KR101757109B1 - 도로용 압전 하베스팅 모듈 - Google Patents

도로용 압전 하베스팅 모듈 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈은, 일면에 외력이 가해지는 케이스; 상기 케이스 내에 배치되어 상기 외력에 의해 진동을 발생시키는 진동 발생 부재; 일단은 상기 케이스에 고정되고 타단은 상기 외력에 의해 진동되는 외팔보; 및 상기 외팔보에 장착되어 상기 외팔보의 진동에 의해 전기를 발생시키는 압전체;를 포함하고, 상기 진동 발생 부재에서 발생된 진동이 상기 외팔보를 통해 상기 압전체에 전달될 수 있다.

Description

도로용 압전 하베스팅 모듈{PIEZOELECTRIC HARVESTING MODULE FOR ROAD}
본 발명은 도로용 압전 하베스팅 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도로 내에 매설되어 효율적으로 전기를 발생시킬 수 있는 도로용 압전 하베스팅 모듈에 관한 것이다.
에너지 하베스팅 기술은 태양광 발전, 열전소자의 제백(seeback) 효과를 이용하여 온도 차로부터 전기 에너지를 얻는 열전 발전 및 압전체를 이용하여 주변의 진동이나 충격으로부터 전기 에너지를 얻는 압전 발전으로 나눌 수 있다.
여기서, 압전체를 이용한 에너지 하베스팅 기술은 압전체에 기계적 변형이 인가될 경우, 전기 에너지가 발생하는 효과를 이용하여 주위의 버려지는 힘, 압력, 진동 등의 에너지를 전기 에너지로 변환하여 주는 것을 말한다.
압접체를 이용한 에너지 하베스팅 기술은 다른 발전 방식 보다 작은 진동을 전기 에너지로 변환하는데 용이할 뿐만 아니라 에너지의 변환 효율 또한 높은 장점을 가지고 있다.
또한, 압전체를 이용한 에너지 하베스팅 기술은 태양광이 없는 어두운 곳이나 밤에도 발전을 할 수 있는 이점을 가지고 있다. 그래서 항상 진동이 있거나, 압력이나 힘이 작용하는 곳, 그리고 물의 흐름이 있거나 바람이 부는 곳에서도 사용될 수 있다.
그러나, 보다 큰 압전을 위해서는 자동차 또는 기차가 지나가는 하부에 압전 발전기를 직접 내장하여야 하는 불편함이 있다.
특히 도로의 경우에는 압전 발전기를 내장하기 위해서 노면을 절개하여야 하는데, 이와 같은 원인에 의해서 도로가 손상될 경우 도로의 수명이 짧아지고 잦은 보수의 원인이 되는 등의 부작용이 발생하게 된다.
예를 들어, 2011년 9월 2일에 출원된 KR 2011-0089011에는 "진동형 압전모듈을 이용한 과속방지턱"에 대하여 개시되어 있다.
일 실시예에 따른 목적은 도로 내에 매설되어 도로면에 가해지는 순간적인 외력에 의해 진동을 발생시킴으로써 지속적으로 또는 연속적으로 전기를 발생시킬 수 있는 도로용 압전 하베스팅 모듈을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 케이스 내에 배치된 진동 발생 부재의 탄성력 또는 압전체 자체의 관성력에 의해 압전체가 지속적으로 진동될 수 있고, 외력에 의한 케이스의 작은 변위에도 전기를 발생시킬 수 있는 도로용 압전 하베스팅 모듈을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 케이스 내에 배치된 지지 부재에 의해, 케이스에 가해지는 외력 또는 진동 발생 부재에서 발생된 진동이 지지 부재를 통해 압전체에 용이하게 전달될 수 있고 케이스가 안정적으로 지지될 수 있는 도로용 압전 하베스팅 모듈을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 판상의 압전체를 이용함으로써 벌크형 압전체에 비해 경량으로 될 수 있고, 압전체를 직접적으로 타격하지 않음으로써 압전체의 손상을 방지할 수 있으며, 탄성 재질로 마련된 진동 발생 부재 및 지지 부재에 의해 순간적인 외력에 대한 내구성을 향상시킬 수 있는 도로용 압전 하베스팅 모듈을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 케이스가 도로포장재에 대한 마찰계수가 큰 재질로 마련되어 케이스가 도로포장재 내에 일체화될 수 있는 도로용 압전 하베스팅 모듈을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 도로 설계 당시부터 압전 하베스터를 고려함으로써 고출력을 획득할 수 있도록 대규모(macro-scale)로 제작될 수 있는 도로용 압전 하베스팅 모듈을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 수확한 전기를 이용하여 도로 근처 가구에 공급하고, 기존의 화석 연료를 절감할 수 있어 온실가스 배출 또한 절감할 수 있는 도로용 압전 하베스팅 모듈을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈은, 일면에 외력이 가해지는 케이스; 상기 케이스 내에 배치되어 상기 외력에 의해 진동을 발생시키는 진동 발생 부재; 일단은 상기 케이스에 고정되고 타단은 상기 외력에 의해 진동되는 외팔보; 및 상기 외팔보 상에 장착되어 상기 외팔보의 진동에 의해 전기를 발생시키는 압전체;를 포함하고, 상기 진동 발생 부재에서 발생된 진동이 상기 외팔보를 통해 상기 압전체에 전달될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 케이스는, 외력이 가해지는 상면; 및 상기 상면으로부터 평행하게 이격 배치된 하면;을 포함하고, 상기 진동 발생 부재는 상기 상면 및 상기 하면의 모서리에 인접하게 배치될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 진동 발생 부재는 상기 상면에 가해진 외력에 의해 변형되도록 탄성 재질로 마련되어, 상기 상면이 상기 하면에 대하여 상대 이동될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 상면 및 상기 하면 사이에는 복수 개의 진동 발생 부재가 서로 이격 배치되고, 상기 복수 개의 진동 발생 부재는 상기 외팔보 및 상기 압전체의 외측에 배치될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 케이스는 상기 상면 및 상기 하면 사이에 연결된 지지 부재를 더 포함하고, 상기 지지 부재에 상기 외팔보의 일단이 고정되어, 상기 진동 발생 부재에서 발생된 진동이 상기 지지 부재를 통해 상기 외팔보 및 상기 압전체에 전달될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 지지 부재에는 복수 개의 외팔보가 고정되고, 상기 복수 개의 외팔보는 상기 상면 또는 하면과 서로 평행하도록 상기 지지 부재 상에 이격 배치될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈은, 도로 내에 매설되어 도로면에 가해지는 외력이 전달되는 상면; 상기 도로 내에서 상기 상면으로부터 평행하게 이격 배치된 하면; 상기 상면 및 상기 하면 사이에 연결되어 상기 외력에 의해 진동을 발생시키는 진동 발생 부재; 상기 상면 및 상기 하면 사이에 연결되어 상기 진동 발생 부재에서 발생된 진동을 전달하는 지지 부재; 및 상기 지지 부재 상에 장착되어 상기 지지 부재에 의해 전달된 진동에 의해 전기를 발생시키는 압전체;를 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 상면 또는 상기 하면은 상기 도로에 매설되는 도로포장재에 대한 마찰계수가 큰 재질로 마련되어, 상기 도로포장재 내에 상기 상면 또는 상기 하면이 일체화될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 진동 발생 부재는 상기 상면에 가해진 외력에 의해 변형되도록 탄성 재질로 마련되어, 상기 상면 및 하면 사이에서 상기 지지 부재 및 상기 압전체의 외측에 배치될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 지지 부재에는 복수 개의 압전체가 장착되고, 상기 복수 개의 압전체는 상기 상면 또는 하면과 서로 평행하도록 상기 지지 부재 상에 서로 이격 배치될 수 있다.
일 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈에 의하면, 도로 내에 매설되어 도로면에 가해지는 순간적인 외력에 의해 진동을 발생시킴으로써 지속적으로 또는 연속적으로 전기를 발생시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈에 의하면, 케이스 내에 배치된 진동 발생 부재의 탄성력 또는 압전체 자체의 관성력에 의해 압전체가 지속적으로 진동될 수 있고, 외력에 의한 케이스의 작은 변위에도 전기를 발생시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈에 의하면, 케이스 내에 배치된 지지 부재에 의해, 케이스에 가해지는 외력 또는 진동 발생 부재에서 발생된 진동이 지지 부재를 통해 압전체에 용이하게 전달될 수 있고 케이스가 안정적으로 지지될 수 있다.
일 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈에 의하면, 판상의 압전체를 이용함으로써 벌크형 압전체에 비해 경량으로 될 수 있고, 압전체를 직접적으로 타격하지 않음으로써 압전체의 손상을 방지할 수 있으며, 탄성 재질로 마련된 진동 발생 부재 및 지지 부재에 의해 순간적인 외력에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈에 의하면, 케이스가 도로포장재에 대한 마찰계수가 큰 재질로 마련되어 케이스가 도로포장재 내에 일체화될 수 있다.
일 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈에 의하면, 도로 설계 당시부터 압전 하베스터를 고려함으로써 고출력을 획득할 수 있도록 대규모(macro-scale)로 제작될 수 있다.
일 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈에 의하면, 수확한 전기를 이용하여 도로 근처 가구에 공급하고, 기존의 화석 연료를 절감할 수 있어 온실가스 배출 또한 절감할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈의 사시도를 도시한다.
도 2는 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈의 정면도를 도시한다.
도 3(a) 및 (b)는 상면 및 하면 사이에 배치된 지지 부재를 도시한다.
도 4는 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈이 도로 내에 매설된 모습을 도시한다.
도 5는 제2 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈의 사시도를 도시한다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈의 사시도를 도시하고, 도 2는 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈의 정면도를 도시하고, 도 3(a) 및 (b)는 상면 및 하면 사이에 배치된 지지 부재를 도시하고, 도 4는 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈이 도로 내에 매설된 모습을 도시한다.
도 1 및 2를 참조하여, 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈(10)은 케이스(100), 진동 발생 부재(110), 지지 부재(120), 외팔보(130) 및 압전체(140)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(100)의 일면에는 외력에 가해질 수 있다.
예를 들어, 케이스(100)는 상면(102) 및 상면(102)으로부터 평행하게 이격 배치되는 하면(104)을 포함할 수 있다.
이때, 상면(102)에 외력이 가해질 수 있고, 외력은 도로 상에서 주행하는 자동차와 같은 이동체에 의해 가해질 수 있다. 그리고 외력은 상면(102)에 대하여 수직하게 가해질 수 있다.
도 1에는 케이스(100)가 상면(102) 및 하면(104)으로 구성된 것으로만 도시되었으나, 케이스(100)의 구조는 이에 국한되지 아니하며, 도로 내에 매설되어 외력을 받을 수 있는 구조라면 어느 것이든지 가능하다. 예를 들어, 도 1에 도시된 케이스(100)가 추가적인 케이스 내에 수용될 수 있음은 당연하다.
전술된 케이스(100) 내에는, 예를 들어 상면(102) 및 하면(104) 사이에는 진동 발생 부재(110)가 배치될 수 있다.
상기 진동 발생 부재(110)는 케이스(100)에 가해지는 외력에 의해 변형되도록 진동을 발생시키도록 탄성 재질로 마련될 수 있다.
예를 들어 진동 발생 부재(110)는 강성이 큰 스프링으로 마련될 수 있다.
구체적으로, 진동 발생 부재(110)의 일단은 상면(102)의 하단에 연결되고 진동 발생 부재(110)의 타단은 하면(104)의 상단에 연결되며, 상면(102) 및 하면(104)에 대하여 수직하게 연장될 수 있다.
이에 의해 진동 발생 부재(110)는 케이스(100)에 대하여 수직 방향으로 가해지는 외력에 의해 압축 변형되고, 외력이 제거되면 원상태로 복귀될 수 있다.
이와 같이 진동 발생 부재(110)에서 발생된 복원력은 진동 발생 부재(110) 또는 진동 발생 부재(110)에 연결된 상면(102)의 진동을 유발할 수 있다. 그러므로 진동 발생 부재(110)에서 발생된 진동에 의해 상면(102)이 상하 방향으로 진동되면서, 상면(102)이 하면(104)에 대하여 상대 이동될 수 있다.
상기 진동 발생 부재(110)는 상면(102) 및 하면(104)의 모서리에 인접하게 배치될 수 있다. 상면(102) 및 하면(104) 사이에는 복수 개의 진동 발생 부재(110)가 서로 이격되게 배치될 수 있다. 예를 들어, 상면(102) 및 하면(104)이 사각형으로 마련된 경우 네 개의 진동 발생 부재(110)가 각각의 모서리에 인접하게 배치될 수 있다. 이에 의해 진동 발생 부재(110)는 외팔보(130) 및 압전체(140)의 외측에 배치될 수 있다.
또한, 상면(102) 및 하면(104) 사이에 진동 발생 부재(110)를 배치시키기 위해, 상면(102) 또는 하면(104)에는 진동 발생 부재(110)의 단부가 수용되는 홈이 형성될 수 있으나, 상면(102) 및 하면(104) 사이에 진동 발생 부재(110)가 연결되는 방식은 이에 국한되지 않는다.
한편, 전술된 케이스(100) 내에는, 예를 들어 상면(102) 및 하면(104) 사이에는 지지 부재(120)가 더 배치될 수 있다.
상기 지지 부재(120)는 상면(102) 및 하면(104) 사이에서 진동 발생 부재(110) 보다 내측에 배치될 수 있다.
지지 부재(120)의 일단은 상면(102)의 하단에 연결되고 지지 부재(120)의 타단은 하면(104)의 상단에 연결되며, 상면(102) 및 하면(104)에 대하여 수직하게 연장될 수 있다.
특히, 도 3(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 지지 부재(120)는 상면(102) 및 하면(104) 사이를 가로질러 하나의 지지 부재(120)가 배치되거나, 상면(102) 및 하면(104) 사이를 가로질러 복수 개의 지지 부재(120)가 배치될 수 있다.
전술된 진동 발생 부재(110)와 마찬가지로 지지 부재(120) 또한 탄성 재질로 마련되어, 케이스(100)에 가해지는 외력에 대하여 진동 발생 부재(110)뿐만 아니라 지지 부재(120)에서도 추가적으로 진동이 발생될 수 있다.
또한, 지지 부재(120)는 케이스(100) 내부에서 지지하는 역할과 외력을 전달하는 역할을 할 수 있다.
구체적으로, 지지 부재(120)는 상면(102)에 외력이 가해지는 경우 하면(104)에 대하여 상면(102)을 지지할 수 있으며, 지지 부재(120) 상에 장착된 외팔보(130) 또는 압전체(140)를 지지함으로써 케이스(100) 내부 구조를 보다 견고하게 할 수 있다.
또한, 지지 부재(120)는 상면(102)에 가해지는 외력을 직접적으로 외팔보(130) 또는 압전체(140)에 전달하거나 진동 발생 부재(110)에서 발생된 진동을 간접적으로 외팔보(130) 또는 압전체(140)에 전달할 수 있다.
다시 말해서, 상면(102)에 가해지는 외력 또는 진동 발생 부재(110)에서 발생된 진동이 지지 부재(120)를 통하여 직접적으로 또는 간접적으로 외팔보(130) 또는 압전체(140)에 전달될 수 있다.
예를 들어, 지지 부재(120)에 전달된 상면(102)에 가해지는 외력은 외팔보(130)를 변형 및 진동시켜 압전체(140)에서 전기를 발생시킬 수 있다. 또는 지지 부재(120)에 전달된 상면(102)에 가해지는 외력은 압전체(140)를 직접 타격하여 전기를 발생시킬 수 있다.
게다가, 지지 부재(120)에 전달된 진동 발생 부재(110)에서 발생된 진동은 외팔보(130)를 진동시켜 압전체(140)에서 전기를 발생시킬 수 있다. 또는 지지 부재(120)에 전달된 진동 발생 부재(110)에서 발생된 진동은 압전체(140)에 전달되어 전기를 발생시킬 수 있다.
이와 같이 지지 부재(120)를 통해 외팔보(130) 또는 압전체(140)에 용이하게 외력을 전달할 수 있다.
전술된 지지 부재(120) 상에는 외팔보(130)가 장착될 수 있다.
상기 외팔보(130)의 일단은 케이스(100) 내, 특히 지지 부재(120)의 측면에 고정되고, 외팔보(130)의 타단은 외력에 의해 진동되도록 자유단으로 마련될 수 있다.
또한, 외팔보(130)는 압전체(140)의 추가적인 지지판(substrate layer)의 역할을 하기 위해 금속 재질, 사각의 플레이트 형상으로 마련될 수 있으며, 예를 들어 스테인리스 스틸 재질의 박판으로 마련될 수 있다. 이에 의해 외팔보(130)에 외력 또는 외력에 의한 진동이 전달되는 경우 외팔보(130)는 변형되거나 진동될 수 있다. 이때, 외팔보(130)는 내구성이 강하여 외팔보(130)의 변형 발생을 최소화할 수 있다.
그러나 외팔보(130)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 외팔보(130) 자체가 압전 재질로 마련될 수 있다. 이러한 경우에, 외팔보(130) 상에 압전체(140)가 별도로 장착됨이 없이 외팔보(130)에 전달되는 외력 또는 진동에 의하여 외팔보(130) 자체에서 전기가 발생될 수 있다.
추가적으로, 외팔보(130) 상에 압전체(140)가 장착되는 경우, 외팔보(130)는 외팔보(130)에 장착되는 압전체(140)의 넓이보다 크게 형성되어, 외팔보(130) 상에 압전체(140)가 안정적으로 장착되게 할 수 있으며, 외팔보(130)에 전달되는 외력 또는 외력에 의한 진동이 압전체(140)에 효율적으로 전달되게 할 수 있다.
한편, 상기 지지 부재(120) 상에는 복수 개의 외팔보(130)가 장착될 수 있다. 복수 개의 외팔보(130)는 상면(102) 또는 하면(104)과 서로 평행하도록 지지 부재(120) 상에 이격 배치될 수 있다.
예를 들어, 복수 개의 외팔보(130)는 상면(102) 및 하면(104) 사이에서 높이 방향으로 이격 배치되거나 상면(102) 또는 하면(104)과 평행한 방향으로 이격 배치될 수 있다.
도면에는 지지 부재(120)에 총 12개의 외팔보(130)가 장착된 것으로 도시되었으나, 외팔보(130)의 개수는 이에 국한되지 아니하며 다양한 개수로 마련될 수 있고, 복수 개의 외팔보(130)의 배치 또한 외력 또는 외력에 의한 진동이 효율적으로 전달될 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.
전술된 외팔보(130)에는 압전체(140)가 장착될 수 있다.
상기 압전체(140)는 기본적으로 발전량이 우수한 세라믹(ceramic) 압전소자를 비롯하여 물리적 유연성이 뛰어나 폴리머(polymer)나 폴리머와 세라믹이 혼합된 하이브리드 압전소자가 사용될 수 있다. 따라서 뛰어난 물리적 유연성으로 인해 내구성을 가지며 이에 따라 발전에 용이하다.한편, 전술된 바와 같이 외팔보(130) 자체가 압전 재질로 마련된 경우 외팔보(130)에 압전체(140)를 구성하는 압전 재질이 적용될 수 있음은 당연하다.
또한, 압전체(140)의 압전소자 종류로는 PZT의 사용이 기본적이고, 바륨 티타네이트, PVDF 결정 또는 PZT 섬유를 포함할 수 있다. 그 외에 NKN계, BZT-BCT계, BNT계, BSNN, BNBN계 등의 무연(Lead-free) 압전소재, PLZT, P(VDF-TrFE), 수정, 전기석, 로셸염, 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민 등을 사용할 수 있다.
다만, 압전체(140)의 종류 및 재질이 이에 한정되는 것은 아니며, 외력에 의해 충분한 발전량을 발생시킬 수 있다면 다른 재질 등이 사용될 수 있음은 당연하다.
또한, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 압전체(140)에서 발생된 전기는 도선을 따라 정류부로 이송되어 정류될 수 있으며, 이러한 과정을 통하여 압전체(140)에서 발생된 전기가 가정 등과 같은 다양한 곳에서 활용될 수 있다.
구체적으로, 압전체(140)는 외팔보(130)의 상면 또는 하면에 장착될 수 있으며, 예를 들어, 압전체(140)는 외팔보(130)의 상면 및 하면 중 하나에 장착되거나 외팔보(130)의 상면 및 하면 모두에 장착될 수 있다.
이때, 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈(10)에서 보다 많은 전기를 발생시키기 위해 다양한 방법이 활용될 수 있다.
예를 들어, 케이스(100) 내에 압전체(140)의 개수를 증가시킴으로써 압전체(140)의 발전량을 증가시킬 수 있다.
또는, 케이스(100)의 상면(102) 및 하면(104)의 크기를 증가시키고, 외팔보(130) 및 압전체(140)의 면적을 증가시킴으로써 압전체(140)의 발전량을 증가시킬 수 있다. 다시 말해서, 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈(10) 자체의 크기를 크게 함으로써 압전체(140)의 발전량을 증가시킬 수 있다.
또는, 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈(10)에 전기를 발생시키는 복수 개의 소형 케이스(100)가 포함되고, 복수 개의 소형 케이스(100)가 직렬 또는 병렬로 연결됨으로써 압전체(140)의 발전량을 증가시킬 수 있다.
그러나, 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈(10)에서 고출력을 획득하기 위한 방법은 이에 국한되지 아니하며, 다른 방법이 적용될 수 있음은 당연하다.
또한, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 전술된 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈(10)은 케이스(100), 진동 발생 부재(110), 지지 부재(120), 외팔보(130) 및 압전체(140)를 포함하는 것으로 설명되었으나, 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈(10)은 상면(102), 하면(104), 진동 발생 부재(110), 지지 부재(120) 및 압전체(130)를 포함할 수 있다.
이와 같이 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈(10)은 외팔보(130)를 포함하지 않을 수 있으며, 압전체(140)가 지지 부재(120)에 직접 장착됨으로써 지지 부재(120)에 전달된 외력 또는 진동이 압전체(140)에 전달되게 할 수 있다.
또는, 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈(10)에서 외팔보(130)가 압전 재질로 마련되거나 압전체(140)가 외팔보 형상으로 마련되어, 외팔보(130) 및 압전체(140)가 별도로 구비될 필요 없이, 외팔보(130) 및 압전체(140) 중 하나가 외력에 의해 진동됨과 동시에 전기를 발생시킬 수 있다.
이상 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈(10)의 개략적인 구조에 대하여 설명되었으며, 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈(10)은 다음과 같이 도로 내에 매설되어 전기를 발생시킬 수 있다.
특히, 도 4를 참조하여, 전술된 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈(10)은 도로 내에 매설될 수 있다.
이때, 도로 내에, 특히 도로포장재(P) 내에 케이스(100)가 안정적으로 유지 또는 고정되게 하기 위하여, 케이스(100)의 상면(102) 또는 하면(104)은 도로에 매설되는 도로포장재(P)에 대한 마찰계수가 큰 재질로 마련될 수 있다. 이에 의해 케이스(100)의 상면(102) 또는 하면(104)의 도로포장재(P)에 대한 마찰력이 증가될 수 있으며, 케이스(100)가 도로포장재(P)와 일체화되는 데 기여할 수 있다.
구체적으로, 도로 상에서 주행하는 차량과 같은 이동체에 의해 도로포장재(P)에 외력이 가해지고, 그 외력에 의해 도로포장재(P)에 진동이 발생될 수 있다.
이때, 케이스(100)의 상면(102) 또는 하면(104)이 도로포장재(P)에 대한 마찰력이 작거나 고정력이 작게 될 경우, 도로포장재(P) 내에서 케이스(100)가 제 위치에 유지되기 어려울 수 있고, 이는 외력 또는 진동이 케이스(100)에 전달되는 데 방해요인이 될 수 있다.
따라서 도로포장재(P) 내에서 케이스(100)는 상하 방향으로 약간의 진동만이 허용되는 것이 보다 효율적으로 전기를 발생시키는 데 이로울 수 있다.
또한, 전술된 바와 같이 도로 상에서 주행하는 차량과 같은 이동체에 의해 도로포장재(P)에 외력이 가해지는 경우, 케이스(100)의 상면(102)에 연결된 진동 발생 부재(110)에 외력이 전달될 수 있다. 이때, 외력은 복수 개의 진동 발생 부재(110)에 모두 전달되거나 일부에만 전달될 수 있음은 당연하다.
탄성 재질로 마련된 진동 발생 부재(110)는 진동 발생 부재(110)에 전달된 외력에 의해 변형되고 복원력이 발생되어 진동을 발생시킬 수 있다. 이와 같이 진동 발생 부재(110)에서 발생된 진동은 상면(102) 또는 하면(104)에 전달되어, 지지 부재(120) 및 지지 부재(120)에 장착된 외팔보(130)에 전달되고, 최종적으로 압전체(140)에 전달되어 압전체(140)에서 전기를 발생시킬 수 있다.
추가적으로, 케이스(100)의 상면(102)에 가해진 외력은 탄성 재질의 지지 부재(120)에 전달될 수 있으며, 탄성 재질로 마련된 지지 부재(120)는 외력에 의해 변형되고 복원력이 발생되어 진동을 발생시킬 수 있다. 이와 같이 지지 부재(120)에서 발생된 진동은 지지 부재(120)에 장착된 외팔보(130)에 전달되고, 최종적으로 압전체(140)에 전달되어 압전체(140)에서 전기를 발생시킬 수 있다.
이와 같이 제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈(10)은 간접적으로 전달되는 진동에 의하여 압전체(140)에서 전기를 발생시킴으로써, 지속적으로 또는 연속적으로 에너지 하베스팅을 수행할 수 있으며, 케이스(100)에 가해진 외력이 작은 경우 또는 이에 의하여 케이스(100)에 작은 변위가 발생되는 경우에도 에너지 하베스팅을 수행할 수 있다.
이때, 탄성 재질로 마련된 진동 발생 부재(110)에 의해 효율적으로 진동이 발생되고, 탄성 재질로 마련된 지지 부재(120)에 의해 외팔보(130) 및 압전체(140)를 지지함과 동시에 외팔보(130) 및 압전체(140)에 외력 또는 진동을 전달할 수 있으며, 진동 발생 부재(110)와 함께 추가적으로 진동을 발생시키는 역할을 할 수 있다.
도 5는 제2 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈의 사시도를 도시한다.
도 5를 참조하여, 제2 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈(20)은 케이스(200) 및 압전체(210)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(200)는 외력이 가해지는 상면(202) 및 상면(202)보다 하부에 배치되어 상면(202)에 대하여 개폐 가능한 하면(204)을 포함할 수 있다.
제1 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈(10)과 마찬가지로, 상면(202) 및 하면(204)은 도로포장재에 대한 마찰계수가 큰 재질로 마련되어 케이스(200)가 도로포장재 내에 안정적으로 유지되게 할 수 있다.
이때, 상면(202)의 하단에는 압전체(210)가 장착될 수 있다.
상기 압전체(210)는 벌크 형태로 마련될 수 있으며, 복수 개의 압전체(210)가 상면(202)의 하단에 이격되게 장착될 수 있다.
이에 의해 상면(202)에 가해진 외력에 의해 압전체(210)에 직접 충격이 가해져, 압전체(210)에서 전기를 발생시킬 수 있다.
상기 하면(204)에는 압전체(210)를 수용하는 수용 홈(2042)이 구비될 수 있다.
이때, 수용 홈(2042)의 배치 또는 개수는 상면(202)의 하단에 장착된 압전체(210)의 배치 또는 개수에 대응되게 마련될 수 있다.
또한, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 수용 홈(2042) 내에 완충재 또는 변위 조절 부재가 구비되어 압전체(210)의 내구성을 보완할 수 있다.
구체적으로, 수용 홈(2042) 내에 완충재가 구비되는 경우 압전체(210)가 수용 홈(2042)가 직접적으로 접촉되는 것을 방지하여 압전체(210)에 가해진 충격에 의해 압전체(210)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이 제2 실시예에 따른 도로용 압전 하베스팅 모듈은 도로 내에 매설되어 외력에 직접적으로 충격이 가해져 효율적으로 에너지 하베스팅을 수행할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 도로용 압전 하베스팅 모듈
100: 케이스
110: 진동 발생 부재
120: 지지 부재
130: 외팔보
140: 압전체

Claims (10)

  1. 일면에 외력이 가해지는 상면 및 상기 상면보다 하부에 배치되어 상기 상면에 대하여 개폐 가능한 하면을 포함하는 케이스; 및
    상기 상면의 하단에 장착된 압전체를 포함하고,
    상기 하면은 상기 압전체를 수용하는 수용 홈을 포함하고, 상기 수용 홈 내에는 완충재가 구비되며,
    상기 상면 및 하면은 도로에 매설되는 도로포장재에 대한 마찰계수가 큰 재질로 마련되고, 상기 도로에 매설되어 상기 도로포장재 내에 일체화되는, 도로용 압전 하베스팅 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 도로 내에 매설되어 도로면에 가해지는 외력이 전달되는 상면;
    상기 도로 내에서 상기 상면으로부터 평행하게 이격 배치된 하면;
    상기 상면 및 하면 사이에 연결되어 상기 외력에 의해 진동을 발생시키는 진동 발생 부재;
    상기 상면 및 하면 사이에 연결되어 상기 진동 발생 부재에서 발생된 진동을 전달하는 지지 부재; 및
    상기 지지 부재 상에 장착되어 상기 지지 부재에 의해 전달된 진동에 의해 전기를 발생시키는 압전체를 포함하며,
    상기 상면 또는 하면은 상기 도로에 매설되는 도로포장재에 대한 마찰계수가 큰 재질로 마련되어, 상기 도로포장재 내에 상기 상면 또는 상기 하면이 일체화되는, 도로용 압전 하베스팅 모듈.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 진동 발생 부재는 상기 상면에 가해진 외력에 의해 변형되도록 탄성 재질로 마련되어, 상기 상면 및 하면 사이에서 상기 지지 부재 및 상기 압전체의 외측에 배치되는 도로용 압전 하베스팅 모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 지지 부재에는 복수 개의 압전체가 장착되고,
    상기 복수 개의 압전체는 상기 상면 또는 하면과 서로 평행하도록 상기 지지 부재 상에 서로 이격 배치되는 도로용 압전 하베스팅 모듈.
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