KR101520728B1 - 하이브리드 발전장치 - Google Patents

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KR101520728B1
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재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

본 발명은 외부에서 가해지는 하중에 의해 발생되는 외부의 자력변화로부터 전류를 생성시키는 전자기발전부; 휨변형에 따른 압력변화를 받아 전류를 생성시키는 단위압전소자를 포함하는 압전발전부; 및 상기 전자기발전부와 상기 압전발전부를 연결하도록 구비되어, 상기 전자기발전부에 직접 가해진 하중을 여진에 의한 진동에너지로 감쇄시켜 상기 압전발전부로 전달하는 완충부;를 포함하고, 상기 완충부는, 상기 전자기발전부의 단부에서 연장 형성되는 제1 부재와, 상기 압전발전부의 단부에서 연장 형성되는 제2 부재를 포함하고, 상기 제1 부재와 제2 부재 중 어느 하나가 다른 하나를 둘러싸는 형태로 구비되고, 상기 제1 부재와 제2 부재의 사이의 공간에 복수의 탄성부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치를 제공한다.

Description

하이브리드 발전장치{HYBRID ENERGY HARVESTING MODULE}
본 발명은 외부에서 가해지는 하중이나 진동에너지로부터 전기에너지를 획득할 수 있도록 한 하이브리드 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자기유도현상을 활용하여 전기에너지를 수확하는 전자기유도방식과 휩변형에 따른 압력변화에서 전기에너지를 생성하는 압전방식을 함께 활용한 하이브리드 발전장치에 관한 것이다.
광의의 에너지 수확기술은 생산되는 전력량에 따라 주위 환경(일상의 외력)을 에너지원으로 하여 발전, 발생된 에너지를 포집 및 저장하는 에너지 하베스팅 기술(Micro 발전)과 태양광, 태양열, 풍력, 수력, 파랑, 지열 등의 친환경 에너지원으로부터 전력을 생산하는 신재생에너지 발전 기술(Macro 발전)로 분류할 수 있다.
여기서 에너지 하베스팅은 소비되거나 미활용되는 에너지를 수확(Harvesting) 또는 폐이용(Scavenging)하여 에너지를 재생산하는 것으로 정의할 수 있다.
또한 주변의 에너지를 전력으로 변환하는 에너지 하베스팅 소자에 있어 진동을 기반으로 하는 소자에는 압전, 정전, 전자기 유도를 이용한 하베스터가 있다.
이중 압전기반 진동방식으로 에너지 수확을 함에 있어 발전 전력의 극대화를 위한 기술은 공진 주파수 튜닝 기술, 대역폭 확대 기술, 수확에너지 증폭 기술 및 발전소자 하이브리드화 기술 등이 제시되고 있다. 예로 발전소자 하이브리드화 기술로는 미국특허 제7397169호, 미국특허 제7800278호, 미국특허 제7116036호, 한국 공개특허 제2011-26644호가 있다.
또한 전자기유도 방식의 에너지 하베스팅 기술은 가장 전통적인 발전기술인 전자기유도 방식을 이용한 에너지 수확기술로서 영구자석 또는 코일의 이동을 주변의 진동을 이용하는 방식, 방향과 무관하게 에너지를 수확할 수 있는 기술 등이 제안되고 있다. 이러한 기술로는 대한민국 공개번호 제2011-54860호, 동 공개번호 제2011-29930호, 동 공개번호 2010-31357호가 있다.
그러나 이러한 배경기술들은 하나의 방식을 채택하여 적용된 것으로 에너지 수확의 증대를 위해 한계를 갖는 문제가 있다.
또한, 전자기발전부에서 외부에서 인가된 진동에너지를 증폭시키기 위해 고안된 외팔보 방식의 경우, 외팔보의 끝단에 배치된 자성체의 상하방향의 궤도운동이 유도코일부와 간섭이 발생하지 않도록 배치해야 하는 점에 이러한 배치가 용이하지 않아, 전자기발전부의 발전효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 위와 같이 종래에 개시되지 않은 전자기유도방식과 압전방식을 모두 활용하는 하이브리드 방식의 발전기술이더라도, 외부에서 가해지는 하중이 매우 클 경우는 압전방식의 발전에 활용되는 압전소자가 높은 압력의 하중을 직접적으로 박게 되어, 압전소자의 파손가능성이 높아지는 문제점이 발생될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 발전장치에서 발생되는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명은 일 측면으로서, 전자기발전부에 가해진 하중에 의한 충격 및 진동을 완화하여, 직접충격이 아닌 간접적인 진동을 인가받는 형태로 압전발전부를 구성하여, 압전발전부의 파손을 방지할 수 있는 하이브리드 발전장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 일 측면으로서, 본 발명에서는 압전 발전부와 전자기 발전부의 배치를 이원화하여 외부의 압력하중에너지를 전자기부에서 수확하고 여진에 의한 진동에너지를 압전부에서 수확할 수 있도록 공간을 효율화할 수 있는 하이브리드 발전장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 일 측면으로서, 전자기발전부의 자성체와 유도코일부의 간섭으로 인한 발전효율의 저하를 방지할 수 있는 하이브리드 발전장치를 제공하자 한다.
본 발명은 일 측면으로서, 압전발전부에 인가되는 여진에 의한 다양한 진동수를 가지는 진동에너지를 활용한 전기에너지의 생성이 가능한 하이브리드 발전장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 일 측면으로서, 압전발전부에 인가되는 여진에 의한 다양한 방향에서 인가되는 진동에너지를 활용한 전기에너지의 생성이 가능한 하이브리드 발전장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 외부에서 가해지는 하중에 의해 발생되는 외부의 자력변화로부터 전류를 생성시키는 전자기발전부; 휨변형에 따른 압력변화를 받아 전류를 생성시키는 단위압전소자를 포함하는 압전발전부; 및 상기 전자기발전부와 상기 압전발전부를 연결하도록 구비되어, 상기 전자기발전부에 직접 가해진 하중을 여진에 의한 진동에너지로 감쇄시켜 상기 압전발전부로 전달하는 완충부;를 포함하고, 상기 완충부는, 상기 전자기발전부의 단부에서 연장 형성되는 제1 부재와, 상기 압전발전부의 단부에서 연장 형성되는 제2 부재를 포함하고, 상기 제1 부재와 제2 부재 중 어느 하나가 다른 하나를 둘러싸는 형태로 구비되고, 상기 제1 부재와 제2 부재의 사이의 공간에 복수의 탄성부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치를 제공한다.
삭제
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 다른 일 측면으로서, 본 발명은 외부에서 가해지는 하중에 의해 발생되는 외부의 자력변화로부터 전류를 생성시키는 전자기발전부; 휨변형에 따른 압력변화를 받아 전류를 생성시키는 단위압전소자를 포함하는 압전발전부; 및 상기 전자기발전부와 상기 압전발전부를 연결하도록 구비되어, 상기 전자기발전부에 직접 가해진 하중을 여진에 의한 진동에너지로 감쇄시켜 상기 압전발전부로 전달하는 완충부;를 포함하고, 상기 완충부는, 상기 전자기발전부의 단부에서 연장 형성되는 제1 부재와, 상기 압전발전부의 단부에서 연장 형성되는 제2 부재 및 상기 제1 부재와 제2 부재의 단부를 둘러싸는 형태로 구비되는 제3 부재를 포함하고, 상기 제1 부재와 제3 부재의 사이와, 제2 부재와 제3 부재 사이의 공간에 복수의 탄성부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 완충부는 상기 전자기발전부와 상기 압전발전부를 연결하는 탄성부재로 구비될 수 있다.
바람직하게, 탄성부재는 탄성케이블로 구비될 수 있다.
바람직하게, 전자기발전부는,
외부에 가해지는 하중에 의해 진동운동하는 자성체와
상기 자성체가 내부로 삽통되는 유도코일부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 전자기발전부는 상기 유도코일부와 상기 자성체를 구비하는 복수개의 개별유닛을 포함할 수 있다.
바람직하게, 전자기발전부는 외부에서 가해지는 하중을 전달하는 하중전달부와, 상기 하중전달부에 구비되어, 상하방향으로 진동운동하는 자성체와, 상기 자성체가 내부로 삽통되는 유도코일부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 하중전달부는 외부에서 가해지는 직접 하중을 받는 압력하중판과, 상기 압력하중판에 전달되는 하중을 전달하는 압력하중전달축과, 상기 압력하중전달축으로부터 하중이 전달되는 하중전달판과, 상기 하중전달판의 상하방향의 진동을 유도하는 진동유도스프링을 포함하고, 상기 압력하중전달축은 상기 압력하중판의 양측에 설치되어, 상기 자성체와 유도코일부의 간섭을 방지하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 압전발전부는, 상기 완충부에 연결되어 상기 압전발전부를 지지하고 상하방향으로 진동시키는 진동전달부와, 일측 고정단은 상기 진동전달부에 고정되고, 타측 자유단은 탄성복원력에 의해 상기 자유단에서 최대진폭으로 진동하도록 설치된 복수의 캔틸레버와, 상기 캔틸레버에 구비되는 복수개의 압전소자 및
상기 자유단의 끝단에 배치되어 상기 캔틸레버의 진동을 유도하는 질량체를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 진동전달부는 상기 완충부에 연결되어 상기 압전발전부를 지지하는 진동전달축과, 상기 진동전달축에 거치되어, 상하방향으로 진동하는 진동전달판을 구비할 수 있다.
바람직하게, 상기 캔틸레버는 단층으로 설치되거나, 상기 진동전달부의 상부와 하부로 분리되는 형태로 일정한 간격을 두고 설치되는 복층으로 설치될 수 있다.
바람직하게, 압전발전부는 복수개의 상기 전자기발전부의 사이에 구비될 수 있다.
바람직하게, 압전발전부에 인가되는 여진에 의한 다양한 진동수를 가지는 진동에너지를 활용한 전기에너지의 생성이 가능하도록 상이한 길이의 복수개의 캔틸레버를 포함할 수 있다.
바람직하게, 복수개의 캔틸레버를 포함하는 단위캔틸레버부를 포함하고, 상기 단위캔틸레버부는 다양한 방향에서 인가되는 진동에너지를 활용한 전기에너지의 생성이 가능하도록 가로방향과 세로방향으로 교차되어 배치될 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자기발전부에 가해진 하중에 의한 충격 및 진동에 의한 하중을 여진에 의한 진동에너지로 감쇄시켜 압전발전부로 전달하는 완충부의 구성을 포함함으로써, 압전발전부에 포함된 압전소자의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 압전 발전부와 전자기 발전부의 배치를 이원화하여 외부의 압력하중에너지를 전자기부에서 수확하고 여진에 의한 진동에너지를 압전부에서 수확할 수 있도록 공간을 효율화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 압전발전부에 인가되는 여진에 의한 다양한 진동수를 가지는 진동에너지를 활용한 전기에너지의 생성이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 압전발전부에 인가되는 여진에 의한 다양한 방향에서 인가되는 진동에너지를 활용한 전기에너지의 생성이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 외부에 가해지는 하중에 의해 상하방향으로 진동운동하는 자성체와 상기 자성체가 내부로 삽통되는 유도코일부를 포함함으로써, 전자기발전부의 자성체와 유도코일부의 간섭으로 인한 발전효율의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 발전장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 발전장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 발전장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 발전장치의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 구성요소인 완충부의 상세를 도시한 도면이다.
도 6a는 도 1의 전자기발전부의 정면도이다.
도 6b는 도 1의 전자기발전부의 A-A 방향 단면도이다.
도 7a는 도 1의 압전발전부의 정면도이다.
도 7b는 도 1의 압전발전부의 B-B방향 단면도이다.
도 7c는 도 9에 도시된 제2 단위캔틸레버부의 정면도이다.
도 8은 주차장 게이트 턱에 설치된 본 발명의 하이브리드 발전장치의 사용예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 복수개의 하이브리드 발전장치가 설치된 발전모듈을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 발전장치에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 발전장치(100)는 전자기발전부(200), 압전발전부(300) 및 완충부(400)를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 7C에 도시된 바와 같이, 외부에서 가해지는 하중에 의해 발생되는 외부의 자력변화로부터 전류를 생성시키는 전자기발전부(200)와, 휨변형에 따른 압력변화를 받아 전류를 생성시키는 단위압전소자(330)를 포함하는 압전발전부(300)와, 상기 전자기발전부(200)와 상기 압전발전부(300)를 연결하도록 구비되어, 상기 전자기발전부(200)에 직접 가해진 하중을 여진에 의한 진동에너지로 감쇄시켜 상기 압전발전부(300)로 전달하는 완충부(400)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 하이브리드 발전장치(100)는 2개의 전자기발전부(200) 사이에 하나의 압전발전부(300)가 배치되는 형태로 구성될 수 있고, 전자기발전부(200)에 가해지는 외부에서 가해지는 자동차의 윤하중과 같이 높은 충격력을 갖는 1차 충격하중을 완충부(400)에 의해 여진의 형태로 감쇄시켜 압전발전부(300)로 전달할 수 있다.
그리고, 도 9에는 가로방향과 세로방향으로 배치된 전자기발전부(200)를 갖는 복수개의 하이브리드 발전장치(100)가 도시되 어 있는데, 이는 다양한 형태 및 방향에서 가해지는 충격하중으로부터 효율적으로 전류를 생성하기 위함이다.
그리고, 복수개의 하이브리드 발전장치(100)의 배치는 도 9에 도시된 형태에 한정되는 것은 아니고, 하이브리드 발전장치(100)가 활용되는 설비에 필요한 전력량 등을 고려하여 다양한 형태의 배치가 가능하다.
이러한 하이브리드 발전장치(100) 모듈을 복수개 설치하여 주차장 게이트턱에 설치하게 되는 경우 무선센서 네트워크 통신 전원과 주차장 게이트 도어의 보조전원, 발광/경고등의 주전원으로 사용할 수 있다.
하이브리드 발전장치(100) 모듈은 과속 방지 턱에 적용할 경우, 도 13과 같이 설치할 수 있다. 또한 생산된 전력 무선센서 네트워크 통신 전원과, 신호등/가로등의 보조전원, LED 교통 표지판 등의 주전원으로 사용할 수 있다.
먼저, 전자기발전부(200)에 대해서 살펴보면,
도 1에 도시된 바와 같이, 전자기발전부(200)는 가로방향으로 배치될 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 세로방향으로 배치될 수 있다.
도 6a 및 도 6 b에 도시된 바와 같이, 전자기발전부(200)는 외부에 가해지는 하중에 의해 진동운동하는 자성체(210)와, 상기 자성체(210)가 내부로 삽통되는 유도코일부(220)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 자성체(210)는 하중전달부(230)의 하중전달판(237)에 거치되는 형태로 설치될 수 있고, 외부에서 가해지는 하중에 의해 상하방향으로 진동운동하도록 구성될 수 있다. 이때, 자성체(210)의 상하방향 진동운동시 유도코일부(220)와 간섭이 발생하지 않는 형태로 배치될 수 있다.
또한, 하이브리드 발전장치(100)를 둘러싸는 외부의 케이스는 자성체(210)가 흡착되는 것을 방지하기 위해 비철금속을 제외한 소재로 제작될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 유도코일부(220)는 외부의 자력변화에 유도되어 전류를 생성시키는 코일을 갖는다. 유도코일부(220)에는 상기 자성체(210)가 자유롭게 삽통할 수 있는 개구가 존재한다. 이러한 개구는 자성체(210)의 모양에 따라 다양한 형태로 제작될 수 있으며, 자성체(210)가 유도코일부(220)로 삽통시 간섭이 일어나지 않도록 유도코일부(220)와 삽통된 자성체(210)간에는 일정간격의 이격이 필요하다.
전자기발전부(200)는 상기 유도코일부(220)와 상기 자성체(210)를 구비하는 복수개의 개별유닛을 포함할 수 있다. 도 1 및 도 4에 도시된 실시예에는 자성체(210)와 유도코일부(220)로 구성된 3쌍의 개별유닛을 포함하는 전자기발전부(200)가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전자기발전부(200)는 외부에서 가해지는 하중을 전달하는 하중전달부(230)와, 상기 하중전달부(230)에 구비되어, 상하방향으로 진동운동하는 자성체(210)와, 상기 자성체(210)가 내부로 삽통되는 유도코일부(220)를 포함할 수 있다.
또한, 하중전달부(230)는 외부에서 가해지는 직접 하중을 받는 압력하중판(233)과, 상기 압력하중판(233)에 전달되는 하중을 전달하는 압력하중전달축(235)과, 상기 압력하중전달축(235)으로부터 하중이 전달되는 하중전달판(237)과, 상기 하중전달판(237)의 상하방향의 진동을 유도하는 진동유도스프링(239)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 하중전달축읜 상기 압력하중판(233)의 양측에 설치되어, 상기 자성체(210)와 유도코일부(220)의 간섭을 방지할 수 있다.
다음으로, 압전발전부(300)에 대해 살펴보면,
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 압전발전부(300)는 하기되는 완충부(400)에 연결되어 상기 압전발전부(300)를 지지하고 상하방향으로 진동시키는 진동전달부(310)와, 일측 고정단은 상기 진동전달부(310)에 고정되고, 타측 자유단은 탄성복원력에 의해 상기 자유단에서 최대진폭으로 진동하도록 설치된 복수의 캔틸레버(320)와, 상기 캔틸레버(320)에 구비되는 복수개의 압전소자(330)와, 상기 자유단의 끝단에 배치되어 상기 캔틸레버(320)의 진동을 유도하는 질량체(350)를 포함할 수 있다.
또한, 진동전달부(310)는 상기 완충부(400)에 연결되어 상기 압전발전부(300)를 지지하는 진동전달축(313)과, 상기 진동전달축(313)에 거치되어, 상하방향으로 진동하는 진동전달판(315)을 포함할 수 있다.
또한, 캔틸레버(320)는, 단층으로 설치되거나, 7a 내지 7 c에 도시된 바와 같이, 상기 진동전달부(310)의 상부와 하부로 분리되는 형태로 일정한 간격을 두고 설치되는 복층으로 설치되도록 구성될 수 있다. 이와 같이 캔틸레버(320)를 복층 구조로 설치할 경우 후술할 압전소자(330)를 더욱 고밀도화시켜 단위 면적당 에너지 수확 효율을 증대시킬 수 있다.
캔틸레버(320)에는 각기 하나 이상의 압전소자(330)가 설치된다. 압전소자(330)는 캔틸레버(320)의 진동시 휨 변형에 따른 압력 변화를 받아 전위차가 발생하여 전류를 생성한다. 단위 압전소자(330)는 이미 알려진 수정, 로셀염, 티탄산바륨, 세라믹 등의 물질로 제작된 것이 될 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 압전발전부(300)는 복수개의 상기 전자기발전부(200)의 사이에 설치되도록 구성될 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 압전발전부(300)는 상기 압전발전부(300)에 인가되는 여진에 의한 다양한 진동수를 가지는 진동에너지를 활용한 전기에너지의 생성이 가능하도록 상이한 길이의 복수개의 캔틸레버(320)를 포함할 수 있다.
외부에서 가해진 충격하중의 크기에 따라, 압전발전부(300)에 인가되는 여진에 의한 진동에너지의 크기는 가변되고, 즉, 인가되는 진동수는 상이해지는바, 캔틸레버(320)의 길이를 다양하게 배치하여 다양한 진동수를 가지는 진동에너지를 활용한 전기에너지의 생성할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 압전발전부(300)는 상기 복수개의 캔틸레버(320)를 포함하는 단위캔틸레버부(340)를 포함하고, 상기 단위캔틸레버부(340)는 다양한 방향에서 인가되는 진동에너지를 활용한 전기에너지의 생성이 가능하도록 세로방향으로 배치된 제1 단위캔틸레버부(340a)와 세로방향으로 교차되어 배치될 수 있다.
도 7a는 도 9에 도시된 제1 단위캔틸레버부(340a)를 정면에서 바라본 정면도를 나타낸 상세도면이고, 도 7c는 도 9에 도시된 제2 단위캔틸레버부(340b)를 정면에서 바라본 정면도를 나타낸 상세도면이다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 질량체(350)는 상기 캔틸레버(320)의 자유단측의 단부에 설치되어, 캔틸레버(320)의 자유단이 상하로 반복운동할 수 있게 한다.
다음으로, 완충부(400)에 대해 살펴보면,
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 완충부(400)는 전자기발전부(200)와 압전발전부(300)를 연결하는 부재로서, 전자기발전부(200)와 압전발전부(300)를 직접적으로 접촉시키지 않고, 그 사이에 탄성부재(410)를 배치시킴으로써 전자기발전부(200)에 가해지는 직접충격하중을 여진의 형태로 감쇄시켜 압전발전부(300)로 전달하는 부재이다.
완충부(400)는 상기 전자기발전부(200)와 상기 압전발전부(300)를 연결하도록 구비되어, 상기 전자기발전부(200)에 직접 가해진 하중을 여진에 의한 진동에너지로 감쇄시켜 상기 압전발전부(300)로 전달한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 완충부(400)는 상기 전자기발전부(200)와 상기 압전발전부(300)를 연결하는 탄성부재(410)로 구비될 수 있고, 상기 탄성부재(410)는 탄성케이블로 구성될 수 있다. 다만, 이러한 탄성부재(410)는 탄성케이블에 한정되는 것은 아니다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 완충부(400)는 상기 전자기발전부(200)의 단부에서 연장 형성되는 제1 부재(420)와, 상기 압전발전부(300)의 단부에서 연장 형성되는 제2 부재(430)를 포함하고, 상기 제1 부재(420)와 제2 부재(430) 중 어느 하나가 다른 하나를 둘러싸는 형태로 구비되고, 상기 제1 부재(420)와 제2 부재(430)의 사이의 공간에 복수의 탄성부재(410)가 배치될 수 있다. 다만, 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 제1 부재(420)를 선회하는 형태의 탄성부재(410)가 배치되고, 제1 부재(420)와 선회하는 탄성부재(410)를 둘러싸는 형태로 제2 부재(430)가 형성되는 실시예도 가능할 수 있다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 완충부(400)는 상기 전자기발전부(200)의 단부에서 연장 형성되는 제1 부재(420)와, 상기 압전발전부(300)의 단부에서 연장 형성되는 제2 부재(430)와, 상기 제1 부재(420)와 제2 부재(430)의 단부를 둘러싸는 형태로 구비되는 제3 부재(440)를 포함하고, 상기 제1 부재(420)와 제3 부재(440) 및 제2 부재(430)와 제3 부재(440) 사이의 공간에 복수의 탄성부재(410)가 배치될 수 있다. 다만, 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 제1 부재(420) 및 제2 부재(430)를 선회하는 형태의 탄성부재(410)가 배치되고, 제1 부재(420)와 제2 부재(430)를 선회하는 탄성부재(410)를 둘러싸는 형태로 제3 부재(440)가 형성되는 실시예도 가능할 수 있다.
이와 같이 구성된 하이브리드 발전장치(100)의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 외부에서 가해진 하중이 전자기발전부(200)에 인가되어 전류가 생성되는 과정을 살펴본다.
외부에서 충격 등에 의해 가해진 하중이 압력하중판(233)에 인가되면, 압력하중전달축(235)과 진동유도스프링(239)에 의해 하중전달판(237)이 상하방향으로 공진하게되고, 하중전달판(237)에 연결된 자성체(210)는 함께 상하방향으로 공진하게 된다.
즉, 자성체(210)는 상하방향으로의 운동을 반복하게 된다. 따라서, 자성체(210)는 유도코일부(220)의 코일의 개구를 반복적으로 삽통하면서 상대적 속도가 발생되고, 이로 인한 전자기유도현상에 의해 기전력이 발생되어 전류가 생성된다.
다음으로, 전자기발전부(200)에서 압전발전부(300) 연결되는 완충부(400)의 직접충격하중을 여진에 의한 진동에너지로 감쇄시키는 과정을 살펴본다.
완충부(400)는 전자기발전부(200)와 압전발전부(300)를 직접적으로 접촉시키지 않고, 양자 사이에 탄성부재(410)를 배치시킴으로써 전자기발전부(200)에 가해지는 직접충격하중을 여진의 형태로 감쇄시켜 압전발전부(300)로 전달한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 탄성케이블 자체의 탄성력에 의한 상하방향 운동에 의해 감쇄될 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 전자기발전부(200)에 가해진 직접충격하중은 완충부(400)와 연결된 전자기발전부(200)의 단부를 통해 완충부(400)로 전달되고, 전자기발전부(200)에서 연장된 제1 부재(420)와 압전발전부(300)에서 연장된 제2 부재(430) 사이의 공간에 배치된 복수의 탄성부재(410)에 의해 공진운동을 하는 과정에서 감쇄될 수 있다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 전자기발전부(200)에 가해진 직접충격하중은 완충부(400)와 연결된 전자기발전부(200)의 단부를 통해 완충부(400)로 전달되고, 전자기발전부(200)에서 연장된 제1 부재(420)와 압전발전부(300)에서 연장된 제2 부재(430) 사이에 제1 부재(420)와 제2 부재(430)를 둘러싸는 제3 부재(440)를 배치하고, 재제1 부재(420)와 제3 부재(440)의 사이와, 제2 부재(430)와 제3 부재(440) 사이의 공간에 배치된 복수의 탄성부재(410)에 의해 공진운동하는 과정에서 감쇄될 수 있다.
다음으로, 완충부(400)에서 감쇄된 진동에너지에 의해 압전발전부(300)에서 전류가 생성되는 과정을 살펴본다.
완충부(400)에서 감쇄된 진동에너지는 압전발전부(300)에 설치된 캔틸레버(320)를 진동시키고, 상기 캔틸레버(320)에 구비되는 복수의 압전소자(330)가 캔틸레버(320)의 진동시 휨 변형에 따른 압력변화를 받아 발생된 전위차에 의해 전류가 생성된다.
먼저, 이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100: 하이브리드 발전장치 200: 전자기발전부
210: 자성체 220: 유도코일부
230: 하중전달부 233: 압력하중판
235: 압력하중전달축 237: 하중전달판
239: 진동유도스프링 300: 압전발전부
310: 진동전달부 313: 진동전달축
315: 진동전달판 320: 캔틸레버
330: 압전소자 340: 단위캔틸레버부
340a: 제1 단위캔틸레버부 340b: 제2 단위캔틸레버부
350: 질량체 400: 완충부
410: 탄성부재 420: 제1 부재
430: 제2 부재 440: 제3 부재

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 외부에서 가해지는 하중에 의해 발생되는 외부의 자력변화로부터 전류를 생성시키는 전자기발전부;
    휨변형에 따른 압력변화를 받아 전류를 생성시키는 단위압전소자를 포함하는 압전발전부; 및
    상기 전자기발전부와 상기 압전발전부를 연결하도록 구비되어, 상기 전자기발전부에 직접 가해진 하중을 여진에 의한 진동에너지로 감쇄시켜 상기 압전발전부로 전달하는 완충부;를 포함하고,
    상기 완충부는,
    상기 전자기발전부의 단부에서 연장 형성되는 제1 부재와,
    상기 압전발전부의 단부에서 연장 형성되는 제2 부재를 포함하고,
    상기 제1 부재와 제2 부재 중 어느 하나가 다른 하나를 둘러싸는 형태로 구비되고,
    상기 제1 부재와 제2 부재의 사이의 공간에 복수의 탄성부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
  3. 외부에서 가해지는 하중에 의해 발생되는 외부의 자력변화로부터 전류를 생성시키는 전자기발전부;
    휨변형에 따른 압력변화를 받아 전류를 생성시키는 단위압전소자를 포함하는 압전발전부; 및
    상기 전자기발전부와 상기 압전발전부를 연결하도록 구비되어, 상기 전자기발전부에 직접 가해진 하중을 여진에 의한 진동에너지로 감쇄시켜 상기 압전발전부로 전달하는 완충부;를 포함하고,
    상기 완충부는,
    상기 전자기발전부의 단부에서 연장 형성되는 제1 부재와,
    상기 압전발전부의 단부에서 연장 형성되는 제2 부재 및
    상기 제1 부재와 제2 부재의 단부를 둘러싸는 형태로 구비되는 제3 부재를 포함하고,
    상기 제1 부재와 제3 부재의 사이와, 제2 부재와 제3 부재 사이의 공간에 복수의 탄성부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 완충부는
    상기 전자기발전부와 상기 압전발전부를 연결하는 탄성부재로 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 탄성부재는 탄성케이블로 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자기발전부는,
    외부에 가해지는 하중에 의해 진동운동하는 자성체와
    상기 자성체가 내부로 삽통되는 유도코일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전자기발전부는,
    상기 유도코일부와 상기 자성체를 구비하는 복수개의 개별유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
  8. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자기발전부는,
    외부에서 가해지는 하중을 전달하는 하중전달부와,
    상기 하중전달부에 구비되어, 상하방향으로 진동운동하는 자성체 및
    상기 자성체가 내부로 삽통되는 유도코일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 하중전달부는,
    외부에서 가해지는 직접 하중을 받는 압력하중판과,
    상기 압력하중판에 전달되는 하중을 전달하는 압력하중전달축과
    상기 압력하중전달축으로부터 하중이 전달되는 하중전달판 및
    상기 하중전달판의 상하방향의 진동을 유도하는 진동유도스프링을 포함하고,
    상기 압력하중전달축은 상기 압력하중판의 양측에 설치되어, 상기 자성체와 유도코일부의 간섭을 방지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
  10. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전발전부는,
    상기 완충부에 연결되어 상기 압전발전부를 지지하고 상하방향으로 진동시키는 진동전달부와,
    일측 고정단은 상기 진동전달부에 고정되고, 타측 자유단은 탄성복원력에 의해 상기 자유단에서 최대진폭으로 진동하도록 설치된 복수의 캔틸레버와,
    상기 캔틸레버에 구비되는 복수개의 압전소자 및
    상기 자유단의 끝단에 배치되어 상기 캔틸레버의 진동을 유도하는 질량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 진동전달부는,
    상기 완충부에 연결되어 상기 압전발전부를 지지하는 진동전달축과,
    상기 진동전달축에 거치되어, 상하방향으로 진동하는 진동전달판을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 캔틸레버는,
    단층으로 설치되거나, 상기 진동전달부의 상부와 하부로 분리되는 형태로 일정한 간격을 두고 설치되는 복층으로 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 압전발전부는 복수개의 상기 전자기발전부의 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
  14. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전발전부는,
    상기 압전발전부에 인가되는 여진에 의한 다양한 진동수를 가지는 진동에너지를 활용한 전기에너지의 생성이 가능하도록 상이한 길이의 복수개의 캔틸레버를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
  15. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전발전부는,
    복수개의 캔틸레버를 포함하는 단위캔틸레버부를 포함하고,
    상기 단위캔틸레버부는 다양한 방향에서 인가되는 진동에너지를 활용한 전기에너지의 생성이 가능하도록 가로방향과 세로방향으로 교차되어 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전장치.
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