서, 복수의 압전섬유(310)들은 상기 외력에 의하여 동일한 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 압전섬유일 수 있다. 일례로, 압전섬유(310)의 제1전극을 서로 전기적으로 연결하고, 제2전극을 서로 전기적으로 연결하여 서로 전기적으로 병렬 연결된 복수의 압전섬유(310)들을 얻을 수 있다. 이 경우, 압전섬유(310)의 제1전극과 제2전극은 저장회로의 제1입력단자와 제2입력단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 통하여 저장회로는 복수의 압전섬유(310)들이 생성하는 상기 전기에너지를 저장할 수 있다. 다른 예로, 복수의 압전섬유(310)들 중 적어도 일부분은 서로 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 복수의 압전섬유(310)들 중 직렬 연결되는 연속된 2개의 압전섬유들을 제1압전섬유 및 제2압전섬유라 하자. 상기 제1압전섬유 및 상기 제2압전섬유의 직렬 연결은 상기 제1압전섬유의 제1전극이 상기 제2압전섬유의 제2전극과 전기적으로 연결되어 얻어질 수 있다.Referring back to FIG. 3, when an external force is applied to the woolen
다른 실시 예로서, 복수의 압전섬유(310)들 중 일부는 상기 외력에 의하여 복수의 압전섬유(310)들 중 나머지 일부와 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성할 수 있다. 이하 이들을 각각 제3압전섬유 및 제4압전섬유라 하기로 한다. 일례로, 상기 제3압전섬유의 제1전극을 상기 제4압전섬유의 제2전극과 전기적으로 연결하고, 상기 제3압전섬유의 제2전극을 상기 제4압전섬유의 제1전극과 전기적으로 연결하여 서로 전기적으로 병렬 연결된 복수의 압전섬유(310)들을 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 제3압전섬유의 제1전극 및 제2전극은 저장회로의 제1입력단자와 제2입력단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 통하여 저장회로는 복수의 압전섬유(310)들이 생성하는 상기 전기에너지를 저장할 수 있다. 다른 예로, 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 복수의 압전섬유(310)들 중 적어도 일부분은 서로 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 상기 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 복수의 압전섬유(310)들 중 직렬 연결되는 연속된 3개의 압전섬유들을 제5압전섬유, 제6압전섬유 및 제7압전섬유라 하자. 상기 제5압전섬유 및 상기 제7압전섬유는 상기 제6압전섬유와 서로 다른 극성을 가진다. 상기 연속된 3개의 압전섬유들의 직렬 연결은 상기 제5압전섬유의 제1전극이 상기 제6압전섬유의 제1전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제6압전섬유의 제2전극이 상기 제7압전섬유의 제2전극과 전기적으로 연결되어 얻어질 수 있다. 이 경우, 직렬 연결된 복수의 압전섬유(310)들 중 일단의 압전섬유의 제1전극 또는 제2전극과 타단의 압전섬유의 제1전극 또는 제2전극을 저장회로의 서로 다른 입력단자에 전기적으로 연결하여 직렬 연결된 복수의 압전섬유(310)들로부터 생성되는 전기에너지를 저장할 수 있다. 압전섬유(310), 지지층(320), 제1전극, 제2전극, 저장회로 및 절연층의 기능, 구조, 특성 등은 도 2와 관련하여 상술한 압전섬유(210), 지지층(220), 제1전극(230), 제2전극(240), 저장회로(260) 및 절연층의 기능, 구조, 특성 등과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.
In another embodiment, some of the plurality of
도 4는 또 다른 실시 예에 따른 모직형 에너지 포집소자를 나타내는 도면이다. 도 4의 (a)는 모직형 에너지 포집소자의 개념도이며, (b)는 위에서 본 평면도이다.4 is a view showing a woolen energy collecting device according to another embodiment. 4A is a conceptual diagram of a woolen energy collecting element, and FIG. 4B is a plan view seen from above.
도 4를 참조하면, 모직형 에너지 포집소자(400)는 적어도 하나의 압전섬유(410)를 포함하는 복수의 실들로 직조된다. 압전섬유(410)는 압전섬유(410)의 일면에 배치되는 제1전극(미도시), 압전섬유(410)의 타면에 배치되는 제2전극(미도시) 및 압전섬유(410)의 표면 중 적어도 일부에 배치되는 지지층(420)을 포함한다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 모직형 에너지 포집소자(400)는 선택적으로(optionally) 저장회로(미도시)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 모직형 에너지 포집소자(400)는 선택적으로(optionally) 절연층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 절연층은 상기 제1전극 또는 상기 제2전극의 표면 중 적어도 일부에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 4, the woolen
상기 복수의 실들은 적어도 하나의 압전섬유(410)을 포함한다. 또한, 상기 복수의 실들은 일반섬유(450)를 포함한다. 일 실시 예로서, 압전섬유(410)는 복수의 압전섬유(410)들을 포함할 수 있다. 상기 직물은 상기 복수의 실들 중 일부와 상기 복수의 실들 중 나머지 일부를 서로 교차하여 직조될 수 있다. 상기 복수의 실들 중 상기 일부는 복수의 압전섬유(410)들 중 일부를 포함하며, 상기 복수의 실들 중 상기 나머지 일부는 상기 복수의 압전섬유들 중 나머지 일부를 포함한다. 이하 복수의 압전섬유(410)들 중 상기 일부 및 상기 나머지 일부를 각각 제1압전섬유 및 제2압전섬유라 하자. 상기 제1압전섬유는 상기 복수의 실들 중 상기 나머지 일부 중에서 선택되는 적어도 하나의 실과 교차직조되고, 상기 제2압전섬유는 상기 복수의 실들 중 상기 일부 중에서 선택되는 적어도 하나의 실과 교차직조될 수 있다. 상기 제1압전섬유 및 상기 제2압전섬유와 교차직조되는 실을 이하 각각 제1교차실 및 제2교차실이라 하자. 압전섬유(410)는 상기 제1교차실 또는 상기 제2교차실과 교차되어 굴곡면을 형성할 수 있다. 지지층(420)은 상기 제1압전섬유와 상기 제1교차실이 교차되어 형성되는 굴곡면 또는 상기 제2압전섬유와 상기 제2교차실이 교차되어 형성되는 굴곡면 중에서 선택되는 적어도 하나의 굴곡면의 표면 중 적어도 일부에 배치될 수 있다. 도면에는 압전섬유(410)와 일반섬유(450)를 씨실과 날실로 하여 직조된 직물을 포함하는 모직형 에너지 포집소자(400)이 예로서 표현되어 있다. 또한, 도면에는 모든 굴곡면에 배치된 지지층(420)이 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 지지층(420)은 일부 굴곡면 상에 선택적으로 배치될 수 있다. 또한, 도면에는 압전섬유(410)와 일반섬유(450)가 씨실과 날실로 나란히 병기되어 직조된 모직형 에너지 포집소자(400)가 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 씨실과 날실에 압전섬유(410)와 일반섬유(450)가 포함이 되는 한 직조 방식에는 제한이 없다. 다시 말하면, 압전섬유(410)와 일반섬유(450)를 혼용하여 상기 직물을 직조하는 한 압전섬유(410)와 일반섬유(450)의 배치와 직조방식은 제한이 없다. 다른 실시 예에 있어서, 상기 절연층은 복수의 압전섬유(410)들의 상기 제1전극 또는 상기 제2전극의 표면 중 적어도 일부에 배치될 수 있다. 상기 제1압전섬유와 상기 제2압전섬유는 서로 교차하여 직조될 수 있다. 이 경우, 일례로, 상기 제1압전섬유의 제1전극은 상기 제2압전섬유의 제2전극과 서로 접하여 전기적으로 단락이 일어날 수 있다. 다른 예로, 상기 제1압전섬유의 제2전극은 상기 제2압전섬유의 제1전극과 서로 접하여 전기적으로 단락이 일어날 수 있다. 상기 절연층은 교차직조되는 상기 제1압전섬유와 상기 제2압전섬유간의 전기적인 단락을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 일례로, 상기 절연층은 교차직조되는 복수의 압전섬유(410)들의 상기 제1전극 또는 상기 제2전극의 표면 전체에 배치될 수 있다. 다른 예로, 상기 절연층은 교차직조되는 복수의 압전섬유(410)들의 상기 제1전극과 상기 제2전극이 서로 교차하는 지점에서 상호간의 단락을 방지하기 위하여 상기 제1전극 또는 상기 제2전극의 표면 중 일부에 배치될 수 있다.The plurality of yarns includes at least one
도 4를 다시 참조하면, 모직형 에너지 포집소자(400)에 외력에 인가되면, 압전섬유(410)는 변형되어 전기에너지를 생성할 수 있다. 상기 전기에너지는 압전섬유(410)의 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결된 상기 저장회로를 이용하여 저장할 수 있다. 일 실시 예로서, 복수의 압전섬유(310)들은 상기 외력에 의하여 동일한 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 압전섬유일 수 있다. 일례로, 압전섬유(410)의 제1전극을 서로 전기적으로 연결하고, 제2전극을 서로 전기적으로 연결하여 서로 전기적으로 병렬 연결된 복수의 압전섬유(410)들을 얻을 수 있다. 이 경우, 압전섬유(410)의 제1전극과 제2전극은 저장회로의 제1입력단자와 제2입력단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 통하여 저장회로는 복수의 압전섬유(410)들이 생성하는 상기 전기에너지를 저장할 수 있다. 다른 예로, 복수의 압전섬유(410)들 중 적어도 일부분은 서로 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 복수의 압전섬유(410)들 중 직렬 연결되는 연속된 2개의 압전섬유들을 제3압전섬유 및 제4압전섬유라 하자. 상기 제3압전섬유 및 상기 제4압전섬유의 직렬 연결은 상기 제3압전섬유의 제1전극이 상기 제4압전섬유의 제2전극과 전기적으로 연결되어 얻어질 수 있다.Referring back to FIG. 4, when an external force is applied to the woolen
다른 실시 예로서, 복수의 압전섬유(410)들 중 일부는 상기 외력에 의하여 복수의 압전섬유(410)들 중 나머지 일부와 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성할 수 있다. 이하 이들을 각각 제5압전섬유 및 제6압전섬유라 하기로 한다. 일례로, 상기 제5압전섬유의 제1전극을 상기 제6압전섬유의 제2전극과 전기적으로 연결하고, 상기 제5압전섬유의 제2전극을 상기 제6압전섬유의 제1전극과 전기적으로 연결하여 서로 전기적으로 병렬 연결된 복수의 압전섬유(410)들을 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 제5압전섬유의 제1전극 및 제2전극은 저장회로의 제1입력단자와 제2입력단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 통하여 저장회로는 복수의 압전섬유(410)들이 생성하는 상기 전기에너지를 저장할 수 있다. 다른 예로, 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 복수의 압전섬유(410)들 중 적어도 일부분은 서로 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 상기 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 복수의 압전섬유(410)들 중 직렬 연결되는 연속된 3개의 압전섬유들을 제7압전섬유, 제8압전섬유 및 제9압전섬유라 하자. 상기 제7압전섬유 및 상기 제79압전섬유는 상기 제8압전섬유와 서로 다른 극성을 가진다. 상기 연속된 3개의 압전섬유들의 직렬 연결은 상기 제7압전섬유의 제1전극이 상기 제8압전섬유의 제1전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제8압전섬유의 제2전극이 상기 제9압전섬유의 제2전극과 전기적으로 연결되어 얻어질 수 있다. 이 경우, 직렬 연결된 복수의 압전섬유(410)들 중 일단의 압전섬유의 제1전극 또는 제2전극과 타단의 압전섬유의 제1전극 또는 제2전극을 저장회로의 서로 다른 입력단자에 전기적으로 연결하여 직렬 연결된 복수의 압전섬유(410)들로부터 생성되는 전기에너지를 저장할 수 있다. 압전섬유(410), 지지층(420), 제1전극, 제2전극, 일반섬유(450), 저장회로 및 절연층의 기능, 구조, 특성 등은 도 1 내지 도 3과 관련하여 상술한 압전섬유(310), 지지층(320), 제1전극(230), 제2전극(240), 일반섬유(350), 저장회로(260) 및 절연층의 기능, 구조, 특성 등과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.
As another embodiment, some of the plurality of
도 1 내지 도 4를 다시 참조하면, 의학기술의 발달로 수많은 센서가 인간의 몸에 삽입되거나 부착되는 추세에 있다. 또한, 휴대용 전자기기의 발달로 wearable computer, smart wear 등과 같은 인간의 몸 또는 의복에 착용 가능한 전자기기에 대한 수요와 연구가 증가하고 있다. 인체부착 센서, wearable computer, smart wear 등과 같은 전자기기는 이들을 구동하기 위한 전원공급 매체를 필요로 한다. 전원공급 매체의 더딘 발전속도는 전원공급 기기의 지속적인 교체 필요성과 이에 따른 유지비용의 증가라는 문제를 야기하고 있다. 인체 에너지를 이용한 에너지 포집 기술을 통하여 상술한 전자기기에 전원공급을 한다면 시간과 공간에 제약을 받지 않고 지속적으로 에너지를 공급할 수 있다. 압전섬유(210, 310, 410)를 포함하는 직물은 의복 등의 형태로 사람의 몸에 착용될 수 있다. 이 경우, 직물을 이용한 모직형 에너지 포집소자(200, 300, 400)는 사람의 의식적인 또는 무의식적인 행동으로 발생되는 인체 에너지를 수확할 수 있다. 이를 통하여 시간과 공간에 제약을 받지 아니하는 지속적인 전원공급기기를 구현할 수 있다. 일반적으로 인체의 운동은 극 저주파 운동, 비공진 모드의 간헐적인 운동, 그리고 자유 방향 운동이라는 특징을 가진다. 기존의 에너지 포집소자는 대부분 고주파수에서 포집소자와 주어진 환경의 진동수가 일치할 때 에너지를 효율적으로 포집하도록 되어있다. 따라서 인체의 운동을 기반으로 에너지 포집소자를 설계한 경우 에너지 포집 효율이 매우 낮고 전자기기를 구동시키기에 부족하다. 도 2 내지 도4와 관련하여 상술한 모직형 에너지 포집소자(200, 300, 400)는 많은 수의 압전섬유(210, 310, 410)를 활용하여 제작될 수 있으므로 에너지 포집 효율을 높여 전자기기를 구동하기에 충분한 에너지를 얻을 수 있다.Referring back to Figures 1 to 4, with the development of medical technology there is a trend that a number of sensors are inserted or attached to the human body. In addition, with the development of portable electronic devices, the demand for and research on electronic devices that can be worn on a human body or clothes, such as wearable computers and smart wear, are increasing. Electronic devices such as wearable sensors, wearable computers, smart wear, and the like require a power supply medium to drive them. The slow generation speed of the power supply medium is causing the problem of the need for continuous replacement of the power supply and the increase in maintenance cost. If power is supplied to the above-described electronic device through energy collection technology using human energy, energy can be continuously supplied without being restricted by time and space. The fabric including the
신체의 관절 부위, 옆구리, 복부 등은 끊임없이 팽창과 수축을 반복한다. 이 때 신체 주변의 의복은 신체 움직임에 따라 팽창과 수축을 반복하게 된다. 의복이 압전섬유(210, 310, 410)를 포함하는 경우, 신체의 움직임에 따라 압전섬유(210, 310, 410)는 팽창과 수축을 반복하게 된다. 이 경우, 압전섬유(210, 310, 410)는 압전섬유(210, 310, 410)의 표면 중 적어도 일부에 배치되는 지지층(220, 320, 420)에 의하여 효과적으로 교류 전기에너지를 생성할 수 있다. 생성된 상기 교류 전기에너지는 저장회로에 의하여 포집될 수 있다. 일례로, 압전섬유(210, 310, 410)는 유연하고 탄력이 극대화 된 형태로 가공된 섬유일 수 있다. 모직형 에너지 포집소자(200, 300, 400)는 인체 운동에서 발생하는 굽힘, 수축, 팽창 등의 부피 및 압력 변화에 의해 발생하는 에너지를 효율적으로 포집할 수 있다. 또한, 모직형 에너지 포집소자(200, 300, 400)는 인체 운동에서 발생하는 굽힘, 수축, 팽창 등의 부피 및 압력 변화에 의한 에너지를 이용하여 전자기기에 필요한 에너지를 자체 공급할 수 있다. The joints, flanks, and abdomen of the body constantly expand and contract. At this time, the clothing around the body repeats the expansion and contraction according to the body movement. When the garment includes
또한, 도 2 내지 도 4는 볼록한 부분에 폴리머 필름이 부착된 웨이브구조의 도식도를 보여준다. 양 옆에서 당기거나 외부의 힘의 작용에 의해 웨이브구조가 굴곡 상태에서 평평한 상태로 펴지게 되면 이때 높은 출력을 생성한다. 또한 다시 굴곡 상태로 빠르게 변형된다. 이러한 펴짐과 굽힘이 반복함에 따라 웨이브구조의 모직형 에너지 포집소자(200, 300, 400)는 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하게 된다. 도면에 도시된 바와 같이, 도 2 내지 도 4는 모직형 에너지 포집소자(200, 300, 400)의 개념도로서, 압전필름(210, 310, 410)과 지지층(220, 320, 420)이 교대로 부착된 것을 확인할 수 있다. 이러한 교차 접합을 통하여 인장 수축 동작시에 항상 같은 극성의 출력을 얻을 수 있다. 모직구조를 이용한 모직형 에너지 포집소자(200, 300, 400)는 작은 면적에서 높은 출력을 가지며, 압전필름(210, 310, 410)의 수가 많아질수록 출력파워가 비례하여 커질 수 있다. 또한, 모직형 에너지 포집소자(200, 300, 400)에 외력이 주기적으로 인가될 때, 인가되는 상기 외력의 주파수가 증가하면 출력전압 및 파워 역시 증가될 수 있다.
2 to 4 show schematic diagrams of wave structures in which polymer films are attached to convex portions. When the wave structure is stretched from the curved state to the flat state by pulling from both sides or by the action of external force, it generates high output. It also quickly deforms into a curved state. As the bending and bending are repeated, the woolen
상기로부터, 본 개시의 다양한 실시 예들이 예시를 위해 기술되었으며, 아울러 본 개시의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 가능한 다양한 변형 예들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다. 그리고 개시되고 있는 상기 다양한 실시 예들은 본 개시된 사상을 한정하기 위한 것이 아니며, 진정한 사상 및 범주는 하기의 청구항으로부터 제시될 것이다.From the foregoing it will be appreciated that various embodiments of the present disclosure have been described for purposes of illustration and that there are many possible variations without departing from the scope and spirit of this disclosure. And that the various embodiments disclosed are not to be construed as limiting the scope of the disclosed subject matter, but true ideas and scope will be set forth in the following claims.
Claims (19)
상기 압전섬유는
상기 압전섬유의 일면에 배치되는 제1전극;
상기 압전섬유의 타면에 배치되는 제2전극; 및
상기 압전섬유의 표면 중 적어도 일부에 배치되는 지지층을 포함하되,
상기 외력에 의하여 상기 지지층이 배치된 상기 압전섬유는 상기 지지층이 배치되지 않은 상기 압전섬유와 서로 다르게 변형되는 모직형 에너지 포집소자.It includes a fabric woven from a plurality of piezoelectric fibers to generate electrical energy by deformation by external force,
The piezoelectric fiber
A first electrode disposed on one surface of the piezoelectric fiber;
A second electrode disposed on the other surface of the piezoelectric fiber; And
It includes a support layer disposed on at least part of the surface of the piezoelectric fiber,
The piezoelectric fiber in which the support layer is disposed by the external force is different from the piezoelectric fiber in which the support layer is not disposed.
상기 직물은 상기 복수의 압전섬유들 중 일부와 상기 복수의 압전섬유들 중 나머지 일부를 서로 교차하여 직조되며,
상기 지지층은 상기 복수의 압전섬유들 중 상기 일부와 상기 복수의 압전섬유들 중 상기 나머지 일부가 교차되어 형성되는 굴곡면 중에서 선택되는 적어도 하나의 굴곡면의 표면 중 적어도 일부에 배치되는 모직형 에너지 포집소자.The method of claim 1,
The fabric is woven to cross some of the plurality of piezoelectric fibers and the other of the plurality of piezoelectric fibers,
The support layer is a woolen energy trap disposed on at least a portion of the surface of at least one curved surface selected from the curved surface formed by crossing the portion of the plurality of piezoelectric fibers and the remaining portion of the plurality of piezoelectric fibers. device.
상기 제1전극 또는 상기 제2전극의 표면 중 적어도 일부에 배치되는 절연층을 더 포함하는 모직형 에너지 포집소자.The method of claim 1,
The energy harvesting device of claim 1, further comprising an insulating layer disposed on at least part of the surface of the first electrode or the second electrode.
상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결되며, 상기 전기에너지를 저장하는 저장회로를 더 포함하는 모직형 에너지 포집소자.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
And a storage circuit electrically connected to the first electrode and the second electrode, the storage circuit storing the electrical energy.
상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결되며, 상기 전기에너지를 저장하는 저장회로를 더 포함하되,
상기 저장회로는 제1입력단자 및 제2입력단자를 포함하며,
상기 복수의 압전섬유들은 상기 외력에 의하여 동일한 극성을 가지는 전기에너지를 생성하며,
상기 제1전극 및 상기 제2전극은 각각 상기 저장회로의 상기 제1입력단자 및 상기 제2입력단자와 전기적으로 연결되는 모직형 에너지 포집소자.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A storage circuit electrically connected to the first electrode and the second electrode and storing the electrical energy;
The storage circuit includes a first input terminal and a second input terminal,
The plurality of piezoelectric fibers generate electric energy having the same polarity by the external force,
And the first electrode and the second electrode are electrically connected to the first input terminal and the second input terminal of the storage circuit, respectively.
상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결되며, 상기 전기에너지를 저장하는 저장회로를 더 포함하되,
상기 저장회로는 제1입력단자 및 제2입력단자를 포함하며,
상기 복수의 압전섬유들 중 일부-이하 제1압전섬유라 함-는 상기 외력에 의하여 상기 복수의 압전섬유들 중 나머지 일부-이하 제2압전섬유라 함-와 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하며,
상기 제1압전섬유의 제1전극 및 상기 제2압전섬유의 제2전극은 상기 저장회로의 상기 제1입력단자와 전기적으로 연결되고, 상기 제1압전섬유의 제2전극 및 상기 제2압전섬유의 제1전극은 상기 저장회로의 상기 제2입력단자와 전기적으로 연결되는 모직형 에너지 포집소자.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A storage circuit electrically connected to the first electrode and the second electrode and storing the electrical energy;
The storage circuit includes a first input terminal and a second input terminal,
Some of the plurality of piezoelectric fibers, hereinafter referred to as first piezoelectric fibers, generate electric energy having a different polarity from other portions of the plurality of piezoelectric fibers, hereinafter referred to as second piezoelectric fibers, by the external force. ,
The first electrode of the first piezoelectric fiber and the second electrode of the second piezoelectric fiber are electrically connected to the first input terminal of the storage circuit, and the second electrode and the second piezoelectric fiber of the first piezoelectric fiber. And a first electrode of the woolen energy collecting element electrically connected to the second input terminal of the storage circuit.
상기 복수의 압전섬유들은 상기 외력에 의하여 동일한 극성을 가지는 전기에너지를 생성하며,
상기 복수의 압전섬유들 중 적어도 일부분은 서로 전기적으로 직렬 연결되며,
상기 압전섬유들 중 직렬 연결되는 연속된 2개의 압전섬유들-이하 제1압전섬유 및 제2압전섬유라 함-은 상기 제1압전섬유의 제1전극이 상기 제2압전섬유의 제2전극과 전기적으로 연결되어 직렬 연결되는 모직형 에너지 포집소자.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The plurality of piezoelectric fibers generate electric energy having the same polarity by the external force,
At least a portion of the plurality of piezoelectric fibers are electrically connected in series with each other,
Two consecutive piezoelectric fibers connected in series among the piezoelectric fibers, hereinafter referred to as first piezoelectric fibers and second piezoelectric fibers, are characterized in that the first electrode of the first piezoelectric fiber is connected to the second electrode of the second piezoelectric fiber. Wool-type energy trapping elements connected electrically in series.
상기 복수의 압전섬유들은 상기 외력에 의하여 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 압전섬유들을 포함하며,
상기 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 압전섬유들 중 적어도 일부분은 서로 전기적으로 직렬 연결되며,
상기 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 압전섬유들 중 직렬 연결되는 연속된 3개의 압전섬유들-이하 제1압전섬유, 제2압전섬유 및 제3압전섬유라 하며, 상기 제1압전섬유 및 상기 제3압전섬유는 상기 제2압전섬유와 서로 다른 극성을 가짐-은 상기 제1압전섬유의 제1전극이 상기 제2압전섬유의 제1전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2압전섬유의 제2전극이 상기 제3압전섬유의 제2전극과 전기적으로 연결되어 직렬 연결되는 모직형 에너지 포집소자.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The plurality of piezoelectric fibers include piezoelectric fibers for generating electrical energy having different polarities by the external force,
At least a portion of the piezoelectric fibers for generating electrical energy having different polarities are electrically connected in series with each other,
Three consecutive piezoelectric fibers connected in series among the piezoelectric fibers generating electrical energy having different polarities are hereinafter referred to as first piezoelectric fibers, second piezoelectric fibers, and third piezoelectric fibers, wherein the first piezoelectric fibers and The third piezoelectric fiber has a different polarity from that of the second piezoelectric fiber, wherein a first electrode of the first piezoelectric fiber is electrically connected to a first electrode of the second piezoelectric fiber, And a second electrode is electrically connected to the second electrode of the third piezoelectric fiber and connected in series.
상기 압전섬유는
상기 압전섬유의 일면에 배치되는 제1전극;
상기 압전섬유의 타면에 배치되는 제2전극; 및
상기 압전섬유의 적어도 일부 표면에 배치되는 지지층을 포함하되,
상기 외력에 의하여 상기 지지층이 배치된 상기 압전섬유는 상기 지지층이 배치되지 않은 상기 압전섬유와 서로 다르게 변형되는 모직형 에너지 포집소자.Including a fabric woven into a plurality of yarns including at least one piezoelectric fiber that generates electrical energy by deformation by external force,
The piezoelectric fiber
A first electrode disposed on one surface of the piezoelectric fiber;
A second electrode disposed on the other surface of the piezoelectric fiber; And
It includes a support layer disposed on at least part of the surface of the piezoelectric fiber,
The piezoelectric fiber in which the support layer is disposed by the external force is different from the piezoelectric fiber in which the support layer is not disposed.
상기 직물은 상기 복수의 실들 중 일부와 상기 복수의 실들 중 나머지 일부를 서로 교차하여 직조되며,
상기 복수의 실들 중 상기 일부는 상기 압전섬유를 포함하되,
상기 압전섬유는 상기 복수의 실들 중 상기 나머지 일부 중에서 선택되는 적어도 하나의 실-이하 교차실이라 함-과 교차직조되며,
상기 지지층은 상기 압전섬유와 상기 교차실이 교차되어 형성되는 굴곡면 중에서 선택되는 적어도 하나의 굴곡면의 표면 중 적어도 일부에 배치되는 모직형 에너지 포집소자.10. The method of claim 9,
The fabric is woven across some of the plurality of threads and the other of the plurality of threads,
The portion of the plurality of yarns includes the piezoelectric fibers,
The piezoelectric fibers are interwoven with at least one yarn, hereinafter referred to as a cross yarn, selected from the remaining portion of the plurality of yarns,
And the support layer is disposed on at least a portion of a surface of at least one curved surface selected from curved surfaces formed by crossing the piezoelectric fibers and the cross chamber.
상기 적어도 하나의 압전섬유는 서로 이격되어 배치되는 복수의 압전섬유들을 포함하는 모직형 에너지 포집소자.The method of claim 10,
The at least one piezoelectric fiber is a woolen energy collecting device comprising a plurality of piezoelectric fibers are spaced apart from each other.
상기 복수의 압전섬유들은 상기 복수의 실들 중 상기 나머지 일부 중 서로 연속된 실들-이하 제1교차실 및 제2교차실이라 함-과 교차직조되되,
상기 복수의 압전섬유들은 상기 복수의 압전섬유들 중 일부가 상기 제1교차실의 일면 및 상기 제2교차실의 타면에 배치되어 직조되고, 상기 복수의 압전섬유들 중 나머지 일부가 상기 제1교차실의 타면 및 상기 제2교차실의 일면에 배치되어 직조되며,
상기 지지층은 상기 복수의 압전섬유들과 상기 제1교차실이 교차되어 형성되는 굴곡면 또는 상기 복수의 압전섬유들과 상기 제2교차실이 교차되어 형성되는 굴곡면 중에서 선택되는 적어도 하나의 굴곡면의 표면 중 적어도 일부에 배치되는 모직형 에너지 포집소자.12. The method of claim 11,
The plurality of piezoelectric fibers are interwoven with yarns that are continuous with each other of the remaining portions of the plurality of yarns hereinafter referred to as first and second intersecting rooms,
The plurality of piezoelectric fibers are woven with some of the plurality of piezoelectric fibers disposed on one surface of the first intersecting chamber and the other surface of the second intersecting chamber, and the other part of the plurality of piezoelectric fibers is the first cross. It is arranged and woven on the other side of the yarn and one side of the second cross room,
The support layer is at least one curved surface selected from a curved surface formed by crossing the plurality of piezoelectric fibers and the first intersection chamber or a curved surface formed by crossing the plurality of piezoelectric fibers and the second intersection chamber. A woolen energy trapping element disposed on at least a portion of the surface of the.
상기 직물은 상기 복수의 실들 중 일부와 상기 복수의 실들 중 나머지 일부를 서로 교차하여 직조되며,
상기 압전섬유는 복수의 압전섬유들을 포함하되,
상기 복수의 실들 중 상기 일부는 상기 복수의 압전섬유들 중 일부-이하 제1압전섬유라 함-를 포함하며, 상기 복수의 실들 중 상기 나머지 일부는 상기 복수의 압전섬유들 중 나머지 일부-이하 제2압전섬유라 함-를 포함하며,
상기 제1압전섬유는 상기 복수의 실들 중 상기 나머지 일부 중에서 선택되는 적어도 하나의 실-이하 제1교차실이라 함-과 교차직조되고, 상기 제2압전섬유는 상기 복수의 실들 중 상기 일부 중에서 선택되는 적어도 하나의 실-이하 제2교차실이라 함-과 교차직조되며,
상기 지지층은 상기 제1압전섬유와 상기 제1교차실이 교차되어 형성되는 굴곡면 또는 상기 제2압전섬유와 상기 제2교차실이 교차되어 형성되는 굴곡면 중에서 선택되는 적어도 하나의 굴곡면의 표면 중 적어도 일부에 배치되는 모직형 에너지 포집소자.10. The method of claim 9,
The fabric is woven across some of the plurality of threads and the other of the plurality of threads,
The piezoelectric fiber includes a plurality of piezoelectric fibers,
The portion of the plurality of yarns includes some of the plurality of piezoelectric fibers hereinafter referred to as first piezoelectric fibers, and the remaining portion of the plurality of yarns is the remaining portion of the plurality of piezoelectric fibers 2 piezoelectric fibers,
The first piezoelectric fiber is interwoven with at least one yarn selected from the remaining portion of the plurality of yarns, hereinafter referred to as a first intersecting chamber, and the second piezoelectric fiber is selected from the portion of the plurality of yarns Interwoven with at least one yarn, hereinafter referred to as a second crossroom,
The support layer has at least one curved surface selected from a curved surface formed by crossing the first piezoelectric fiber and the first intersection chamber or a curved surface formed by crossing the second piezoelectric fiber and the second intersection chamber. A woolen energy collecting element disposed in at least part of.
상기 제1전극 또는 상기 제2전극의 표면 중 적어도 일부에 배치되는 절연층을 더 포함하는 모직형 에너지 포집소자.14. The method according to any one of claims 9 to 13,
The energy harvesting device of claim 1, further comprising an insulating layer disposed on at least part of the surface of the first electrode or the second electrode.
상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결되며, 상기 전기에너지를 저장하는 저장회로를 더 포함하는 모직형 에너지 포집소자.14. The method according to any one of claims 9 to 13,
And a storage circuit electrically connected to the first electrode and the second electrode, the storage circuit storing the electrical energy.
상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결되며, 상기 전기에너지를 저장하는 저장회로를 더 포함하되,
상기 저장회로는 제1입력단자 및 제2입력단자를 포함하며,
상기 복수의 압전섬유들은 상기 외력에 의하여 동일한 극성을 가지는 전기에너지를 생성하며,
상기 제1전극 및 상기 제2전극은 각각 상기 저장회로의 상기 제1입력단자 및 상기 제2입력단자와 전기적으로 연결되는 모직형 에너지 포집소자.14. The method according to any one of claims 9 to 13,
A storage circuit electrically connected to the first electrode and the second electrode and storing the electrical energy;
The storage circuit includes a first input terminal and a second input terminal,
The plurality of piezoelectric fibers generate electric energy having the same polarity by the external force,
And the first electrode and the second electrode are electrically connected to the first input terminal and the second input terminal of the storage circuit, respectively.
상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결되며, 상기 전기에너지를 저장하는 저장회로를 더 포함하되,
상기 저장회로는 제1입력단자 및 제2입력단자를 포함하며,
상기 복수의 압전섬유들 중 일부-이하 제3압전섬유라 함-는 상기 외력에 의하여 상기 복수의 압전섬유들 중 나머지 일부-이하 제4압전섬유라 함-와 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하며,
상기 제3압전섬유의 제1전극 및 상기 제4압전섬유의 제2전극은 상기 저장회로의 상기 제1입력단자와 전기적으로 연결되고, 상기 제3압전섬유의 제2전극 및 상기 제4압전섬유의 제1전극은 상기 저장회로의 상기 제2입력단자와 전기적으로 연결되는 모직형 에너지 포집소자.14. The method according to any one of claims 11 to 13,
A storage circuit electrically connected to the first electrode and the second electrode and storing the electrical energy;
The storage circuit includes a first input terminal and a second input terminal,
Some of the plurality of piezoelectric fibers, hereinafter referred to as third piezoelectric fibers, generate electric energy having a different polarity from other portions of the plurality of piezoelectric fibers, hereinafter referred to as fourth piezoelectric fibers, by the external force. ,
The first electrode of the third piezoelectric fiber and the second electrode of the fourth piezoelectric fiber are electrically connected to the first input terminal of the storage circuit, and the second electrode and the fourth piezoelectric fiber of the third piezoelectric fiber. And a first electrode of the woolen energy collecting element electrically connected to the second input terminal of the storage circuit.
상기 복수의 압전섬유들은 상기 외력에 의하여 동일한 극성을 가지는 전기에너지를 생성하며,
상기 복수의 압전섬유들 중 적어도 일부분은 서로 전기적으로 직렬 연결되며,
상기 압전섬유들 중 직렬 연결되는 연속된 2개의 압전섬유들-이하 제3압전섬유 및 제4압전섬유라 함-은 상기 제3압전섬유의 제1전극이 상기 제4압전섬유의 제2전극과 전기적으로 연결되어 직렬 연결되는 모직형 에너지 포집소자.14. The method according to any one of claims 11 to 13,
The plurality of piezoelectric fibers generate electric energy having the same polarity by the external force,
At least a portion of the plurality of piezoelectric fibers are electrically connected in series with each other,
Two consecutive piezoelectric fibers connected in series among the piezoelectric fibers, hereinafter referred to as a third piezoelectric fiber and a fourth piezoelectric fiber, include a first electrode of the third piezoelectric fiber and a second electrode of the fourth piezoelectric fiber. Wool-type energy trapping elements connected electrically in series.
상기 복수의 압전섬유들은 상기 외력에 의하여 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 압전섬유들을 포함하며,
상기 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 압전섬유들 중 적어도 일부분은 서로 전기적으로 직렬 연결되며,
상기 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 압전섬유들 중 직렬 연결되는 연속된 3개의 압전섬유들-이하 제3압전섬유, 제4압전섬유 및 제5압전섬유라 하며, 상기 제3압전섬유 및 상기 제5압전섬유는 상기 제4압전섬유와 서로 다른 극성을 가짐-은 상기 제3압전섬유의 제1전극이 상기 제4압전섬유의 제1전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제4압전섬유의 제2전극이 상기 제5압전섬유의 제2전극과 전기적으로 연결되어 직렬 연결되는 모직형 에너지 포집소자.14. The method according to any one of claims 11 to 13,
The plurality of piezoelectric fibers include piezoelectric fibers for generating electrical energy having different polarities by the external force,
At least a portion of the piezoelectric fibers for generating electrical energy having different polarities are electrically connected in series with each other,
Three consecutive piezoelectric fibers connected in series among the piezoelectric fibers generating electrical energy having different polarities are hereinafter referred to as third piezoelectric fibers, fourth piezoelectric fibers, and fifth piezoelectric fibers, wherein the third piezoelectric fibers and The fifth piezoelectric fiber has a different polarity than that of the fourth piezoelectric fiber, wherein a first electrode of the third piezoelectric fiber is electrically connected to a first electrode of the fourth piezoelectric fiber, And a second electrode is electrically connected to the second electrode of the fifth piezoelectric fiber and connected in series.
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