KR101709396B1 - 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치 - Google Patents

진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101709396B1
KR101709396B1 KR1020150069677A KR20150069677A KR101709396B1 KR 101709396 B1 KR101709396 B1 KR 101709396B1 KR 1020150069677 A KR1020150069677 A KR 1020150069677A KR 20150069677 A KR20150069677 A KR 20150069677A KR 101709396 B1 KR101709396 B1 KR 101709396B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
energy
piezoelectric
energy harvesting
vibration
sensor device
Prior art date
Application number
KR1020150069677A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160136027A (ko
Inventor
김남윤
김관하
Original Assignee
대하테크원(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대하테크원(주) filed Critical 대하테크원(주)
Priority to KR1020150069677A priority Critical patent/KR101709396B1/ko
Publication of KR20160136027A publication Critical patent/KR20160136027A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101709396B1 publication Critical patent/KR101709396B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H01L41/0471—
    • H01L41/0825—
    • H01L41/083—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/186—Vibration harvesters
    • H02N2/188—Vibration harvesters adapted for resonant operation

Abstract

본 발명은 일단이 고정되는 복수 개의 고정체 및 일정한 길이, 두께 및 간격을 갖고, 서로 상이한 너비를 가지며, 상기 고정체의 일면 상에 연장된 상태로 배치되는 복수 개의 압전 소자를 포함하고, 상기 복수 개의 압전 소자는 다중 주파수 범위에서 다중 진동 주파수를 검출하고, 상기 검출된 다중 진동 주파수에 의해 발생되는 에너지를 인출하는 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치를 개시한다.

Description

진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치{SENSOR DEVICE FOR DETECTING VIBRATION AND HAVESTING ENERGY}
본 발명은 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 검출된 다중 진동 주파수에 의해 발생되는 에너지를 하베스팅하는 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치에 관한 것이다.
에너지 하베스팅(energy havesting)은 주변에서 버려지는 에너지를 하베스팅하고, 하베스팅되는 에너지를 사용할 수 있는 전기 에너지로 변환하여 이용하는 것이다.
에너지 하베스팅의 주요 에너지원은 진동, 빛, 열, 전자기파 및 움직임이 작용하는 물체(또는 사람 등)로부터 획득될 수 있다.
에너지 하베스팅 방법은 대표적으로 압전 현상(piezoelectric effect), 자기 변형 현상(magnetostriction effect) 또는 전자기 유도 현상(faraday's law of electromagnetic induction)에 의한 진동 에너지를 하베스팅하는 방법, 태양 전지(solar cell)에 의한 빛 에너지를 하베스팅하는 방법, 제백 효과(seeback effect)에 의한 열 에너지를 하베스팅하는 방법 등이 있다.
본 발명은 전술한 에너지 하베스팅 방법 중에서 압전 현상에 의한 진동 에너지를 하베스팅하는 것에 관한 것이다.
종래의 압전 현상에 의한 진동 에너지를 하베스팅하는 센서 장치는 고정체, 고정체의 일면 상에 연장된 상태로 배치되는 외팔보(cantilever), 외팔보 상에 배치되는 압전체 및 외팔보 자유단 측에 배치되는 질량체(proof mass)를 포함할 수 있다.
또한, 종래의 하베스팅 센서 장치의 동작 방법은 고정체가 진동함에 따라 외팔보가 진동하면서 압전 소자를 변형시키고, 이러한 변형이 분극(polarization)되면서 에너지를 발생시키는 것이다.
그러나, 종래의 하베스팅 센서 장치는 단일 구조의 압전체를 포함하고 있어서 하베스팅 되는 에너지의 용량이 제한적일 수 있고, 센서의 공간 면적 대비 하베스팅 활용도가 제한적일 수 있다.
또한, 종래의 하베스팅 센서 장치의 제조 방법은 외팔보 자유단 측에 질량체를 배치하기 위한 드라이 에칭 공정(dry etching process)을 포함하고 있어서 공정 비용이 증가하는 문제점이 존재할 수 있다.
또한, 종래의 하베스팅 센서 장치의 회로는 진동 에너지를 하베스팅하기 위한 회로를 포함하고 있으나, 센서 장치가 부착된 물체(예를 들어, 차량의 타이어 등)의 안전성 점검을 위하여 진동(또는 진동 주파수)을 검출값으로 변환하기 위한 회로를 포함하고 있지 않다.
대한민국 공개특허 제1020110066645호(2011.06.17). "진동 에너지 하베스트 소자" 대한민국 등록특허 제101301695호(2013.08.23). "에너지 수확 장치"
본 발명은 질량체를 배치하기 위한 드라이 에칭 공정이 포함되지 않아 공정이 간소화되고, 복수 개의 압전 소자를 이용하여 다중 진동 주파수에 대한 에너지를 하베스팅함으로써 에너지의 용량을 증대시키는 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치를 제공한다.
본 발명은 복수 개의 고정체의 배치 구조와, 일정한 길이, 두께 및 간격을 갖고, 서로 상이한 너비를 가지며, 고정체의 일면 상에 연장된 상태로 배치되는 복수 개의 압전 소자의 배치 구조를 통하여 공간 면적 대비 하베스팅 활용도를 증대시키는 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치를 제공한다.
본 발명은 다중 진동 주파수에 의해 발생되는 에너지를 하베스팅하고, 동시에 다중 진동 주파수에서 선정된 응답 특성을 갖는 적어도 하나의 진동 주파수를 안전성 점검을 위한 검출값으로 변환하는 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 일단이 고정되는 복수 개의 고정체 및 일정한 길이, 두께 및 간격을 갖고, 서로 상이한 너비를 가지며, 상기 고정체의 일면 상에 연장된 상태로 배치되는 복수 개의 압전 소자를 포함하고, 상기 복수 개의 압전 소자는 다중 주파수 범위에서 다중 진동 주파수를 검출하고, 상기 검출된 다중 진동 주파수에 의해 발생되는 에너지를 인출한다.
상기 압전 소자는 진동을 에너지로 변환하는 압전체 및, 상기 변환된 에너지를 인출하는 상부 전극 및 하부 전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 압전 소자는 상기 압전체 상부 상에 상기 상부 전극이 배치되고, 상기 압전체 하부 상에 상기 하부 전극이 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 압전체는 선정된 도메인 간격을 갖는 복수 개의 도메인 압전체를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 압전 소자는 제1 진동 주파수를 제1 에너지로 변환하고, 상기 변환된 제1 에너지를 인출하는 제1 압전 세트, 제2 진동 주파수를 제2 에너지로 변환하고, 상기 변환된 제2 에너지를 인출하는 제2 압전 세트 및 상기 제1 압전 세트와 제2 압전 세트 간의 간섭을 제거하는 지지체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 압전 소자는 상기 지지체 상부 상에 상기 제1 압전 세트가 배치되고, 상기 지지체 하부 상에 상기 제2 압전 세트가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 상기 복수 개의 고정체 일단이 고정 또는 패키지화되도록 유지하는 하우징을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 상기 복수 개의 압전 소자와 연결되고, 상기 인출된 에너지를 하베스팅하는 공진 회로 및 상기 하베스팅된 에너지를 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전압을 조정하는 정류 회로를 더 포함할 수 있다.
상기 공진 회로는 커패시터, 레지스터, 인덕터 및 발광 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 상기 다중 진동 주파수에서 선정된 응답 특성을 갖는 적어도 하나의 진동 주파수를 안전성 점검을 위한 검출값으로 변환하는 변환 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 복수 개의 고정체가 하나의 패키지의 형태로 배치되는 적어도 하나의 패키지 세트; 및 일정한 길이, 두께 및 간격을 갖고, 서로 상이한 너비를 가지며, 상기 고정체의 일면 상에 연장된 상태로 배치되는 복수 개의 압전 소자를 포함하고, 상기 복수 개의 압전 소자는 다중 주파수 범위에서 다중 진동 주파수를 검출하고, 상기 검출된 다중 진동 주파수에 의해 발생되는 에너지를 인출한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 상기 적어도 하나의 패키지 세트 일단이 고정되도록 유지하는 적어도 하나의 하우징; 및 상기 적어도 하나의 하우징이 모듈화되어 하나의 세트의 형태로 배치되는 모듈화 세트를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 질량체를 배치하기 위한 드라이 에칭 공정이 포함되지 않아 공정이 간소화될 수 있고, 복수 개의 압전 소자를 이용하여 다중 진동 주파수에 대한 에너지를 하베스팅함으로써 에너지의 용량을 증대시킬 수 있다.
본 발명은 복수 개의 고정체의 배치 구조와, 일정한 길이, 두께 및 간격을 갖고, 서로 상이한 너비를 가지며, 고정체의 일면 상에 연장된 상태로 배치되는 복수 개의 압전 소자의 배치 구조를 통하여 공간 면적 대비 하베스팅 활용도를 증대시킬 수 있다.
본 발명은 다중 진동 주파수에 의해 발생되는 에너지를 하베스팅할 수 있고, 동시에 다중 진동 주파수에서 선정된 응답 특성을 갖는 적어도 하나의 진동 주파수를 안전성 점검을 위한 검출값으로 변환할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치를 도시한 도면이다.
도 1b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제3 실시예에 따른 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 도메인 간격을 갖는 복수 개의 압전체를 포함하는 압전 소자를 도시한 예이다.
도 4는 압전 세트를 포함하는 압전 소자를 도시한 예이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치를 도시한 도면이다.
도 6a는 각각의 하베스팅된 에너지를 병렬로 조정하는 정류 회로를 도시한 예이다.
도 6b는 각각의 하베스팅된 에너지를 직렬로 조정하는 정류 회로를 도시한 예이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 ""직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below 또는 beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이 경우 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치를 도시한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 고정체(110) 및 복수 개의 압전 소자를 포함할 수 있다.
고정체(110)는 일단이 고정되고, 복수 개의 압전 소자는 일정한 길이(length) 및 간격(interval)을 갖고, 서로 상이한 두께(thickness)를 가지며, 고정체의 일면 상에 연장된 상태로 배치될 수 있다.
복수 개의 압전 소자는 다중 주파수 범위에서 다중 진동 주파수를 검출하고, 검출된 다중 진동 주파수에 의해 발생되는 에너지를 인출할 수 있다.
또한, 복수 개의 압전 소자는 각각 서로 진동 주파수에 반응할 수 있기 때문에, 다중 진동 주파수 범위에서 진동을 검출할 수 있다.
압전 소자(120)는 압전체(121), 상부 전극(122) 및 하부 전극(123)을 포함할 수 있고, 압전 소자(120)는 압전체(121) 상부 상에 상부 전극(122)이 배치되고, 압전체(121) 하부 상에 하부 전극(123)이 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 압전체(121)는 진동을 에너지로 변환할 수 있고, 상부 전극(122) 및 하부 전극(123)은 변환된 에너지를 인출할 수 있다.
도 1b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치를 도시한 도면이다.
도 1b를 참조하면, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 도 1a에 도시된 바와 같이, 고정체 및 복수 개의 압전 소자를 포함할 수 있다.
다만, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 도 1a에 도시된 배치 구조와 다를 수 있다.
보다 상세하게는, 도 1b에서 고정체는 일단이 고정되고, 복수 개의 압전 소자는 일정한 두께 및 간격을 갖고, 서로 상이한 길이를 가지며, 고정체의 일면 상에 연장된 상태로 배치될 수 있다.
실시예에 따르면, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 장치는 다중 진동 주파수에 의한 에너지의 용량을 증대시키기 위하여 적층 구조 또는 선정된 간격으로 배치되는 겹겹의 층 구조를 적용할 수 있다.
그러나, 도 1a에 도시된 진동 검출 및 에너지 하베스팅 장치는 복수 개의 고정체를 적용하는 경우, 상이한 두께를 갖는 복수 개의 압전 소자로 인해 각각의 고정체 층 사이에서 비균일적인 공간이 존재하게 되고, 각 소자 간의 체결력의 변화가 발생될 수 있다.
또한, 도 1b에 도시된 진동 검출 및 에너지 하베스팅 장치는 복수 개의 고정체를 적용하는 경우 또는 적용하지 않는 경우, 상이한 길이를 갖는 복수 개의 압전 소자로 인해 공간 낭비가 존재하게 되고, 공간 면적 대비 하베스팅 활용도가 감소될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 비균일적인 공간을 제거하고, 각 소자 간의 체결력이 향상되며, 공간 면적 대비 하베스팅 활용도가 우수한 진동 검출 및 에너지 하베스팅 장치를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제3 실시예에 따른 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 복수 개의 고정체(210-1, 210-2, …, 210-n) 및 복수 개의 압전 소자를 포함한다.
복수 개의 고정체(210-1, 210-2, …, 210-n)는 일단이 고정되고, 복수 개의 압전 소자는 일정한 길이, 두께 및 간격을 갖고, 서로 상이한 너비를 가지며, 고정체의 일면 상에 연장된 상태로 배치된다.
복수 개의 압전 소자는 다중 주파수 범위에서 다중 진동 주파수를 검출하고, 검출된 다중 진동 주파수에 의해 발생되는 에너지를 인출할 수 있다.
또한, 복수 개의 압전 소자는 각각 서로 진동 주파수에 반응할 수 있기 때문에, 다중 진동 주파수 범위에서 진동을 검출할 수 있다.
실시예에 따르면, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 복수 개의 압전 소자와 연결되고, 인출된 에너지를 하베스팅하는 공진 회로(미도시), 하베스팅된 에너지를 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전압을 조정하는 정류 회로(미도시)를 더 포함할 수 있다.
공진 회로는 커패시터, 레지스터, 인덕터 및 발광 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 인출된 에너지를 하베스팅하는 공진 회로는 다중 주파수 진동 중 가장 큰 진폭을 갖는 압전 소자에서 인출되는 에너지만을 하베스팅하거나, 압전소자들 각각으로부터 인출되는 에너지를 결합하여 하베스팅하는 것이 가능하다.
다른 실시예에 따르면, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 다중 진동 주파수에서 선정된 응답 특성을 갖는 적어도 하나의 진동 주파수를 안전성 점검을 위한 검출값으로 변환하는 변환 회로(미도시)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 다양한 응답 특성을 갖는 다중 진동 주파수를 검출할 수 있으므로, 타이어의 상태 변화를 효율적으로 감지할 수 있다.
타이어의 상태 변화는 타이어의 공기압의 이상, 타이어 손상, 타이어 변형(예를 들어, 다이 휠 변형 등), 타이어에 부착된 이물질 및 주행 중인 차량의 적재 중량 상태에 따른 타이어 이상 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 복수 개의 압전 소자들 중 가장 큰 진폭을 갖는 주파수를 해당 타이어의 진동 주파수로 결정하거나, 기준 값 이상의 진폭을 갖는 주파수들의 평균값을 해당 타이어의 진동 주파수로 결정할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 다중 진동 주파수에 의해 생성되는 전기 에너지(하베스팅 에너지)를 이용하여 차량 시스템(예를 들어, 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU, Micro controller Unit)) 또는 외부 장치(예를 들어, 스마트폰과 같은 이동통신 단말기 등)와의 통신을 수행할 수 있다.
여기에서 통신의 의미는 검출값에 대한 정보 또는 타이어의 상태 변화에 대한 정보를 송수신하기 위한 의미일 수 있다.
또한, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 마이크로 컨틀롤러 유닛이 이동통신 단말기와의 통신을 수행할 수 있도록 하베스팅 에너지를 제공할 수 있다.
실시예에 따르면, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 전기 에너지를 저장 또는 충전하는 전력 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
압전 소자(120)는 압전체(121), 상부 전극(122) 및 하부 전극(123)을 포함할 수 있고, 압전 소자(220)는 압전체(221) 상부 상에 상부 전극(222)이 배치되고, 압전체(221) 하부 상에 하부 전극(223)이 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 압전체(221)는 진동 주파수를 에너지로 변환할 수 있고, 상부 전극(222) 및 하부 전극(223)은 변환된 에너지를 인출할 수 있다. 이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 압전체(221) 또는 압전 소자(220)의 다양한 실시예를 설명하기로 한다.
도 3은 도메인 간격을 갖는 복수 개의 압전체를 포함하는 압전 소자를 도시한 예이다.
도 3을 참조하면, 압전 소자(320)에서 압전체는 선정된 도메인 간격을 갖는 복수 개의 도메인 압전체를 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 압전체는 복수 개의 도메인 압전체 사이에 존재하는 선정된 도메인 간격을 통하여 진동 이외의 외부 자극(external stress) 영향을 적게 받는다.
예를 들어, 압전 소자(320)의 일측에서 외부 자극을 받는 경우, 외부 자극을 직접적으로 영향을 받는 도메인 압전체 주위의 도메인 압전체들은 도메인 간격에 의해 외부 자극이 분산되어 외부 자극에 대한 영향을 적게 받는다.
도 4는 압전 세트를 포함하는 압전 소자를 도시한 예이다.
도 4를 참조하면, 압전 소자(420)는 제1 압전 세트(421), 제2 압전 세트(422) 및 지지체(423)를 포함할 수 있다.
제1 압전 세트(421)는 제1 진동 주파수를 제1 에너지로 변환하고, 상기 변환된 제1 에너지를 인출할 수 있고, 제2 압전 세트(422)는 제2 진동 주파수를 제2 에너지로 변환하고, 상기 변환된 제2 에너지를 인출할 수 있으며, 지지체(423)는 제1 압전 세트와 제2 압전 세트 간의 간섭을 제거할 수 있다. 지지체(423)는 전기나 열을 전하지 않는 절연 물질을 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 압전 소자(420)는 지지체(423) 상부와 하부 상에 제1 압전 세트(421) 및 제2 압전 세트(422)가 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
보다 상세하게는, 압전 소자(420)는 지지체(423) 상부 상에 제1 압전 세트(421)가 배치되고, 지지체(423) 하부 상에 제2 압전 세트(422)가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
제1 압전 세트(421)는 압전체, 상부 전극 및 하부 전극을 포함할 수 있고, 제1 압전 세트(421)는 압전체 상부 상에 상부 전극이 배치되고, 압전체 하부 상에 하부 전극이 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 제2 압전 세트(422)의 배치 구조는 제1 압전 세트(422)의 배치 구조와 동일한 형태로 배치될 수 있다.
따라서, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 대칭적으로 배치되는 압전 세트들(421, 422)을 포함하는 압전 소자(420)의 배치 구조를 통하여 진동 주파수에 대한 에너지를 증대된 용량으로 인출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 하나의 패키지 세트, 복수 개의 압전 소자를 포함할 수 있다.
하나의 패키지 세트는 복수 개의 고정체가 하나의 패키지의 형태로 배치되고, 복수 개의 압전 소자는 일정한 길이, 두께 및 간격을 갖고, 서로 상이한 너비를 가지며, 상기 고정체의 일면 상에 연장된 상태로 배치된다.
복수 개의 압전 소자는 다중 주파수 범위에서 다중 진동 주파수를 검출하고, 상기 검출된 다중 진동 주파수에 의해 발생되는 에너지를 인출하고, 복수 개의 압전 소자에 대한 상세한 설명은 전술한 도 2 내지 도 4를 참조하기로 한다.
실시예에 따르면, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 적어도 하나의 패키지 세트 일단이 고정되도록 유지하는 적어도 하나의 하우징 및 적어도 하나의 하우징이 모듈화되어 하나의 세트의 형태로 배치되는 모듈화 세트를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 복수 개의 고정체가 패키지화된 하나의 패키지 세트를 포함할 수 있고, 하나의 패키지 세트는 하우징 일측 상에 고정될 수 있다.
또한, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 복수 개의 패키지 세트를 포함할 수 있고, 복수 개의 패키지 세트는 하우징 상에 고정될 수 있다.
또한, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 복수 개의 하우징이 모듈화된 하나의 모듈화 세트를 포함할 수 있다.
도 6a는 각각의 하베스팅된 에너지를 병렬로 조정하는 정류 회로를 도시한 예이고, 도 6b는 각각의 하베스팅된 에너지를 직렬로 조정하는 정류 회로를 도시한 예이다.
도 6a를 참조하면, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 각각의 하베스팅된 에너지를 직류 전압으로 변환하는 복수 개의 교류/직류 변환기 및 각각의 변환된 직류 전압에 대한 전류를 병렬로 정류하는 하나의 캐패시터를 포함할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치는 각각의 하베스팅된 에너지를 직류 전압으로 변환하는 복수 개의 교류/직류 변환기 및 각각의 변환된 직류 전압을 직렬로 정류하기 위한 복수 개의 캐패시터를 포함할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110, 210: 고정체
120, 220, 320, 420: 압전 소자
121, 221: 압전체
122, 222: 상부 전극
123, 223: 하부 전극
421: 제1 압전 세트
422: 제2 압전 세트
423: 지지체

Claims (12)

  1. 일단이 고정되는 복수 개의 고정체; 및
    일정한 길이, 두께 및 간격을 갖고, 서로 상이한 너비를 가지며, 상기 고정체의 일면 상에 일부분만이 전기적으로 연결되고 상기 일부분을 제외하는 나머지 부분은 상기 고정체의 방향에 직교하는 방향에서 연장된 상태로 배치되는 복수 개의 압전 소자
    를 포함하고,
    상기 복수 개의 압전 소자는 다중 주파수 범위에서 다중 진동 주파수를 검출하고, 상기 검출된 다중 진동 주파수에 의해 발생되는 에너지를 인출하는
    진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압전 소자는
    진동을 에너지로 변환하는 압전체; 및
    상기 변환된 에너지를 인출하는 상부 전극 및 하부 전극
    을 포함하는 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압전 소자는
    상기 압전체 상부 상에 상기 상부 전극이 배치되고, 상기 압전체 하부 상에 상기 하부 전극이 배치되는 것을 특징으로 하는
    진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 압전체는
    선정된 도메인 간격을 갖는 복수 개의 도메인 압전체를 포함하는
    진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압전 소자는
    제1 진동 주파수를 제1 에너지로 변환하고, 상기 변환된 제1 에너지를 인출하는 제1 압전 세트;
    제2 진동 주파수를 제2 에너지로 변환하고, 상기 변환된 제2 에너지를 인출하는 제2 압전 세트; 및
    상기 제1 압전 세트와 제2 압전 세트 간의 간섭을 제거하는 지지체
    를 포함하는 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압전 소자는
    상기 지지체 상부 상에 상기 제1 압전 세트가 배치되고, 상기 지지체 하부 상에 상기 제2 압전 세트가 배치되는 것을 특징으로 하는
    진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 고정체 일단이 고정 또는 패키지화되도록 유지하는 하우징
    을 더 포함하는 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 압전 소자와 연결되고, 상기 인출된 에너지를 하베스팅하는 공진 회로; 및
    상기 하베스팅된 에너지를 직류 전압으로 변환하고, 변환된 직류 전압을 조정하는 정류 회로
    를 더 포함하는 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 공진 회로는
    커패시터, 레지스터, 인덕터 및 발광 소자 중 적어도 하나를 포함하는
    진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 다중 진동 주파수에서 선정된 응답 특성을 갖는 적어도 하나의 진동 주파수를 안전성 점검을 위한 검출값으로 변환하는 변환 회로
    를 더 포함하는 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치.
  11. 복수 개의 고정체가 하나의 패키지의 형태로 배치되는 적어도 하나의 패키지 세트; 및
    일정한 길이, 두께 및 간격을 갖고, 서로 상이한 너비를 가지며, 상기 고정체의 일면 상에 일부분만이 전기적으로 연결되고 상기 일부분을 제외하는 나머지 부분은 상기 고정체의 방향에 직교하는 방향에서 연장된 상태로 배치되는 복수 개의 압전 소자
    를 포함하고,
    상기 복수 개의 압전 소자는 다중 주파수 범위에서 다중 진동 주파수를 검출하고, 상기 검출된 다중 진동 주파수에 의해 발생되는 에너지를 인출하는
    진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 패키지 세트 일단이 고정되도록 유지하는 적어도 하나의 하우징; 및
    상기 적어도 하나의 하우징이 모듈화되어 하나의 세트의 형태로 배치되는 모듈화 세트
    를 더 포함하는 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치.
KR1020150069677A 2015-05-19 2015-05-19 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치 KR101709396B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150069677A KR101709396B1 (ko) 2015-05-19 2015-05-19 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150069677A KR101709396B1 (ko) 2015-05-19 2015-05-19 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160136027A KR20160136027A (ko) 2016-11-29
KR101709396B1 true KR101709396B1 (ko) 2017-02-22

Family

ID=57706454

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150069677A KR101709396B1 (ko) 2015-05-19 2015-05-19 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101709396B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11837977B2 (en) 2020-04-27 2023-12-05 Korea Institute Of Science And Technology Self-resonance tuning piezoelectric energy with broadband frequency

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6952292B2 (ja) * 2017-01-31 2021-10-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発電装置
KR101893324B1 (ko) * 2018-04-10 2018-08-29 김홍섭 압전소자를 이용한 설비운전상태 모니터링 장치
KR102143686B1 (ko) * 2018-04-25 2020-08-11 한양대학교 산학협력단 Rf 신호를 이용하는 에너지 하베스팅 장치
CN108832843B (zh) * 2018-07-17 2019-10-29 大连理工大学 一种基于d15模式的压电扭转俘能器
CN108847786B (zh) * 2018-07-17 2019-08-09 大连理工大学 一种具有可调频、高幅值和大带宽的预压俘能器
CN108964520B (zh) * 2018-07-20 2019-07-05 南方科技大学 能量收集器
KR102456757B1 (ko) * 2020-12-08 2022-10-21 한국전자기술연구원 RF 신호 및 광 에너지를 에너지 하베스팅하는 트랜스듀서 및 이를 포함하는 IoT 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012175712A (ja) * 2011-02-17 2012-09-10 Seiko Epson Corp 発電装置
KR101338392B1 (ko) * 2012-12-21 2013-12-06 퍼스텍주식회사 압전 소자를 가지는 하이브리드 발전기

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2847758B2 (ja) * 1989-06-06 1999-01-20 日本電気株式会社 超音波モータの駆動方法および超音波モータ用振動子
KR20110066645A (ko) 2009-12-11 2011-06-17 한국전자통신연구원 진동 에너지 하베스트 소자
KR101129012B1 (ko) * 2010-03-22 2012-03-23 서울대학교산학협력단 압전 에너지 수확 장치 및 이 장치의 동작 주파수 조절 방법
KR101301695B1 (ko) 2012-07-27 2013-08-30 대구가톨릭대학교산학협력단 에너지 수확장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012175712A (ja) * 2011-02-17 2012-09-10 Seiko Epson Corp 発電装置
KR101338392B1 (ko) * 2012-12-21 2013-12-06 퍼스텍주식회사 압전 소자를 가지는 하이브리드 발전기

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11837977B2 (en) 2020-04-27 2023-12-05 Korea Institute Of Science And Technology Self-resonance tuning piezoelectric energy with broadband frequency

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160136027A (ko) 2016-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101709396B1 (ko) 진동 검출 및 에너지 하베스팅 센서 장치
JP4663035B2 (ja) 振動発電器、振動発電装置及び振動発電装置を搭載した通信装置
US20100141094A1 (en) Piezoelectric energy harvesting system
JP5338995B2 (ja) 電力伝送システム、及び該電力伝送システムで用いる送電装置
KR101727252B1 (ko) 압전 에너지 하베스팅 장치
WO2014017204A1 (ja) 振動発電体
CN106558907B (zh) 一种终端充电装置和终端
KR101626238B1 (ko) 진동 에너지 검출 장치, 진동 에너지 검출 시스템
CN107919815B (zh) 一种基于压电发电的能量收集装置控制系统的控制方法
Zhu et al. Vibration energy harvesting in automobiles to power wireless sensors
CN102176646A (zh) 驻极体薄膜自由微振发电器件
KR101417848B1 (ko) 드럼 헤드 구조를 가지는 진동 에너지 하베스팅 장치
Pasharavesh et al. Coupled electromechanical analysis of MEMS-based energy harvesters integrated with nonlinear power extraction circuits
KR101500359B1 (ko) 압전 발전기
KR101332006B1 (ko) 전방향 진동 기반 에너지 하베스터
KR101053487B1 (ko) 진동주파수 변환장치, 진동주파수 변환장치를 이용한 에너지 포집기 및 에너지 포집방법
CN209836601U (zh) 减振俘能装置、滚筒洗衣机
EP2876806A1 (en) Vibration-based power generation device
Oliveira et al. Development of an electromagnetic energy harvesting system based on a current transformer for use in industrial electric motors
JP5790599B2 (ja) 振動発電装置
US10205409B1 (en) Power generating tile assembly
Ali et al. Investigation of hybrid energy harvesting circuits using piezoelectric and electromagnetic mechanisms
CN102946212B (zh) 一种边缘电场驱动的静电式振动能量收集装置
Mustapha et al. Experimental comparison of piezoelectric rectifying circuits for energy harvesting
CN217769914U (zh) 振动能量回收装置和振动源

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200217

Year of fee payment: 4