KR101426145B1 - A piezoelectric elemenet and Power generation apparatus using it - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 발전용 압전소자는 금속 박막, 상기 금속 박막의 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나의 면에 고착된 압전 소재층, 및 상기 압전 소재층의 외면 일측에 형성된 전극층을 포함하되, 상기 금속 박막은 압전 소재층이 고착된 평면부와, 상기 평면부의 테두리로부터 외측 방향으로 연장되어 휘어진 형상이고 외력 작용시 상기 평면부의 상하방향으로 탄성 변형되면서 충격력을 발생시키는 탄성변형부로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 압전소자 및 이를 이용한 발전장치는 볼록 형상으로 이루어진 금속 박막 중 압전소재가 고착되는 부분의 형상을 평면으로 구성하고 금속 박막의 테두리에 보강부를 구성하여, 상기 금속 박막이 외력에 의하여 상하 방향으로 탄성 변형 및 복원을 반복하는 경우에도 상기 압전소재가 고착된 부분에서는 변형이 이루어지지 않도록 함으로써 종래 기술에 따른 압전소자의 동작시 금속 박막의 변형으로 인하여 압전소재가 파손되는 문제점을 해결할 수 있는 장점이 있다.
The piezoelectric element for power generation according to the present invention comprises a metal thin film, a piezoelectric material layer fixed on at least one of upper and lower surfaces of the metal thin film, and an electrode layer formed on one side of the outer surface of the piezoelectric material layer, And a resilient deforming portion that is bent and extends outwardly from the rim of the planar portion and generates an impact force while being elastically deformed in a vertical direction of the planar portion when the external force acts.
A piezoelectric element and a power generation apparatus using the same according to the present invention are characterized in that a shape of a portion of a metal thin film having a convex shape to which a piezoelectric material is fixed is formed in a plane and a reinforcing portion is formed at a rim of the metal thin film, It is possible to solve the problem that the piezoelectric material is broken due to the deformation of the metal thin film in the operation of the piezoelectric device according to the prior art by preventing the deformation of the portion to which the piezoelectric material is fixed There are advantages.

Description

발전용 압전소자 및 이를 이용한 발전장치{A piezoelectric elemenet and Power generation apparatus using it}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a piezoelectric element for power generation,

본 발명은 발전용 압전소자 및 이를 이용한 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 볼록 또는 오목 형상으로 이루어진 금속 박막이 외력에 의하여 상하 방향으로 탄성 변형될 때 발생되는 순간적인 탄성 충격력을 이용하여 전기를 생성하는 발전용 압전소자 및 이를 이용한 발전장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a piezoelectric element for power generation and a power generating apparatus using the piezoelectric element. More particularly, the present invention relates to a piezoelectric element for power generation and a power generating apparatus using the piezoelectric element. And a power generating device using the piezoelectric element.

일반적으로 압전소자라 함은 외부에서 기계적 압력을 가할 경우 전기 분극에 의한 전위차로 기전력이 발생되고 반대로 전압을 가할 경우에는 변형이나 변형력이 발생되는 성질의 소자로서 종래에는 발진기나 스피커 등에 사용되었으나, 최근에는 신재생 에너지의 일환으로서 상기 압전소자를 발전용으로 이용하려는 시도가 많이 이루어지고 있다.Generally, a piezoelectric element refers to a device that generates electromotive force due to a potential difference due to electric polarization when mechanical pressure is externally applied, and generates deformation or strain when a voltage is applied thereto. Conventionally, the piezoelectric element is used in an oscillator or a speaker There have been many attempts to use the piezoelectric element as a part of renewable energy for power generation.

종래 기술에 따른 압전소자를 이용한 발전장치는 사람이나 자동차의 하중과 같은 외력에 의하여 압전소자를 직접 가압하거나 변형시킴으로써 전기가 발생되도록 하는 방법이 주로 사용되었다.A power generating device using a piezoelectric element according to the related art has been mainly used to generate electricity by directly pressing or deforming a piezoelectric element by an external force such as a load of a person or an automobile.

그러나, 상기 종래 기술에 따른 발전용 압전소자들은 외력의 작용시간이 수십 내지 수백 밀리세컨드로 상대적으로 길기 때문에 동일한 크기의 외력이 작용하는 경우에 발생되는 기전력의 크기가 상기 외력의 작용시간에 반비례하는 압전소재의 특성상 발생 전압이 매우 낮아서 경제성 있는 실용화가 이루어지기 곤란하다는 문제점이 있었다.However, since the operation time of the external force according to the related art is relatively long as several tens to several hundreds of milliseconds, the magnitude of the electromotive force generated when an external force of the same magnitude acts is inversely proportional to the operating time of the external force The generated voltage is very low due to the characteristics of the piezoelectric material, so that economical practical use is difficult to achieve.

이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 외력에 의하여 탄성 변형 및 복원을 반복하는 금속 박막을 이용하여 압전소자를 형성하고 상기 금속 박막의 탄성 변형시 발생되는 초단파의 탄성 충격력이 압전소재에 전달되도록 함으로써 동일한 크기의 외력이 작용하는 경우에도 상대적으로 큰 전압이 발생되도록 하는 방식의 압전소자가 개발되었는데, 이러한 방식의 압전소자는 본 발명의 출원인이 출원한 하기 [문헌 1]에 상세히 개시되어 있다.In order to solve the problems of the prior art, a piezoelectric element is formed by using a metal thin film which repeats elastic deformation and restoration by an external force so that an elastic impact force of microwave generated in the elastic deformation of the metal thin film is transmitted to the piezoelectric material A piezoelectric element of a type in which a relatively large voltage is generated even when an external force of the same magnitude acts is developed. The piezoelectric element of this type is described in detail in the following [1] filed by the applicant of the present invention.

그러나, 하기 [문헌 1]에 개시된 압전소자의 경우에도 외력에 의해 탄성 변형 및 복원을 반복하는 금속 박막의 변형 곡면상에 압전 세라믹을 고착하는 방식이기 때문에 압전소자의 제조시 금속 박막의 곡면과 압전 세라믹 사이의 밀착이 제대로 이루어지지 않는 불량률이 크게 발생되는 문제점이 있었다.However, even in the case of the piezoelectric element disclosed in the following [Reference 1], since the piezoelectric ceramic is fixed on the deformed curved surface of the metal thin film which repeats elastic deformation and restoration by external force, the curved surface of the metal thin film, There has been a problem that a defect rate in which adhesion between ceramics is not properly performed is largely generated.

또한, 하기 [문헌 1]에 개시된 압전소자의 경우 압전 세라믹이 고착된 곡면이 외력에 의하여 직접 탄성 변형을 일으키도록 구성되기 때문에, 상기 곡면의 변형으로 인해 발생되는 강한 탄성 충격력이 압전 세라믹에 직접 전달됨으로써 압전 세라믹이 파손되어 압전소자로서의 기능을 유지하지 못하게 되는 문제점도 있었다.
Further, in the case of the piezoelectric element disclosed in the following [Document 1], since the curved surface to which the piezoelectric ceramic is fixed is configured to directly cause elastic deformation by external force, a strong elastic impact force generated due to the deformation of the curved surface is transmitted directly to the piezoelectric ceramics There is a problem that the piezoelectric ceramic is broken and the function as a piezoelectric element can not be maintained.

[문헌 1] 한국등록특허 제1132934호(2012. 3. 27. 공고) [Reference 1] Korean Patent No. 1132934 (issued on March 27, 2012)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 대략 볼록 또는 오목 형상으로 이루어진 금속 박막이 외력에 의하여 상하 방향으로 탄성 변형될 때 발생되는 탄성 충격력을 이용하여 전기를 생성하는 압전소자에 있어서 압전소재가 용이하게 밀착될 수 있도록 상기 금속 박막의 형상을 구성함으로써 종래 기술에 따른 압전소자의 제조공정시 발생되는 금속 박막과 압전소재의 밀착 불량률을 최소화할 수 있는 발전용 압전소자 및 이를 이용한 발전장치를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the conventional art as described above, and it is an object of the present invention to provide an electric shock absorber which is formed by using an elastic impact force generated when a metal thin film having a substantially convex or concave shape is elastically deformed in an up- The shape of the metal thin film can be configured so that the piezoelectric material can be easily adhered to the piezoelectric thin film forming the piezoelectric thin film and the metal thin film generated in the manufacturing process of the piezoelectric thin film according to the prior art, And a power generating device using the same.

또한, 본 발명의 다른 목적은 대략 볼록 또는 오목 형상으로 이루어진 상기 금속 박막이 외력에 의하여 상하 방향으로 탄성 변형될 때 상기 압전소재가 고착된 부분에서는 변형이 발생되지 않도록 상기 금속 박막의 형상을 구성함으로써 종래 기술에 따른 압전소자의 동작시 금속 박막의 변형으로 인하여 압전소재가 파손되는 문제점을 해결할 수 있는 발전용 압전소자 및 이를 이용한 발전장치를 제공하기 위한 것이다.
Another object of the present invention is to configure the shape of the metal foil so that deformation does not occur in a portion where the piezoelectric material is fixed when the metal foil having a substantially convex or concave shape is elastically deformed in the vertical direction by an external force The present invention provides a piezoelectric element for power generation and a power generation apparatus using the piezoelectric element, which can solve the problem that a piezoelectric material is broken due to deformation of a metal thin film during operation of the piezoelectric element according to the related art.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 발전용 압전소자는 금속 박막, 상기 금속 박막의 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나의 면에 고착된 압전 소재층, 및 상기 압전 소재층의 외면 일측에 형성된 전극층을 포함하되, 상기 금속 박막은 압전 소재층이 고착된 평면부와, 상기 평면부의 테두리로부터 외측 방향으로 연장되어 휘어진 형상이고 외력 작용시 상기 평면부의 상하방향으로 탄성 변형되면서 충격력을 발생시키는 탄성변형부로 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a piezoelectric element for power generation according to the present invention includes a metal thin film, a piezoelectric material layer fixed on at least one of upper and lower surfaces of the metal thin film, and a piezoelectric material layer formed on one side of the outer surface of the piezoelectric material layer. Wherein the metal thin film has a flat surface portion on which the piezoelectric material layer is fixed and a curved portion that is bent to extend outwardly from the rim of the flat surface portion and which is elastically deformed in the vertical direction of the flat surface portion when the external force acts, .

또한, 상기 탄성변형부가 변형될 경우 상기 평면부가 이에 대응하여 변형되는 것을 방지하기 위하여, 상기 탄성변형부의 외측 단부에 형성된 보강부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The elastic deforming part may further include a reinforcing part formed at an outer end of the elastic deforming part to prevent the flat part from being deformed correspondingly when the elastic deforming part is deformed.

또한, 상기 보강부는, 탄성변형부의 외측 단부를 절곡시켜 구성된 것을 특징으로 한다.Further, the reinforcing portion is formed by bending an outer end portion of the elastic deforming portion.

또한, 상기 보강부는, 탄성변형부 외측 단부의 두께를 다른 부분보다 두껍게 형성하여 구성된 것을 특징으로 한다.The reinforcing portion is characterized in that the thickness of the outer end portion of the elastic deformation portion is thicker than the other portions.

또한, 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 발전장치는 상술한 압전소자 중 적어도 하나의 압전소자, 길이 방향의 일측 단부가 상기 압전소자에 연결된 막대 형상의 연결부재, 상기 연결부재가 외팔보 형태가 되도록 상기 길이 방향의 타측 단부를 고정하는 지지체, 및 상기 압전소자에 전기적으로 연결되어 압전소자에서 발생되는 전기를 충전하는 충전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the power generation device using the piezoelectric element according to the present invention is characterized in that at least one piezoelectric element among the above-mentioned piezoelectric elements, a bar-shaped connecting member whose one end in the longitudinal direction is connected to the piezoelectric element, A support for fixing the other end portion in the longitudinal direction, and a charger electrically connected to the piezoelectric element to charge electricity generated in the piezoelectric element.

또한, 상기 연결부재는 단면이 패널 형상이고, 폭 방향의 양측 단부에는 강도 보강을 위해 절곡되거나 중앙부보다 두께가 두꺼운 강도보강부가 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the connecting member may have a panel shape in cross-section, and both end portions in the width direction may have a strength reinforcing portion bent to reinforce the strength or thicker than the central portion.

또한, 상기 압전소자의 단부 일측에 형성되어 외력 작용시 상기 금속 박막 또는 연결부재 중 적어도 어느 하나의 변형을 보조하는 무게추를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus may further include a weight that is formed on one side of the end of the piezoelectric element and assists deformation of at least one of the metal thin film and the connecting member when the external force acts.

또한, 상기 압전소자가 연결된 연결부재의 일측 단부에는 복수의 압전소자를 서로 이격된 적층 형태로 분기시켜 상기 연결부재에 연결하는 분기부재가 더 형성된 것을 특징으로 한다.
In addition, a branching member is further formed at one end of the connecting member to which the piezoelectric element is connected, and a plurality of piezoelectric elements are further branched in a laminated form to connect the piezoelectric elements to the connecting member.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 발전용 압전소자 및 이를 이용한 발전장치는 대략 볼록 또는 오목 형상으로 이루어진 금속 박막 중 압전소재가 고착되는 부분의 형상을 평면으로 구성하여 제조공정시 금속 박막과 압전소재 사이의 밀착이 용이하게 이루어지도록 함으로써 종래 기술에 따른 압전소자의 제조공정시 발생되는 금속 박막과 압전소재의 밀착 불량률을 최소화할 수 있는 장점이 있다.As described above, the piezoelectric element for power generation according to the present invention and the electric power generating apparatus using the piezoelectric element according to the present invention have a shape of a portion where a piezoelectric material is fixed among planar or concave metal thin films, So that the adhesion defect ratio between the metal thin film and the piezoelectric material generated in the manufacturing process of the piezoelectric device according to the prior art can be minimized.

또한, 본 발명에 따른 압전소자 및 이를 이용한 발전장치는 대략 볼록 또는 오목 형상으로 이루어진 금속 박막 중 압전소재가 고착되는 부분의 형상을 평면으로 구성하고 금속 박막의 테두리에 보강부를 구성하여, 상기 금속 박막이 외력에 의하여 상하 방향으로 탄성 변형 및 복원을 반복하는 경우에도 상기 압전소재가 고착된 부분에서는 변형이 이루어지지 않도록 함으로써 종래 기술에 따른 압전소자의 동작시 금속 박막의 변형으로 인하여 압전소재가 파손되는 문제점을 해결할 수 있는 장점이 있다.
The piezoelectric element and the power generating device using the same according to the present invention may be configured such that the shape of a portion of the metal thin film having a substantially convex or concave shape to which the piezoelectric material is fixed is formed in a plane and a reinforcing portion is formed in the rim of the metal thin film, Even when the elastic deformation and the restoration are repeated in the vertical direction by the external force, the deformation of the piezoelectric material is prevented from being deformed at the portion where the piezoelectric material is fixed, There is an advantage that the problem can be solved.

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 발전용 압전소자의 구성을 나타낸 도면,
도2a 내지 도2c는 각각 도1의 A-A부 단면 형상을 나타낸 확대 단면도,
도2d는 외력이 작용할 경우 도1에 도시한 압전소자의 동작을 설명하기 위한 A-A부 확대 단면도,
도2e는 본 발명의 제1실시예에 따른 발전용 압전소자의 다른 변형예를 나타낸 도면,
도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 압전소자를 이용한 발전장치의 구성을 설명하기 위한 도면,
도4는 도3의 B-B부에 대한 확대 단면도,
도5는 도3의 C-C부에 대한 확대 단면도,
도6은 본 발명의 제2실시예에 따른 압전소자를 이용한 발전장치의 다른 변형예를 나타낸 도면, 및
도7과 도8은 각각 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 발전장치가 차량과 열차에 적용된 예를 설명하기 위한 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a configuration of a piezoelectric element for power generation according to a first embodiment of the present invention,
Figs. 2A to 2C are enlarged cross-sectional views showing a cross-sectional shape taken along line AA in Fig. 1,
FIG. 2D is an enlarged cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 for explaining the operation of the piezoelectric element shown in FIG. 1 when an external force is applied,
2E is a view showing another modification of the piezoelectric element for power generation according to the first embodiment of the present invention,
3 is a diagram for explaining a configuration of a power generation apparatus using a piezoelectric element according to a second embodiment of the present invention,
4 is an enlarged cross-sectional view of the portion BB in Fig. 3,
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the CC portion of FIG. 3,
6 is a view showing another modification of the power generation apparatus using the piezoelectric element according to the second embodiment of the present invention, and Fig.
7 and 8 are views for explaining an example in which a power generation apparatus using a piezoelectric element according to the present invention is applied to a vehicle and a train.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(( 제1실시예First Embodiment ) : 발전용 압전소자): Piezoelectric element for power generation

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 발전용 압전소자의 구성을 나타낸 도면이고, 도2a 내지 도2c는 각각 도1의 A-A부 단면 형상을 나타낸 확대 단면도이다.FIG. 1 is a view showing a configuration of a piezoelectric element for power generation according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) to 2 (c) are enlarged cross-sectional views each showing a sectional view taken along the line A-A in FIG.

또한, 도2d는 외력이 작용할 경우 도1에 도시한 압전소자의 동작을 설명하기 위한 A-A부 확대 단면도이며, 도2e는 본 발명의 제1실시예에 따른 발전용 압전소자의 다른 변형예를 나타낸 도면이다.2 (d) is an enlarged cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 to explain the operation of the piezoelectric element shown in FIG. 1 when an external force is applied, and FIG. 2 (e) shows another modification of the piezoelectric element for power generation according to the first embodiment of the present invention FIG.

본 실시예에 따른 발전용 압전소자는 금속 박막(10), 상기 금속 박막(10)의 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나의 면에 고착된 압전 소재층(20), 및 상기 압전 소재층(20)의 외면 일측에 형성된 전극층(25)을 포함하여 구성된다.The piezoelectric element for power generation according to the present embodiment includes a metal thin film 10, a piezoelectric material layer 20 fixed to at least one of upper and lower surfaces of the metal thin film 10, And an electrode layer 25 formed on one side of the outer surface.

이때, 상기 금속 박막(10)은 압전 소재층(20)이 고착된 평면부(10a)와, 상기 평면부(10a)의 테두리로부터 외측 방향으로 연장되어 휘어진 형상으로 이루어지고 외력 작용시 상기 평면부(10a)의 상하방향으로 탄성 변형되면서 충격력을 발생시키는 탄성변형부(10b)로 구성된다.At this time, the metal thin film 10 has a flat portion 10a to which the piezoelectric material layer 20 is fixed, and a bent portion that extends outwardly from the rim of the flat portion 10a, And an elastic deforming portion 10b elastically deforming in a vertical direction of the elastic member 10a to generate an impact force.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 금속 박막(10)은 평면부(10a)를 기준으로 상기 탄성변형부(10b)가 외측 하부 방향으로 휘어진 형상(대략, 볼록 형상), 또는 외측 상부 방향으로 휘어진 형상(대략, 오목 형상)으로 이루어지게 된다.The metal thin film 10 according to the present invention has a configuration in which the elastically deformable portion 10b is curved outwards in the outer lower direction with respect to the flat surface portion 10a (Approximately, concave shape).

본 실시예에서는 상기 금속 박막(10)이 중앙 상단에 평면부(10a)가 형성된 돔 형상으로 구성된 경우를 일예로서 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 상기 금속 박막(10)은 도2e의 (나)에 도시한 바와 같이 사각형, 다각형, 또는 타원형의 볼록 또는 오목 형상으로 구성될 수도 있다.In this embodiment, a case where the metal thin film 10 is formed in a dome shape having a planar portion 10a at the center upper end will be described as an example, but the present invention is not limited thereto. If necessary, And may be formed in a convex or concave shape of a quadrangle, polygon, or ellipse as shown in (b) of FIG.

또한, 본 실시예에서는 상기 평면부(10a)가 금속 박막(10)의 중앙부에 위치하는 경우를 일예로서 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 상기 평면부(10a)가 금속 박막(10)의 전체 형상에서 어느 한 방향으로 편심되어 형성될 수도 있다.In the present embodiment, the planar portion 10a is located at the center of the metal thin film 10, but the present invention is not limited thereto. If necessary, the planar portion 10a may be formed on the metal thin film 10, Or may be eccentrically formed in any one direction in the entire shape of the base plate.

또한, 본 실시예에서는 상기 탄성변형부(10b)가 돔형을 구성하는 곡면으로 형성된 경우를 일예로서 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 경사면으로 구성될 수도 있음은 물론이다.In this embodiment, the elastically deformable portion 10b is formed as a curved surface constituting a dome shape. However, the present invention is not limited to this, and it is needless to say that the elastically deformable portion 10b may be formed of an inclined surface.

또한, 본 실시예에서는 상기 탄성변형부(10b)가 평면부(10a)의 테두리 전체로부터 연장되어 형성된 경우를 일예로서 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 도2e의 (가)에 도시한 바와 같이 평면부(10a) 테두리의 적어도 일부로부터 연장되어 형성될 수도 있다.In the present embodiment, the case where the elastic deforming portion 10b is formed extending from the entire edge of the flat surface portion 10a is described as an example, but the present invention is not limited to this, and if necessary, And may extend from at least a part of the rim of the flat portion 10a.

따라서, 본 출원의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 "평면부의 테두리로부터 외측 방향으로 연장되어"라는 표현은 평면부(10a)의 테두리 전체로부터 연장된 경우는 물론 도2e의 (가)와 같이 평면부(10a) 테두리의 적어도 일부로부터 연장된 경우까지 포함하는 개념이다.Therefore, the expression "extending outward from the rim of the planar portion" in the detailed description and claims of the present application is not limited to the case of extending from the entire rim of the planar portion 10a, Extends from at least a part of the rim 10a.

이때, 상기 금속 박막(10)은 후술하는 바와 같이 외력에 의한 탄성 변형 및 복원이 가능하고 전기전도도를 구비한 금속이면 어느 것이든 무방하나 아연과 구리의 합금인 황동 또는 인, 주석 및 구리의 합금인 인청동 등을 사용하는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 이들 중 탄성력 및 전기전도도가 우수한 인청동 5210을 일예로서 사용하였다.At this time, the metal thin film 10 can be elastically deformed and restored by an external force as described later, and any metal having electrical conductivity may be used. However, the metal thin film 10 may be any one of brass or an alloy of phosphorus, tin and copper Phosphor bronze or the like is preferably used. In this embodiment, phosphor bronze 5210 having excellent elasticity and electrical conductivity is used as an example.

또한, 상기 압전 소재층(20)은 Pb(Zr,Ti)O3와 같이 압전 효과를 구비하는 공지된 압전 세라믹 소재 또는 압전 필름 소재(PVDF) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 바람직하게 구성될 수 있으며, 상기 압전 소재층(20)은 전도성 에폭시 등을 이용하여 상기 금속 박막(10)의 평면부(10a)에 견고하게 고착될 수 있다.The piezoelectric material layer 20 may be formed of at least one of a known piezoelectric ceramic material having a piezoelectric effect such as Pb (Zr, Ti) O 3 or a piezoelectric film material (PVDF) , The piezoelectric material layer 20 may be firmly fixed to the flat surface portion 10a of the metal thin film 10 by using a conductive epoxy or the like.

또한, 상기 전극층(25)은 금속 박막(10)과 함께 전극을 형성하기 위한 구성요소로서 전도성을 가지는 다양한 재질로 구성될 수 있으나, 본 실시예에서는 일예로서 금 또는 은을 이용하여 상기 압전 소재층(20)의 외면(즉, 금속 박막과 고착되는 면과 전기적으로 이격된 반대면 또는 측면) 일측에 도금(또는, 박막 코팅)하는 방식으로 구성하였다.The electrode layer 25 may be made of various materials having conductivity as a component for forming an electrode together with the metal thin film 10, but in the present embodiment, for example, (Or thin film coating) on one side of the outer surface (that is, the opposite surface or the side electrically separated from the surface to be fixed with the metal thin film).

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 압전소자(1)는 압전 소재층(20)이 금속 박막(10)에 형성된 평면부(10a)에 고착되도록 구성되기 때문에 제조공정시 압전 소재층(20)과 금속 박막(10) 사이의 밀착이 용이하여 종래 기술과 같이 금속 박막(10)의 곡면상에 압전 소재층(20)을 고착시키는 경우보다 밀착 불량률을 현저히 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.Since the piezoelectric element 1 according to the present invention constructed as described above is constructed such that the piezoelectric material layer 20 is fixed to the flat surface portion 10a formed on the metal thin film 10, The adhesion between the thin films 10 is easy, so that the adhesion defect rate can be remarkably reduced as compared with the case where the piezoelectric material layer 20 is fixed on the curved surface of the metal thin film 10 as in the prior art.

한편, 상술한 바와 같이 평면부(10a)의 외측으로 휘어진 형상의 탄성변형부(10b)는 형상 자체로서 스프링과 같은 탄성을 보유하는 구조이기 때문에 평면부(10a)에 수직한 방향으로 외력이 작용할 경우 도2d에 도시한 바와 같이 휘어진 방향의 반대 방향으로 순간적으로 반전된 후 자체 탄성에 의하여 본래 위치로 복원하는 탄성 변형(즉, 평면부의 상하방향으로의 변형)이 이루어지게 된다.On the other hand, as described above, since the resiliently deformed portion 10b having a shape bent to the outside of the flat surface portion 10a has a resilient property like a spring as a shape itself, an external force acts in a direction perpendicular to the flat surface portion 10a The elastic deformation (that is, the deformation in the vertical direction of the flat surface portion), which is instantaneously reversed in the direction opposite to the warped direction and then restored to its original position by the self-elasticity, is performed.

이 경우 상기 탄성변형부(10b)는 순간적인 탄성 충격력을 발생시키게 되고 이와 같이 생성된 초단파의 충격력(즉, 순간적인 가압력)은 평면부(10a)를 통해 압전 소재층(20)에 전달되기 때문에, 본 발명에 따른 압전소자(1)는 동일한 외력이 작용하는 경우에도 수십 내지 수백 밀리세컨드 수준의 장시간에 걸쳐 가압력 형식으로 상기 외력을 압전 소재층(20)에 전달하는 종래 기술과 대비할 때 현저히 높은 기전력을 발생시키게 된다.In this case, the elastic deforming portion 10b generates an instantaneous elastic impact force, and the impact force (i.e., instantaneous pressing force) of the microwave generated in this way is transmitted to the piezoelectric material layer 20 through the plane portion 10a , The piezoelectric element 1 according to the present invention is remarkably high in contrast to the prior art in which the external force is transmitted to the piezoelectric material layer 20 in the form of a pressing force over a long period of time ranging from several tens to several hundreds of milliseconds even when the same external force is applied Thereby generating an electromotive force.

이는 전술한 바와 같이 동일한 외력이 작용하는 경우에도 발생되는 기전력이 외력의 작용시간에 반비례하는 압전 소재의 특성에 기인하는 것으로, 본 발명은 이러한 압전 소재의 발전특성을 이용하는 것을 특징으로 한다.This is because the electromotive force generated even when the same external force acts as described above is caused by the characteristic of the piezoelectric material which is inversely proportional to the operating time of the external force. The present invention is characterized by utilizing the power generation characteristics of the piezoelectric material.

또한, 이와 같이 상기 탄성변형부(10b)가 탄성 변형을 하는 경우에 있어서 상기 압전 소재층(20)이 고착된 부분(즉, 평면부)은 탄성변형부(10b)의 변형에 연동되어 변형되는 것을 방지할 수 있도록 평면 형상으로 구성되기 때문에, 도2d에 도시한 바와 같이 상기 탄성변형부(10b)가 외력에 의해 변형되는 경우에도 상기 평면부(10a)는 자체의 형상을 유지하면서 상하운동을 함으로써 압전 소재층(20)의 파손을 방지하게 된다.When the elastic deformation portion 10b is elastically deformed as described above, the portion to which the piezoelectric material layer 20 is fixed (that is, the plane portion) is deformed in conjunction with the deformation of the elastic deformation portion 10b So that even when the elastic deforming portion 10b is deformed by an external force as shown in Fig. 2 (d), the flat portion 10a maintains its own shape and moves up and down Thereby preventing breakage of the piezoelectric material layer 20.

나아가, 상기 평면부(10a)는 압전 소재층(20)의 고착으로 인하여 상대적으로 탄성변형부(10b)보다 더 두꺼운 부분이기 때문에 전술한 바와 같이 상기 탄성변형부(10b)가 외력에 의해 변형되는 경우에도 평면부(10a) 자체의 형상을 유지하면서 상하운동을 함으로써 압전 소재층(20)의 파손을 한층 더 방지할 수 있는 장점이 있으며, 이를 위하여 필요에 따라서는 상기 평면부(10a)의 두께가 상기 탄성변형부(10b)보다 더 두껍도록 상기 금속 박막(10)을 형성할 수도 있다.Further, since the flat portion 10a is a portion that is relatively thicker than the resiliently deformable portion 10b due to the fixation of the piezoelectric material layer 20, the resiliently deformable portion 10b is deformed by an external force It is possible to further prevent the breakage of the piezoelectric material layer 20 by performing the up and down movement while maintaining the shape of the plane portion 10a itself. For this purpose, the thickness of the plane portion 10a The metal thin film 10 may be formed to be thicker than the elastically deformable portion 10b.

한편, 본 실시예에 따른 압전소자(1)는 도2a 내지 도2c에 도시한 바와 같이 상기 평면부(10a)의 변형을 더욱 방지하기 위하여 탄성변형부(10b)의 외측 단부에 보강부(11)를 더 형성할 수도 있다.2A to 2C, the piezoelectric element 1 according to the present embodiment includes a reinforcement portion 11b at the outer end of the elastic deformable portion 10b to further prevent deformation of the flat surface portion 10a, ) May be further formed.

이 경우 상기 보강부(11)는 외력에 의하여 금속 박막(10) 전체가 변형되는 것을 방지함으로써 상기 탄성변형부(10b)가 상하로 반전 및/또는 복원될 경우에도 평면부(10a)가 이에 대응하여 변형되는 것을 방지하는 기능을 수행하게 된다.In this case, the reinforcing portion 11 prevents the entire metal thin film 10 from being deformed by an external force, so that even when the elastic deforming portion 10b is vertically inverted and / or restored, So that it is prevented from being deformed.

이를 위한 예시적인 구성을 살펴보면, 도2a와 도2b는 각각 상기 탄성변형부(10b)의 외측 단부를 탄성변형부(10b)에 대하여 소정 각도로 절곡시킴으로써 상기 보강부(11)를 형성한 경우에 대한 예이며, 도2c는 상기 탄성변형부(10b)의 외측 단부를 림(rim)과 같이 다른 부분(즉, 탄성변형부의 다른 부분)보다 상대적으로 두껍게 형성하여 상기 보강부(11)를 형성한 경우에 대한 예이다.2A and 2B illustrate a case where the reinforcement portion 11 is formed by bending the outer end of the elastic deformation portion 10b at a predetermined angle with respect to the elastic deformation portion 10b FIG. 2C shows an example in which the reinforcing portion 11 is formed by forming the outer end of the elastic deforming portion 10b relatively thicker than another portion such as a rim (that is, another portion of the elastic deforming portion) This is an example for the case.

한편, 상기 도2a 내지 도2c에 도시한 보강부(11)의 구성은 예시적인 일예에 불과하며, 동일한 기능을 수행하는 범위내에서는 여러 가지 다른 형상으로 구성될 수 있다. The construction of the reinforcing portion 11 shown in FIGS. 2A to 2C is merely an illustrative example, and the reinforcing portion 11 may have various other shapes within the range of performing the same function.

또한, 본 실시예에서는 상기 보강부(11)가 탄성변형부(10b)의 외측 단부 전체에 걸쳐 형성된 경우를 일예로서 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 동일한 기능을 수행하는 범위내에서는 도2e의 (나)에 도시한 바와 같이 상기 탄성변형부(10b)의 외측 단부 일부에 부분적으로 형성될 수도 있음은 물론이다.In the present embodiment, a case where the reinforcing portion 11 is formed over the entire outer end portion of the elastic deforming portion 10b will be described as an example, but the present invention is not limited thereto. Within the range of performing the same function, It is also possible to form part of the outer end portion of the elastic deforming portion 10b as shown in FIG.

따라서, 본 출원의 상세한 설명 및 특허청구범위 중 보강부의 구성을 설명하는 부분에서 "탄성변형부의 외측 단부를 절곡시켜"라는 표현과 "탄성변형부 외측 단부의 두께를 다른 부분보다 두껍게 형성하여"라는 표현은 탄성변형부(10b)의 외측 단부 전체를 절곡하거나 두께를 두껍게 하는 경우는 물론 탄성변형부(10b)의 외측 단부 중 일부를 절곡하거나 두께를 두껍게 하는 경우를 포함하는 개념이다.
Therefore, in the description of the present application and claims, the expression "the outer end of the elastic deformation portion is bent" and the expression "the thickness of the outer end portion of the elastic deformation portion is made thicker than the other portion" The expression includes not only a case where the entire outer end of the elastic deforming portion 10b is bent or thickened, but also a case where a part of the outer end of the elastic deforming portion 10b is bent or thickened.

(( 제2실시예Second Embodiment ) : 압전소자를 이용한 발전장치): Power generator using piezoelectric element

도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 압전소자를 이용한 발전장치의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도4와 도5는 각각 도3의 B-B부와 C-C부에 대한 확대 단면도이며, 도6은 본 발명의 제2실시예에 따른 압전소자를 이용한 발전장치의 다른 변형예를 나타낸 도면이다.
Fig. 3 is a view for explaining a configuration of a power generation apparatus using a piezoelectric element according to a second embodiment of the present invention. Fig. 4 and Fig. 5 are enlarged sectional views of a BB part and a CC part, respectively, Is a diagram showing another modification of the power generation apparatus using the piezoelectric element according to the second embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 압전소자를 이용한 발전장치에 사용되는 발전용 압전소자(1)는 상기 제1실시예에서 설명한 발전용 압전소자(1) 중 적어도 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하며, 상기 압전소자에 관한 구성 중 제1실시예와 동일한 구성에 관해서는 동일한 도면부호를 부여하고 중복된 설명은 생략하기로 한다.The power generation piezoelectric element 1 used in the power generation apparatus using the piezoelectric element according to the present embodiment is characterized in that at least one of the power generation piezoelectric elements 1 described in the first embodiment is used, The same constituent elements as those of the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

본 실시예에 따른 압전소자를 이용한 발전장치는 제1실시예에서 설명한 발전소자 중 적어도 어느 하나의 압전소자(1), 길이 방향의 일측 단부(30a)가 상기 압전소자(1)에 연결된 막대 형상의 연결부재(30), 상기 연결부재(30)가 외팔보 형태가 되도록 상기 길이 방향의 타측 단부를 고정하는 지지체(W), 및 상기 압전소자(1)에 전기적으로 연결되어 압전소자(1)에서 발생되는 전기를 충전하는 충전부(50)를 포함하여 구성된다.The power generation device using the piezoelectric element according to the present embodiment is characterized in that at least one of the power generation elements described in the first embodiment and the one longitudinal end 30a thereof are connected to the piezoelectric element 1 A supporting member W for fixing the other end portion in the longitudinal direction so that the connecting member 30 has a cantilever shape and a supporting member W electrically connected to the piezoelectric device 1, And a charging unit 50 for charging the generated electricity.

이때, 상기 연결부재(30)는 외력이 작용하는 방향으로 외팔보의 진동형태로 진동함으로써 상기 발전용 압전소자(1)의 탄성변형을 유도할 수 있도록 길이가 길고 폭 방향의 단면이 원형 또는 다각형인 막대 형상으로 구성되는 것이 바람직한데, 본 실시예에서는 일예로서 상기 연결부재(30)를 단면이 패널 형상인 바(bar)로 구성하였다.At this time, the connecting member 30 is long and long in the cross-section so as to induce the elastic deformation of the power generation piezoelectric element 1 by vibrating in the vibration mode of the cantilever beam in the direction in which an external force acts, It is preferable that the connecting member 30 is formed in a bar shape. In this embodiment, the connecting member 30 is formed as a bar having a panel shape in cross section.

또한, 상기 연결부재(30)는 상술한 바와 기능을 수행하는 범위내에서는 내구성과 탄성이 우수한 금속 소재, 합금 소재, 또는 플라스틱(강화 플라스틱 등) 소재 등으로 구성되는 것이 바람직하며, 외력에 대한 진동방향이 상기 압전소자(1)의 탄성변형부(10b)가 외력에 의해 상하로 변형되는 방향과 일치되도록 구성되는 것이 더욱 바람직하다. The connecting member 30 is preferably made of a metal material, an alloy material, or a plastic (reinforced plastic or the like) material excellent in durability and elasticity within the range of performing the functions described above, It is more preferable that the direction is the same as the direction in which the elastically deformed portion 10b of the piezoelectric element 1 is vertically deformed by an external force.

또한, 상기 연결부재(30)의 폭 방향 양측 단부에는 외력에 의한 진동시 연결부재가 파손되는 것을 방지하기 위하여 상부 또는 하부 방향으로 절곡되거나 중앙부보다 두께가 두껍게 형성된 강도보강부(30b)가 더 구비될 수 있다.Further, reinforcing portions 30b, which are bent in the upper or lower direction or formed thicker than the central portion, are further provided at both widthwise ends of the connecting member 30 in order to prevent the connecting member from being broken when the cable is vibrated by external force .

본 실시예에서는 상기 강도보강부(30b)가 연결부재(30)의 길이 방향 전체에 걸쳐 형성된 경우를 일예로서 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 일부분(예를 들면, 연결부재의 진동시 하중이 집중되는 부분)에만 형성되도록 구성할 수도 있다.In the present embodiment, the strength reinforcing portion 30b is formed to extend over the entire longitudinal direction of the connecting member 30, but the present invention is not limited thereto. If necessary, A portion where the load is concentrated).

따라서, 본 출원의 상세한 설명 및 특허청구범위 중 강도보강부의 구성을 설명하는 부분에서 "폭 방향의 양측 단부에는"라는 표현은 연결부재(30)의 전체 길이 방향에 걸친 양측 단부는 물론 길이 방향의 일부분에 대한 양측 단부까지 포함하는 개념이다.Therefore, in the description of the present application and the claims, the expression "at both side ends in the width direction" in the description of the structure of the strength reinforcing portion is not limited to both end portions over the entire longitudinal direction of the connecting member 30, It is a concept that includes both ends of a part.

또한, 상기 연결부재(30)의 길이 방향 일측 단부(30a)는 압전소자(1)의 외측 단부(즉, 보강부)에 연결되며, 이 경우 상기 압전소자(1)의 단부 일측(바람직하게는 연결부재와 연결된 부분의 반대쪽 단부)에는 외력 작용시 상기 금속 박막(10) 또는 연결부재(30) 중 적어도 어느 하나의 변형을 보조하는 무게추(40)를 더 포함할 수도 있다.One end portion 30a in the longitudinal direction of the connecting member 30 is connected to the outer end portion (i.e., reinforcing portion) of the piezoelectric element 1, and in this case, (40) supporting the deformation of at least one of the metal thin film (10) or the connecting member (30) when an external force is applied thereto.

이 경우 상기 무게추(40)는 외력에 의하여 연결부재(30) 및/또는 금속 박막(10)이 변형되는 경우 질량추가에 의한 관성력을 더 부가함으로써 상기 금속 박막(10) 또는 연결부재(30) 중 적어도 어느 하나의 변형을 보조하는 기능을 수행하게 된다.In this case, when the connection member 30 and / or the metal thin film 10 is deformed due to an external force, the weight member 40 is further provided with an inertial force by addition of a mass so that the metal thin film 10 or the connection member 30, And a function of assisting the deformation of at least one of them.

한편, 상기 지지체(W)는 벽면과 같이 외력에 의하여 변형을 일으키지 않는 고정 지지체로 구성될 수도 있으나, 필요에 따라서는 외력에 의해 변형되는 이동식 지지체로 구성되어 외력 작용시 상기 연결부재(30) 및/또는 금속 박막(10)과 상대 운동을 발생시키도록 구성될 수도 있다.On the other hand, the support body W may be a fixed support body such as a wall surface which does not cause deformation due to an external force, but may be a movable support body which is deformed by an external force if necessary. / RTI > and / or < / RTI >

또한, 상기 충전장치(50)는 상술한 바와 같은 연결부재(30) 및/또는 금속 박막(10)의 탄성 변형에 의하여 발생되는 전기를 충전하기 위한 장치로서 미도시된 전선을 통하여 상기 압전소자(구체적으로는 전극층과 금속박막)에 전기적으로 연결될 수 있다The charging device 50 is a device for charging electricity generated by the elastic deformation of the connecting member 30 and / or the metal foil 10 as described above, Specifically, an electrode layer and a metal thin film)

이 경우, 상기 압전소자(1)의 전원선 연결 및 이를 이용한 충전장치(50)에 관한 구성은 공지된 기술일뿐만 아니라 본 발명의 요지와는 무관한 사항이기 때문에 이하 상세한 설명은 생략하기로 한다.In this case, the connection of the power source line of the piezoelectric element 1 and the configuration of the charging device 50 using the same are not well known in the art, and are not related to the gist of the present invention, and thus the detailed description thereof will be omitted .

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 압전소자(1)를 이용한 발전장치는 동일한 외력이 작용하는 경우에도 단순히 외력에 의해 압전소자를 가압하여 발전하는 종래 기술에 따른 발전장치보다 상대적으로 발전량이 현저히 증가하게 되는 장점이 있다. The power generation device using the piezoelectric element 1 according to the present invention has a power generation amount that is relatively higher than that of the conventional power generation device that generates power by simply pressing the piezoelectric element by an external force even when the same external force acts, There is an advantage that it increases.

한편, 본 실시예에서는 상기 연결부재(30)의 일측 단부(30a)에 하나의 압전소자가 연결된 경우를 일예로서 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 도6에 도시한 바와 같이 복수의 압전소자(1)가 상기 연결부재(30)의 일측 단부(30a)에 연결되도록 구성할 수도 있다.Meanwhile, in the present embodiment, one piezoelectric element is connected to one end 30a of the connecting member 30, but the present invention is not limited thereto. If necessary, as shown in FIG. 6, The element 1 may be connected to one end 30a of the connecting member 30. [

다만, 이 경우 상기 연결부재(30)의 일측 단부(30a)에는 복수의 압전소자(1)를 서로 소정 거리만큼 이격된 적층 형태로 분기시켜 상기 연결부재(30)에 연결하는 분기부재(31)가 더 형성되는데, 상기 압전소자 사이의 이격거리는 각각의 금속 박막(10)의 탄성변형이 서로 간섭되지 않도록 설정되는 것이 바람직하다.
In this case, a branching member 31 for branching the plurality of piezoelectric elements 1 in a laminated form spaced apart from each other by a predetermined distance and connecting the piezoelectric elements 1 to the connecting member 30 is formed at one end 30a of the connecting member 30, The distance between the piezoelectric elements is preferably set so that the elastic deformation of each thin metal film 10 does not interfere with each other.

마지막으로, 도7과 도8을 이용하여 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 발전장치가 실제 적용된 예를 설명하고자 한다.7 and 8, an example in which a power generation apparatus using a piezoelectric element according to the present invention is actually applied will be described.

먼저, 도7은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 발전장치가 자전거 또는 오토바이와 같은 이륜차에 적용한 예를 설명하기 위한 도면으로서, 이 경우 차륜(T)을 구비한 차량의 프레임(F)이 상술한 지지체(W)에 해당된다.7 is a view for explaining an example in which the electric power generation apparatus using the piezoelectric element according to the present invention is applied to a two-wheeled vehicle such as a bicycle or a motorcycle. In this case, the frame F of the vehicle provided with the wheel T, And corresponds to the support W.

즉, 상기 연결부재(30)의 일측 단부는 상기 차량의 프레임(F)에 고정설치되어 차량의 주행에 따른 진동에 의하여 압전소자(1)가 반전되면서 전술한 바와 같이 발전을 위한 탄성 충격력이 발생된다.That is, one end of the connecting member 30 is fixed to the frame F of the vehicle, and the piezoelectric element 1 is inverted by the vibration caused by the running of the vehicle, so that an elastic impact force for power generation is generated as described above do.

이 경우 상기 차륜(T)에는 차륜(T)의 회전시 상기 압전소자(1) 또는 연결부재(30) 중 적어도 어느 하나와 충돌함으로써 상기 압전소자(1)에 차륜(T)의 회전력을 외력으로서 전달하는 외력전달부재(60)가 더 설치될 수 있는데, 이러한 구성에 의하여 차량의 주행 진동에 추가하여 차륜의 회전력을 외력으로서 상기 압전소자(1)에 제공하여 보다 큰 전압이 발생되도록 할 수 있다.In this case, when the wheel T collides with the at least one of the piezoelectric element 1 or the connecting member 30 when the wheel T rotates, the rotational force of the wheel T is applied to the piezoelectric element 1 as an external force It is possible to provide a rotational force of the wheel to the piezoelectric element 1 as an external force so as to generate a larger voltage in addition to the traveling vibration of the vehicle .

본 실시예에서는 일예로서 상기 외력전달부재(60)가 압전소자(1)에 외력을 전달하는 것으로 구성하였으나 이에 한정되지 아니하며 연결부재(30) 또는 압전소자(1) 및 연결부재(30) 모두에 외력을 전달하도록 구성할 수도 있다. In this embodiment, the external force transmitting member 60 transmits external force to the piezoelectric element 1, but the present invention is not limited to this, and the external force may be transmitted to both the piezoelectric element 1 and the connecting member 30 It may be configured to transmit an external force.

또한, 본 실시예에서는 상기 차량이 이륜차인 경우를 일예로서 설명하였으나 필요에 따라서는 농기계와 같은 삼륜차, 자동차와 같은 사륜차 모두에 적용될 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 "차량"이라 함은 이륜차, 삼륜차 및 사륜차를 모두 포함하는 개념이다.In the present embodiment, the case where the vehicle is a two-wheeled vehicle has been described as an example, but it may be applied to all four-wheel vehicles such as a tricycle and an automobile such as an agricultural machine, if necessary. Therefore, in the description and the claims of the present invention, the term "vehicle" is a concept including both of a motorcycle, a tricycle, and a four-wheeler.

또한, 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 발전장치는 열차에도 적용될 수 있는데, 이 경우 도8에 도시한 바와 같이 상기 지지체(W)는 열차(TR)가 주행하는 철로(R)의 일측에 고정설치되고, 상기 열차(TR)에는 열차(TR)의 주행시 상기 압전소자(1) 또는 연결부재(30) 중 적어도 어느 하나와 충돌함으로써 상기 압전소자(1)에 열차(TR)의 운동력을 외력으로 전달하는 외력전달부재(61)가 설치된다.8, the support W is fixed to one side of the railroad track R on which the train TR travels. In this case, as shown in FIG. 8, And the train TR collides with at least one of the piezoelectric element 1 or the connecting member 30 when the train TR travels to transmit the motion force of the train TR to the piezoelectric element 1 as an external force An external force transmitting member 61 is provided.

이때, 본 실시예에서는 상기 외력전달부재(61)가 연결부재(30)에 외력을 전달하는 것으로 구성하였으나 이에 한정되지 아니하며 압전소자(1) 또는 압전소자(1) 및 연결부재(30) 모두에 외력을 전달하도록 구성할 수도 있다.
In this embodiment, the external force transmitting member 61 is configured to transmit an external force to the connecting member 30, but the present invention is not limited to this and may be applied to both the piezoelectric element 1 and the connecting member 30 It may be configured to transmit an external force.

이상에서 설명한 본 발명의 여러 가지 실시예에서 상기 연결부재(30)가 외팔보의 형태로 구성된 경우를 일예로서 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 동일한 기능을 수행하는 범위내에서는 양팔보 등과 같이 다른 방식으로 구성될 수도 있음은 물론이다.In the above-described various embodiments of the present invention, the case where the connecting member 30 is configured as a cantilever has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. In the range of performing the same function, Of course.

또한, 상기 여러 가지 실시예에서는 상기 압전소자(1)에 작용하는 외력이 차륜의 회전력 또는 열차의 운동력의 형태로 제공되는 경우를 예로서 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 풍력과 같은 자연력, 진동에너지 등 상기 압전소자를 반전시킬 수 있는 외력인 범위 내에서는 그 형태에 제한이 없다.
In the above embodiments, the external force acting on the piezoelectric element 1 is provided in the form of the rotational force of the wheel or the movement force of the train. However, the present invention is not limited to this, , The vibration energy, and the external force capable of reversing the piezoelectric element.

1 : 압전소자 10 : 금속 박막
10a : 평면부 10b : 탄성변형부
11 : 보강부 20 : 압전 소재층
30 : 연결부재 40 : 무게추
1: piezoelectric element 10: metal thin film
10a: flat portion 10b: elastic deformation portion
11: reinforcement part 20: piezoelectric material layer
30: connecting member 40: weight

Claims (10)

금속 박막;
상기 금속 박막의 상면 또는 하면 중 적어도 어느 하나의 면에 고착된 압전 소재층; 및
상기 압전 소재층의 외면 일측에 형성된 전극층을 포함하되,
상기 금속 박막은 압전 소재층이 고착된 평면부, 상기 평면부의 테두리로부터 외측 방향으로 연장되어 휘어진 형상이고 외력 작용시 상기 평면부의 상하방향으로 탄성 변형되면서 충격력을 발생시키는 탄성변형부, 및 상기 탄성변형부가 변형될 경우 상기 평면부가 이에 대응하여 변형되는 것을 방지하기 위하여 상기 탄성변형부의 외측 단부에 형성된 보강부로 구성되고,
상기 보강부는 탄성변형부의 외측 단부를 절곡시켜 구성되거나, 탄성변형부 외측 단부의 두께를 다른 부분보다 두껍게 형성하여 구성된 것을 특징으로 하는 발전용 압전소자.
Metal thin film;
A piezoelectric material layer fixed on at least one of the upper surface and the lower surface of the metal thin film; And
And an electrode layer formed on one side of the outer surface of the piezoelectric material layer,
Wherein the metal thin film has a flat surface portion on which the piezoelectric material layer is fixed, an elastic deforming portion that is bent to extend outwardly from the rim of the flat surface portion and which is elastically deformed in the vertical direction of the planar portion when the external force acts, And a reinforcing portion formed at an outer end of the elastic deforming portion to prevent the flat portion from being deformed correspondingly when the additional deforming is performed,
Wherein the reinforcing portion is formed by bending an outer end portion of the elastic deformation portion, or the thickness of the outer end portion of the elastic deformation portion is thicker than the other portion.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 따른 적어도 하나의 압전소자;
길이 방향의 일측 단부가 상기 압전소자에 연결된 막대 형상의 연결부재;
상기 연결부재가 외팔보 형태가 되도록 상기 길이 방향의 타측 단부를 고정하는 지지체; 및
상기 압전소자에 전기적으로 연결되어 압전소자에서 발생되는 전기를 충전하는 충전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 발전장치.
At least one piezoelectric element according to claim 1;
A rod-shaped connecting member whose one longitudinal end is connected to the piezoelectric element;
A support for fixing the other end in the longitudinal direction such that the connecting member is in a cantilevered form; And
And a charging unit electrically connected to the piezoelectric element to charge electricity generated in the piezoelectric element.
제5항에 있어서,
상기 연결부재는 단면이 패널 형상이고, 폭 방향의 양측 단부에는 강도 보강을 위해 절곡되거나 중앙부보다 두께가 두꺼운 강도보강부가 형성된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 발전장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the connecting member is formed in a panel shape in cross section and is provided with strength reinforcing portions that are bent at both side ends in the width direction to reinforce the strength or have a thicker thickness than the central portion.
제5항에 있어서,
상기 압전소자의 단부 일측에 형성되어 외력 작용시 상기 금속 박막 또는 연결부재 중 적어도 어느 하나의 변형을 보조하는 무게추를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 발전장치.
6. The method of claim 5,
Further comprising a weight attached to one end of the piezoelectric element to assist in deformation of at least one of the metal thin film and the connecting member when an external force is applied thereto.
제5항에 있어서,
상기 압전소자가 연결된 연결부재의 일측 단부에는 복수의 압전소자를 서로 이격된 적층 형태로 분기시켜 상기 연결부재에 연결하는 분기부재가 더 형성된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 발전장치.
6. The method of claim 5,
Wherein a branching member is further formed at one end of the connection member to which the piezoelectric element is connected, the branching member being connected to the connection member by branching a plurality of piezoelectric elements in a laminated form.
삭제delete 삭제delete
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