KR101821888B1 - Piezoelectric module and small generator using the same - Google Patents

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KR101821888B1 KR1020160094808A KR20160094808A KR101821888B1 KR 101821888 B1 KR101821888 B1 KR 101821888B1 KR 1020160094808 A KR1020160094808 A KR 1020160094808A KR 20160094808 A KR20160094808 A KR 20160094808A KR 101821888 B1 KR101821888 B1 KR 101821888B1
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piezoelectric
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권성구
고승환
강대현
이종욱
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군산대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a piezoelectric device module and a small generator using the same. More specifically, the present invention relates to a piezoelectric device module which comprises a plurality of piezoelectric device layers and a plurality of modification guides alternately stacked with the piezoelectric device layers and having a curvature formed on a surface being in contact with the piezoelectric device layers, and a small generator using the same. The piezoelectric module of the present invention can increase durability and electric energy generation.

Description

압전소자 모듈 및 이를 이용한 소형 발전기{PIEZOELECTRIC MODULE AND SMALL GENERATOR USING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a piezoelectric element module,

본 발명은, 압전소자 모듈 및 이를 이용한 소형 발전기에 관한 것이다.The present invention relates to a piezoelectric element module and a small-sized generator using the same.

전기에너지는 다양한 기기를 구동하는 핵심동력으로 수력, 화석연료 등 다양한 형태에서 얻어지는데 에너지 원료가 고갈되고 있는 동시에 환경문제가 대두되고 있기 때문에 깨끗하고 무한정 사용할 수 있는 에너지 하베스팅에 대한 관심이 증폭되고 있다.Electric energy is a key driving force for various devices. It is obtained from various forms such as hydroelectric power and fossil fuel. Because energy source is exhausted and environmental problem is rising, interest in energy harvesting that can be used cleanly and indefinitely is amplified have.

반도체 기술의 발전으로 전자소자 및 부품이 점차 소형화, 고집적화, 저전력화가 급속히 이루어 짐에 따라서, 전자제품도 대형화에서 소형화와 휴대화가 빠르게 진행되고 있으며, 레져 활동 인구도 증가되어 소형화 전자제품의 수요도 증가하고 있다. 이로 인하여 배터리 기술과 함께, 휴대용 수동발전기의 수요가 늘어남에 따라 시장 규모도 빠르게 증가하고 있다. As the development of semiconductor technology progressively leads to miniaturization, high integration and low power consumption of electronic devices and components, the miniaturization and portability of electronic products are rapidly increasing, and the leisure activity population is also increasing, . As a result, demand for portable hand-held generators has increased along with battery technology, and the market size is also rapidly increasing.

소형 수동발전 기술에 대한 관심도 늘고 있으며 태양발전, 압전발전, 유도전기발전, 열전발전 등 소형 에너지 하베스팅 방법이 활발히 연구되고 있다. 이들 중에서 현재는 주로 태양광 발전과 유도전기발전이 가장 많이 제품화되어 있으나, 태양광 발전은 부피가 크고, 제품가격이 높으며, 날씨와 시간의 영향을 많이 받는 단점이 있고, 유도전기발전은 소형화할 경우에 효율이 급격하게 감소하고, 충분한 양의 전기에너지의 확보가 어렵다. There is a growing interest in miniature passive power generation technology, and small energy harvesting methods such as solar power, piezoelectric power generation, induction electric power generation, and thermoelectric power generation are being actively studied. Among them, solar power generation and induction electric power generation are mostly commercialized, but PV power generation is bulky, product price is high, weather and time are greatly influenced, and induction electric power generation is miniaturized The efficiency is rapidly reduced and it is difficult to secure a sufficient amount of electric energy.

최근에는 소형화 발전기로 전력 밀도량 대비 효율성이 좋은 세라믹 압전소재를 이용한 수동형 소형발전기에 대한 연구가 진행되고 있다. 세라믹 압전소재를 이용한 수동형 소형발전기에 사용되는 압전소자는 부피가 매우 작기 때문에 반도체처럼 고집적화가 가능하고, 대량생산이 용이한 장점이 있다. In recent years, miniature generators have been studied for passive compact generators using ceramic piezoelectric materials with high efficiency compared to power density. Piezoelectric elements used in passive compact generators using ceramic piezoelectric materials are very small in volume and can be highly integrated as in semiconductors and have advantages in mass production.

세라믹소재를 사용하는 압전소자의 경우에는, 압전소자를 박막 형태로 이용하므로, 주기적인 기계적 변형에 의한 전기에너지의 생산 시, 충격이나 변형에 취약하기 때문에 압전소자가 쉽게 깨지고, 내구성이 부족하고, 전기생산량이 낮아지는 문제점이 있다. In the case of a piezoelectric element using a ceramic material, since the piezoelectric element is used in the form of a thin film, it is vulnerable to impact or deformation when producing electrical energy by periodic mechanical deformation. Therefore, the piezoelectric element easily breaks, There is a problem that the electricity production amount is lowered.

본 발명은, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 내구성이 향상되고, 고집적화를 통하여 단위부피당 생산되는 전기에너지의 양을 증가시킬 수 있는, 압전소자 모듈을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a piezoelectric element module which has improved durability and can increase the amount of electric energy produced per unit volume through high integration.

또한, 본 발명은, 본 발명에 의한 압전소자 모듈을 포함하는 소형 발전기를 제공하는 것이다.The present invention also provides a compact generator including the piezoelectric element module according to the present invention.

본 발명의 하나의 양상은, According to one aspect of the present invention,

복수의 압전소자층; 및 상기 압전소자층과 교대로 적층된 복수의 변형가이드; 를 포함하고, 상기 변형가이드는, 상기 압전소자층과 접촉하는 면에 곡률이 형성된 것인, 압전소자 모듈에 관한 것이다. A plurality of piezoelectric element layers; And a plurality of deformation guides alternately stacked with the piezoelectric element layer; Wherein the deformation guide is formed with a curvature on a surface in contact with the piezoelectric element layer.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 변형가이드는, 상기 압전소자층 길이의 20 % 내지 90 %를 접촉하는 곡률이 형성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the deformation guide may be formed with a curvature in contact with 20% to 90% of the length of the piezoelectric element layer.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 변형가이드는, 상기 압전소자층 길이의 10 % 내지 15 %의 수직 변형을 유도하는 곡률 반경을 갖는 곡률이 형성되고, 상기 곡률은, 0.5 mm 내지 7.5 mm의 높이 차이(저점과 고점 간의 거리, 전극길이가 50 mm인 경우)를 갖는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the deformation guide is formed with a curvature having a radius of curvature inducing vertical deformation of 10% to 15% of the length of the piezoelectric element layer, and the curvature is 0.5 mm to 7.5 mm The height difference (distance between the low point and the high point, when the electrode length is 50 mm).

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 변형가이드는, 표면의 적어도 일부분에 탄성폴리머 코팅층이 형성되고, 상기 코팅층은, 0.1 mm 내지 10 mm 두께를 갖는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the deformation guide may be formed with an elastic polymer coating layer on at least a part of its surface, and the coating layer may have a thickness of 0.1 mm to 10 mm.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탄성폴리머 코팅층은, 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 및 알파올레핀 올레핀계 모노머 중 하나 이상으로 중합된 폴리올레핀계 엘라스토머; 폴리올레핀계 엘라스토머; 폴리우레탄계 엘라스토머; 상기 올레핀계 모노머들과 극성기를 갖는 모노머들이 공중합된 엘라스토머; 스티렌과 상기 올레핀계 모노머들이 공중합된 엘라스토머; 나일론 엘라스토머; 폴리에스테르계 엘라스토머; 및 테프론 엘라스토머; 으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the elastic polymer coating layer comprises a polyolefin-based elastomer polymerized with at least one of ethylene, propylene, butadiene, and alpha olefin olefin-based monomers; Polyolefin elastomer; Polyurethane-based elastomers; An elastomer in which the olefin-based monomers and the monomers having polar groups are copolymerized; An elastomer in which styrene and the olefin-based monomers are copolymerized; Nylon elastomer; Polyester-based elastomer; And Teflon elastomers; , And the like.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 변형가이드는, 합금, 금속, 또는 폴리(옥시메틸렌)(poly(oxymethylene)) 나일론, 나일론 6(nylon 6), 나일론 66(nylon 66), 나일론 610(nylon 610), 에폭사이드(epoxies), 폴리우레탄(polyurethanes) 및 셀룰로오스(cellulose)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the deformation guide may be formed of an alloy, metal or poly (oxymethylene) nylon, nylon 6, nylon 66, nylon 610 610), epoxies, polyurethanes, and cellulose. The term " polymer "

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 변형가이드는, 1 mm 내지 30 mm 두께를 갖는 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the deformation guide may have a thickness of 1 mm to 30 mm.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 압전소자층은, 기판; 및 상기 기판 상에 형성되고, 양면에 전극층을 갖는 압전체층; 을 포함하고, 상기 압전체층은, 강유전체를 포함하며, 상기 압전체층은, α-AlPO4(Berlnite), α-SiO2(Quartz), LiTaO3, LiNbO3, SrxBayNb2O8, Pb5-Ge3O11, Tb2(MoO4)3, Li2B4O7, Bi12SiO20, Bi12GeO2, PZT(lead zirconate titanate), BTO(barium titanate), BFO(bismuth ferric oxide), PTO(platinum oxide), ZnO, CdS, GaN, AlN, VDF, ZnMgO, InN, GeTe, ZnSnO3, GaN, KNbO3, NaNBO3, P(VDF-TrFe), P(VDFTeFE), TGS, PZT-PVDF, PZT-Silicon Rubber, PZT-Epoxy, PZT-발포 Polymer, PZT-발포우레탄, 및 PVDF(polyvinylidene difluoride)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the piezoelectric element layer comprises: a substrate; And a piezoelectric layer formed on the substrate, the piezoelectric layer having electrode layers on both surfaces thereof; The piezoelectric layer, and containing silver, comprising a ferroelectric, wherein the piezoelectric layer is, α-AlPO 4 (Berlnite) , α-SiO 2 (Quartz), LiTaO 3, LiNbO 3, SrxBayNb 2 O 8, Pb5-Ge 3 O 11, Tb 2 (MoO 4 ) 3, Li 2 B 4 O 7, Bi 12 SiO 2 0, Bi 12 GeO 2, PZT (lead zirconate titanate), BTO (barium titanate), BFO (bismuth ferric oxide), PTO ZnSiO 3 , GaN, KNbO 3 , NaNBO 3 , ZnO, ZnO, ZnO, PZT-foamed polyurethane, PZT-foamed urethane, and PVDF (polyvinylidene difluoride), which are selected from the group consisting of P (VDF-TrFe), P (VDFTeFE), TGS, PZT-PVDF, PZT- Or more.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기판은, 금속기판 또는 플라스틱 기판이며, 상기 기판은, Ti 기판, Al 합금, SUS (stainless steel)판, 황동판, 또는 PET 기판일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the substrate is a metal substrate or a plastic substrate, and the substrate may be a Ti substrate, an Al alloy, a stainless steel plate, a brass plate, or a PET substrate.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 압전소자층은, 0.05 mm 내지 4 mm 두께의 기판; 및 0.05 mm 내지 3 mm의 압전체층; 을 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the piezoelectric element layer comprises a substrate having a thickness of 0.05 mm to 4 mm; And a piezoelectric layer of 0.05 mm to 3 mm; . ≪ / RTI >

본 발명의 다른 양상은, According to another aspect of the present invention,

압전소자 모듈; 상기 압전소자 모듈을 고정하는 고정부; 상기 고정부의 상단에 위치한 탄성조절부; 및 압전소자를 진동시키는 하부 구동부; 를 포함하고, 상기 압전소자 모듈은: 복수의 압전소자층; 및 상기 압전소자층과 교대로 적층된 복수의 변형가이드; 를 포함하고, 상기 변형가이드는, 상기 압전소자층과 접촉하는 면에 곡률이 형성된 소형 발전기에 관한 것이다. A piezoelectric element module; A fixing part for fixing the piezoelectric element module; An elasticity adjusting unit disposed at an upper end of the fixing unit; And a lower driver for vibrating the piezoelectric element; The piezoelectric element module comprising: a plurality of piezoelectric element layers; And a plurality of deformation guides alternately stacked with the piezoelectric element layer; And the deformable guide is related to a compact generator having a curvature formed on the surface in contact with the piezoelectric element layer.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 고정부는, 상기 압전소자층이 삽입되는 사다리꼴 형상의 홈과 수직왕복운동을 유도하는 가이드 홈이 형성된 고정틀; 을 포함하고, 상기 고정틀은, 상단에 탄성조절부와 접촉하고, 하단에 상기 압전소자 구동부와 접촉하여 수직왕복운동을 생성하는 반원기둥형의 하부 돌출부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the fixing portion may include: a fixed frame having a trapezoidal groove into which the piezoelectric element layer is inserted and a guide groove for inducing vertical reciprocating motion; The fixing frame may include a semi-cylindrical lower protrusion contacting the elasticity adjusting unit at the upper end and contacting the piezoelectric element driving unit at the lower end to generate a vertical reciprocating motion.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탄성조절부는, 탄성스프링 및 스프링하우징을 포함하고, 상기 탄성스프링은, 변형주파수 1 내지 1000 범위를 갖는 스프링 탄성계수를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the elastic regulating portion includes an elastic spring and a spring housing, and the elastic spring may include a spring elastic modulus having a strain frequency ranging from 1 to 1,000.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 압전소자 구동부는, 회전운동하는 구동나사를 포함하고, 상기 구동나사는, 상기 고정틀의 하부 돌출부와 접촉하고, 상기 구동나사는, 곡면을 형성하고, 복수의 골 및 마루를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the piezoelectric element driving part includes a driving screw that rotates, the driving screw contacts a lower projection of the fixing frame, the driving screw forms a curved surface, And may include corrugations and flooring.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구동나사는, 1회전에 1회 내지 10회의 수직왕복운동을 제공할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the drive screw may provide one to ten vertical reciprocating motions per rotation.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 압전소자 구동부는, 회전운동하는 구동기어; 및 상기 구동기어의 회전운동을 수직왕복운동으로 변환하는 피스톤; 을 포함하고, 상기 피스톤은, 상기 고정틀과 접촉하여 상기 고정틀에 수직왕복운동을 전달할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the piezoelectric element driver includes: a driving gear that rotates; And a piston for converting rotational motion of the driving gear into vertical reciprocating motion; Wherein the piston is capable of transmitting a vertical reciprocating motion to the fixture in contact with the fixture.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 피스톤과 상기 고정틀 사이에 보호기판을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a protective substrate may further be provided between the piston and the fixed body.

본 발명은, 세라믹 소재의 압전소자의 변형범위를 크게하면서도, 응력을 전체에 균등하게 분산하고, 충격을 최소화하여, 크랙 발생을 방지함으로써 내구성이 향상되고, 높은 전력 생산이 가능한 압전소자 모듈을 제공할 수 있다.The present invention provides a piezoelectric device module which can increase the durability and prevent the generation of cracks while dispersing the stress evenly throughout the piezoelectric device, and minimizing the impact while increasing the deformation range of the piezoelectric device of the ceramic material can do.

본 발명은, 상기 압전소자 모듈을 이용하여 최적의 전력을 생산할 수 있는 수동형 소형 발전기를 제공할 수 있다. The present invention can provide a passive compact generator capable of producing optimum power using the piezoelectric element module.

본 발명은, 다수의 압전소자 모듈이 고집적된 소형 발전기를 제공하여 전력 생산량을 크게 향상시킬 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a small-sized generator in which a large number of piezoelectric element modules are highly integrated, thereby greatly improving power production.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 압전소자 모듈의 단면을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 변형 가이드의 단면을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 압전소자 모듈을 포함하는 소형 발전기를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 본 발명에 의한 압전소자 모듈을 포함하는 소형 발전기를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 다수의 압전소자 모듈을 장착하여 고집적화된 본 발명에 의한 다중 소형 발전기를 예시적으로 나타낸 것이다.
1 is a cross-sectional view of a piezoelectric element module according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 illustrates, by way of example, a section of a deformation guide according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 exemplarily shows a miniature generator including a piezoelectric element module according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4 illustrates, by way of example, a miniature generator including a piezoelectric element module according to another embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a multi-small generator according to another embodiment of the present invention, which is highly integrated by mounting a plurality of piezoelectric element modules according to the present invention.

이하 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 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. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 본 명세서에서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, terms used in this specification are terms used to appropriately express the preferred embodiments of the present invention, which may vary depending on the user, the intention of the operator, or the practice of the field to which the present invention belongs. In this specification, the definitions of these terms shall be based on the contents throughout this specification.

본 발명은, 압전소자 모듈에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명은, 압전소자층 사이에 변형가이드를 설치하여 기계적으로 인가되는 응력에너지를 최적으로 분산시켜 압전소자의 크랙을 방지하여 우수한 내구성을 갖고, 고집적화된 압전소자 모듈을 제공할 수 있다. The present invention relates to a piezoelectric element module. According to one embodiment of the present invention, a strain guide is provided between the piezoelectric element layers to optimally disperse stress energy mechanically applied to the piezoelectric element module, It is possible to provide a highly integrated piezoelectric element module having excellent durability.

본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1을 참조하여 설명하며, 도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 압전소자 모듈의 단면을 예시적으로 나타낸 것으로, 도 1에서 상기 압전소자 모듈(100)은, 복수의 압전소자층(110); 및 복수의 변형가이드(120); 를 포함할 수 있다.1 is a cross-sectional view illustrating a piezoelectric element module according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, The piezoelectric element module 100 includes a plurality of piezoelectric element layers 110; And a plurality of deformation guides (120); . ≪ / RTI >

본 발명의 일 예로, 복수의 압전소자층(110)은, 인가된 기계적 에너지에 의한 변형으로 압전 에너지를 생산하는 것으로, 세라믹 압전체층(111) 및 압전체층(111) 의 양면에 형성된 전극층(112, 113)을 포함할 수 있다.The plurality of piezoelectric element layers 110 produce piezoelectric energy by deformation due to the applied mechanical energy and are formed of a ceramic piezoelectric layer 111 and an electrode layer 112 formed on both surfaces of the piezoelectric layer 111 , 113).

예를 들어, 압전체층(111)은, 강유전체 물질을 포함하며, 단결정, 다결정계 물질 또는 이들의 폴리머 복합체 등일 수 있다. α-AlPO4(Berlnite), α-SiO2(Quartz), LiTaO3, LiNbO3, SrxBayNb2O8, Pb5-Ge3O11, Tb2(MoO4)3, Li2B4O7, Bi12SiO20, Bi12GeO2, PZT(lead zirconate titanate), BTO(barium titanate), BFO(bismuth ferric oxide), PTO(platinum oxide), ZnO, CdS, GaN, AlN, VDF, ZnMgO, InN, GeTe, ZnSnO3, GaN, KNbO3, NaNBO3, P(VDF-TrFe), P(VDFTeFE), TGS, PZT-PVDF, PZT-Silicon Rubber, PZT-Epoxy, PZT-발포 Polymer, PZT-발포우레탄, 및 PVDF(polyvinylidene difluoride)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. For example, the piezoelectric layer 111 includes a ferroelectric material, and may be a single crystal, a polycrystalline material, a polymer composite thereof, or the like. α-AlPO 4 (Berlnite), α-SiO 2 (Quartz), LiTaO 3, LiNbO 3, SrxBayNb 2 O 8, Pb5-Ge 3 O 11, Tb 2 (MoO 4) 3, Li 2 B 4 O 7, Bi 12 SiO 2 , Bi 12 GeO 2 , lead zirconate titanate (PZT), barium titanate (BTO), bismuth ferric oxide, PTO, ZnO, CdS, GaN, AlN, VDF, ZnMgO, InN, GeTe, ZnSnO 3, GaN, KNbO 3, NaNBO 3, PZT-foamed polyurethane, PZT-foamed urethane, and PVDF (polyvinylidene difluoride), which are selected from the group consisting of P (VDF-TrFe), P (VDFTeFE), TGS, PZT-PVDF, PZT- Or more.

예를 들어, 압전체층(111)은, 압전소자의 기계적 에너지를 통한 유연한 변형 및 강도를 고려해서 0.1 mm 내지 3 mm 두께로 형성될 수 있다. For example, the piezoelectric layer 111 can be formed to have a thickness of 0.1 mm to 3 mm in view of the flexible deformation and strength through the mechanical energy of the piezoelectric element.

예를 들어, 전극층(112, 113)은, Pt, Cu, Al, Au, Ag 및 Ti로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. For example, the electrode layers 112 and 113 may include at least one selected from the group consisting of Pt, Cu, Al, Au, Ag, and Ti.

본 발명의 다른 예로, 복수의 압전소자층(110)은, 기판(114), 기판(114) 상에 압전체층(111)이 형성되고, 압전체층(111)의 양면에 전극층(112, 113)이 형성될 수 있다. 압전체층(111) 및 전극층(112, 113)은 상기 언급한 바와 같고, 기판(114)은, 금속기판 또는 플라스틱 기판이며, 기판(114)은, Al 합금, Ti 기판, SUS (stainless steel)판, 황동판, 또는 PET 기판일 수 있다. In another example of the present invention, a plurality of piezoelectric element layers 110 includes piezoelectric layers 111 on a substrate 114 and a substrate 114, electrode layers 112 and 113 on both surfaces of the piezoelectric layer 111, Can be formed. The piezoelectric substrate 111 and the electrode layers 112 and 113 are as described above and the substrate 114 is a metal substrate or a plastic substrate and the substrate 114 is made of an Al alloy, a Ti substrate, a stainless steel , A brass plate, or a PET substrate.

예를 들어, 기판(114)의 길이는, 압전체층(111)의 길이와 동일하거나 또는 압전체층(111)의 유연한 변형을 유도하기 위해서 더 짧을 수 있다For example, the length of the substrate 114 may be the same as the length of the piezoelectric layer 111 or may be shorter to induce a flexible deformation of the piezoelectric layer 111

예를 들어, 기판(114)은, 0.05 mm 내지 4 mm 두께로 형성되고, 압전체층(111)은, 0.05 mm 내지 3 mm 두께로 형성되며, 기판(114)과 압전체층(111)의 두께의 합은 0.1 mm 내지 7 mm일 수 있다. 바람직하게는 기판(114)은 0.3 mm의 두께 및 압전체층(111)은 0.2 mm의 두께로 형성될 수 있다. For example, the substrate 114 is formed to a thickness of 0.05 mm to 4 mm, the piezoelectric layer 111 is formed to a thickness of 0.05 mm to 3 mm, and the thickness of the substrate 114 and the piezoelectric layer 111 The sum may be from 0.1 mm to 7 mm. Preferably, the substrate 114 may be formed to a thickness of 0.3 mm and the piezoelectric layer 111 may be formed to a thickness of 0.2 mm.

본 발명의 일 예로, 변형가이드(120)는, 압전소자층(110)과 교대로 적층되고, 복수개로 구성된다. 변형가이드(120)는, 압전소자층(110) 사이의 충격을 흡수하고, 압전소자층(110)의 진동 시 신축하여 압전소자층(110)의 변형 시 최적의 곡률반경으로 변형되어 응력에너지를 균일하게 분산시켜 압전소자층(110)의 크랙 발생, 파손 등을 방지하고, 변형수준을 제어하여 압전소자의 최적 변형을 통한 내구성이 우수한 압전소자 모듈(100)을 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the deformation guides 120 are stacked alternately with the piezoelectric element layers 110, and the deforming guides 120 are composed of a plurality of. The deformation guide 120 absorbs the impact between the piezoelectric element layers 110 and is stretched or contracted when the piezoelectric element layer 110 vibrates to deform the piezoelectric element layer 110 to an optimum radius of curvature at the time of deformation, It is possible to provide a piezoelectric device module 100 that is uniformly dispersed to prevent cracks, breakage, and the like of the piezoelectric device layer 110 and to control the level of deformation to provide durability through optimum deformation of the piezoelectric device.

예를 들어, 변형가이드(120)는, 압전소자층(110)의 변형, 예를 들어, 압전체층(111) 길이의 10% 내지 15% 범위의 수직변형을 할 수 있으며; 예를 들어, 이는 50 mm 압전소자의 경우, 1 mm 내지 7.5 mm; 또는 2 mm 내지 5 mm의 크기로 변형시킬 수 있으며, 변형에 따른 응력의 균일한 분산을 유도하고, 내구성을 향상시킬 수 있다.For example, the deformation guide 120 is capable of deforming the piezoelectric element layer 110, for example, vertical deformation in the range of 10% to 15% of the length of the piezoelectric layer 111; For example, this may be from 1 mm to 7.5 mm for a 50 mm piezoelectric element; Or a size of 2 mm to 5 mm, inducing a uniform dispersion of the stress due to the deformation, and improving the durability.

예를 들어, 변형가이드(120)는, 압전소자층(110)과 접촉하는 면에 곡률이 형성될 수 있으며, 상기 곡률은, 압전소자층(110)의 길이의 90 % 이하; 바람직하게는 20 % 내지 90 %; 더 바람직하게는 50 % 내지 90 %의 접촉면적으로 압전소자층(110) 및 변형가이드(120)와 접촉하도록 형성될 수 있다. 상기 접촉면적 범위를 벗어나면, 신축이 잘 이루어지지 않아 응력 분산이 잘 이루어지지 않고, 압전소자층(110)의 내구성의 향상이 어려워질 수 있다. For example, the deformation guide 120 may have a curvature on a surface contacting the piezoelectric element layer 110, and the curvature may be 90% or less of the length of the piezoelectric element layer 110; Preferably 20% to 90%; More preferably in a contact area of 50% to 90% with respect to the piezoelectric element layer 110 and the deformation guide 120. If the contact area is out of the contact area range, expansion and contraction are not performed well, stress dispersion is not performed well, and improvement of the durability of the piezoelectric element layer 110 may become difficult.

예를 들어, 변형가이드(120)는, 압전소자층(110)의 응력의 분산이 잘 이루어지고, 동시에 적절한 범위 내의 변형을 유도하기 위해서, 압전소자층(110)의 길이의 10 % 내지 15 %의 변형을 유도하기 위한 곡률반경(r)을 갖는 곡률을 형성할 수 있으며, 예를 들어, 길이 50 mm의 압전소자층(110)을 1 내지 5 mm의 변형을 유도하기 위해서 곡률반경(r)은 65 mm 내지 325 mm일 수 있다.For example, the deformation guide 120 may be formed in a range of 10% to 15% of the length of the piezoelectric element layer 110 so that the stress distribution of the piezoelectric element layer 110 is well dispersed, A radius of curvature r for inducing deformation of the piezoelectric element layer 110. For example, the piezoelectric element layer 110 having a length of 50 mm may have a curvature radius r to induce deformation of 1 to 5 mm, May be between 65 mm and 325 mm.

예를 들어, 변형가이드(120)은, 1 mm 내지 30 mm의 두께를 가질 수 있다. For example, the deformation guide 120 may have a thickness of 1 mm to 30 mm.

예를 들어, 변형가이드(120)는, 도 2를 참조하면, 도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 변형가이드(120)의 단면을 예시적으로 나타낸 것으로, 변형가이드(120)의 곡률에서 저점(L1)와 고점(L2) 간의 높이 차이(h, 고저차)는, 0.5 mm 내지 7.5 mm; 또는 1 mm 내지 5 mm일 수 있으며, 이는 50 mm 길이의 전극인 경우에 1 mm 내지 7.5 mm일 수 있다. For example, referring to FIG. 2, the deformation guide 120 is illustratively shown in cross section of a deformation guide 120 according to an embodiment of the present invention, The height difference (h, elevation difference) between the trough L1 and the trough L2 in the curvature of the trough 120 is 0.5 mm to 7.5 mm; Or 1 mm to 5 mm, which may be 1 mm to 7.5 mm for a 50 mm long electrode.

예를 들어, 변형가이드(120)는, 표면의 적어도 일부분에 탄성폴리머 코팅층이 더 형성될 수 있으며, 상기 탄성폴리머 코팅층은, 탄성폴리머를 포함하고, 압전소자층의 기계적 변형량을 균일하게 유지지키고, 표면의 마찰력과 긁힘 등을 최소화할 수 있다. For example, the deformation guide 120 may have an elastic polymer coating layer formed on at least a part of the surface thereof. The elastic polymer coating layer may include an elastic polymer, keep the mechanical deformation amount of the piezoelectric element layer uniform, The surface friction and scratches can be minimized.

예를 들어, 상기 탄성폴리머 코팅층은 0.1 mm 내지 10 mm 두께; 1 mm 내지 5 mm; 또는 0.5 mm 내지 1 mm 두께로 형성될 수 있으며, 상기 탄성폴리머 코팅층의 두께가 0.1 mm 미만이면, 압전소자층(110)에 의한 손상이 발생할 수 있고, 두께가 1 mm 초과하면 응력 분산이 잘 이루어지지 않을 수 있다.For example, the elastic polymer coating layer may have a thickness of 0.1 mm to 10 mm; 1 mm to 5 mm; Or a thickness of 0.5 mm to 1 mm. If the thickness of the elastic polymer coating layer is less than 0.1 mm, damage may be caused by the piezoelectric element layer 110. If the thickness exceeds 1 mm, It may not.

예를 들어, 상기 탄성폴리머 코팅층은, 탄성을 갖는 폴리머라면 제한 없이 적용될 수 있고, 예를 들어, 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 및 알파올레핀 올레핀계 모노머 중 하나 이상으로 중합된 폴리올레핀계 엘라스토머; 폴리올레핀계 엘라스토머; 폴리우레탄계 엘라스토머; 상기 올레핀계 모노머들과 극성기를 갖는 모노머들이 공중합된 엘라스토머; 스티렌과 상기 올레핀계 모노머들이 공중합된 엘라스토머; 나일론 엘라스토머; 폴리에스테르계 엘라스토머; 및 테프론 엘라스토머; 으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다. .For example, the elastic polymer coating layer may be applied to any polymer having elasticity without limitation, for example, a polyolefin elastomer polymerized with at least one of ethylene, propylene, butadiene, and alpha olefin olefin-based monomers; Polyolefin elastomer; Polyurethane-based elastomers; An elastomer in which the olefin-based monomers and the monomers having polar groups are copolymerized; An elastomer in which styrene and the olefin-based monomers are copolymerized; Nylon elastomer; Polyester-based elastomer; And Teflon elastomers; But it is not limited thereto. .

예를 들어, 변형가이드(120)는, 합금, 금속, 폴리머 등을 포함할 수 있고, 예를 들어, 폴리(옥시메틸렌)(poly(oxymethylene)) 나일론, 나일론 6(nylon 6), 나일론 66(nylon 66), 나일론 610(nylon 610), 에폭사이드(epoxies), 폴리우레탄(polyurethanes), 셀룰로오스(cellulose), 기계적 강도가 우수한 엔지니어링 플라스틱류의 폴리머 및 Al 합금 등의 경량금속류로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 이에 제한하는 것은 아니다. For example, the deformation guide 120 may comprise an alloy, metal, polymer, and the like, and may include, for example, poly (oxymethylene) nylon, nylon 6, nylon 66 nylon 66, nylon 610, epoxies, polyurethanes, cellulose, polymers of engineering plastics having excellent mechanical strength, and light alloys such as Al alloys. Or more, but is not limited thereto.

본 발명은, 본 발명에 의한 압전소자 모듈을 포함하는 소형 발전기에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 소형 발전기는, 내구성이 우수하고, 고집적된 압전소자 모듈을 적용하여, 최대 전력생산량이 향상되고, 휴대가 가능한 수동형 발전기로 활용될 수 있다. The present invention relates to a small-sized generator including a piezoelectric element module according to the present invention. According to an embodiment of the present invention, the small-sized generator has high durability and a highly integrated piezoelectric element module, It can be used as a passive generator with improved production and portability.

본 발명의 일 실시예에 따라, 도 3을 참조하며, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 소형 발전기를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 3에서 상기 소형 발전기는 압전소자 모듈(100), 고정부(200), 하부 구동부(300), 탄성조절부(400), 및 교류직류변환기(500)를 포함할 수 있다. 압전소자 모듈(100)은, 상기 언급한 바와 같다.3 is a block diagram illustrating a compact generator according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the compact generator includes a piezoelectric element A module 100, a fixing unit 200, a lower driving unit 300, an elasticity adjusting unit 400, and an AC / DC converter 500. The piezoelectric element module 100 is as described above.

본 발명의 일 예로, 고정부(200)는, 압전소자 모듈(100)을 장착하여 고정하고, 기계적 운동에너지를 압전소자에 전달하고, 기계적 운동에너지에 따른 압전소자 모듈(100)의 자연스러운 변형을 유도하는 것으로, 고정부(200)는, 삽입홈(211), 가이드홈(212) 및 하부 돌출부(213)가 형성된 고정틀(210)을 포함할 수 있다. In the present invention, the fixing portion 200 is configured to mount and fix the piezoelectric element module 100, to transmit the mechanical kinetic energy to the piezoelectric element, and to prevent the natural deformation of the piezoelectric element module 100 according to the mechanical kinetic energy The fixing portion 200 may include a fixing frame 210 having the insertion groove 211, the guide groove 212 and the lower protrusion 213 formed therein.

예를 들어, 삽입홈(211)은, 압전소자 모듈(100)의 압전소자층(110)이 삽입되어 고정되며, 압전소자의 변형이 잘 이루어지도록 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다.  For example, the insertion groove 211 may be formed in a trapezoidal shape so that the piezoelectric element layer 110 of the piezoelectric element module 100 is inserted and fixed and the piezoelectric element is well deformed.

예를 들어, 가이드홈(212)은, 수직왕복운동을 유도하는 것으로, 고정틀(210)이 수직 왕복 운동할 때, 여타의 진동 발생 없이 수직왕복운동이 가능하도록 고정틀(210)의 좌우에 형성되고, 판축이 삽입될 수 있다. For example, the guide groove 212 induces a vertical reciprocating motion, and is formed on the left and right sides of the fixed frame 210 to allow vertical reciprocating motion without generating any vibration when the fixed frame 210 reciprocates vertically , The plate shaft can be inserted.

예를 들어, 하부 돌출부(213)는, 하부 구동부(300)에서 전달되는 회전운동을 수직왕복운동으로 변환시켜 압전소자의 변형을 유도하는 것으로, 고정틀(210)의 하단에 형성되어 하부 구동부(300)와 접촉하고, 하부 구동부(300)와의 접촉 시 진동과 충격 없이 기계적 왕복운동을 생성하기 위해서, 반원 기둥형상으로 돌출될 수 있다. For example, the lower protrusion 213 transforms the rotational motion transmitted from the lower driver 300 into a vertical reciprocating motion to induce deformation of the piezoelectric element. The lower protrusion 213 is formed at the lower end of the fixed frame 210, , And may protrude in a semicircular columnar shape in order to generate a mechanical reciprocating motion without vibration and impact upon contact with the lower driver 300.

예를 들어, 고정틀(210)은, 세라믹 소재로 형성되고, 바람직하게는 알루미나로 형성되며, 압전소자 모듈(100)에 의한 긁힘 없이 쉽게 교체가 가능하다.For example, the fixed frame 210 is formed of a ceramic material, preferably made of alumina, and can be easily replaced without scratching by the piezoelectric element module 100.

본 발명의 일 예로, 하부 구동부(300)는, 기계적 운동에너지를 발생시키고, 하부 돌출부(213)와 접촉되어 고정틀(210)에 기계적 운동에너지를 전달한다. 예를 들어, 하부 구동부(300)는, 회전운동하는 구동나사(311)를 포함하고, 구동나사(311)의 회전운동은 하부 돌출부(213)에 의해 수직왕복운동으로 변환되어 고정틀(210)에 전달된다. 구동나사(311)는, 진동과 충격 없이 회전운동을 수직왕복운동으로 변환시키기 위해 곡면이 형성되고, 상기 곡면은 복수의 골(S1) 및 마루(S2)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 1회에 1회 내지 10회의 수직왕복운동을 제공하도록 골(S1) 및 마루(S2)를 형성할 수 있다.The lower driving part 300 generates mechanical kinetic energy and contacts the lower protruding part 213 to transfer mechanical kinetic energy to the fixed frame 210. [ For example, the lower driving unit 300 includes a driving screw 311 that rotates, and the rotary motion of the driving screw 311 is converted into a vertical reciprocating motion by the lower projection 213, . The driving screw 311 is formed with a curved surface for converting rotational motion into vertical reciprocating motion without vibration and impact, and the curved surface may include a plurality of troughs S1 and a floor S2. For example, the troughs S1 and S2 may be formed to provide one to ten vertical reciprocating movements at a time.

본 발명의 일 예로, 탄성조절부(400)는, 고정틀(210)의 상단에 위치하고, 구동나사(311)의 회전 시 빠른 하부 복원력을 유지하여 최적의 전력 생산을 유도하고, 충격을 방지할 수 있다.The elasticity adjusting unit 400 is located at the upper end of the fixed frame 210 and maintains a quick bottom restoring force when the driving screw 311 rotates to induce optimum power generation and prevent shock have.

예를 들어, 탄성조절부(400)는, 탄성스프링(410) 및 스프링하우징(420)을 포함하고, 탄성스프링(410)은, 변형주파수 1 내지 1000 범위를 갖는 스프링 탄성계수를 가지며, 상기 범위 내에 포함되면 구동나사 고속회전에 의한 충격을 완화시켜 안정적인 고전력 생산을 가능하게 할 수 있다. 탄성스프링(410)은, 탄성조절 나사(미도시)가 장착되어 고정틀의 상하 위치를 조절할 수 있다. For example, the elastic regulator 400 includes an elastic spring 410 and a spring housing 420, and the elastic spring 410 has a spring elastic modulus in the range of a strain frequency of 1 to 1000, The impact due to the high-speed rotation of the driving screw can be alleviated, and stable high-power production can be achieved. The resilient spring 410 is equipped with an elastic adjusting screw (not shown) to adjust the vertical position of the fixed frame.

본 발명의 일 예로, 교류직류변환기(500)는, 압전소자 모듈부(100)에서 생산된 압전 에너지를 전압으로 변환시켜 에너지의 저장, 에너지 소비가 필요한 부분으로 전달하는 것으로, 교류직류변환기(500)는 본 발명의 기술 분야에서 적용되는 것을 이용할 수 있으며, 본 명세서에는 구체적으로 언급하지 않는다. The AC-DC converter 500 transforms the piezoelectric energy produced by the piezoelectric element module unit 100 into a voltage and transfers the energy to a portion where energy storage and energy consumption are required. The DC-DC converter 500 ) May be used in the technical field of the present invention, and are not specifically described herein.

본 발명의 일 예로, 상기 소형 발전기는, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는다면, 본 발명의 기술 분야에서 적용되는 구성을 더 포함할 수 있으며, 본 명세서는 구체적으로 언급하지 않는다. As an example of the present invention, the miniature generator may further include a configuration applied in the technical field of the present invention, so long as the object of the present invention is not overcome, and the present specification is not specifically described.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 도 4를 참조하며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 본 발명에 의한 소형 발전기의 단면을 나타낸 것으로, 도 4a에서 상기 소형 발전기는, 압전소자 모듈(100), 고정부(200), 하부 받침부(300), 하부 구동부(400), 탄성조절부(500, 도면에 도시하지 않음), 및 교류직류변환기(600, 도면에 도시하지 않음)를 포함하고, 압전소자 모듈(100), 고정부(200), 탄성조절부(500), 및 교류직류변환기 (600)는 상기 언급한 바와 같다.4 is a cross-sectional view of a small generator according to another embodiment of the present invention. In FIG. 4A, the small generator includes a piezoelectric element module 100, a fixing portion 200, a lower receiving portion 300, a lower driving portion 400, an elasticity adjusting portion 500 (not shown in the drawing), and an AC-DC converter 600 And the piezoelectric element module 100, the fixing part 200, the elasticity adjusting part 500, and the AC-DC converter 600 are as described above.

본 발명의 일 예로, 하부 구동부(400)는, 회전운동을 수직왕복 운동으로 변형시키는 피스톤 방식을 이용하는 것으로, 회전기어(410), 피스톤(420) 및 피스톤 축(430)을 포함하고, 회전기어(410)는 피스톤 축(430)과 결합되어 회전 운동하고, 진동과 충격 없이 회전운동을 수직왕복운동으로 변환시키기 위해 곡면이 형성된다. 상기 곡면은 복수의 골(S1) 및 마루(S2)를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 8개 이상의 골(S1) 및 마루(S2)를 형성할 수 있고, 곡면은, 3 mm 내지 5 mm의 곡률반경이 형성된다. The lower driving unit 400 includes a rotary gear 410, a piston 420, and a piston shaft 430. The lower driving unit 400 includes a rotary gear 410, a piston 420, and a piston shaft 430, The piston 410 is coupled with the piston shaft 430 to rotate, and a curved surface is formed to convert the rotational motion into the vertical reciprocating motion without vibration and impact. The curved surface may include a plurality of troughs S1 and a floor S2 and may preferably form at least 8 valleys S1 and a floor S2 and the curved surface may have a thickness of 3 mm to 5 mm A radius of curvature is formed.

예를 들어, 피스톤 축(430)은, 회전기어(410)를 회전시켜 피스톤(420)의 상하운동을 위한 기계적 에너지를 전달한다. For example, the piston shaft 430 rotates the rotary gear 410 to transfer mechanical energy for up and down movement of the piston 420.

본 발명의 일 예로, 피스톤(420) 및 고정틀(210) 사이에 보호기판(440)을 더 포함할 수 있으며, 보호기판(440)은, 고정틀(210)에 피스톤(420)의 직접적인 기계적 에너지의 전달을 막아 압전소자 모듈(100)의 크랙 등을 방지할 수 있다. 예를 들어, 보호기판(440)은, Ti 기판, SUS(stainless steel)판, 황동판, 또는 PET 기판일 수 있으며, 바람직하게는 SUS판일 수 있다. The protective plate 440 may be disposed between the piston 420 and the fixed frame 210 to prevent the direct mechanical energy of the piston 420 from being applied to the fixed frame 210. [ It is possible to prevent transmission of cracks and the like of the piezoelectric element module 100. For example, the protective substrate 440 may be a Ti substrate, a stainless steel plate, a brass plate, or a PET substrate, preferably an SUS plate.

본 발명의 일 예로, 고정부(200) 및 하부 구동부(400)는 하부 받침부(300) 상에 설치되고, 고정부(200) 및 하부 구동부(400)의 안정적인 설치와 전력 생산을 위해서 하부 받침부(300) 내부의 깊이 방향으로 삽입되어 고정되고, 삽입 부위는 고정부(200) 및 하부 구동부(400)의 형태에 맞추어 성형될 수 있다. 예를 들어, 하부 구동부(400)은, 단일 또는 복수개로 형성될 수 있다. The fixing part 200 and the lower driving part 400 are provided on the lower supporting part 300 and are provided with a fixing part 200 and a lower driving part 400 for stable installation and power generation, And the insertion portion may be formed in accordance with the shapes of the fixing portion 200 and the lower driving portion 400. In this case, For example, the lower driver 400 may be formed as a single unit or a plurality of units.

본 발명의 일 예로, 도 4b를 참조하면, 도 4b에서 하부 구동부(400)는, 원통(450) 내에 회전기어(410) 및 피스톤(420)이 구비되어, 기계적 운동에 따른 회전기어(410) 및 피스톤(420)의 이탈 등을 방지하고, 안정적인 전기에너지를 제공할 수 있다. 4B, the lower driving unit 400 includes a rotary gear 410 and a piston 420 in a cylinder 450, and a rotary gear 410 according to a mechanical motion. And detachment of the piston 420 and the like, and can provide stable electric energy.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 도 5를 참조하며, 도 5는 다수의 압전소자 모듈을 장착하여 고집적화된 본 발명에 의한 다중 소형 발전기를 예시적으로 나타낸 것으로, 압전소자 모듈(100), 고정부(200), 하부 받침부(300), 하부 구동부(400), 탄성조절부(500), 및 전류변환기(600)를 포함하고, 고정부(200), 하부 받침부(300), 하부 구동부(400), 탄성조절부(500, 도면에 도시하지 않음), 및 전류변환기(600, 도면에 도시하지 않음)는 상기 언급한 바와 같다. 본 발명의 일 예로, 복수개의 압전소자 모듈(100, 100a, 100b, 100c)이 복수개로 장착되어 압전소자를 고집적화하고, 고용량의 압전 에너지를 생산하여 발전량을 향상시킬 수 있다. 또한, 복수개의 압전소자 모듈(100, 100a, 100b, 100c)을 구동하도록, 복수개의 고정부(200, 200a, 200b, 200c) 및 복수개의 하부 구동부(400)가 형성될 수 있다. 5, there is shown a multi-compact generator according to the present invention, which is highly integrated by mounting a plurality of piezoelectric element modules, and includes a piezoelectric element module 100, And includes a fixing portion 200, a lower receiving portion 300, a lower driving portion 400, an elasticity adjusting portion 500, and a current transformer 600. The fixing portion 200, the lower receiving portion 300, The driving unit 400, the elasticity adjusting unit 500 (not shown in the figure), and the current converter 600 (not shown in the drawing) are as described above. In an example of the present invention, a plurality of piezoelectric element modules 100, 100a, 100b, and 100c are mounted so as to highly integrate the piezoelectric elements, thereby producing a high-capacity piezoelectric energy and improving the power generation amount. A plurality of fixed portions 200, 200a, 200b, and 200c and a plurality of lower driving portions 400 may be formed to drive the plurality of piezoelectric element modules 100, 100a, 100b, and 100c.

본 발명은, 기계적 에너지에 따른 압전소자의 손상 등을 방지하여 압전소자 모듈의 내구성을 향상시키고, 안정적인 압전 에너지를 생산할 수 있는 압전소자 모듈을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은, 압전소자의 고집적화를 실현하여 발전용량이 향상되고, 휴대성이 좋은 소형 발전기를 제공할 수 있다. The present invention can provide a piezoelectric device module capable of improving the durability of the piezoelectric device module and producing stable piezoelectric energy by preventing the damage of the piezoelectric device according to mechanical energy. Further, the present invention can provide a small-sized generator that realizes high integration of a piezoelectric element, improves power generation capacity, and is highly portable.

Claims (17)

복수의 압전소자층; 및
상기 압전소자층과 교대로 적층된 복수의 변형가이드;
를 포함하고,
상기 변형가이드는, 상기 압전소자층과 접촉하는 면에 곡률이 형성되고,
상기 압전소자층의 양단은, 고정부에 삽입되고,
상기 변형가이드는, 상기 압전소자층 상에 적층되고, 상기 압전소자들이 일정하게 변형되도록 수직으로 일정하게 진동시키고,
상기 변형가이드는, 표면의 적어도 일부분에 탄성폴리머 코팅층이 형성되고,
상기 코팅층은, 0.1 mm 내지 10 mm 두께를 갖는 것인, 압전소자 모듈.
A plurality of piezoelectric element layers; And
A plurality of deformation guides alternately stacked with the piezoelectric element layer;
Lt; / RTI >
Wherein the deformation guide has a curvature formed on a surface contacting the piezoelectric element layer,
Both ends of the piezoelectric element layer are inserted into the fixing portion,
Wherein the deformation guide is stacked on the piezoelectric element layer and is vertically and constantly oscillated so that the piezoelectric elements are uniformly deformed,
Wherein the deformation guide is formed by forming an elastic polymer coating layer on at least a part of the surface,
Wherein the coating layer has a thickness of 0.1 mm to 10 mm.
제1항에 있어서,
상기 변형가이드는, 상기 압전소자층 길이의 20 % 내지 90 %를 접촉하는 곡률이 형성된 것인, 압전소자 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the deformation guide has a curvature in contact with 20% to 90% of the length of the piezoelectric element layer.
제1항에 있어서,
상기 변형가이드는, 상기 압전소자층 길이의 10 % 내지 15 %의 수직변형을 유도하는 곡률 반경을 갖는 곡률이 형성되고,
상기 곡률에 따른 고저차는, 50 mm 길이의 전극인 경우, 0.5 mm 내지 7.5 mm의 높이 차이(저점과 고점 간의 거리)를 갖는 것인, 압전소자 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the deformation guide is formed with a curvature having a radius of curvature inducing vertical deformation of 10% to 15% of the length of the piezoelectric element layer,
Wherein the height difference according to the curvature has a height difference (a distance between a low point and a high point) of 0.5 mm to 7.5 mm for a 50 mm long electrode.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 탄성폴리머 코팅층은, 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, 및 알파올레핀 올레핀계 모노머 중 하나 이상으로 중합된 폴리올레핀계 엘라스토머; 폴리올레핀계 엘라스토머; 폴리우레탄계 엘라스토머; 상기 올레핀계 모노머들과 극성기를 갖는 모노머들이 공중합된 엘라스토머; 스티렌과 상기 올레핀계 모노머들이 공중합된 엘라스토머; 나일론 엘라스토머; 폴리에스테르계 엘라스토머; 및 테프론 엘라스토머; 으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 압전소자 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the elastic polymer coating layer comprises a polyolefin elastomer polymerized with at least one of ethylene, propylene, butadiene, and alpha olefin olefin-based monomers; Polyolefin elastomer; Polyurethane-based elastomers; An elastomer in which the olefin-based monomers and the monomers having polar groups are copolymerized; An elastomer in which styrene and the olefin-based monomers are copolymerized; Nylon elastomer; Polyester-based elastomer; And Teflon elastomers; And at least one selected from the group consisting of a piezoelectric material and a piezoelectric material.
제1항에 있어서,
상기 변형가이드는, 합금, 금속, 또는 폴리(옥시메틸렌)(poly(oxymethylene)) 나일론, 나일론 6(nylon 6), 나일론 66(nylon 66), 나일론 610(nylon 610), 에폭사이드(epoxies), 폴리우레탄(polyurethanes) 및 셀룰로오스(cellulose)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함하는 것인, 압전소자 모듈.
The method according to claim 1,
The deformation guide may be an alloy, metal or poly (oxymethylene) nylon, nylon 6, nylon 66, nylon 610, epoxies, Wherein the piezoelectric layer comprises at least one polymer selected from the group consisting of polyurethanes and cellulose.
제1항에 있어서,
상기 변형가이드는, 1 mm 내지 30 mm 두께를 갖는 것인, 압전소자 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the deformation guide has a thickness of 1 mm to 30 mm.
제1항에 있어서,
상기 압전소자층은, 기판; 및 상기 기판 상에 형성되고, 양면에 전극층을 갖는 압전체층; 을 포함하고,
상기 압전체층은, 강유전체를 포함하며,
상기 압전체층은, α-AlPO4(Berlnite), α-SiO2(Quartz), LiTaO3, LiNbO3, SrxBayNb2O8, Pb5-Ge3O11, Tb2(MoO4)3, Li2B4O7, Bi12SiO20, Bi12GeO2, PZT(lead zirconate titanate), BTO(barium titanate), BFO(bismuth ferric oxide), PTO(platinum oxide), ZnO, CdS, GaN, AlN, VDF, ZnMgO, InN, GeTe, ZnSnO3, GaN, KNbO3, NaNBO3, P(VDF-TrFe), P(VDFTeFE), TGS, PZT-PVDF, PZT-Silicon Rubber, PZT-Epoxy, PZT-발포 Polymer, PZT-발포우레탄, 및 PVDF(polyvinylidene difluoride)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 압전소자 모듈.
The method according to claim 1,
The piezoelectric element layer comprising: a substrate; And a piezoelectric layer formed on the substrate, the piezoelectric layer having electrode layers on both surfaces thereof; / RTI >
Wherein the piezoelectric layer includes a ferroelectric,
Said piezoelectric layer, α-AlPO 4 (Berlnite) , α-SiO 2 (Quartz), LiTaO 3, LiNbO 3, SrxBayNb 2 O 8, Pb5-Ge 3 O 11, Tb 2 (MoO 4) 3, Li 2 B 4 O 7, Bi 12 SiO 2 0, Bi 12 GeO 2, PZT (lead zirconate titanate), BTO (barium titanate), BFO (bismuth ferric oxide), PTO (platinum oxide), ZnO, CdS, GaN, AlN, VDF , ZnMgO, InN, GeTe, 3 ZnSnO, GaN, KNbO 3, NaNBO 3, PZT-foamed polyurethane, PZT-foamed urethane, and PVDF (polyvinylidene difluoride), which are selected from the group consisting of P (VDF-TrFe), P (VDFTeFE), TGS, PZT-PVDF, PZT- And the piezoelectric element module comprises a piezoelectric element.
제8항에 있어서,
상기 기판은, 금속기판 또는 플라스틱 기판이며,
상기 기판은, Ti 기판, Al합금, SUS (stainless steel)판, 황동판, 또는 PET 기판인 것인 것인, 압전소자 모듈.
9. The method of claim 8,
The substrate is a metal substrate or a plastic substrate,
Wherein the substrate is a Ti substrate, an Al alloy, a stainless steel plate, a brass plate, or a PET substrate.
제8항에 있어서,
상기 압전소자층은, 0.05 mm 내지 4 mm 두께의 기판; 및 0.05 mm 내지 3 mm 두께의 압전체층; 을 포함하는 것인, 압전소자 모듈.
9. The method of claim 8,
Wherein the piezoelectric element layer comprises: a substrate having a thickness of 0.05 mm to 4 mm; And a piezoelectric layer having a thickness of 0.05 mm to 3 mm; And a piezoelectric element.
압전소자 모듈;
상기 압전소자 모듈을 고정하는 고정부;
상기 고정부의 상단에 위치한 탄성조절부; 및
압전소자를 진동시키는 하부 구동부;
를 포함하고,
상기 압전소자 모듈은:
복수의 압전소자층; 및
상기 압전소자층과 교대로 적층된 복수의 변형가이드; 를 포함하고,
상기 변형가이드는, 상기 압전소자층과 접촉하는 면에 곡률이 형성되고,
상기 압전소자층의 양단은, 고정부에 삽입되고,
상기 변형가이드는, 상기 압전소자층 상에 적층되고, 상기 압전소자들이 일정하게 변형되도록 수직으로 일정하게 진동시키고,
상기 변형가이드는, 표면의 적어도 일부분에 탄성폴리머 코팅층이 형성되고,
상기 코팅층은, 0.1 mm 내지 10 mm 두께를 갖는 것인, 소형 발전기.
A piezoelectric element module;
A fixing part for fixing the piezoelectric element module;
An elasticity adjusting unit disposed at an upper end of the fixing unit; And
A lower driver for vibrating the piezoelectric element;
Lt; / RTI >
The piezoelectric element module comprises:
A plurality of piezoelectric element layers; And
A plurality of deformation guides alternately stacked with the piezoelectric element layer; Lt; / RTI >
Wherein the deformation guide has a curvature formed on a surface contacting the piezoelectric element layer,
Both ends of the piezoelectric element layer are inserted into the fixing portion,
Wherein the deformation guide is stacked on the piezoelectric element layer and is vertically and constantly oscillated so that the piezoelectric elements are uniformly deformed,
Wherein the deformation guide is formed by forming an elastic polymer coating layer on at least a part of the surface,
Wherein the coating layer has a thickness of 0.1 mm to 10 mm.
제11항에 있어서,
상기 고정부는, 상기 압전소자층이 삽입되는 사다리꼴 형상의 홈과 수직왕복운동을 유도하는 가이드 홈이 형성된 고정틀; 을 포함하고,
상기 고정틀은, 상단에 탄성조절부와 접촉하고, 하단에 상기 하부 구동부와 접촉하여 수직왕복운동을 생성하는 반원기둥형의 하부 돌출부를 포함하는 것인, 소형 발전기.
12. The method of claim 11,
The fixing unit includes: a fixed frame having a trapezoidal groove into which the piezoelectric element layer is inserted and a guide groove for inducing vertical reciprocating motion; / RTI >
Wherein the fixed frame includes a semi-cylindrical lower protrusion that contacts the elasticity regulating portion at the upper end and contacts the lower drive portion at the lower end to generate a vertical reciprocating motion.
제11항에 있어서,
상기 탄성조절부는,
탄성스프링 및 스프링하우징을 포함하고,
상기 탄성스프링은, 변형주파수 1 내지 1000 범위를 갖는 스프링 탄성계수를 포함하는 것인, 소형 발전기.
12. The method of claim 11,
The elasticity adjusting unit may include:
An elastic spring and a spring housing,
Wherein the elastic spring comprises a spring elastic modulus in the range of 1 to 1000 strain frequencies.
제12항에 있어서,
상기 하부 구동부는, 회전운동하는 구동나사를 포함하고,
상기 구동나사는, 상기 고정틀의 하부 돌출부와 접촉하고,
상기 구동나사는, 곡면을 형성하고, 복수의 골 및 마루를 포함하는 것인, 소형 발전기.
13. The method of claim 12,
Wherein the lower driving part includes a driving screw that rotates,
Wherein the driving screw is in contact with a lower projection of the fixing frame,
Wherein the drive screw forms a curved surface and includes a plurality of valleys and a floor.
제14항에 있어서,
상기 구동나사는, 1회전에 1회 내지 10회의 수직왕복운동을 제공하는 것인, 소형 발전기.
15. The method of claim 14,
Wherein the drive screw provides one to ten vertical reciprocating motions per revolution.
제11항에 있어서,
상기 하부 구동부는,
회전운동하는 구동기어; 및 상기 구동기어의 회전운동을 수직왕복운동으로 변환하는 피스톤; 을 포함하고,
상기 피스톤은, 고정틀과 접촉하여 상기 고정틀에 수직왕복운동을 전달하는 것인, 소형 발전기.
12. The method of claim 11,
Wherein the lower driver comprises:
A driving gear that rotates; And a piston for converting rotational motion of the driving gear into vertical reciprocating motion; / RTI >
Wherein the piston is in contact with the fixture and transmits a vertical reciprocating motion to the fixture.
제16항에 있어서,
상기 피스톤과 상기 고정틀 사이에 보호기판을 더 포함하는 것인, 소형 발전기.

17. The method of claim 16,
And a protective substrate between the piston and the fixed body.

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CN108539008A (en) * 2018-05-17 2018-09-14 西北工业大学 A kind of unleaded Nanopiezoelectric generator and preparation method based on bismuth ferrous acid bismuth compound
KR102285548B1 (en) * 2020-10-30 2021-08-04 김동완 Apparatus For Piezoelectric Energy Harvesting

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