KR101425050B1 - 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자 - Google Patents
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Abstract
의자에 설치된 압전소자를 이용하여, 사용자의 움직임에 따라 발생하는 의자의 운동 및 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 충전부에 충전한 후, 충전된 전기 에너지를 이용하여 의자의 온열시트를 동작시켜 전원 공급 없이 자가발전이 가능하도록 설계된 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자는 사용자가 안착하는 의자 본체; 상기 의자 본체의 표면에 배치되는 온열시트; 상기 온열시트와 상기 의자 본체 사이에 위치하여, 사용자의 움직임에 따라 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전소자; 상기 압전소자와 전기적으로 연결되며, 상기 압전소자를 통해 생성되는 전기 에너지를 정류하는 제어부; 및 상기 정류된 전기 에너지를 저장하며, 저장된 전기 에너지를 상기 온열시트에 제공하는 충전부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자는 사용자가 안착하는 의자 본체; 상기 의자 본체의 표면에 배치되는 온열시트; 상기 온열시트와 상기 의자 본체 사이에 위치하여, 사용자의 움직임에 따라 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전소자; 상기 압전소자와 전기적으로 연결되며, 상기 압전소자를 통해 생성되는 전기 에너지를 정류하는 제어부; 및 상기 정류된 전기 에너지를 저장하며, 저장된 전기 에너지를 상기 온열시트에 제공하는 충전부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 자가발전 온열시트 의자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전소자를 이용하여 사용자의 움직임에 따라 발생하는 의자의 운동 및 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시켜, 의자의 온열시트를 동작시킴으로써 전원 공급 없이 자가발전이 가능하도록 설계된 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자에 관한 것이다.
에너지 하베스팅 기술은 압전소자를 이용하여 주변의 진동이나 충격으로부터 전기 에너지를 얻는 것이다.
여기서, 압전소자를 이용한 에너지 하베스팅 기술은 압전소자에 기계적 변형이 인가될 경우, 전기 에너지가 발생하는 효과를 이용하여 주위의 버려지는 힘, 압력, 진동 등의 에너지를 전기 에너지로 변환하여 주는 것을 말한다.
압전소자를 이용한 에너지 하베스팅 기술은 다른 발전 방식 보다 작은 진동을 전기 에너지로 변환하는데 용이할 뿐만 아니라 에너지의 변환 효율 또한 높은 장점을 가지고 있다.
본 발명과 관련된 배경기술로는 공개특허공보 제 10-2008-0093456호(2008.10.21. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 차량용 온열 자극 장치가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 의자에 설치된 압전소자를 이용하여, 사용자의 움직임에 따라 발생하는 의자의 운동 및 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 충전부에 충전한 후, 충전된 전기 에너지를 이용하여 의자의 온열시트를 동작시켜 전원 공급 없이 자가발전이 가능하도록 설계된 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자를 제공하는 데 있다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자는 사용자가 안착하는 의자 본체; 상기 의자 본체의 표면에 배치되는 온열시트; 상기 온열시트와 상기 의자 본체 사이에 위치하여, 사용자의 움직임에 따라 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전소자; 상기 압전소자와 전기적으로 연결되며, 상기 압전소자를 통해 생성되는 전기 에너지를 정류하는 제어부; 및 상기 정류된 전기 에너지를 저장하며, 저장된 전기 에너지를 상기 온열시트에 제공하는 충전부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자는 온열 시트에 부착된 압전소자를 통하여, 사용자의 움직임에 따라 발생하는 의자의 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여, 별도의 전원공급이 없더라도 온열 시트를 동작시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 압전소자의 예를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 압전소자의 다른 예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 적용될 수 있는 압전소자의 또 다른 예를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 압전에너지를 이용한 온열시트의 구동방법에 대하여 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 압전소자의 예를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 압전소자의 다른 예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 적용될 수 있는 압전소자의 또 다른 예를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 압전에너지를 이용한 온열시트의 구동방법에 대하여 나타낸 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자를 나타낸 것이다.
도 1를 참조하면, 본 발명에 따른 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자(100)는 온열시트(110), 압전소자(120), 제어부(130) 및 충전부(140)를 포함한다.
온열시트(110)는 사용자(102)가 착석할 수 있도록 대략 “L”형태로, 의자 본체(104)의 상면에 부착되도록 형성된다.
온열시트(110)는 사용자(102)가 전원을 켜면 충전부(140)에 저장된 전기 에너지를 이용하여 동작하게 된다. 또한, 온열시트(110)가 동작 중에는 압전소자(120)에 의해 변환된 전기 에너지가 온열시트(110)에 바로 공급될 수도 있다.
압전소자(120)는 온열시트(110)와 동일한 형태인 대략 “L”형태로 형성된다. 또한, 압전소자(120)는 의자 본체(104)와 온열시트(110)의 사이에 복수개가 위치할 수 있다.
압전소자(120)는 사용자(102)의 움직임에 따라 발생되는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 즉, 사용자(102)의 움직임에 의하여 의자 본체(104) 및 온열시트(110)에는 진동 에너지가 가해지며, 이러한 진동 에너지에 의하여 압전소자(120)의 변형 및 복원이 반복되고, 이를 통하여 진동 에너지가 전기 에너지로 변환된다. 상기 압전 소자(120)의 자세한 설명은 도 2 내지 도 4에서 후술하기로 한다. 여기서, 진동 에너지는 사용자(102)의 움직임에 한정되는 것은 아니고, 차량의 경우, 주행에 따라 발생하는 진동 에너지도 포함된다.
제어부(130)는 압전소자(120)에 의하여 생성된 전기 에너지를 정류하여 정전류를 생성한다. 이를 위하여, 제어부(130)는 정전류를 생성시키는 정류회로 및 각종 구동 회로를 포함할 수 있다.
충전부(140)는 압전소자(120)로부터 생성된 전기 에너지를 저장하며, 상기 정류된 전기 에너지를 저장한다. 또한, 충전부(140)는 온열시트(110)와 연결되어, 온열시트(110) 동작에 필요한 전기 에너지를 공급한다. 전기적인 측면에서, 충전부와 온열시트 사이에는 스위치 등의 조절 수단이 포함될 수 있다.
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 압전소자의 예를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 압전소자(120)는 지지판(121), 제1 압전판(122), 제2 압전판(123) 및 압전추(124)를 포함할 수 있다.
상기 지지판(121)은 플레이트 형상을 가지며, 그 재질로는 용수철과 같이 탄성을 갖는 스프링용 강판 재질을 이용하는 것이 좋으며, 그 구체적인 예로는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au) 및 SUS(stainless steel) 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 제1 압전판(122)은 지지판(121)의 상면에 부착되고, 제2 압전판(123)은 지지판(121)의 하면에 부착될 수 있다. 이러한 상기 제1 압전판(122) 및 제2 압전판(123)은 지지판(121)에 비하여 작은 면적을 가질 수 있으며, 상호 간이 중첩되도록 배치시키는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 이러한 제1 압전판(122) 및 제2 압전판(123)은 Pb(Zr, Ti)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3＋실리콘 폴리머, 및 Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머 중 선택된 하나의 제1 압전 재질로 형성될 수 있다.
이와 다르게, 상기 제1 압전판(122) 및 제2 압전판(123)은 (Na, K)NbO3, (Na,K, Li)NbO3, BiFeO3 및 BaTiO3 중에서 하나 이상의 제2 압전 재질로 형성될 수도 있다.
이 중, 상기 제1 압전판(122) 및 제2 압전판(123)으로는 환경 규제로 인하여 사용에 제약이 따르고 있는 납(Pb)을 함유하는 제1 압전 재질보다는 비납계인 제2 압전 재질을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 압전추(124)는 지지판(121)의 수평을 유지시키는 기능을 하며, 탄성을 갖는 금속 재질로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 압전추(124)는 복수개가 지지판의 마주보는 양측의 가장자리를 따라 관통하여 지지판(121)에 고정 결합되는 복수의 링(ring) 형태로 형성될 수 있다. 이와 같이, 상기 압전추(124)를 링(ring) 형태로 형성할 경우, 복수의 링 형태의 압전추(124)들이 서로 부딪히면서 발생되는 진동을 플레이트 형태의 지지판(121)에 전달함으로써, 에너지 변환 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.
도 3는 본 발명에 적용될 수 있는 압전소자의 다른 예를 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 압전소자(220)는, 지지판(121), 제1 압전판(122), 제2 압전판(123) 및 압전추(224)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 압전소자(220)의 경우, 다른 요소는 도 2에 도시된 요소들과 동일하나, 압전추(224)의 구조가 상이하다.
도 3에 도시된 압전추(224)는 지지판(121)의 마주보는 양측의 가장자리를 따라 스크류 형태로 관통되어 고정 결합될 수 있다.
이와 같이, 상기 압전추(224)를 용수철 형태로 형성할 경우, 압전추(224)가 온열시트(110)의 움직임에 의하여 지지판(121)과 연쇄적인 충돌을 발생시켜 에너지 변환 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.
또한, 도면으로 도시하지는 않았지만, 압전추는 코일이나 판 스프링 등과 같은 용수철 형태로 지지판에 매달리는 형태로 형성될 수도 있다. 이와 같이, 용수철 형태로 압전추를 형성할 경우, 압전추가 온열시트의 움직임에 의하여 지지판에 진동을 전달할 때 상기 지지판에 매달려 있는 용수철 형태의 압전추가 지지판에 대하여 물리적인 충돌을 일으키게 되고, 이는 결국 지지판과의 연쇄적인 충돌을 발생시켜 에너지 변환 효율을 극대화시키게 된다.
도 4는 본 발명에 적용될 수 있는 압전소자의 또 다른 예를 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 압전소자(320)의 경우, 롤 형태로 말릴 수 있도록 잘 구부러 지는 재질로 형성될 수 있다. 이를 위하여, 압전소자를 구성하는 요소 중 지지판은 PET(polyethylene terephthalate) 등의 연질 재질이 이용될 수 있다. 그리고, 압전소자를 구성하는 요소 중 압전판은 전술한 제1 압전 재질 혹은 제2 압전 재질이 이용될 수 있다.
이와같이, 압전소자(320)를 잘 구부러지는 재질로 형성할 경우, 롤 형태로 말아서 사용할 수 있기 때문에 그 부피가 대략 1/5 이하로 감소되어 온열시트(110)에 설치하였을 때 보다 높은 효율을 낼 수 있다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 압전 에너지를 이용한 온열시트의 구동방법에 대하여 나타낸 순서도이다.
본 발명에 따른 압전소자가 설치된 온열시트 구동방법은 압전소자 설치단계(S510), 전기 에너지 생성 단계(S520), 전기 에너지 저장 단계(S530) 및 온열시트 사용 단계(S540)를 포함할 수 있다.
상기 압전소자 설치 단계(S510)에서는 온열시트(110)와 의자 본체(104)의 사이에 복수의 압전소자(120)를 배치한다.
전기 에너지 생성 단계(S520)는 압전소자(120)가 설치된 온열시트(110)의 회전에 의해 발생되는 진동 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생성한다. 즉, 사용자(102)의 움직임 등에 의하여 온열시트(110)에 부착된 압전소자(120)에 진동 에너지가 가해지고, 이에 따라 압전소자(120)는 변형 및 복원이 반복되면서 진동 에너지가 전기 에너지로 변환된다.
전기 에너지 저장 단계(S530)에서는 압전소자(120)을 통하여 생성된 전기 에너지를 충전부(140)에 저장한다.
온열시트 사용 단계(S540)에서는 충전부(140)에 저장된 전기 에너지, 즉 압전소자(120)에 의해 생성된 전기 에너지를 이용하여 온열시트(110)에 전원을 공급하여, 온열시트(110)에 열이 발생되도록 한다.
본 발명에 따른 의자에 의하면, 압전소자(120)에 의해 생성된 전기 에너지를 이용하여 온열시트(110)를 동작시킴으로써 별도의 전원공급 없이도 사용자에게 따뜻함을 제공할 수 있는 장점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자
102: 사용자 104: 의자 본체
110: 온열시트 120: 압전소자
130: 제어부 140: 충전부
S510: 압전소자 설치 단계
S520: 전기 에너지 생성 단계
S530: 전기 에너지 저장 단계
S540: 온열시트 사용 단계
102: 사용자 104: 의자 본체
110: 온열시트 120: 압전소자
130: 제어부 140: 충전부
S510: 압전소자 설치 단계
S520: 전기 에너지 생성 단계
S530: 전기 에너지 저장 단계
S540: 온열시트 사용 단계
Claims (8)
- 사용자가 안착할 수 있는 의자 본체;
상기 의자 본체의 표면에 배치되는 온열시트;
상기 온열시트와 상기 의자 본체 사이에 위치하여, 사용자의 움직임에 따라 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하며, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), PET(polyethylene terephthalate) 및 SUS(stainless steel) 중 하나 이상의 재질로 형성되는 지지판을 구비하는 압전소자;
상기 압전소자와 전기적으로 연결되며, 상기 압전소자를 통해 생성되는 전기 에너지를 정류하는 제어부; 및
상기 정류된 전기 에너지를 저장하며, 저장된 전기 에너지를 상기 온열시트에 제공하는 충전부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자.
- 제1항에 있어서,
상기 압전소자는
복수개가 상기 온열시트와 상기 의자 본체 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자.
- 제1항에 있어서,
상기 압전소자는
상기 지지판의 양면에 각각 부착되는 제1 압전판 및 제2 압전판; 및
상기 지지판의 마주보는 양측의 가장자리를 따라 링 형태로 관통되어 결합되는 압전추를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자.
- 제1항에 있어서,
상기 압전소자는
상기 지지판의 양면에 각각 부착되는 제1 압전판 및 제2 압전판; 및
상기 지지판의 마주보는 양측의 가장자리를 따라 용수철 형태로 관통되어 결합되는 압전추를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자.
- 제1항에 있어서,
상기 압전소자는
상기 지지판의 양면에 각각 부착되는 제1 압전판 및 제2 압전판; 및
상기 지지판의 마주보는 양측의 가장자리를 따라 스크류 형태로 관통되어 결합되는 압전추를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자.
- 제1항에 있어서,
상기 압전소자는 롤 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자.
- 삭제
- 제3항에 있어서,
상기 제1 압전판 및 상기 제2 압전판은
(Na, K)NbO3, (Na, K, Li)NbO3, BiFeO3 및 BaTiO3 중 선택된 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 하베스팅을 이용한 자가발전 온열시트 의자.
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