KR101417848B1 - Vibration energy harvesting device having drum head structure - Google Patents

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KR101417848B1
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정영훈
백종후
조정호
남중희
윤지선
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한국세라믹기술원
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Abstract

The present invention relates to a vibration energy harvesting device with a drum head structure and, more particularly, to a vibration energy harvesting device with a drum head structure capable of harvesting energy using vibration and easily tuning a resonant frequency.

Description

드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치 {VIBRATION ENERGY HARVESTING DEVICE HAVING DRUM HEAD STRUCTURE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a vibration energy harvesting apparatus having a drum head structure,

본 발명은 드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 드럼 헤드 구조의 진동을 이용하여 에너지 하베스팅을 하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a vibration energy harvesting apparatus having a drum head structure, and more particularly, to an apparatus for energy harvesting using vibration of a drum head structure.

압전물질은 기계적 에너지를 전기에너지로 혹은 전기에너지를 기계에너지로변환시키는 변환매체로서 다양한 응용분야를 갖는다. 현재 무기물 및 유기물을 포함하는 많은 수의 세라믹스 재료가 압전 현상을 일으키는 재료로서 알려져 있다.Piezoelectric materials have various applications as conversion media for converting mechanical energy into electrical energy or electrical energy into mechanical energy. BACKGROUND ART [0002] A large number of ceramic materials including inorganic and organic materials are known as materials that cause piezoelectric phenomena.

압전체는 그 압전체에 가해지는 힘(압력 또는 진동)에 의해 전압을 발생시키며, 그 인가된 힘의 크기에 따라 발생되는 전압을 이용하는 장치를 압전 발전기라 한다. 이러한 압전 발전기는 주기적인 진동이 있는 기계류, 건축물, 교량 등에 설치하거나 이동하는 차량과 사람의 하중의 변화를 이용하기 위하여 일반 도로 또는 주차장 등에 설치하기도 하며, 건물의 실내 바닥재로서 설치하기도 한다. 이러한 압전 발전기는 현재 그 이용 용도가 계속되어 확장되고 있는 추세이다.A piezoelectric body generates a voltage by a force (pressure or vibration) applied to the piezoelectric body, and a device using a voltage generated according to the magnitude of the applied force is referred to as a piezoelectric generator. Such a piezoelectric generator may be installed on an ordinary road, a parking lot, or the like as an indoor flooring of a building in order to utilize a change in the load of a vehicle or a person moving or installing the machine, the building, or the bridge having periodical vibration. These piezoelectric generators are currently being used for a wide range of applications.

한편, 외부로부터 가해지는 진동을 이용하기 위한 압전 발전기는 일반적으로 캔틸레버 구조를 갖는다. 캔틸레버 구조의 압전 발전기는 외부의 진동 주파수와 압전 발전기의 진동 주파수가 같아지는 경우 공진 현상이 일어나면서 발전 성능을 최적화할 수 있다. 이를 위해, 종래에는 캔틸레버의 길이, 너비, 두께를 조절하여 공진 주파수를 조절하였다. 압전 발전기의 공진 주파수를 맞추기 위한 이러한 종래의 방법은 공진 주파수를 맞추기 위해 압전 발전기 전체의 규격을 달리하여야 함에 따라 공진 주파수를 맞추기에 어려움이 있었다.On the other hand, a piezoelectric generator for utilizing external vibrations generally has a cantilever structure. The piezoelectric generator of the cantilever structure can optimize the power generating performance by resonating when the external vibration frequency and the vibration frequency of the piezoelectric generator are equal to each other. To this end, the resonance frequency was adjusted by adjusting the length, width, and thickness of the cantilever. This conventional method for adjusting the resonance frequency of the piezoelectric generator has a difficulty in matching the resonance frequency by adjusting the size of the entire piezoelectric generator in order to adjust the resonance frequency.

만약, 압전 발전기를 일상의 생활 환경에서 사용되는 여러 제품들에 접목시킬 수 있다면 압전 발전기의 활용 용도가 더욱 확대될 것이다. 압전 발전기를 일상의 생활 환경에서 사용되는 제품에 접목시키기 위해서는 압전 발전기에 압력 또는 진동을 가할 수 있는 제품이면 가능할 것이다. 예를 들면, 타악기의 한 종류로서, 피막을 두드려 진동에 의한 소리를 내는 드럼에 압전 발전기를 접목시킨다면 압전 발전기의 활용이 가능할 것이다.If the piezoelectric generator can be combined with various products used in everyday living environment, the application of the piezoelectric generator will be further expanded. In order to apply a piezoelectric generator to a product used in everyday living environment, a product capable of applying pressure or vibration to the piezoelectric generator will be possible. For example, as a kind of percussion instrument, it is possible to utilize a piezoelectric generator if a piezoelectric generator is attached to a drum which makes a sound by vibrating by tapping a film.

이에, 본 발명자는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 아래의 구성을 도입함으로서, 드럼 헤드 구조를 가지는 에너지 하베스터의 진동을 이용하여 에너지 하베스팅을 가능하게 하며, 공진 주파수의 튜닝이 용이한 디스크 형상의 드럼 헤드 구조 에너지 하베스팅 발전기를 제공하고자 한다.The inventor of the present invention has introduced the following configuration to solve the problems of the related art. The inventor of the present invention has succeeded in providing energy harvesting using the vibration of the energy harvester having the drum head structure, We want to provide a drumhead structure energy harvesting generator.

본 발명의 일 실시예에 따른 드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치는 수직 방향을 따라 진동하는 기둥부로서, 축방향 중심으로부터 제1 전극, 상기 제1 전극을 감싸고 있는 절연체 및 상기 절연체를 감싸고 있는 제2 전극을 포함하는, 기둥부; 상기 기둥부의 축방향과 수직하게 상기 기둥부에 연결되고, 상기 기둥부가 진동하면 상기 기둥부를 축으로 하여 상기 기둥부의 축방향으로 상하 진동하는 복수의 진동 부재; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 각각 연결된 충전 장치를 포함하고, 상기 진동 부재들은 각각, 상기 제2 전극에 연결되어 있는 진동 전극; 상기 진동 전극 상에 설치되어 있는 압전체; 및 상기 진동 전극과는 연결되지 않도록 상기 압전체 상부로 적층되어 있고 상기 제1 전극에 연결되는 표면 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.A vibration energy harvesting apparatus having a drum head structure according to an embodiment of the present invention is a column vibrating along a vertical direction and includes a first electrode from an axial center, an insulator surrounding the first electrode, A second electrode including a second electrode; A plurality of vibrating members connected to the pillar portion perpendicularly to the axial direction of the pillar portion and vibrating up and down in the axial direction of the pillar portion about the pillar portion when the pillar portion vibrates; And a charging device connected to the first electrode and the second electrode, respectively, wherein the vibration members are respectively connected to the second electrode; A piezoelectric body provided on the vibrating electrode; And a surface electrode laminated on the piezoelectric member so as not to be connected to the vibrating electrode and connected to the first electrode.

진동 전극은 와이어(wire) 형태를 가지며 탄성력을 갖는 재질로 이루어지고, 상기 와이어의 일단은 상기 기둥부의 주위에 고정되고, 상기 일단은 상기 제2 전극에 연결되는 것을 특징으로 한다.The vibrating electrode is made of a material having a wire shape and having elasticity, one end of the wire is fixed to the periphery of the pillar, and the one end is connected to the second electrode.

진동 전극은 플레이트 형태를 가지며 탄성력을 갖는 재질로 이루어지고, 상기 기둥부가 상기 플레이트의 중심부를 관통하여 상기 플레이트의 중심부가 상기 기둥부의 주위에 고정되고, 상기 중심부는 상기 제2 전극에 연결되는 것을 특징으로 한다.The vibrating electrode is made of a material having a plate shape and an elastic force, the pillar passes through the center of the plate, the center of the plate is fixed around the pillar, and the center is connected to the second electrode .

압전체는 강유전성 폴리머 또는 압전 세라믹스로 이루어지며, 강유전성 폴리머는 PVDF, P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE) 또는 P(VDF-HFP) 중 어느 하나의 압전 폴리머로 이루어진 것을 특징으로 한다.The piezoelectric substance is composed of a ferroelectric polymer or piezoelectric ceramics and the ferroelectric polymer is composed of any one of PVDF, P (VDF-TrFE), P (VDF-TrFE-CFE) or P (VDF-HFP) .

표면 전극은, Ti, Cr, Al, Ni, Ag, Pt, Au, La, In, Sn, Pt 또는 Se 중 하나 또는 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하며, 표면 전극은, Polyaniline, Polypyrrole 또는 PPs와 같은 전도성 고분자(Conductive Polymer)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The surface electrode is characterized by containing at least one of Ti, Cr, Al, Ni, Ag, Pt, Au, La, In, Sn, Pt or Se. The surface electrode may be made of Polyaniline, Polypyrrole or PPs And a conductive polymer such as polyimide.

충전 장치는, 각각의 잎 형상의 부재의 압전체의 변형에 의해 발생되어 각각 상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 수집된 교류 전력을 직류 전력으로 변환시키는 정류뷰; 및 상기 정류부로부터 나오는 직류 전력을 저장하는 충전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The charging device includes: a rectifying view which is generated by deformation of a piezoelectric member of each leaf-like member and converts the AC power collected at the first electrode and the second electrode to DC power; And a charging unit for storing DC power output from the rectifying unit.

진동 부재는, 딥 코팅(Dip Coating), 전기 방사(electrospinning) 또는 전기 도금(electrodeposition) 방식 중 어느 하나의 방식에 의해 진동 전극의 표면에 압전체층을 형성한 후, 표면에 표면 전극을 형성함에 의해 제작되는 것을 특징으로 한다.The vibration member may be formed by forming a piezoelectric layer on the surface of the vibrating electrode by any one of dip coating, electrospinning, and electrodeposition methods and then forming a surface electrode on the surface .

한편, 압전 세라믹스는 PZT계 세라믹스이며, 이 경우 압전 세라믹스는 (Na, K)NbO3계, (Na, K, Li) NbO3계 무연 세라믹스인 것을 특징으로 한다.On the other hand, the piezoelectric ceramics is a PZT system ceramics. In this case, the piezoelectric ceramics are characterized by being (Na, K) NbO3 system and (Na, K, Li) NbO3 system leadless ceramics.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치는 플레이트의 중심부 주변에 설치되는 고정수단을 더 포함하고, 이러한 고정수단은, 상기 제2 전극의 외부를 둘레 방향을 따라 감싼 채로 상기 진동 전극의 상면에 고정되는 제1 부재; 상기 제2 전극의 외부를 둘레 방향을 따라 감싼 채로 상기 진동 전극의 하면에 고정되는 제2 부재; 및 상기 제1 부재 및 제2 부재를 상기 진동 전극에 고정시키기 위해 상기 제1 부재 및 제2 부재에 결합되는 볼트 및 너트를 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the vibration energy harvesting apparatus having a drum head structure according to an embodiment of the present invention may further include fixing means provided around the central portion of the plate, and the fixing means may be configured to surround the outside of the second electrode in the circumferential direction A first member fixed on the upper surface of the vibrating electrode while being wrapped around the first member; A second member fixed to the lower surface of the vibrating electrode while being wrapped around the outer circumference of the second electrode; And a bolt and a nut coupled to the first member and the second member for fixing the first member and the second member to the vibrating electrode.

또한, 플레이트의 일면에 설치되는 무게추를 더 포함할 수 있고, 무게추는 상기 플레이트의 가장자리 및 상기 플레이트의 중심부의 사이에서 수평 이동 가능하게 설치되거나, 또는 상기 플레이트의 중심부로부터 외부를 향해 나선형(spiral)으로 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.The weights may be provided horizontally movably between the edge of the plate and the center of the plate, or may be spirally arranged from the center of the plate to the outside. ) Of the vehicle.

도 1a 및 도 1b는 압전 발전기 모듈의 발전 원리를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스팅이 가능한 디스크 형상의 드럼 헤드 구조 에너지 하베스팅 장치의 단면도이다.
도 3은 도 2의 장치가 설치된 실시예로서 드럼의 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 진동 부재의 형태가 도시된다.
도 5는 도 2에 도시된 진동 부재들이 변형된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 2에 도시된 진동 전극 및 고정 수단의 평면이 도시된다.
도 7은 본 발명에 따른 압전 발전기 시스템의 시스템 구성을 나타낸 블록도이다.
도 8a 및 8b는 도 2 및 도 3에 도시된 무게추의 설치 구조의 다른 예를 나타낸다.
도 9 및 도 10은 도 2 및 도 3에 도시된 진동 부재의 다른 형태를 설명하기 위한 도면들이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.Figs. 1A and 1B are cross-sectional views schematically showing a principle of power generation of a piezoelectric generator module.
2 is a cross-sectional view of a disk-shaped drum head structure energy harvesting apparatus capable of energy harvesting according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the drum as an embodiment in which the apparatus of FIG. 2 is installed.
Fig. 4 shows the shape of the oscillating member shown in Fig.
5 is a cross-sectional view showing a state in which the vibration members shown in Fig. 2 are deformed.
Fig. 6 shows the plane of the vibrating electrode and the fixing means shown in Fig.
7 is a block diagram showing a system configuration of a piezoelectric generator system according to the present invention.
Figs. 8A and 8B show another example of the installation structure of the weights shown in Figs. 2 and 3. Fig.
Figs. 9 and 10 are views for explaining another form of the vibration member shown in Figs. 2 and 3. Fig.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used throughout the drawings to refer to like elements. For purposes of explanation, various descriptions are set forth herein to provide an understanding of the present invention. It is evident, however, that such embodiments may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to facilitate describing the embodiments.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used throughout the drawings to refer to like elements. For purposes of explanation, various descriptions are set forth herein to provide an understanding of the present invention. It is evident, however, that such embodiments may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to facilitate describing the embodiments.

하기 설명은 본 발명의 실시예에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해서 하나 이상의 실시예들의 간략화된 설명을 제공한다. 본 섹션은 모든 가능한 실시예들에 대한 포괄적인 개요는 아니며, 모든 엘리먼트들 중 핵심 엘리먼트를 식별하거나, 모든 실시예의 범위를 커버하고자 할 의도도 아니다. 그 유일한 목적은 후에 제시되는 상세한 설명에 대한 도입부로서 간략화된 형태로 하나 이상의 실시예들의 개념을 제공하기 위함이다.The following description provides a simplified description of one or more embodiments in order to provide a basic understanding of embodiments of the invention. This section is not a comprehensive overview of all possible embodiments and is not intended to identify key elements or to cover the scope of all embodiments of all elements. Its sole purpose is to present the concept of one or more embodiments in a simplified form as a prelude to the more detailed description that is presented later.

도 1a 및 도 1b는 압전 발전기 모듈의 발전 원리를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1a는 압전체에 압력이 가해지지 않은 상태이거나, 압력이 해제된 상태를 나타내며, 도 1b는 압전체에 압력이 가해진 상태를 나타낸다.Figs. 1A and 1B are cross-sectional views schematically showing a principle of power generation of a piezoelectric generator module. 1A shows a state where no pressure is applied to the piezoelectric body or a state where the pressure is released, and FIG. 1B shows a state where a pressure is applied to the piezoelectric body.

도 1a와 같이 압전체에 압력이 가해지지 않은 상태이거나, 압력이 해제된 상태인 경우에는 압전체에서 전력이 발생되지 않으며, 이때, 압전체 및 양단 전극에 전달되는 압력이 없으므로 형상 변형이 이루어지지 않는다.As shown in FIG. 1A, when no pressure is applied to the piezoelectric body, or when the pressure is released, electric power is not generated in the piezoelectric body. At this time, there is no pressure applied to the piezoelectric body and the electrodes at both ends.

도 1b는 압전체에 압력이 가해진 상태로서, 압전체에 압력이 가해지면 압전체의 모양이 U자 형태 또는 U자를 거꾸로 뒤집어 놓은 모자 형태로 변형되고, 이때 형태가 변형된 압전체에서 전력이 발생한다. 이렇게 발생된 전력은 양단 전극에서 수집되어 에너지로서 활용될 수 있게 되는 것이다.FIG. 1B shows a state in which a pressure is applied to a piezoelectric body. When a pressure is applied to a piezoelectric body, the piezoelectric body is deformed into a U-shape or a cap shape inverted from U-shape. At this time, electric power is generated in a deformed piezoelectric body. The generated power can be collected from the electrodes at both ends and utilized as energy.

이러한 압전체의 발전 원리에 따라 드럼의 바이브레이션을 이용하여 에너지 하베스팅을 하는, 드럼 형태의 에너지 하베스팅 발전기를 본 명세서에서 제공하고자 한다.A drum-shaped energy harvesting generator, which performs energy harvesting using the vibration of the drum in accordance with the principle of power generation of such a piezoelectric body, is provided herein.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치의 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 구조체가 내장된 드럼의 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a vibration energy harvesting apparatus having a drum head structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view of a drum having the structure shown in FIG.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치는, 기둥부(130); 복수의 진동 부재(150); 및 충전 장치(170)를 포함한다. 또한, 이러한 에너지 하베스팅 장치는 기둥부(130)의 상단부 또는 하단부에 교량, 진동이 일어나는 부재에 부착 가능하도록 연결부(140)를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 연결부(140)는 소켓 형태 등일 수 있으며 연결에 의해 기둥부(130)가 상하로 수직 방향 진동 운동이 가능한 연결이면 어떠한 것이든 가능하다.Referring to FIG. 2, a vibration energy harvesting apparatus having a drum head structure according to an embodiment of the present invention includes a pillar 130; A plurality of oscillating members (150); And a charging device 170. In addition, the energy harvesting apparatus may further include a connection portion 140 so as to be attachable to a member where a bridge or vibration occurs at the upper end portion or the lower end portion of the pillar portion 130. The connection portion 140 may be a socket or the like, and any connection can be used as long as the connection portion 130 can vertically oscillate vertically.

기둥부(130)는 수직 방향을 따라 진동되기 위한 설치 구조를 가진 형태로서, 기둥부(130)의 자유로운 진동이 가능한 구조이면 모두 가능하다. 일 예로, 기둥부(130)의 형상은 도시된 바와 같이 원기둥 형태일 수 있고, 특별히 이에 제한되는 것은 아니며, 다수의 각진 면을 갖는 다각 기둥 형태일 수도 있다.The columnar section 130 may have a structure for vibrating along the vertical direction and may be any structure as long as the columnar section 130 can freely oscillate. For example, the shape of the columnar portion 130 may be a cylindrical shape as shown in the drawing, but not limited thereto, and may be a polygonal columnar shape having a plurality of angled surfaces.

이러한 기둥부(130)는 제1 전극(131); 절연체(132); 제2 전극(133)을 포함한다.The column 130 includes a first electrode 131; An insulator 132; And a second electrode 133.

제1 전극(131)은 기둥부(130)의 중심부 쪽에 위치하며, 전기적 전도성 물질로 이루어진 전도체이다. 진동 부재(150)의 후술하는 표면 전극(153)들은 모두 이 제1 전극(131)에 연결된다. 따라서 제1 전극(131)은 각각의 진동 부재(150)의 표면 전극(153)들과 전기적으로 연결되어 압전체에서 발생된 전력을 병렬 연결시키는 역할을 수행한다. 이 경우 표면 전극(153)들이 제 1 전극에 연결되도록 기둥부의 제 2 전극에는 다수개의 개구가 형성되어 있을 수 있고, 이러한 개구를 통해 제 1 전극(131)에 연결될 수 있다.The first electrode 131 is located at the center of the column 130 and is a conductor made of an electrically conductive material. All of the surface electrodes 153 described later of the vibration member 150 are connected to the first electrode 131. Therefore, the first electrode 131 is electrically connected to the surface electrodes 153 of the respective vibration members 150 to connect the power generated in the piezoelectric members in parallel. In this case, a plurality of openings may be formed in the second electrode of the column so that the surface electrodes 153 are connected to the first electrode, and the openings may be connected to the first electrode 131 through the openings.

절연체(132)는 제1 전극의 원주면 전체를 감싸도록 제1 전극(131)의 주위를 감싸고 있다. 절연체(132)는 제1 전극(131) 및 제2 전극(133)이 전기적으로 절연되도록 하여 제1 전극(131) 및 제2 전극간에 쇼트가 일어나는 것을 방지하는 역할을 한다.The insulator 132 surrounds the first electrode 131 so as to surround the entire circumferential surface of the first electrode. The insulator 132 functions to prevent the first electrode 131 and the second electrode 133 from being electrically isolated from each other to prevent a short circuit between the first electrode 131 and the second electrode.

제2 전극(133)은 전기적 전도성 물질로 이루어진 전도체이다. 제2 전극(133)은 절연체(132)의 원주면 전체를 감싸도록 절연체(132)의 주위를 감싸고 있다. 이러한 제2 전극(133)은 각각의 진동 부재(150)의 후술하는 진동 전극(151)들과 전기적으로 연결되어 압전체에서 발생된 전력을 병렬 연결시키는 역할을 수행한다.The second electrode 133 is a conductor made of an electrically conductive material. The second electrode 133 surrounds the insulator 132 so as to surround the entire circumferential surface of the insulator 132. The second electrode 133 is electrically connected to the vibrating electrodes 151 of the vibrating member 150 to connect the power generated in the piezoelectric body in parallel.

진동 부재(150)는 복수개가 설치될 수 있으며, 각각의 진동 부재(150)는 도 3에 도시된 것처럼, 진동 전극(151); 압전체(152); 및 표면 전극(153)을 포함한다.A plurality of oscillation members 150 may be provided, and each oscillation member 150 may include a vibrating electrode 151; A piezoelectric body 152; And a surface electrode 153.

진동 전극(151)은 제2 전극(133)에 연결되는 부분이고, 기둥부(130)가 상기 수직 방향을 따라 진동할 때 함께 진동이 이루어질 수 있다. 이를 위해, 진동 전극(151)은 탄성력을 갖는 재질로 이루어진다.The vibrating electrode 151 is connected to the second electrode 133 and can be oscillated together when the pillar 130 vibrates along the vertical direction. To this end, the vibrating electrode 151 is made of a material having an elastic force.

압전체(152)는 진동 전극(151) 상에 설치되며, 진동 전극(151)이 진동될 때 형상 변형이 이루어지면서 전력이 발생된다. 이러한 압전체(152)는 강유전성 폴리머 또는 압전 세라믹스로 이루어진다. 강유전성 폴리머는 PVDF, P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE) 또는 P(VDF-HFP) 중 어느 하나의 압전 폴리머인 것이 바람직하다. 압전 세라믹스는 PZT계 세라믹스 또는 (Na, K)NbO3계, (Na, K, Li) NbO3계 무연 세라믹스인 것이 바람직하다.The piezoelectric body 152 is provided on the vibrating electrode 151, and when the vibrating electrode 151 vibrates, the shape is deformed to generate electric power. Such a piezoelectric body 152 is made of a ferroelectric polymer or piezoelectric ceramics. The ferroelectric polymer is preferably any one of PVDF, P (VDF-TrFE), P (VDF-TrFE-CFE) or P (VDF-HFP). The piezoelectric ceramics are preferably PZT ceramics or (Na, K) NbO3-based or (Na, K, Li) NbO3-based lead-free ceramics.

표면 전극(153)은 진동 전극(151)과는 연결되지 않도록 압전체(152) 상부로 적층되며, 전도성 연결선(154)을 통해 제2 전극(133)에 연결된다. 이러한 표면 전극(153)은 Ti, Cr, Al, Ni, Ag, Pt, Au, La, In, Sn, Pt 또는 Se 중 하나 또는 하나 이상의 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, Polyaniline, Polypyrrole 또는 PPs와 같은 전도성 고분자(Conductive Polymer)로 이루어질 수도 있다.The surface electrode 153 is stacked on the piezoelectric body 152 so as not to be connected to the vibrating electrode 151 and is connected to the second electrode 133 through the conductive connecting line 154. The surface electrode 153 preferably includes at least one of Ti, Cr, Al, Ni, Ag, Pt, Au, La, In, Sn, Pt or Se. It may also be made of a conductive polymer such as polyaniline, polypyrrole or PPs.

도 3은 도 2에서 도시된 에너지 하베스팅이 가능한 디스크 형상의 구조체가내장된 드럼의 모습으로 도 2의 구성 이외에 드럼관(110); 및 타격 피막(120)을 추가로 포함한다. FIG. 3 is a view of a drum having a structure having a disk shape capable of energy harvesting shown in FIG. 2, and includes a drum tube 110; And a striking film (120).

도 3의 경우에는 기둥부(130)는 드럼관(110)의 내부에 위치하며, 타격 피막(120)의 내면으로부터 수직하게 연장되고, 타격 피막(120)이 타격되면 타격 피막(120)에 수직한 방향을 따라 진동한다. 기둥부(130)가 드럼관(110) 내에서 상기 수직한 방향을 따라 진동하기 위하여, 예를 들면, 타격 피막(120)의 내면 중심에 설치된 제1 돌출관(141)과, 드럼관(110)의 바닥면의 내측 중심에 설치된 제2 돌출관(142)이 마련될 수 있다. 이러한 경우, 기둥부(130)의 상단부는 제1 돌출관(141) 내로 삽입되어 타격 피막(120)의 내면과 일정 거리 이격되고, 하단부는 제2 돌출관(142) 내로 삽입되어 드럼관(110)의 바닥면과 일정 거리 이격되도록 설치될 수 있다. 이에 따라, 기둥부(130)는 제1 돌출관(141) 및 제2 돌출관(142) 내에서 상기 수직 방향을 따라 자유롭게 진동될 수 있다. 이러한 기둥부(130)의 상기 수직 방향을 따라 진동되기 위한 설치 구조는 예시적인 형태일 뿐, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 기둥부(130)의 자유로운 진동이 가능한 구조이면 모두 가능하다. 일 예로, 기둥부(130)의 형상은 도시된 바와 같이 원기둥 형태일 수 있고, 특별히 이에 제한되는 것은 아니며, 다수의 각진 면을 갖는 다각 기둥 형태일 수도 있다.3, the column 130 is positioned inside the drum 110 and extends vertically from the inner surface of the striking film 120. When the striking film 120 is struck, the striking film 120 is vertically Vibrations along one direction. For example, a first protruding tube 141 provided at the center of the inner surface of the striking film 120 and a second protruding tube 141 provided at the center of the inner surface of the striking film 120 to vibrate the drum 130 in the vertical direction in the drum tube 110, A second protruding pipe 142 may be provided at an inner center of the bottom surface of the bottom wall. The upper end of the column 130 is inserted into the first protruding tube 141 to be spaced apart from the inner surface of the striking cap 120 and the lower end thereof is inserted into the second protruding tube 142, So as to be spaced a certain distance from the bottom surface of the floor. Accordingly, the column portion 130 can freely vibrate in the first projecting pipe 141 and the second projecting pipe 142 along the vertical direction. The mounting structure for vibrating along the vertical direction of the column portion 130 is an exemplary structure, but not limited thereto, and any structure can be used as long as the column portion 130 can freely oscillate. For example, the shape of the columnar portion 130 may be a cylindrical shape as shown in the drawing, but not limited thereto, and may be a polygonal columnar shape having a plurality of angled surfaces.

드럼관(110)은 원통 형상을 가지며, 드럼관(110)의 재질로는 나무 재질인 것이 바람직하지만, 특별히 이에 제한되는 것은 아니며, 카본 그라파이트(Carbon Graphite), 투명 아크릴, 메탈 등의 재질이 이용될 수도 있다.The drum tube 110 has a cylindrical shape. The drum tube 110 is preferably made of wood, but is not limited thereto. Materials such as carbon graphite, transparent acrylic, and metal may be used. .

타격 피막(120)은 드럼관(110)의 상부에 씌워지고, 타격을 가하면 진동에 의해 소리를 내는 피막이다. 타격 피막(120)은 드럼관(110)의 상부에 고정되기 위하여, 예를 들면, 타격 피막(120)의 상부에서 드럼관(110)의 상부로 안착되는 원형테(10) 및 드럼관(110)의 외주면과 원형테(10)의 상부에 설치되어 원형테를 드럼관(110)의 상부로 가압하도록 된 복수개의 클램프수단(20)이 이용될 수 있다. 타격 피막(120)의 재질로는 천연 피혁 또는 합성 피혁일 수 있다.The striking coating 120 is a coating that covers the upper portion of the drum tube 110 and makes a sound by vibrating when it is hit. The striking coating 120 may include a circular frame 10 that is seated on top of the drum tube 110 at the top of the striking coating 120 and a circular frame 10 that is secured to the top of the drum tube 110 And a plurality of clamp means 20 installed on the upper side of the circular frame 10 and adapted to press the circular frame to the upper portion of the drum pipe 110 can be used. The material of the impact coating 120 may be natural leather or synthetic leather.

도 4는 도 2에 도시된 진동 부재의 형태가 도시된다. Fig. 4 shows the shape of the oscillating member shown in Fig.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라, 진동 부재(150)의 진동 전극(151)이 소정의 두께를 갖는 원형 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 상기 플레이트의 중심부에는 기둥부(130)가 관통하여 플레이트의 중심부가 기둥부의 주위에 고정되며, 이때 상기 중심부는 제2 전극(133)에 연결된다.Referring to FIG. 4, according to an embodiment of the present invention, the vibrating electrode 151 of the vibrating member 150 may be formed in the shape of a circular plate having a predetermined thickness. A central portion of the plate is fixed to the periphery of the column, and the central portion is connected to the second electrode 133.

이와 같이 진동 전극(151)이 플레이트 형태인 경우, 압전체(152)는 소정의 두께를 갖는 중심부가 개구된 원형 플레이트 형상일 수 있다. 이러한 압전체(152)는 진동 전극(151)의 상면에 적층될 수 있다.In the case where the vibrating electrode 151 is in the form of a plate, the piezoelectric body 152 may be in the shape of a circular plate having a central portion with a predetermined thickness. Such a piezoelectric body 152 may be laminated on the upper surface of the vibrating electrode 151. [

그리고 표면 전극(153)은 진동 전극(151)과 연결되지 아니하면서 압전체(152)의 표면에 적층될 수 있다. 이러한 표면 전극(153)은 앞서 언급된 바와 같이, 전도성 연결선(154)을 통해 제2 전극(133)에 연결된다.The surface electrode 153 may be laminated on the surface of the piezoelectric body 152 without being connected to the vibrating electrode 151. The surface electrode 153 is connected to the second electrode 133 through the conductive connection line 154, as described above.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 부재(150)는 기둥부(130)가 상기 수직 방향으로 진동될 때, 기둥부(130)의 주위에 고정된 진동 전극(151)의 중심부를 기준으로 중심부 주변 전체가 상하로 진동된다. 이에 의해 압전체(152)가 변형되면서 전력이 발생된다. 이는 도 5에 자세히 도시되어 있으며, 도 5는 도 2에 도시된 진동 부재들이 변형된 상태를 나타낸 단면도이다.The vibrating member 150 according to an embodiment of the present invention may be configured such that when the pillar 130 is vibrated in the vertical direction, the center of the vibrating electrode 151 fixed around the pillar 130 The entire periphery of the center portion is vibrated up and down. As a result, electric power is generated while the piezoelectric body 152 is deformed. This is shown in detail in Fig. 5, and Fig. 5 is a sectional view showing a state in which the vibration members shown in Fig. 2 are deformed.

도 6은 도 4에 도시된 진동 전극 및 고정 수단의 평면이 도시된다.Fig. 6 shows the plane of the oscillating electrode and the fixing means shown in Fig.

이러한 본 발명의 일 실시예들에 따른 진동 부재(150)들은 상하 진동이 일어날 때, 진동 전극(151)은 기둥부(130)의 주위와 근접한 영역, 예를 들면, 도 6의 'A'영역에 스트레스(stress)가 발생된다. 상기 스트레스 발생 영역은 진동 전극(151)의 진동에 의한 압력이 큰 영역으로서, 압전체(152)의 변형 정도를 증가시켜 전기발생이 가장 효율적으로 일어나도록 하는 영역이고, 또한 스트레스로 인한 파손의 위험이 가장 큰 영역이다. 한편 상기 압력은 진동 전극(151)의 제2 전극(133) 주위에 고정되어 있고 상기 스트레스 발생 영역과 근접한 단부로 전해질 수 있고, 진동 전극(151)이 기둥부(130)로부터 떨어져 나가는 문제가 발생될 수 있다. 본 발명의 에너지 하베스팅이 가능한 디스크 형상의 구조체는 이러한 문제를 방지하기 위해, 고정 수단(160)을 더 포함한다. 고정 수단(160)은 진동 전극(151)에서 제2 전극(133) 주위에 고정되어 있는 단부(이하, '고정단부'라 한다.)에 근접한 상기 진동 전극의 일부 영역에 설치된다. 이러한 고정 수단(160)은 제1 부재(161); 제2 부재(162); 및 볼트(163) 및 너트(164)를 포함한다. 고정 수단은 도 3 및 도 4에 자세히 도시되어 있다.The vibrating members 150 according to one embodiment of the present invention are arranged such that when the up-and-down vibration occurs, the vibrating electrodes 151 are arranged in a region close to the periphery of the pillar portion 130, A stress is generated in the substrate. The stress generating region is a region in which the pressure due to the vibration of the vibrating electrode 151 is large and increases the degree of deformation of the piezoelectric body 152 so that the generation of electricity occurs most efficiently and also the risk of breakage due to stress It is the largest area. On the other hand, the pressure is fixed around the second electrode 133 of the vibrating electrode 151 and can be electrolyzed to the end close to the stress generating region, and the vibration electrode 151 may be separated from the pillar 130 . The energy-hoverable disk-shaped structure of the present invention further includes fixing means 160 to prevent this problem. The fixing means 160 is installed in a part of the vibrating electrode near the end fixed at the vibrating electrode 151 around the second electrode 133 (hereinafter referred to as a "fixed end"). The fixing means 160 includes a first member 161; A second member 162; And a bolt 163 and a nut 164. The securing means is shown in detail in Figs. 3 and 4. Fig.

제1 부재(161) 및 제2 부재(162)는 제2 전극(133)의 외부를 둘레 방향을 따라 감싼 채로 각각 진동 전극(151)의 상, 하면에 고정된다. 예를 들면, 제1 부재(161)는 진동 전극(151)의 상면에 고정될 수 있고, 제2 부재(162)는 진동 전극(151)의 하면에 고정될 수 있다. 이러한 제1 부재(161) 및 제2 부재(162)는 제2 전극(133) 및 진동 전극(151)과 전기적으로 연결되지 않도록 비전도성 재질인 것이 바람직하다. 제1 부재(161) 및 제2 부재(162)는 환형 링 형태이다. 제1 부재(161) 및 제2 부재(162)에는 볼트(163)의 삽입을 위한 복수의 개구(161a, 162a)가 원주 방향을 따라 배열되어 있다.The first member 161 and the second member 162 are fixed to the upper and lower surfaces of the vibrating electrode 151 while surrounding the outer surface of the second electrode 133 along the circumferential direction. For example, the first member 161 may be fixed to the upper surface of the vibration electrode 151, and the second member 162 may be fixed to the lower surface of the vibration electrode 151. The first member 161 and the second member 162 are preferably made of a non-conductive material so as not to be electrically connected to the second electrode 133 and the vibrating electrode 151. The first member 161 and the second member 162 are in the form of an annular ring. A plurality of openings 161a and 162a for inserting the bolts 163 are arranged in the first member 161 and the second member 162 along the circumferential direction.

볼트(163) 및 너트(164)는 제1 부재(161) 및 제2 부재(162)를 진동 전극(151)의 상, 하면에 고정시키기 위한 구성으로서, 볼트(163)는 상기 개구(161a, 162a)로 삽입되고, 너트(164)는 볼트(163)에 결합된다.The bolts 163 and the nuts 164 are configured to fix the first member 161 and the second member 162 to the upper and lower surfaces of the vibrating electrode 151, 162a, and the nut 164 is engaged with the bolt 163. [

이러한 고정 수단(160)은 제1 부재(161) 및 제2 부재(162)가 제2 전극(133)의 둘레를 감싼 채로 진동 전극(151)의 고정단부에 인접한 영역에 견고히 밀착되어 있으므로 진동 전극(151)이 진동될 때 제1 부재(161) 및 제2 부재(162)가 밀착되어 있는 영역은 쉽게 진동되지 않으며, 이에 의해 상기 스트레스 발생 영역에서의 진동에 의한 압력이 진동 전극(151)의 고정단부로 전해지는 것이 감소될 수 있다. 따라서 진동 전극(151)의 진동에 의한 파손을 방지할 수 있다.Since the first member 161 and the second member 162 are tightly adhered to the region adjacent to the fixed end of the vibrating electrode 151 while surrounding the periphery of the second electrode 133, The region where the first member 161 and the second member 162 are in close contact with each other when the vibrating electrode 151 is vibrated is not easily vibrated so that the pressure caused by the vibration in the stress generating region It can be reduced to be transmitted to the fixed end. Therefore, breakage of the vibrating electrode 151 due to vibration can be prevented.

충전 장치는 각각 제1 전극(131) 및 제2 전극(133)에 연결되어 진동 부재(150)의 압전체(152)에 의해 발생된 전력을 병렬적으로 수집하게 된다. 드럼에 설치될 경우 충전 장치는 드럼 내부에 설치될 수 있다.The charging device is connected to the first electrode 131 and the second electrode 133, respectively, and collects the electric power generated by the piezoelectric body 152 of the vibration member 150 in parallel. When installed in a drum, the charging device can be installed inside the drum.

이러한 충전 장치는 도 7에서 보는 것처럼 정류부 및 충전부를 포함한다.Such a charging apparatus includes a rectifying section and a charging section as shown in FIG.

정류부는 각각의 진동 부재의 압전체의 변형에 의해 발생되어 각각 제1 전극 및 제2 전극에 수집된 교류 전력을 직류 전력으로 변환시키는 부분이다.The rectifying portion is a portion that is generated by the deformation of the piezoelectric body of each of the oscillating members and converts the AC power collected by the first electrode and the second electrode to DC power.

충전부는 정류부를 통해 발생되는 전력을 충전시키는 부분으로써, 배터리와 같은 구성을 포함한다. 이러한 충전부는 전력을 직접 연결하여 사용할 수 있는 전원 공급부를 포함할 수도 있다. 충전부(또는 전원 공급부)는 전력이 필요한 다양한 전자 부품(예를 들어 조명부, 차임벨, 자동문, 신호등 및 센서 등)에 연결되어 이용될 수 있다.The charging portion is a portion for charging the power generated through the rectifying portion, and includes a configuration such as a battery. Such a live part may include a power supply part which can be used by directly connecting electric power. The charging unit (or the power supply unit) may be used in connection with various electronic components (for example, illumination units, chimneys, automatic doors, traffic lights and sensors, etc.) requiring electric power.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 하베스팅이 가능한 디스크 형상의 구조체는 에너지를 효율적으로 발생시키기 위하여 기둥부(130) 및 복수의 진동 부재(150)들이 진동될 때 타격 피막(120)의 타격에 의한 외부 진동과 공진이 일어나도록 구성되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 도 2 및 도 3과 같이 플레이트 형태의 진동 전극(151)에 설치되는 무게추(180)를 더 포함한다. 도 2 및 도 3에 도시된 무게추(180)는 진동 전극(151)의 하면에 고정되어 있다.In the meantime, a disk-shaped structure capable of energy harvesting according to an embodiment of the present invention is configured such that when the column 130 and the plurality of vibration members 150 are vibrated, So that external vibration and resonance are caused by the external force. For this purpose, the vibrating electrode 151 further includes a weight 180 mounted on the plate-shaped vibrating electrode 151 as shown in FIGS. The weights 180 shown in FIGS. 2 and 3 are fixed to the lower surface of the vibrating electrode 151.

무게추(180)는 상기 플레이트의 가장 자리 영역에 설치되어 진동 전극(151)이 진동될 때 진동 전극(151)에 무게를 실어 진동 전극(151) 및 압전체(152)의 진동에 의한 변형이 커지도록 한다. 이때, 무게추(180)에 의해 진동 주파수는 저하된다. 상기 진동 주파수가 저하되는 정도는 무게추(180)의 무게에 따라 달라질 수 있다. 따라서 무게추(180)의 무게를 달리하면 타격 피막(120)의 타격에 의한 외부 진동수와 진동 부재(150)의 진동수가 같아지는 시점에 발생되는 공진 현상을 위한 공진 주파수의 튜닝이 가능하며, 무게추(180)를 통해 공진 주파수를 튜닝함에 따라 에너지 발생 효율을 증가시킬 수 있다.The weight 180 is provided at the edge of the plate so that the vibrating electrode 151 is weighted when the vibrating electrode 151 is vibrated so that the vibration due to the vibration of the vibrating electrode 151 and the piezoelectric body 152 is large. . At this time, the vibration frequency is lowered by the weight 180. The degree to which the vibration frequency is lowered may vary depending on the weight of the weight 180. Therefore, when the weight 180 is varied, it is possible to tune the resonance frequency for the resonance phenomenon occurring at the time when the frequency of the vibration member 150 becomes equal to the external frequency due to the impact of the striking film 120, By tuning the resonance frequency through the weight 180, the energy generation efficiency can be increased.

한편, 공진 주파수의 튜닝은 앞서 언급된 바와 같이 무게추(180)의 무게를 달리하여 튜닝될 수도 있지만, 이와 달리 무게추(180)가 진동 전극(151)에 위치하는 지점을 달리함에 따라 튜닝될 수도 있다. 도 8은 도 2 및 도 3에 도시된 무게추의 설치 구조의 다른 예를 나타낸다.On the other hand, the tuning of the resonance frequency may be performed by varying the weight of the weight 180 as mentioned above, but the tuning of the resonance frequency may be performed by varying the position of the weight 180 on the vibrating electrode 151 It is possible. Fig. 8 shows another example of the installation structure of the weights shown in Figs. 2 and 3. Fig.

무게추(180')가 진동 전극(151)에 위치하는 지점을 달리할 수 있도록, 예를 들면, 도 8a에 도시된 바와 같이 진동 전극(151)의 하면에 무게추(180')의 위치 이동을 위한 레일부(190)가 설치될 수 있고, 무게추(180')는 레일부(190)에 삽입되어 레일부(190)의 길이 방향을 따라 이동될 수 있는 결합부(180'a)가 형성될 수 있다. 이때, 상기 레일부(190)의 길이는 예를 들면, 진동 전극(151)의 가장자리로부터 상기 스트레스 발생 영역을 초과하지 않는 길이를 가질 수 있다. 이러한 무게추(180)의 설치 구조에 의하면 무게추(180')가 레일부(190)의 길이 방향을 따라 위치 이동될 수 있으므로 진동 전극(151) 상에서 무게추(180')의 위치를 자유롭게 변경하면서 공진 주파수를 튜닝할 수 있다. 무게추(180')의 위치 이동이 가능한 구조는 특별히 이에 제한되는 것은 아니며, 무게추(180')의 위치 이동이 가능한 형태이면 모두 가능하다. The position of the weight 180 'may be shifted to the lower surface of the vibrating electrode 151, for example, as shown in FIG. 8A, so that the weight 180' And the weight 180 'may include a coupling portion 180'a inserted into the rail portion 190 and movable along the longitudinal direction of the rail portion 190 . At this time, the length of the rail 190 may have a length not exceeding the stress generating area from the edge of the vibrating electrode 151, for example. According to the installation structure of the weight 180, since the weight 180 'can be moved along the length direction of the rail 190, the position of the weight 180' can be freely changed on the vibrating electrode 151 The resonance frequency can be tuned. The structure capable of moving the weight 180 'is not particularly limited, and any structure capable of shifting the weight 180' is possible.

한편, 도 8b에 따르면 레일부가 플레이트의 일면에 플레이트의 중심으로부터 외부를 향해 나선형(spiral)으로 형성되어 있으며, 이러한 나선형 레일(191)을 따라서 일정한 길이를 가지는 플렉서블한 무게추(181)를 설치할 경우 무게추의 위치를 이동시킴에 의해 플레이트의 중심부로부터 일정 거리에 무게추를 설치하면서 이러한 무게추가 환형으로 설치되도록 할 수 있다. 이와 같이 환형으로 무게추를 플레이트에 위치시킴으로써 더욱 뛰어난 공명 주파수 튜닝이 가능하게 된다. 왜냐하면 도 8a와 같은 경우에는 무게추가 위치한 부분과 그렇지 아니한 부분의 주파수 차이가 생겨서 진동 에너지의 이용 효율이 떨어지기 때문이다. 따라서, 나선형 구조를 이용함으로써 공명 주파수 튜닝이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.On the other hand, according to FIG. 8B, when the flexible weight 181 having a predetermined length is provided along the spiral rail 191, By moving the position of the weight, the weight can be installed at a certain distance from the center of the plate while the weight is installed in a further annular shape. By placing the weights on the plate in an annular shape as described above, it is possible to perform tuning of resonance frequency even more excellent. This is because, in the case of FIG. 8A, the frequency difference between the portion where the weight is added and the portion where the weight is not added causes the use efficiency of the vibration energy to be lowered. Therefore, resonance frequency tuning can be performed more efficiently by using the helical structure.

도 9 및 도 10은 도 3에 도시된 진동 부재의 다른 형태를 설명하기 위한 도면들이다.Figs. 9 and 10 are views for explaining another form of the vibration member shown in Fig.

한편, 도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 진동 부재(150')의 진동 전극(151')이 와이어(wire) 형태를 가지도록 형성될 수 있고, 이러한 경우 진동 전극(151')의 일측 끝단이 제2 전극(133)에 고정되어 제2 전극(133)의 원주 방향을 따라 복수로 배열된다. 9 and 10, according to another embodiment of the present invention, the vibrating electrode 151 'of the vibrating member 150' may be formed to have a wire shape, and in this case, One end of the electrode 151 'is fixed to the second electrode 133 and arranged in plural along the circumferential direction of the second electrode 133.

본 발명의 다른 실시예에 따라 진동 전극(151')이 와이어 형태인 경우, 압전체(152')는 중심 전극을 감싸고 있는 형태로 배치될 수 있다. 도 9는 진동 부재의 단면을 나타낸 것으로서, 실제로는 핫도그와 같은 형상에서 막대가 진동 전극이고 소시지가 압전체 부분과 같이 배치되는 것이 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, when the vibrating electrode 151 'is in the form of a wire, the piezoelectric body 152' may be arranged to surround the center electrode. Fig. 9 shows a cross section of the vibration member. It is preferable that the rod is a vibrating electrode and the sausage is arranged like a piezoelectric member in the same shape as a hot dog.

본 발명의 다른 실시예에 따라 진동 전극(151')이 와이어 형태인 경우, 표면 전극(153')은 진동 전극(151')과 연결되지 아니하면서 압전체(152')를 감싸고 있는 형태로 배치될 수 있다. 즉, 핫도그에 비교하자면 압전체인 소시지를 튀김옷으로 감싸고 있는 튀김옷이 표면 전극이 될 것이고, 이러한 튀김옷은 진동 전극인 나무 막대와 연결되어서는 안되는 상태로 입혀져야 한다. 이러한 표면 전극(153)은 앞서 언급된 바와 같이, 전도성 연결선(154)을 통해 제2 전극(133)에 연결된다.According to another embodiment of the present invention, when the vibrating electrode 151 'is in the form of a wire, the surface electrode 153' is arranged not to be connected to the vibrating electrode 151 'but to surround the piezoelectric body 152' . That is, compared to a hot dog, a frying cloth wrapping a piezoelectric sausage with a frying cloth would be a surface electrode, and such a frying cloth should be coated in a state that it should not be connected to a wooden rod which is a vibrating electrode. The surface electrode 153 is connected to the second electrode 133 through the conductive connection line 154, as described above.

이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진동 부재(150')는 기둥부(130)가 상기 수직 방향으로 진동될 때, 제2 전극(133)의 외주면에 고정된 진동 전극(151')의 끝단을 고정점으로 하여 진동 전극(151')이 기둥부(130)와 함께 상하로 진동된다. 이에 의해 압전체(152')가 변형되면서 전력이 발생된다.The vibrating member 150 'according to another embodiment of the present invention is configured such that when the pillar 130 is oscillated in the vertical direction, the end of the vibrating electrode 151' fixed to the outer circumferential surface of the second electrode 133, The vibrating electrode 151 'vibrates up and down together with the columnar portion 130 as a fixed point. As a result, electric power is generated while the piezoelectric body 152 'is deformed.

한편 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 부재(150')를 제작하는 방법으로는, 진동 전극의 표면에 딥 코팅(dip coating)에 의해 압전체 층을 형성하는 방법이나, 전기 방사(electrospinning) 또는 전기 도금(electrodeposition) 방법에 의해 달성될 수 있다.As a method of manufacturing the vibration member 150 'according to one embodiment of the present invention, a method of forming a piezoelectric layer by dip coating on the surface of the vibration electrode, a method of forming a piezoelectric layer by electrospinning or Can be achieved by an electrodeposition method.

도전성 중심전극의 표면에 딥 코팅(Dip Coating), 전기 방사(electrospinning) 또는 전기 도금(electrodeposition) 방식에 의해 압전층을 형성하고, 압전층이 형성된 진동 전극을 건조 및 열처리한 후 표면에 표면전극을 형성하여 압전소자를 제작하는 것이다.A piezoelectric layer is formed on the surface of the conductive center electrode by dip coating, electrospinning or electrodeposition, and the vibrating electrode on which the piezoelectric layer is formed is dried and heat-treated, To form a piezoelectric element.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.The description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.

Claims (16)

수직 방향을 따라 진동하는 기둥부로서, 축방향 중심으로부터 제1 전극, 상기 제1 전극을 감싸고 있는 절연체 및 상기 절연체를 감싸고 있는 제2 전극을 포함하는, 기둥부;
상기 기둥부의 축방향과 수직하게 상기 기둥부에 연결되고, 상기 기둥부가 진동하면 상기 기둥부를 축으로 하여 상기 기둥부의 축방향으로 상하 진동하는 복수의 진동 부재; 및
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 각각 연결된 충전 장치를 포함하고,
상기 진동 부재들은 각각, 상기 제2 전극에 연결되어 있는 진동 전극; 상기 진동 전극 상에 설치되어 있는 압전체; 및 상기 진동 전극과는 연결되지 않도록 상기 압전체 상부로 적층되어 있고 상기 제1 전극에 연결되는 표면 전극을 포함하며,
상기 진동 전극은 플레이트 형태를 가지며 탄성력을 갖는 재질로 이루어지고, 상기 기둥부가 상기 플레이트의 중심부를 관통하여 상기 플레이트의 중심부가 상기 기둥부의 주위에 고정되고, 상기 중심부는 상기 제2 전극에 연결되며,
상기 플레이트의 일면에 설치되는 무게추를 더 포함하고,
상기 무게추는 상기 플레이트의 중심부로부터 외부를 향해 나선형(spiral)으로 이동 가능하게 설치되는,
드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치.

A column portion vibrating along a vertical direction, the column portion including a first electrode from an axial center, an insulator surrounding the first electrode, and a second electrode surrounding the insulator;
A plurality of vibrating members connected to the pillar portion perpendicularly to the axial direction of the pillar portion and vibrating up and down in the axial direction of the pillar portion about the pillar portion when the pillar portion vibrates; And
And a charging device connected to the first electrode and the second electrode, respectively,
The vibration members each include a vibrating electrode connected to the second electrode; A piezoelectric body provided on the vibrating electrode; And a surface electrode laminated on the piezoelectric member so as not to be connected to the vibrating electrode and connected to the first electrode,
Wherein the vibrating electrode has a plate shape and is made of a material having elasticity, the pillar passes through the center of the plate, the center of the plate is fixed around the pillar, the center is connected to the second electrode,
Further comprising a weight attached to one surface of the plate,
Wherein the weight is provided so as to be movable spirally from the center of the plate toward the outside,
A vibration energy harvesting device having a drum head structure.

삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 압전체는 강유전성 폴리머 또는 압전 세라믹스로 이루어진 것을 특징으로 하는,
드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치.The method according to claim 1,
Characterized in that the piezoelectric body is made of a ferroelectric polymer or a piezoelectric ceramics.
A vibration energy harvesting device having a drum head structure. 제4항에 있어서,
상기 강유전성 폴리머는 PVDF, P(VDF-TrFE), P(VDF-TrFE-CFE) 또는 P(VDF-HFP) 중 어느 하나의 압전 폴리머로 이루어진 것을 특징으로 하는,
드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the ferroelectric polymer is made of any one of PVDF, P (VDF-TrFE), P (VDF-TrFE-CFE) or P (VDF-HFP)
A vibration energy harvesting device having a drum head structure. 제1항에 있어서,
상기 표면 전극은, Ti, Cr, Al, Ni, Ag, Pt, Au, La, In, Sn, Pt 또는 Se 중 하나 또는 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는,
드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치.The method according to claim 1,
Wherein the surface electrode comprises one or more of Ti, Cr, Al, Ni, Ag, Pt, Au, La, In, Sn,
A vibration energy harvesting device having a drum head structure. 제1항에 있어서,
상기 표면 전극은, Polyaniline, Polypyrrole 또는 PPs와 같은 전도성 고분자(Conductive Polymer)로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치.The method according to claim 1,
Wherein the surface electrode is made of a conductive polymer such as polyaniline, polypyrrole or PPs.
A vibration energy harvesting device having a drum head structure. 제1항에 있어서,
상기 충전 장치는,
각각의 잎 형상의 부재의 압전체의 변형에 의해 발생되어 각각 상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 수집된 교류 전력을 직류 전력으로 변환시키는 정류부; 및
상기 정류부로부터 나오는 직류 전력을 저장하는 충전부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치.The method according to claim 1,
Wherein the charging device comprises:
A rectifying unit for converting AC power collected by the first electrode and the second electrode into DC power, which is generated by deformation of the piezoelectric body of each leaf-shaped member; And
And a charging unit for storing the direct current power from the rectifying unit.
A vibration energy harvesting device having a drum head structure. 제1항에 있어서,
상기 진동 부재는,
딥 코팅(Dip Coating), 전기 방사(electrospinning) 또는 전기 도금(electrodeposition) 방식 중 어느 하나의 방식에 의해 진동 전극의 표면에 압전체층을 형성한 후, 표면에 표면 전극을 형성함에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는,
드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치.The method according to claim 1,
The vibration member
A piezoelectric layer is formed on the surface of the vibrating electrode by any one of the dip coating, electrospinning, and electrodeposition methods, and then the surface electrode is formed on the surface As a result,
A vibration energy harvesting device having a drum head structure. 제 4 항에 있어서,
상기 압전 세라믹스는 PZT계 세라믹스인 것을 특징으로 하는,
드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the piezoelectric ceramics is a PZT ceramics.
A vibration energy harvesting device having a drum head structure. 제 4 항에 있어서,
상기 압전 세라믹스는 (Na, K)NbO3계, (Na, K, Li) NbO3계 무연 세라믹스인 것을 특징으로 하는,
드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the piezoelectric ceramics is a (Na, K) NbO 3 -based or (Na, K, Li) NbO 3 -based leadless ceramics.
A vibration energy harvesting device having a drum head structure. 제1항에 있어서,
상기 플레이트의 중심부 주변에 설치되는 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치.The method according to claim 1,
Further comprising fixing means provided around a central portion of the plate.
A vibration energy harvesting device having a drum head structure. 제12항에 있어서,
상기 고정수단은,
상기 제2 전극의 외부를 둘레 방향을 따라 감싼 채로 상기 진동 전극의 상면에 고정되는 제1 부재;
상기 제2 전극의 외부를 둘레 방향을 따라 감싼 채로 상기 진동 전극의 하면에 고정되는 제2 부재; 및
상기 제1 부재 및 제2 부재를 상기 진동 전극에 고정시키기 위해 상기 제1 부재 및 제2 부재에 결합되는 볼트 및 너트를 포함하는 것을 특징으로 하는,
드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치.13. The method of claim 12,
Wherein,
A first member fixed to an upper surface of the vibrating electrode while being wrapped around an outer periphery of the second electrode in a circumferential direction;
A second member fixed to the lower surface of the vibrating electrode while being wrapped around the outer circumference of the second electrode; And
And a bolt and a nut coupled to the first and second members for fixing the first and second members to the vibrating electrode.
A vibration energy harvesting device having a drum head structure. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 무게추는 상기 플레이트의 가장자리 및 상기 플레이트의 중심부의 사이에서 수평 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는,
드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치.
The method according to claim 1,
Characterized in that the weight is installed horizontally between an edge of the plate and a center of the plate.
A vibration energy harvesting device having a drum head structure.
삭제delete
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