KR101722326B1 - 단위모듈형 압전 에너지 하베스터 및 이를 포함하는 도로용 압전 에너지 하베스팅 시스템 - Google Patents

단위모듈형 압전 에너지 하베스터 및 이를 포함하는 도로용 압전 에너지 하베스팅 시스템 Download PDF

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한양대학교 산학협력단
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Abstract

일 실시예에 따른 단위모듈형 압전 에너지 하베스터는, 챔버, 상기 챔버의 일면에 구비되고 가해지는 외력에 의해 회전될 수 있는 변환 부재, 상기 변환 부재 하단에 구비되어 상기 변환 부재와 함께 회전하는 타격 부재, 상기 일면을 기준으로 상기 챔버 내의 측면에 구비되어 일단이 상기 측면에 고정되고 타단은 상기 타격 부재에 의해 타격될 수 있는 변형 플레이트 및 상기 변형 플레이트의 적어도 일면에 부착되어 진동 에너지를 전기 에너지를 변환 시킬 수 있는 압전 소자를 포함할 수 있다.

Description

단위모듈형 압전 에너지 하베스터 및 이를 포함하는 도로용 압전 에너지 하베스팅 시스템{A MODULAR UNIT PIEZOELECTRIC ENERGY HARVESTER AND PIEZOELECTRIC ENERGY HARVESTING SYSTEM COMPRISING THE SAME FOR ROAD}
아래의 실시예들은 단위모듈형 압전 에너지 하베스터에 관한 것이다.
최근 자연의 에너지 사용 비중이 꾸준히 늘어나고 있으며 발전량의 크기도 점점 대형화되고 있어 이를 위한 발전시스템의 용량도 늘어나고 있다. 일반적인 신재생의 에너지 발전, 태양광이나 풍력 발전의 경우 불규칙한 자연에너지로 인하여 발전량이 안정적이지 못하고 사람들로부터 멀리 떨어진 곳에 설치하여야 되는 문제가 있어 추가적인 발전시스템이 고려되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 여러 형태의 분산전원으로서 발전 시스템이 고려되고 있으나, 신재생에너지의 발전효율 등을 고려할 때, 압전발전시스템의 개발이 진행 중이다.
일반적인 풍력발전의 형태는 산간지역 등 바람이 많이 부는 곳의 고정된 위치에서 대형 프로펠러를 설치하여 전기를 생산하고, 도시 지역으로 에너지를 전달하는 방식의 시스템을 구성한다. 또한, 태양광 발전의 형태는 산간지역이나 햇빛이 잘 드는 곳의 고정된 위치에서 대형 태양집광판을 설치하여 전기를 생산하고, 필요한 곳으로 전력을 전달하는 방식의 시스템을 구성한다. 진동이나 압력을 이용한 발전기술은 일반적으로 세라믹 압전소자를 사용하여, 인구 유동이 많은 전철이나 고속도로 등의 바닥에 설치하여 에너지를 수확한다.
하지만, 기존의 풍력발전기나 태양광발전기는 그 크기와 형태, 상대적인 구성의 복잡성 및 낮은 내구성에 의해 휴대 및 이동에 그 한계가 있어 사용하기 어렵다. 또한, 이러한 풍력발전기는 난류에 의해 발생되는 반복 및 지속적이지 않은 랜덤(random)한 진동 혹은 수류를 수확하기에는 굉장히 불리하다.
공개공보 제10-2012-0014338에는 압전 하베스팅 시스템이 개시되어 있다.
일 실시예에 따른 목적은, 외력이 가해지는 경우, 상기 외력을 회전력으로 변환시키고, 이와 같은 회전력을 이용하여 복수 개의 톱니 형상의 타격 요소가 연속적으로 압전 소자를 타격하게 함으로써, 보다 효율적으로 전기 에너지를 발생 시킬 수 있는 단위모듈형 압전 에너지 하베스터를 제공하는 것이다.
또한, 일 실시예에 따른 목적은, 복수 개의 단위모듈형 압전 에너지 하베스터를 포함하고, 이를 도로에 매설하여, 도로 위를 운행하는 차량들이 가하는 압력을 이용하여, 효율적으로 전기 에너지를 발생시킬 수 있는 도로용 압전 에너지 하베스팅 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 단위모듈형 압전 에너지 하베스터는, 챔버, 상기 챔버의 일면에 구비되고 가해지는 외력에 의해 회전될 수 있는 변환 부재, 상기 변환 부재 하단에 구비되어 상기 변환 부재와 함께 회전하는 타격 부재, 상기 일면을 기준으로 상기 챔버 내의 측면에 구비되어 일단이 상기 측면에 고정되고 타단은 상기 타격 부재에 의해 타격될 수 있는 변형 플레이트 및 상기 변형 플레이트의 적어도 일면에 부착되어 진동 에너지를 전기 에너지를 변환 시킬 수 있는 압전 소자를 포함할 수 있다.
상기 변환 부재는, 나선형의 홈이 바깥면에 형성된 원기둥 및 상기 나선형의 홈에 맞물리는 돌기가 구비되고 상기 원기둥 주위를 감싸고 있는 가이드 요소를 포함하고, 수직으로 상기 변환 부재를 누르는 외력이 작용하는 경우 원기둥이 하강하면서 회전할 수 있다.
또한, 단위모듈형 압전 에너지 하베스터는, 상기 변환 부재가 구비된 상기 일면과 마주보는 상기 챔버의 타면에 구비되는 복원 스프링을 더 포함하고, 상기 복원 스프링은 상기 외력에 대한 반발력을 제공할 수 있다.
상기 타격 부재는, 복수 개의 톱니 형상의 타격 요소를 구비하여 회전 시 연속적으로 상기 변형 플레이트를 타격할 수 있다.
상기 변형 플레이트는, 상기 챔버의 각각의 측면에 복수 개가 구비될 수 있고, 상기 압전 소자는, 상기 변형 플레이트의 양 면에 부착될 수 있다.
상기 챔버는, 외력이 작용되는 챔버의 상면과 상기 상면과 마주보는 면이 탄성적으로 변형될 수 있다.
일 실시예에 따른 도로용 압전 에너지 하베스팅 시스템은, 도로에 매설되어 도로 상에서 가해지는 수직력에 의해 전기에너지를 발생시키는 발전부, 상기 발전부에서 생산된 전기 에너지를 저장하는 저장부 및 상기 발전부에서 생산된 전기 에너지를 상기 저장부로 전달하는 회로부를 포함할 수 있다.
상기 발전부는, 발전부에 가해지는 수직력이 회전력으로 변환되어 상기 회전력을 통해 변형 플레이트가 타격되고, 상기 변형 플레이트에 부착된 압전 소자에 의해 진동 에너지로부터 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.
상기 발전부는, 챔버, 상기 챔버의 일면에 구비되고 가해지는 수직력에 의해 회전할 수 있는 변환 부재, 상기 변환 부재 하단에 구비되어 상기 변환 부재와 함께 회전하는 타격 부재, 상기 일면을 기준으로 상기 챔버 내의 측면에 구비되어 일단이 상기 측면에 고정되고 타단은 상기 타격 부재에 의해 타격될 수 있는 변형 플레이트, 상기 변형 플레이트의 적어도 일면에 부착되어 진동 에너지를 전기 에너지를 변환 시킬 수 있는 압전 소자 및 상기 변환 부재가 구비된 상기 일면과 마주보는 상기 챔버의 타면에 구비되어, 상기 수직력에 대한 반발력을 제공할 수 있는 복원 스프링을 포함할 수 있다.
상기 변환 부재는, 나선형의 홈이 바깥면에 형성된 원기둥 및 상기 나선형의 홈에 맞물리는 돌기가 구비되고 상기 원기둥 주위를 감싸고 있는 가이드 요소를 포함하고, 수직으로 상기 변환 부재를 누르는 외력이 작용하는 경우 원기둥이 하강하면서 회전할 있다. 상기 타격 부재는 복수 개의 톱니 형상의 타격 요소를 구비하여 회전 시 연속적으로 상기 변형 플레이트를 타격할 수 있다.
또한, 상기 변형 플레이트는 상기 챔버의 각각의 측면에 복수 개가 구비될 수 있고, 상기 압전 소자는 상기 변형 플레이트의 양 면에 부착될 수 있다.
상기 발전부는, 도로에 복수 개가 매설될 수 있으며, 상기 발전부에서 생산된 전기에너지는 회로부에서 정류 또는 조정될 수 있고, 상기 저장부는 커페시터 또는 화학 충전기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 단위모듈형 압전 에너지 하베스터는, 외력이 가해지는 경우, 상기 외력을 회전력으로 변환시키고, 이와 같은 회전력을 이용하여 복수 개의 톱니 형상의 타격 요소가 연속적으로 압전 소자를 타격하게 함으로써, 보다 효율적으로 전기 에저니를 발생 시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 도로용 압전 에너지 하베스팅 시스템은, 복수 개의 단위모듈형 압전 에너지 하베스터를 포함하고, 이를 도로에 매설하여, 도로 위를 운행하는 차량들이 가하는 압력을 이용하여, 효율적, 동시적으로 많은 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.
또한, 단위 모듈로 구성된 발전부를 구비하여, 발전부의 매설 작업 또는 유지 보수가 용이할 수 있다.
도 1은 단위모듈형 압전 에너지 하베스터의 사시도를 나타낸다.
도 2는 단위모듈형 압전 에너지 하베스터에서 챔버가 제거된 상태를 나타낸다.
도 3은 단위모듈형 압전 에너지 하베스터의 정면도를 나타낸다.
도4는 도로용 압전 에너지 하베스팅 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 실시예들의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 실시예에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 일 실시예를 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 일 실시예에 따른 단위모듈형 압전 에너지 하베스터의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 일 실시예에 따른 단위모듈형 압전 에너지 하베스터의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 일 실시예에 따른 단위모듈형 압전 에너지 하베스터의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 단위모듈형 압전 에너지 하베스터의 사시도를 나타내고, 도 2는 단위모듈형 압전 에너지 하베스터에서 챔버가 제거된 상태를 나타낸다. 도 3은 단위모듈형 압전 에너지 하베스터의 정면도를 나타내고, 도4는 도로용 압전 에너지 하베스팅 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도1 및 도2를 참조하면, 일 실시예에 따른 단위모듈형 압전 에너지 하베스터(100)는, 챔버(110), 챔버(110)의 일면에 구비되고 외력에 의해 회전될 수 있는 변환 부재(120), 상기 일면을 기준으로 챔버(110) 내의 측면에 구비되어 일단은 상기 챔버(110) 내의 측면에 고정되고 타단은 탄성 변화될 수 있는 변형 플레이트(130), 변형 플레이트(130)의 적어도 일면에 부착되어 진동 에너지를 전기 에너지를 변환 시킬 수 있는 압전 소자(140) 및 변환 부재(120) 하단에 구비되고 상기 변환 부재(120) 회전 시 함께 회전하면서 변형 플레이트(130)를 타격할 수 있는 타격 부재(150)를 포함할 수 있다.
상기 챔버(110)는 육면체 형상으로 형성되어 변환 부재(120), 변형 플레이트(130), 압전소자(140), 타격 부재(150) 및 후술한 복원 스프링(160)을 수용할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 챔버(110)에 외력이 가해지는 경우, 외력이 작용하는 면과 이와 마주보는 면은 탄성적으로 변형될 수 있다. 다만, 상기 챔버(110)에 가해지는 외력이 없어지는 경우, 챔버(110)는 외력이 가해지기 전의 원상태를 유지할 수 있다.
다만, 챔버(110)의 형상이 육면체 형상에 한정된는 것은 아니며, 필요에 따라 원기둥형, 삼각기둥형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 자명하다.
변환 부재(120)는 챔버(110)의 일면에 배치될 수 있다. 이와 같은 변환 부재(120)는 가해지는 외력에 의해 회전할 수 있다. 예를 들어, 도로 위를 지나가는 차량에 의해 챔버(110) 및 변환 부재(120)에 누르는 힘과 같은 외력이 가해지는 경우, 변환 부재(120)는 상기 외력에 의해서 회전될 수 있다.
구체적으로, 상기 변환 부재(120)는 빗변 기둥 형상으로 형성될 수 있는데, 즉, 나선형의 홈이 바깥면에 형성된 원기둥 및 상기 나선형의 홈에 맞물리는 돌기가 구비되고 상기 원기둥 주위를 감싸고 있는 가이드 요소를 포함할 수 있다.
따라서, 도로를 누르는 힘과 같이 수직으로 상기 변환 부재(120)를 누르는 외력이 작용하는 경우, 변환 부재(120)의 원기둥은 하강하면서 회전될 수 있다. 즉, 외력을 회전력으로 전환 시킬 수 있다.
변형 플레이트(130)는 변환 부재(120)가 배치된 일면을 기준으로 챔버(110) 내의 측면에 구비될 수 있다. 변형 플레이트(130)의 일단은 상기 챔버(110) 내의 측면에 고정되고, 타단은 타격 부재(130)에 의해 타격되어 탄성 변화될 수 있다.
또한, 상기 변형 플레이트(130)는 챔버(110)의 각각의 측면에 복수 개가 구비될 수 있다. 변형 플레이트(130)는 스테인리스 스틸(stainless steel) 재질로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 탄성 변화될 수 있는 다른 재료에 의하여 변형 플레이트(130)가 형성될 수도 있다.
이와 같은, 변형 플레이트(130)는 후술할 타격 부재(150)에 의하여 타격되면 휘어질 수 있으며, 동시에 변형 플레이트(130)에 진동이 발생하게 된다. 그 후에, 변형 플레이트(130)는 탄성 변화되는 성질에 의하여 타격되기 전의 상태로 복구될 수 있다.
압전 소자(140)는 변형 플레이트(130)의 적어도 일면에 부착되어 진동 에너지를 전기 에너지를 변환 시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 압전 소자(140)는 변형 플레이트(130)의 양 면에 부착될 수도 있다.
즉, 압전 소자(140)는 변형 플레이트(130)에 결합되어 변형 플레이트(130)가 휘고 진동하는 경우 함께 휘고 진동하면서 상기 진동을 전기 에너지를 변환시키는 역할을 수행한다.
압전 소자(140)는 기계 진동을 받을 때 전하를 발생하거나 전하가 가해질 때 기계 진동을 발생시키는 역할을 할 수 있으며, 기본적으로 발전량이 우수한 세라믹(ceramic) 압전 소자를 비롯하여 물리적 유연성이 뛰어난 폴리머(polymer)나 폴리머와 세라믹이 혼합된 하이브리드 압전 소자가 사용될 수 있다. 따라서 뛰어난 물리적 유연성으로 인해 내구성을 가지며, 이에 따라 발전에 용이하다.
또한, 압전 소자(140)의 종류로는 PVDF, 바륨 티타네이트, PMN-PT 단결정, PZT 결정 또는 PZT 섬유 등을 포함할 수 있다. 그 외에 NKN계, BZT-BCT계, BNT계, BSNN, BNBN계 등의 무연(Lead-free) 압전 소재, PLZT, P(VDF-TrFE), 수정, 전기석, 로셸염, 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민 등이 사용될 수 있다.
다만, 압전소자(140)의 종류 및 재질이 이에 한정되는 것은 아니며, 외력에 의해 충분한 발전량을 발생시킬 수 있다면 다른 재질 등이 사용될 수 있음은 당연하다.
타격 부재(150)는 변환 부재(120) 하단에 구비되고, 변환 부재(120) 회전 시 함께 회전하면서 변형 플레이트(130)를 타격할 수 있다. 즉, 타격 부재(150)는 변환 부재(120)의 하단에 장착되어, 변환 부재(120)의 회전 방향에 따라 함께 회전할 수 있다.
또한, 상기 타격 부재(150)는 복수 개의 톱니 형상의 타격 요소를 구비하여, 회전 시 연속적으로 변형 플레이트(130) 또는 압전 소자(140)를 타격할 수 있다. 예를 들어, 타격 부재(150)의 외주면에는 복수 개의 톱니 형상이 마련될 수 있으며, 상기 톱니 형상이 변형 플레이트(130) 또는 압전 소자(140)의 단부를 타격할 수 있다. 이와 같이 타격 부재(150)는 변형 플레이트(130) 또는 압전 소자(140)의 단부를 타격할 수 있도록 상기 변형 플레이트(130) 또는 압전 소자(140)에 인접하게 배치될 수 있다.
그러나, 타격 부재(150)의 형상은 이에 국한되지 아니하며, 다양한 형상으로 마련될 수 있음은 당연하다.
단위모듈형 압전 에너지 하베스터(100)는 변환 부재(120)가 구비된 일면과 마주보는 챔버(110)의 타면에 구비되는 복원 스프링(160)을 더 포함하고, 상기 복원 스프링(160)은 상기 외력에 대한 반발력을 제공할 수 있다.
즉, 복원 스프링(160)은 타격 부재(150) 또는 변환 부재(120)에 복원력을 제공할 수 있다. 외력에 의해 변환 부재(120) 또는 타격 부재(150)가 회전하면서 하부로 이동되는 경우, 복원 스프링(160)은 압축되고, 상부로 복원 스프링(160)의 반발력이 작용하여, 변환 부재(120) 또는 타격 부재(150)를 하강하기 전 원상태로 복귀시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 단위모듈형 압전 에너지 하베스터(100)의 작동 상태를 파악할 수 있다. 변환 부재(120)가 구비된 챔버(110)의 일면이 챔범(110)의 윗면이라 가정하고 이하에서 설명한다.
챔버(110)의 윗면에 외력이 가해지는 경우, 상기 외력는 챔버(110)의 윗면에 구비된 변환 부재(120)에 전달되고, 상기 변환 부재(120)는 빗변 기둥을 타고 하강하면서 회전하게 된다. 이 때, 변환 부재(120)의 하단에 구비된 타격 부재(150) 또한 같이 회전하게 된다.
타격 부재(150)는 회전하면서 챔버(110)의 측면에 구비된 변형 플레이트(130) 또는 압전 소자(140)를 타격한다. 이 때, 상기 설명한 바와 같이, 타격 부재(150)의 외주면에는 복수 개의 톱니 형상이 마련되고, 상기 톱니 형상의 타격 요소는 변형 플레이트(130) 또는 압전 소자(140)를 연속적으로 타격하게 된다.
이와 같이, 변형 플레이트(130) 또는 압전 소자(140)를 연속적으로 타격함으로써, 압전 소자(140)에 더 많은 진동이 발생되게하여, 보다 효율적으로 많은 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.
외력에 의해 변환 부재(120) 또는 타격 부재(150)가 회전하면서 하부로 이동되는 경우, 챔버(110)의 아래면에 구비된 복원 스프링(160)은 압축된다. 그 후, 상부로 복원 스프링(160)의 반발력이 작용함으로써, 변환 부재(120) 또는 타격 부재(150)를 하강되기 전 원상태로 복귀시킬 수 있다.
이과 같은 매커니즘을 이용하여, 단위모듈형 압전 에너지 하베스터(100)는 반복적으로 상기 단위모듈형 압전 에너지 하베스터(100)에 가해지는 외력을 이용하여 압전 소자(140)에 많은 진동을 발생시킬 수 있다. 그리고, 이 진동을 전기 에너지로 전환 시킴으로써, 신재생에너지의 발전 효율을 상승 시킬 수 있다.
도4를 참조하면, 일 실시예에 따른 도로용 압전 에너지 하베스팅 시스템(10)은, 도로에 매설되어 도로 상에서 가해지는 외력에 의해 전기에너지를 발생시키는 발전부(100), 상기 발전부(100)에서 생산된 전기 에너지를 저장하는 저장부(200) 및 상기 발전부(100)에서 생산된 전기 에너지를 저장부(200)로 전달하는 회로부(300)를 포함할 수 있다.
발전부(100)에 가해지는 수직력이 회전력으로 변환되어 상기 회전력을 통해 변형 플레이트(130)가 타격되고, 상기 변형 플레이트(130)에 부착된 압전 소자(140)에 의해 진동 에너지로부터 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.
발전부(100)는, 챔버(110), 챔버(110)의 일면에 구비되고 외력을 회전력으로 변화시킬 수 있는 변환 부재(120), 상기 일면을 기준으로 챔버(110) 내의 측면에 구비되어 일단은 챔버 내의 측면에 고정되고 타단은 탄성 변화될 수 있는 변형 플레이트(130), 변형 플레이트(130)의 적어도 일면에 부착되어 진동 에너지를 전기 에너지를 변환 시킬 수 있는 압전 소자(140), 변환 부재(120) 하단에 구비되고 상기 변환 부재 회전 시 함께 회전하면서 상기 변형 플레이트(130)를 타격할 수 있는 타격 부재(150) 및 변환 부재(120)가 구비된 상기 일면과 마주보는 챔버(110)의 타면에 구비되어 상기 외력에 대한 반발력을 제공할 수 있는 복원 스프링(160)을 포함할 수 있다.
한편, 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로용 압전 에너지 하베스팅 시스템(10)에 대해 설명하되, 전술한 단위모듈형 압전 에너지 하베스터(100), 즉 발전부(100)와 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
발전부(100)는 도로에 매설될 수 있으며, 도로 상에 가해지는 외력에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 발전부(100)는 도로 상에서 주행하는 차량들에 의해 외력이 가해질 수 있다.
즉, 도로에 발전부(100)를 매설하여 매설된 발전부(100) 위를 자동차가 밟고 지나가면 발전부(100)는 발전부(100)에 가해지는 수직력을 회전력으로 변환시킬 수 있고, 상기 회전력에 의하여 타격 부재를 회전시켜 압전 소자를 연속적으로 타격시킴으로써, 효율적으로 압전에너지를 수확할 수 있다.
또한 발전부(100)는, 도로에 복수 개가 매설될 수 있다. 이 때, 발전부(100)는 도로에 복수 개의 발전부(100)가 병렬 또는 직렬로 배치될 수 있고, 도로의 서로 다른 위치에 매설될 수도 있다. 이와 같은 복수 개의 발전부(100)가 하나의 모듈로 구성될 수 있다.
저장부(200)에는 상기 발전부(100)에서 생산된 전기 에너지가 저장될 수 있다. 저장부(300)는 커패시터 또는 화학 충전기 등을 포함할 수 있고, 저장부(200)에 저장된 전기에너지는 전력원으로 활용될 수 있다.
발전부(100)를 통해 생산된 전기에너지는 회로부(300)에 의하여 저장부(200)로 전달될 수 있다. 구체적으로, 압전소자(140)에는 도선(미도시)이 연결될 수 있으며, 도선에 의해 압전 소자(140)에서 발생된 전기 에너지는 회로부(300)에 연결될 수 있다.
이와 같이, 압전소자(140)에서 생산된 전기에너지는 회로부(300)에서 정류 또는 조정이 된 후에, 저장부(200)에 전달된다.
일 실시예에 따른 도로용 압전 에너지 하베스팅 시스템(10)은 도로에 매설된 발전부(100)에 외력을 가하여, 발전부(100)를 작동시킴으로써, 효율적으로 압전에너지를 수확할 수 있다. 또한, 단위 모듈로 구성된 발전부(100)를 구비하여 발전부(100)의 매설 작업 또는 유지 보수가 용이할 수 있고, 도로에 복수 개의 발전부가 매설되어 동시적으로 많은 발전량을 획득할 수 있다.
이상과 같이 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 실시예가 설명되었으나 이는 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 도로용 압전 에너지 하베스팅 시스템
100 : 단위모듈형 압전 에너지 하베스터, 발전부
110 : 챔버
120 : 변환 부재
130 : 변형 플레이트
140 : 압전 소자
150 : 타격 부재
160 : 복원 스프링
200 : 저장부
300 : 회로부

Claims (12)

  1. 챔버;
    상기 챔버의 일면에 구비되고, 가해지는 외력에 의해 회전될 수 있는 변환 부재;
    상기 변환 부재 하단에 구비되어 상기 변환 부재와 함께 회전하는 타격 부재;
    상기 일면을 기준으로 상기 챔버 내의 측면에 구비되어, 일단이 상기 측면에 고정되고 타단은 상기 타격 부재에 의해 타격될 수 있는, 변형 플레이트; 및
    상기 변형 플레이트의 적어도 일면에 부착되어, 진동 에너지를 전기 에너지를 변환 시킬 수 있는 압전 소자;
    를 포함하고,
    상기 타격 부재의 외주면에는 복수 개의 톱니 형상의 타격 요소가 구비되어, 상기 타격 부재가 회전 시 연속적으로 상기 변형 플레이트를 타격할 수 있는, 단위모듈형 압전 에너지 하베스터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변환 부재는,
    나선형의 홈이 바깥면에 형성된 원기둥; 및
    상기 나선형의 홈에 맞물리는 돌기가 구비되고 상기 원기둥 주위를 감싸고 있는 가이드 요소;
    를 포함하고, 수직으로 상기 변환 부재를 누르는 외력이 작용하는 경우, 상기 원기둥이 하강하면서 회전할 수 있는, 단위모듈형 압전 에너지 하베스터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변환 부재가 구비된 상기 일면과 마주보는 상기 챔버의 타면에 구비되는 복원 스프링을 더 포함하고,
    상기 복원 스프링은 상기 외력에 대한 반발력을 제공하는, 단위모듈형 압전 에너지 하베스터.
  4. 삭제
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변형 플레이트는 상기 챔버의 각각의 측면에 복수 개가 구비될 수 있는, 단위모듈형 압전 에너지 하베스터.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 소자는 상기 변형 플레이트의 양 면에 부착될 수 있는, 단위모듈형 압전 에너지 하베스터.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    외력이 작용되는 상기 챔버의 상면과 상기 상면과 마주보는 면이 탄성적으로 변형될 수 있는, 단위모듈형 압전 에너지 하베스터.
  8. 도로에 매설되어, 도로 상에서 가해지는 수직력에 의해 전기에너지를 발생시키는 발전부;
    상기 발전부에서 생산된 전기 에너지를 저장하는 저장부; 및
    상기 발전부에서 생산된 전기 에너지를 상기 저장부로 전달하는 회로부;
    를 포함하고,
    상기 발전부는,
    챔버;
    상기 챔버의 일면에 구비되고, 가해지는 수직력에 의해 회전할 수 있는 변환 부재;
    상기 변환 부재 하단에 구비되어 상기 변환 부재와 함께 회전하는 타격 부재;
    상기 일면을 기준으로 상기 챔버 내의 측면에 구비되어, 일단이 상기 측면에 고정되고 타단은 상기 타격 부재에 의해 타격될 수 있는 변형 플레이트;
    상기 변형 플레이트의 적어도 일면에 부착되어 진동 에너지를 전기 에너지를 변환 시킬 수 있는 압전 소자; 및
    상기 변환 부재가 구비된 상기 일면과 마주보는 상기 챔버의 타면에 구비되어, 상기 수직력에 대한 반발력을 제공할 수 있는 복원 스프링;
    을 포함하며,
    상기 타격 부재의 외주면에는 복수 개의 톱니 형상의 타격 요소가 구비되어, 상기 타격 부재가 회전 시 연속적으로 상기 변형 플레이트를 타격함으로써, 상기 발전부에 가해지는 수직력이 회전력으로 변환되어 상기 회전력을 통해 변형 플레이트가 타격되고, 상기 변형 플레이트에 부착된 압전 소자에 의해 진동 에너지로부터 전기 에너지를 발생시킬 수 있는, 도로용 압전 에너지 하베스팅 시스템.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 변환 부재는,
    나선형의 홈이 바깥면에 형성된 원기둥; 및
    상기 나선형의 홈에 맞물리는 돌기가 구비되고 상기 원기둥 주위를 감싸고 있는 가이드 요소;를 포함하고, 수직으로 상기 변환 부재를 누르는 외력이 작용하는 경우 상기 원기둥이 하강하면서 회전할 수 있으며,
    상기 변형 플레이트는 상기 챔버의 각각의 측면에 복수 개가 구비될 수 있고,
    상기 압전 소자는 상기 변형 플레이트의 양 면에 부착될 수 있는, 도로용 압전 에너지 하베스팅 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 발전부는, 도로에 복수 개가 매설될 수 있는, 도로용 압전 에너지 하베스팅 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 발전부에서 생산된 전기에너지는 회로부에서 정류 또는 조정될 수 있고,
    상기 저장부는 커페시터 또는 화학 충전기를 포함하는, 도로용 압전 에너지 하베스팅 시스템.
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