KR101831629B1 - Piezoelectric generator for road - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도로에 매설되는 압전식 발전장치에 관한 것으로, 다수의 호형판(11)이 방사상으로 배열된 압전판(10)이 원형 하우징(20)에 내장되고, 하우징(20) 내부 공간에는 진공상태가 조성되는 것이다.
본 발명을 통하여, 압전판(10)이 내장되는 하우징(20)을 평면상 원형으로 구성하고 이로써 도로 포장체 역시 원형으로 절단하여, 압전 발전장치의 설치로 인한 도로 포장체의 손상을 최소화함으로써, 압전 발전장치가 설치된 도로 포장체의 구조적 안정성 및 내구성을 제고할 수 있다.
또한, 압전판(10)이 내장되는 하우징(20) 내부에 진공상태를 조성함으로써, 압전판(10)의 진동시 공기저항을 최소화하고, 압전판(10)의 진동 지속시간을 연장하여, 발전량을 극대화할 수 있다.The present invention relates to a piezoelectric power generator embedded in a road, in which a piezoelectric plate (10) in which a plurality of arc plates (11) are radially arranged is built in a circular housing (20) The state is formed.
According to the present invention, the housing 20 in which the piezoelectric plate 10 is embedded is formed into a circular shape on a plane, whereby the road pavement is also cut into a circular shape, thereby minimizing damage to the road pavement due to the installation of the piezoelectric power generation device, The structural stability and durability of the road pavement provided with the piezoelectric power generation device can be improved.
In addition, by forming a vacuum state inside the housing 20 in which the piezoelectric plate 10 is embedded, the air resistance at the time of vibration of the piezoelectric plate 10 is minimized, the vibration duration of the piezoelectric plate 10 is extended, Can be maximized.

Description

도로용 압전 발전장치{PIEZOELECTRIC GENERATOR FOR ROAD}[0001] PIEZOELECTRIC GENERATOR FOR ROAD [0002]

본 발명은 도로에 매설되는 압전식 발전장치에 관한 것으로, 다수의 호형판(11)이 방사상으로 배열된 압전판(10)이 원형 하우징(20)에 내장되고, 하우징(20) 내부 공간에는 진공상태가 조성되는 것이다.
The present invention relates to a piezoelectric power generator embedded in a road, in which a piezoelectric plate (10) in which a plurality of arc plates (11) are radially arranged is built in a circular housing (20) The state is formed.

압전체(壓電體)란 물리적 변형을 전력으로 변환하는 화합물 또는 혼합물로서, 외력에 의한 변형이 발생되면 분극(分極)이 유도되고 이 분극에 의하여 전기장이 형성되는 압전효과(piezoelectric effect)가 발현되는 것이며, 대표적인 예로서 납-지르코늄-티타늄 복합산화물(PZT, lead zirconate titanate)을 들 수 있다.A piezoelectric body is a compound or a mixture that converts physical deformation into electric power. When a deformation due to an external force occurs, a piezoelectric effect is induced in which a polarization is induced and an electric field is formed by the polarization As a representative example, a lead zirconate-titanate (PZT) may be used.

압전판(10)은 판상(板狀)으로 성형된 압전체로서, 압전판(10)에 인장 및 압축력이 작용함에 따라 서로 반대방향의 전류가 발생되는데, 저면지지, 양단지지 및 캔틸레버(cantilever) 등 역학적 양태에 따른 변형 및 출력전류 파형이 도 1에 예시되어 있다.The piezoelectric plate 10 is a plate-shaped piezoelectric body. When a tensile force and a compressive force are applied to the piezoelectric plate 10, currents in mutually opposite directions are generated. The piezoelectric plate 10 is supported on the bottom surface, supported at both ends, and cantilevers The strain and output current waveforms according to the mechanical aspects are illustrated in FIG.

도 1에 도시된 압전판(10)의 구조 중 하단에 도시된 캔틸레버는 변형 및 진동 효율 측면에서 가장 유리한 형태라 할 수 있는데, 도시된 상황은 캔틸레버형 압전판(10)의 자유단에 외력을 가하여 변형시킨 후 외력을 해제하여 진동을 유발한 것으로, 하방으로 변형시 캔틸레버의 상부면 및 하부면에 각각 인장응력 및 압축응력이 발생되고, 상방으로 변형시 반대로 캔틸레버의 상부면 및 하부면에 각각 압축응력 및 인장응력이 발생되는 바, 캔틸레버의 진동이 소멸되는 시점까지 변형(δ)과 동위상(同位相) 또는 대칭위상의 교류전류가 발생된다.The cantilever shown at the bottom of the structure of the piezoelectric plate 10 shown in FIG. 1 is the most advantageous in terms of deformation and vibration efficiency. The situation shown in the drawing is that the external force is applied to the free end of the cantilever- Tensile stress and compressive stress are generated on the upper surface and the lower surface of the cantilever when deformed downward, respectively. On the contrary, when the upper and lower surfaces of the cantilever are deformed upward, A compressive stress and a tensile stress are generated, and alternating currents having the same phase (symmetrical phase) or symmetrical phase with the strain δ are generated until the vibration of the cantilever is extinguished.

도로에 작용하는 차륜하중(車輪荷重)을 외력원으로 사용하는 압전식 발전장치는 통상 도 2에서와 같이, 도로에 매설되는 방식으로 설치되어 운용되는데, 동 도면의 좌측에는 차륜하중이 압전판(10)에 직접 전달되는 단순 평판식이 도시되어 있고, 동 도면의 우측에는 압전판(10)이 내장된 장방형 함체(函體)가 스프링에 의하여 승강되면서 압전판(10)의 자유진동이 유도되는 진동식이 도시되어 있다.
2, a piezoelectric power generator using a wheel load (wheel load) acting on a road as an external power source is installed and operated in a manner buried in a road. In the left side of the figure, a wheel load is applied to a piezoelectric plate 10 is a simple flat plate type in which the piezoelectric plate 10 is directly transmitted to the piezoelectric plate 10 and a rectangular enclosure having the piezoelectric plate 10 built therein is lifted and lowered by a spring, Respectively.

전술한 종래의 도로 매설형 압전식 발전장치에 있어서, 도 2의 좌측에 예시된 바와 같은 단순 평판식 발전장치는 압전판(10)에 직접 압축력이 작용하는 방식으로서, 압전판(10) 저면 전체가 면지지(面支持)되는 바, 휨변형에 의한 충분한 변형을 기대할 수 없으며, 1차 변형후 진동에 따른 2차변형을 거의 기대할 수 없으므로 전력 생산량이 미미한 문제점이 있다.In the above-described conventional road-buried piezoelectric power generation device, a simple plate-type power generation device as illustrated on the left side of Fig. 2 has a structure in which a compressive force acts directly on the piezoelectric plate 10, A sufficient deformation due to the bending deformation can not be expected and the secondary deformation due to the vibration after the first deformation can hardly be expected.

이에, 도 2 우측에 도시된 바와 같이, 압전판(10)이 내장된 장방형의 2중 함체를 매설하고, 내측 함체와 외측 함체 사이에 스프링을 설치하여, 차륜하중의 작용 및 해제에 따라 내측 함체가 하강 및 상승하는 과정에서 내장된 압전판(10)의 진동을 유도함으로써, 압전판(10)의 충분한 변형 및 장시간 진동을 도모하는 특허 제1080162호의 진동식 발전장치가 개발되었다.As shown in the right side of Fig. 2, a rectangular double enclosure with a built-in piezoelectric plate 10 is embedded, a spring is provided between the inner enclosure and the outer enclosure, A vibration type power generating device of Patent No. 1080162 has been developed which induces vibration of the built-in piezoelectric plate 10 in the process of descending and raising the piezoelectric plate 10 so as to sufficiently deform the piezoelectric plate 10 and to vibrate for a long time.

도 2의 우측에 예시된 바와 같은 특허 제1080162호의 진동식 발전장치는 단순 평판식 발전장치에 비하여 월등한 발전효율을 갖추게 되었으나, 2중 함체의 적용 및 스프링 설치로 인하여 복잡한 구조를 가질 수 밖에 없으며, 승강 작동의 보장을 위하여 함체의 기밀구조를 긴밀하게 유지할 수 없는 바, 누수 및 부식 등의 결함이 불가피한 문제점이 있었다.The vibration generating device of Patent No. 1080162 illustrated on the right side of FIG. 2 has superior power generation efficiency as compared with the simple flat power generating device, but has a complicated structure due to the application of the double enclosure and the spring installation, The airtight structure of the housing can not be maintained tightly for the purpose of ensuring the lifting operation, and defects such as leakage and corrosion are inevitable.

또한, 평면상 장방형의 캔틸레버형 압전판(10)이 적용됨에 따라 이를 수용하는 함체 역시 공간 활용상 장방형으로 제작될 수 밖에 없는데, 이는 기존 도로 포장체를 절개하여 발전장치를 매설하는 경우 포장체의 균열을 유발하는 심각한 문제를 야기한다.In addition, when the cantilever piezoelectric plate 10 having a rectangular shape in plan view is applied, the housing for accommodating the cantilever piezoelectric plate 10 is also made rectangular in shape due to space utilization. Causing serious problems causing cracks.

즉, 기존 도로에 압전 발전장치의 장방형 함체를 매설하기 위해서는 회전톱날이 장착된 절삭장치를 이용하여 도로 포장체를 절단하는 공정이 선행되는데, 회전톱날을 진행시키는 과정에서 필요한 절단구간 이상의 추가 절삭이 이루어질 수 밖에 없는 바, 추가 절삭 부위가 포장체의 구조적 취약부로 작용하여 균열 및 붕괴를 초래하는 것이다.That is, in order to embed a rectangular enclosure of a piezoelectric power generator on an existing road, a process of cutting a road pavement using a cutting device equipped with a rotary saw blade is preceded. In the process of advancing the rotary saw blade, The additional cutting site acts as a structural weak point of the package, resulting in cracking and collapse.

한편, 특허 제1080162호의 진동식 발전장치에 있어서 압전판(10)의 진동은 압전판(10) 자체의 탄성과 공기저항에 의하여 감쇄될 수 밖에 없는 바, 진동 지속시간의 연장 및 이를 통한 발전량 증대에 한계가 있을 수 밖에 없었다.
On the other hand, the vibration of the piezoelectric plate 10 in the vibration generator of Patent No. 1080162 is inevitably attenuated by the elasticity and the air resistance of the piezoelectric plate 10 itself, and the vibration duration is prolonged, There was a limit.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 캔틸레버(cantilever)형 압전판(10)이 도로에 매설되는 하우징(20)에 내장되어 차량이 통과함에 따라 압전판(10)이 진동하며 전력을 생산하는 도로용 압전 발전장치에 있어서, 하우징(20)은 상면에 곡면이 형성되고 평면상 원형을 이루는 돔캡(21)과, 돔캡(21) 하단에 결합되는 원반형 판체인 저판(22)으로 구성되어, 돔캡(21) 하단에 저판(22)이 결합됨에 따라 돔캡(21) 내부 공간이 밀폐되고, 돔캡(21)의 내측 중심부에는 하방으로 돌출된 봉체(棒體)인 하방돌출부(24)가 형성되며, 하방돌출부(24)의 저면에는 압전판(10)이 고정되되, 압전판(10)은 평면상 호형(弧形)의 호형판(11) 다수가 방사상(放射狀)으로 배치되고, 호형판(11)의 말단에는 중량추(15)가 설치되어, 하우징(20) 상부의 돔캡(21)이 변형됨에 따라 호형판(11)이 진동함을 특징으로 하는 도로용 압전 발전장치이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a cantilever type piezoelectric plate 10, which is embedded in a housing 20 embedded in a road, The housing 20 is constituted by a dome cap 21 having a curved upper surface and a circular shape in a planar shape and a bottom plate 22 being a disk-shaped plate and coupled to the lower end of the dome- A bottom plate 22 is coupled to the lower end of the dome cap 21 to seal the inner space of the dome cap 21 and a downward protrusion 24 which is a rod protruding downward is formed in the inner center portion of the dome cap 21 And the piezoelectric plate 10 is fixed to the bottom surface of the downward protruding portion 24. The piezoelectric plate 10 has a plurality of arc-shaped arc-shaped plates 11 arranged radially, A weighing weight 15 is provided at the end of the template 11 so that as the dome cap 21 on the upper portion of the housing 20 is deformed, And a vibrating box.

또한, 캔틸레버형 압전판(10)이 도로에 매설되는 하우징(20)에 내장되어 차량이 통과함에 따라 압전판(10)이 진동하며 전력을 생산하는 도로용 압전 발전장치에 있어서, 하우징(20) 내부에는 진공상태가 조성되어, 압전판(10)의 진동시 공기저항을 감소시킴을 특징으로 하는 도로용 압전 발전장치이다.
In the piezoelectric device for a road, in which a cantilever-type piezoelectric plate 10 is embedded in a housing 20 embedded in a road so that the piezoelectric plate 10 vibrates and generates electric power as the vehicle passes, And a vacuum state is formed therein to reduce the air resistance at the time of vibration of the piezoelectric plate 10.

본 발명을 통하여, 압전판(10)이 내장되는 하우징(20)을 평면상 원형으로 구성하고 이로써 도로 포장체 역시 원형으로 절단하여, 압전 발전장치의 설치로 인한 도로 포장체의 손상을 최소화함으로써, 압전 발전장치가 설치된 도로 포장체의 구조적 안정성 및 내구성을 제고할 수 있다.According to the present invention, the housing 20 in which the piezoelectric plate 10 is embedded is formed into a circular shape on a plane, whereby the road pavement body is also cut into a circular shape, thereby minimizing damage to the road pavement due to the installation of the piezoelectric power generation device, The structural stability and durability of the road pavement provided with the piezoelectric power generation device can be improved.

또한, 압전판(10)이 내장되는 하우징(20) 내부에 진공상태를 조성함으로써, 압전판(10)의 진동시 공기저항을 최소화하고, 압전판(10)의 진동 지속시간을 연장하여, 발전량을 극대화할 수 있다.
In addition, by forming a vacuum state inside the housing 20 in which the piezoelectric plate 10 is embedded, the air resistance at the time of vibration of the piezoelectric plate 10 is minimized, the vibration duration of the piezoelectric plate 10 is extended, Can be maximized.

도 1은 압전판의 발전방식 설명도
도 2는 종래의 도로 매설형 압전식 발전장치 대표단면도
도 3은 본 발명의 사시도
도 4는 본 발명의 부분절단 사시도
도 5는 본 발명의 부분절단 분해사시도
도 6은 본 발명의 저면 사시도
도 7은 본 발명의 저면 분해사시도
도 8은 본 발명의 압전판 발췌 사시도
도 9는 본 발명의 설치상태 대표단면도
도 10은 본 발명의 작동방식 설명도
도 11은 본 발명의 흡기 방식 설명도
도 12는 본 발명의 흡기 및 밀폐 방식 설명도1 is an explanatory diagram of a power generation method of a piezoelectric plate
2 is a schematic cross-sectional view of a conventional road-buried piezoelectric power generating device
3 is a perspective view of the present invention
4 is a partial cutaway perspective view of the present invention
5 is a partially cut exploded perspective view of the present invention
FIG. 6 is a perspective view
7 is a bottom exploded perspective view of the present invention
8 is a perspective view of a piezoelectric plate extractor of the present invention
9 is a representative sectional view of the installation state of the present invention
FIG. 10 is a diagram illustrating an operation method of the present invention
Fig. 11 is an explanatory view
Fig. 12 is an explanatory diagram of the intake and airtight manner of the present invention

본 발명의 상세한 구성을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A detailed configuration of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

우선 도 3은 본 발명의 외관을 도시한 사시도로서, 동 도면에서와 같이, 본 발명은 평면상 원형의 돔캡(dome cap)(21) 하단에, 돔캡(21)과 평면 형상이 일치하는 원반형 저판(22)이 접합되어 하우징(20)이 구성된다.3 is a perspective view showing the outer appearance of the present invention. As shown in the drawing, the present invention is characterized in that a circular bottom plate 21 having a plane shape coinciding with a dome- (22) are joined together to form a housing (20).

이렇듯, 압전 발전장치의 하우징(20)을 평면상 원형으로 구성함으로써, 하우징(20)을 매설하기 위하여 도로 포장체를 절단함에 있어서, 원통형 톱날을 활용하여 불필요한 추가 절삭은 물론 예리한 절삭부가 일체 형성되지 않도록 작업이 가능하게 된다.In this way, when the housing 20 of the piezoelectric power generator is formed into a circular shape in a plane, when the road pavement is cut in order to bury the housing 20, unnecessary additional cutting is performed using a cylindrical saw blade, It becomes possible to work.

즉, 종래 압전 발전장치의 장방형 함체를 매설하기 위해서는 도로 포장체를 평면상 장방형으로 절단하여야 하며, 이는 원반형 회전톱날을 직선으로 진행시켜 수행되는 바, 절단선의 시점 및 종점에서의 추가 절삭이 불가피한 반면, 원통형 톱날을 적용한 원형 절삭의 경우 일체의 추가 절삭이 수반되지 않으며, 원통형 톱날과 일치하는 형상의 원형 절개부가 안정적으로 형성되는 것이다.That is, in order to embed the rectangular enclosure of the conventional piezoelectric power generator, the road pavement must be cut into a rectangular shape on a plane, which is performed by advancing the disk-shaped rotary saw blade in a straight line, and further cutting at the start and end points of the cut line is inevitable In the case of circular cutting with a cylindrical saw blade, no additional cutting is involved, and a circular cutting portion having a shape matching with the cylindrical saw blade is stably formed.

따라서, 원형 절개부에 도 3에서와 같은 하우징(20)을 삽입함으로써, 간편하고 정밀한 매설이 가능하며, 포장체의 손상 역시 최소화할 수 있다.Therefore, by inserting the housing 20 as shown in Fig. 3 into the circular incised portion, it is possible to carry out simple and precise burial, and damage to the package can also be minimized.

다만, 하우징(20)이 원형으로 형성됨에 따라 종래의 장방형 압전판(10)이 적용되는 경우, 하우징(20) 내부 공간을 충분하게 활용할 수 없는 바, 본 발명에서는 하우징(20) 내부의 원형 공간을 최대한 활용하면서도 압전판(10)의 민감하고 자유로운 진동을 최대한 보장하기 위하여, 도 4에서와 같이, 다수의 호형판(11)이 방사상으로 배열된 압전판(10)을 적용하였다.However, since the housing 20 is formed in a circular shape, when the conventional rectangular piezoelectric plate 10 is applied, the internal space of the housing 20 can not be utilized sufficiently. In the present invention, The piezoelectric plate 10 in which a plurality of arc-shaped plates 11 are radially arranged is applied as shown in FIG. 4 in order to maximally guarantee the sensitivity and free vibration of the piezoelectric plate 10 as much as possible.

즉, 본 발명은 캔틸레버(cantilever)형 압전판(10)이 도로에 매설되는 하우징(20)에 내장되어 차량이 통과함에 따라 압전판(10)이 진동하며 전력을 생산하는 도로용 압전 발전장치로서, 평면상 원형의 하우징(20)이 적용되고, 다수의 호형판(11)이 방사상으로 배열되어 공간 활용도를 극대화한 압전판(10)이 하우징(20)에 내장되는 것이다.That is, the present invention is a piezoelectric device for a road, which is built in a housing 20 in which a cantilever type piezoelectric plate 10 is embedded in a road, and the piezoelectric plate 10 vibrates as the vehicle passes, A circular planar housing 20 is applied and a plurality of arc-shaped plates 11 are radially arranged to maximize space utilization.

도 4 내지 도 7에서와 같이, 하우징(20)은 상면에 곡면이 형성되고 평면상 원형을 이루는 돔캡(21)과, 돔캡(21) 하단에 결합되는 원반형 판체인 저판(22)으로 구성되어, 돔캡(21) 하단에 저판(22)이 결합됨에 따라 돔캡(21) 내부 공간이 밀폐된다.4 to 7, the housing 20 includes a dome cap 21 having a curved upper surface and a circular shape in a planar shape, and a bottom plate 22 formed of a disc plate coupled to the lower end of the dome cap 21, As the bottom plate 22 is coupled to the lower end of the dome cap 21, the inner space of the dome cap 21 is sealed.

또한, 돔캡(21)의 내측 중심부에는 하방으로 돌출된 봉체(棒體)인 하방돌출부(24)가 형성되며, 저판(22)의 상면 중심부에는 상방으로 돌출된 관체(管體)인 상방돌출관(25)이 형성되고, 상방돌출관(25)의 하부는 폐합판(26)으로 폐합된다.A downward projecting portion 24 is formed on an inner center portion of the dome cap 21 to project downwardly. An upper projecting portion 24 projecting upward from the center of the upper surface of the bottom plate 22, (25) is formed, and the lower portion of the upward projecting pipe (25) is closed by the closing plate (26).

도 4 및 도 5에서와 같이, 하방돌출부(24)의 저면에는 압전판(10)이 고정되되, 도 8에서와 같이, 압전판(10)은 평면상 호형(弧形)의 호형판(11) 다수가 방사상(放射狀)으로 배치되고, 호형판(11)의 말단에는 중량추(15)가 설치되어, 도 10에서와 같이, 하우징(20) 상부의 돔캡(21)이 변형됨에 따라 호형판(11)이 진동하는 것이다.The piezoelectric plate 10 is fixed to the bottom surface of the downward protruding portion 24 as shown in Figs. 4 and 5, and the piezoelectric plate 10 is provided with a rectangular arc- And a weight weight 15 is provided at the distal end of the call plate 11 so that the dome cap 21 on the upper portion of the housing 20 is deformed as shown in Fig. The template 11 vibrates.

도 8에서와 같이, 본 발명의 압전판(10)은 평면상 호형을 이루는 다수의 호형판(11)이 등각(等角) 방사상으로 배열되어 평면상 소용돌이와 같은 형상을 이루며, 중심부에서 단일 판체로 접합되어 중심부에 전력이 출력되는 단자가 형성되고, 호형판(11)의 말단에는 중량추(15)가 부착되어, 호형판(11)의 원활한 진동을 유도한다.As shown in FIG. 8, the piezoelectric plate 10 of the present invention has a plurality of arc-shaped plates 11 in a planar arcuate shape arranged in an equi-angular radial shape to have a shape like a planar vortex, And a weight weight 15 is attached to the end of the ring plate 11 to induce smooth vibration of the ring plate 11. [

이러한 호형판(11)은 압전판(10)의 캔틸레버 구조에 있어서, 판체의 길이를 연장하는 효과를 발현할 뿐 아니라, 하우징(20) 내부의 원형 공간을 충분히 활용하는 효과 또한 발현하여, 단일 호형판(11)의 전력 생산량을 극대화함을 물론 제한된 하우징(20) 내부 공간에 최대한 많은 수의 캔틸레버형 진동체를 구성함으로써, 전체 발전장치의 전력 생산량 역시 증대하게 된다.This arc plate 11 not only exhibits the effect of extending the length of the plate body in the cantilever structure of the piezoelectric plate 10 but also exhibits an effect of sufficiently utilizing the circular space in the housing 20, The power generation amount of the entire power generation apparatus is also increased by maximizing the power generation amount of the template 11 and configuring the maximum number of cantilever type vibrating bodies in the limited space of the housing 20.

즉, 호형판(11)이 아닌 일반적인 장방형 진동판이 적용되는 경우를 상정하면, 설령 진동판이 하우징(20)과 동심(同心)으로 방사상 배치된다 하여도, 진동판의 길이는 하우징(20)의 반경 미만으로 제한될 수 밖에 없는 바, 변형량 및 진폭의 확보에 있어서 불리할 뿐 아니라, 각 진동판의 말단부가 과도하게 이격되면서 불필요한 공간의 낭비가 초래되는 것이다.That is, assuming that a general rectangular vibration plate other than the arc plate 11 is applied, even if the vibration plate is radially arranged concentrically with the housing 20, the length of the vibration plate is less than the radius of the housing 20 Which is not only disadvantageous in securing the deformation amount and the amplitude but also excessively separating the distal ends of the diaphragms, resulting in waste of unnecessary space.

이렇듯, 소용돌이형 압전판(10)이 내장되고, 평면상 원형의 돔캡(21) 및 저판(22)으로 구성된 본 발명의 하우징(20)은 도 9에서와 같이, 도로의 차륜 접지 지점에 매설되고, 동 도면의 타원내 확대부에서와 같이, 압전판(10)의 중심부 단자와 결선된 전선(19)이 저판(22) 중심부를 관통하여 하우징(20) 외부로 인출되는데, 도시되지는 않았으나, 인출된 전선(19)은 하우징(20) 외부에 구축되는 충전수단과 연결된다.As described above, the housing 20 of the present invention, which is constituted by the dome-shaped cap 21 and the bottom plate 22 having the vortex-type piezoelectric plate 10 built in the plane, is embedded in the wheel grounding point of the road The electric wire 19 connected to the central portion terminal of the piezoelectric plate 10 is drawn out to the outside of the housing 20 through the center portion of the bottom plate 22 as in the enlarged portion in the ellipse in this drawing, The drawn wire 19 is connected to a charging means constructed outside the housing 20.

충전수단에 충전된 전력은 조명, 신호, 통신 및 각종 감지장치 등 도로 운용상 필요한 전원으로 활용되거나, 발전장치가 장거리 구간에 걸쳐 조밀하게 설치될 경우 도로 이외의 수요처에 전력을 공급하는 상용 발전시설로 운영될 수도 있다.The electric power charged in the charging means may be utilized as a power source for road operation such as lighting, signal, communication, and various sensing devices, or a commercial power generating facility for supplying electric power to a customer other than the road when the electric power generating device is installed densely over a long- .

이러한 본 발명의 발전장치는 도 10에서와 같이, 하우징(20)의 돔캡(dome cap)(21) 상부에 차륜하중이 작용함에 따라 돔캡(21)이 하측으로 변형되거나, 변형되었던 돔캡(21)이 상측으로 복원되는 과정에서, 돔캡(21)과 연결된 압전판(10)의 호형판(11)이 휨변형되고, 이후 진동을 지속함으로써, 전력을 생산하게 된다.10, when the dome-cap 21 is deformed downward or the dome-cap 21 is deformed as a wheel load acts on the dome cap 21 of the housing 20, The arc plate 11 of the piezoelectric plate 10 connected to the dome cap 21 is deflected and then the vibration is continued to produce electric power.

또한, 도 9 및 도 10에서와 같이, 돔캡(21)의 평면상 중앙부에는 돔캡(21)의 여타 부위에 비하여 두께가 축소된 박판부(23)가 형성되어, 차륜하중 작용시 원활한 변형을 유도하며, 저판(22)의 평면상 중심부에는 상방돌출관(25)이 형성되어, 박판부(23)의 과도한 변형으로 박판부(23)를 비롯한 돔캡(21)이 파열 내지 파손되거나, 압전판(10)이 저판(22) 상면에 충돌하는 현상을 방지하게 된다.9 and 10, a thin plate portion 23 having a reduced thickness is formed at the central portion on the plane of the dome cap 21 as compared with other portions of the dome cap 21, And an upward projecting pipe 25 is formed at the center of the bottom plate 22 so that the dome cap 21 including the thin plate portion 23 ruptures or breaks due to excessive deformation of the thin plate portion 23, 10 are prevented from colliding with the upper surface of the bottom plate 22.

즉, 도 10에서와 같이, 차륜하중 작용에 따라 하측으로 변형되는 돔캡(21)은 일정 수준 이상 변형되면 하강하던 하방돌출부(24) 하단이 상방돌출관(25)의 상단에 밀착되면서 추가 변형이 억제되며, 이로써 박판부(23)를 비롯한 돔캡(21)의 과도한 변형 및 파손이 방지되고, 특히, 하방돌출부(24) 하단이 상반돌출관 상단과 충돌하면서 하방돌출부(24)의 하강이 급격하게 정지됨에 따라 호형판(11)의 변형 및 진동도 촉진될 수 있는 것이다.10, the lower end of the lower protrusion 24, which is lowered when the dome cap 21 is deformed by a predetermined level or more, is closely attached to the upper end of the upper protrusion pipe 25, The lower end of the downward projecting portion 24 collides with the upper end of the upper projecting tube and the lowering of the downward projecting portion 24 abruptly occurs The deformation and vibration of the arc-shaped plate 11 can be promoted.

도 4 및 도 9에서와 같이, 돔캡(21)의 하단 외곽과 저판(22)의 상면 외곽은 긴밀하게 밀착되어 하우징(20) 내부가 밀폐되는데, 도시되지는 않았으나, 돔캡(21)의 하단 외곽과 저판(22)의 상면 외곽 사이에는 패킹(packing) 또는 개스킷(gasket) 등의 신축성 기밀재가 삽입되어 하우징(20) 내부의 기밀상태를 유지하고, 하우징(20) 내측으로의 누수 등을 방지하게 된다.The lower end of the dome cap 21 and the upper surface of the bottom plate 22 closely contact each other to seal the inside of the housing 20 as shown in Figs. 4 and 9, Tight seal such as packing or gasket is inserted between the outer surface of the bottom plate 22 and the upper surface of the bottom plate 22 to keep the inside of the housing 20 airtight and to prevent leakage to the inside of the housing 20 do.

도 9에서와 같이, 상방돌출관(25)의 하부는 폐합판(26)으로 폐합되고, 압전판(10) 중심부와 결선된 전선(19)은 상방돌출관(25) 내부를 경유하고 폐합판(26)을 관통하여 저판(22) 하측으로 인출되는데, 동 도면에서와 같이, 폐합판(26)은 저판(22) 상측으로 소폭 이격되어, 폐합판(26) 저면과 상방돌출관(25) 하단부에 의하여 저판(22) 중심부에 상측으로 요입된 공간이 형성되는데, 이로써 인출된 전선(19)을 절곡하거나 외부 배선과 결선하는 공간을 확보할 수 있다.9, the lower portion of the upward projecting pipe 25 is closed by the closing plate 26, the electric wire 19 connected to the central portion of the piezoelectric plate 10 passes through the inside of the upward projecting pipe 25, The closing plate 26 is slightly spaced upward from the bottom plate 22 so that the bottom surface of the closing plate 26 and the upward protruding pipe 25 are spaced apart from each other, A space is formed at the center of the bottom plate 22 by the lower end so as to be upwardly recessed, thereby securing a space for bending the drawn out electric wire 19 or connecting with the external wiring.

또한, 도 3, 도 6, 도 7 및 도 9에서와 같이, 저판(22)의 저면 및 돔캡(21)의 측면에는 수용홈(27)이 형성되어, 저판(22) 하측으로 인출된 전선(19)이 별도의 포장체 절개 없이도 하우징(20) 저면 및 측면을 경유하여 노면 상측으로 인출될 수 있어, 발전장치와 전술한 충전수단 또는 다수의 발전장치를 병렬로 연결하는 등의 배선 작업을 일층 용이하게 수행할 수 있다.3, 6, 7, and 9, a receiving groove 27 is formed in the bottom surface of the bottom plate 22 and the side surface of the dome-cap 21, 19 can be drawn out to the upper side of the road surface via the bottom surface and the side surface of the housing 20 without a separate package body incision so that the wiring work such as connecting the power generation apparatus and the above- It can be easily performed.

한편, 전술한 바와 같이, 일단 진동이 개시된 압전판(10)은 공기저항에 의하여 감쇄가 가속되는데, 본 발명에서는 하우징(20) 내부에 진공상태를 조성함으로써, 압전판(10)의 진동시 공기저항을 최소화하고, 진동 지속시간을 연장한다.As described above, the piezoelectric plate 10 in which vibration is once started accelerates attenuation due to air resistance. In the present invention, by forming a vacuum state inside the housing 20, Minimize resistance and extend vibration duration.

이러한, 하우징(20) 내부 진공상태 조성은 하우징(20)의 조립을 완료하여 기밀상태를 확보한 후, 하우징(20) 내부의 공기를 외부로 강제 배제함으로써 가능한데, 이는 하우징(20) 내외부를 연통하는 흡기공(31)을 형성하고, 흡기공(31)에 역지(逆止) 수단을 부설함으로써 달성할 수 있다.The vacuum state of the interior of the housing 20 can be achieved by forcibly excluding the air inside the housing 20 after the housing 20 is assembled to secure the airtight state. (Not shown) on the intake hole 31, and installing a non-return means on the intake hole 31. [

즉, 도 9 및 도 11에서와 같이, 돔캡(21) 내측 중앙부에 형성된 하방돌출부(24) 내부에는 통공(34)이 천공된 승강추(33)가 내장된 개폐실(32)을 형성하고, 개폐실(32) 하단에는 하우징(20) 내부와 개폐실(32)을 연통하는 흡기공(31)을 형성하며, 개폐실(32) 상단에는 하우징(20) 외부와 개폐실(32)을 연통하는 나사공(37)을 형성함으로써, 진공펌프와 연결된 흡기관(99)을 돔캡(21) 상단 중심부의 나사공(37)에 결합하여 하우징(20) 내부 공기를 흡입하면, 하우징(20) 내부 공기가 흡기공(31), 개폐실(32), 통공(34) 및 나사공(37)을 경유하여 흡기관(99)으로 흡입되고, 흡기로 인하여 하우징(20) 내부에 진공상태가 조성되고 나사공(37)에서 흡기관(99)이 분리되어 승강추(33)가 외부 대기에 노출되면, 승강추(33)가 순간적으로 하강하면서 개폐실(32)과 흡기공(31)의 연결이 차단되는 것이다.9 and 11, an open / close chamber 32 is formed in the downward projecting portion 24 formed in the center of the dome cap 21, An inlet hole 31 communicating with the interior of the housing 20 and the opening and closing chamber 32 is formed at the lower end of the opening and closing chamber 32. An opening and closing chamber 32 is connected to the outside of the housing 20, The suction pipe 99 connected to the vacuum pump is connected to the screw hole 37 at the center of the upper end of the dome cap 21 to suck air in the housing 20, The air is sucked into the intake pipe 99 via the intake hole 31, the opening and closing chamber 32, the through hole 34 and the screw hole 37, and a vacuum state is created inside the housing 20 by the intake air When the intake pipe 99 is separated from the screw hole 37 and the upright 33 is exposed to the outside atmosphere, the upright 33 is momentarily lowered and the connection between the opening and closing chamber 32 and the intake hole 31 It is blocked. .

도 11 및 도 12에서와 같이, 하방돌출부(24) 내부에 형성되는 개폐실(32)은 상광하협(上廣下狹)의 원추형 내부 공간을 가지는 공동(空洞)으로서, 개폐실(32)의 내부에는 개폐실(32) 하부의 원추형 공간과 일치하는 원추형 형상의 승강추(33)가 자유롭게 승강 가능하도록 설치되는데, 승강추(33)는 개폐실(32) 내주면과의 긴밀한 밀착을 위하여 고무 등의 신축성 소재로 구성될 수 있다.As shown in FIGS. 11 and 12, the open / close chamber 32 formed in the downward protruding portion 24 is a cavity having a conical inner space of the upper light lower limit, The upright 33 has a conical shape so that it can freely ascend and descend in a conical shape conforming to the conical space of the lower portion of the opening and closing chamber 32. In order to closely contact the inner circumferential surface of the openable and closable chamber 32, As shown in FIG.

하방돌출부(24)를 측방으로 관통하는 흡기공(31)은 원추형 개폐실(32)의 하단 중심부에 연결되고, 승강추(33)에는 승강추(33)의 경사 측면과 상면을 연통하는 통공(34)이 천공되며, 개폐실(32)의 상단 중심부에는 평면상 개폐실(32)의 내경 미만의 내경을 가지는 나사공(37)이 천공되어 개폐실(32)과 하우징(20) 외부가 연결된다.The intake hole 31 penetrating the lower protruding portion 24 laterally is connected to the center portion of the lower end of the conical opening and closing chamber 32 and the through hole 33 communicating with the inclined side surface and the upper surface of the upright bolt 33 A threaded hole 37 having an inner diameter smaller than the inner diameter of the planar opening and closing chamber 32 is pierced to connect the opening and closing chamber 32 and the outside of the housing 20 to each other, do.

따라서, 도 12의 좌단에서와 같이, 진공펌프와 연결된 흡기관(99)을 나사공(37)에 연결하고 진공펌프를 가동하면, 하우징(20) 내부의 공기가 흡기공(31)으로 흡입된 후, 승강추(33) 외주면과 개폐실(32) 내주면 사이의 공간으로 유입되고, 통공(34)을 거쳐 나사공(37)으로 배출된다.12, when the suction tube 99 connected to the vacuum pump is connected to the screw hole 37 and the vacuum pump is operated, air in the housing 20 is sucked into the suction hole 31 And then flows into the space between the outer circumferential surface of the winch 33 and the inner circumferential surface of the opening and closing chamber 32 and is discharged to the screw hole 37 through the through hole 34. [

하우징(20) 내부의 공기가 충분히 배제되어 진공상태가 조성된 후, 흡기관(99)을 나사공(37)에서 분리하면, 대기압이 승강추(33) 상면에 직접 작용하고, 승강추(33)가 순간적으로 하강하여, 승강추(33) 외주면과 개폐실(32) 내주면이 밀착되면서, 통공(34)이 폐쇄되고 하우징(20)의 기밀상태가 확보된다.The atmospheric pressure directly acts on the upper surface of the upright 33 and the lower surface of the upright steel 33 And the inner circumferential surface of the opening and closing chamber 32 are brought into close contact with each other so that the through hole 34 is closed and the hermetic state of the housing 20 is secured.

이후, 나사공(37)에 고정나사(38)를 체결하여 승강추(33)를 압박함으로써, 승강추(33)의 이탈을 억제하고 일층 긴밀한 기밀상태를 확보할 수 있다.Thereafter, by securing the fixing screw 38 to the screw hole 37 and pressing the upright 33, it is possible to prevent the upright 33 from escaping and secure a tightly closed airtight state.

이렇듯, 기밀 하우징(20)에 진공상태를 조성함으로써, 내장된 압전판(10)의 진동시 작용하는 공기저항을 극소화하고, 진동 지속 시간을 연장하여, 발전량을 증대할 수 있다.
Thus, by forming the vacuum state in the airtight housing 20, it is possible to minimize the air resistance acting upon vibration of the built-in piezoelectric plate 10, extend the vibration duration, and increase the power generation amount.

10 : 압전판
11 : 호형판
15 : 중량추
19 : 전선
20 : 하우징
21 : 돔캡
22 : 저판
23 : 박판부
24 : 하방돌출부
25 : 상방돌출관
26 : 폐합판
27 : 수용홈
31 : 흡기공
32 : 개폐실
33 : 승강추
34 : 통공
37 : 나사공
38 : 고정나사
99 : 흡기관10: piezoelectric plate
11:
15: weight weight
19: Wires
20: Housing
21: Dome cover
22: bottom plate
23:
24: downward protrusion
25: Upward projecting pipe
26: Closing plate
27: Receiving groove
31: intake air
32: Opening and closing room
33: Win-win
34: Through hole
37:
38: Securing screw
99: intake pipe

Claims (2)

캔틸레버(cantilever)형 압전판(10)이 도로에 매설되는 하우징(20)에 내장되어 차량이 통과함에 따라 압전판(10)이 진동하며 전력을 생산하는 도로용 압전 발전장치로서, 하우징(20)은 상면에 곡면이 형성되고 평면상 원형을 이루는 돔캡(21)과, 돔캡(21) 하단에 결합되는 원반형 판체인 저판(22)으로 구성되어, 돔캡(21) 하단에 저판(22)이 결합됨에 따라 돔캡(21) 내부 공간이 밀폐되고, 돔캡(21)의 내측 중심부에는 하방으로 돌출된 봉체(棒體)인 하방돌출부(24)가 형성되며, 하방돌출부(24)의 저면에는 압전판(10)이 고정되는 도로용 압전 발전장치에 있어서,
압전판(10)은 평면상 호형(弧形)의 호형판(11) 다수가 등각(等角) 방사상(放射狀)으로 배치되어 평면상 소용돌이와 같은 형상을 이루고, 호형판(11)의 말단에는 중량추(15)가 설치되어, 하우징(20) 상부의 돔캡(21)이 변형됨에 따라 호형판(11)이 진동하며;
하우징(20) 내부에는 진공상태가 조성되어, 압전판(10)의 진동시 공기저항을 감소시키되, 돔캡(21) 내측 중앙부에 형성된 하방돌출부(24) 내부에는 통공(34)이 천공된 승강추(33)가 내장된 개폐실(32)이 형성되고, 개폐실(32) 하단에는 하우징(20) 내부와 개폐실(32)을 연통하는 흡기공(31)이 형성되며, 개폐실(32) 상단에는 하우징(20) 외부와 개폐실(32)을 연통하는 나사공(37)이 형성됨으로써, 진공펌프와 연결된 흡기관(99)을 돔캡(21) 상단 중심부의 나사공(37)에 결합하여 하우징(20) 내부 공기를 흡입하면, 하우징(20) 내부 공기가 흡기공(31), 개폐실(32), 통공(34) 및 나사공(37)을 경유하여 흡기관(99)으로 흡입되고, 흡기로 인하여 하우징(20) 내부에 진공상태가 조성되고 나사공(37)에서 흡기관(99)이 분리되어 승강추(33)가 외부 대기에 노출되면, 승강추(33)가 순간적으로 하강하면서 개폐실(32)과 흡기공(31)의 연결이 차단됨을 특징으로 하는 도로용 압전 발전장치.A piezo electric generator for a road, which is built in a housing (20) in which a cantilever type piezoelectric plate (10) is embedded in a road and generates electric power by vibrating the piezoelectric plate (10) And a bottom plate 22 which is a disk-shaped plate and is coupled to a lower end of the dome cap 21. The bottom plate 22 is coupled to a lower end of the dome cap 21 A downward projecting portion 24 which is a bar protruding downward is formed at an inner center portion of the dome cap 21 and a piezoelectric plate 10 In the piezoelectric device for a road,
A plurality of arc-shaped arc-shaped plates 11 are arranged in an equiangular radial shape to have a shape like a planar vortex, and the ends of the arc-shaped plate 11 The weight plate 15 is provided and the rib plate 11 is vibrated as the dome cap 21 on the housing 20 is deformed.
A vacuum state is formed inside the housing 20 to reduce the air resistance at the time of vibration of the piezoelectric plate 10. In the downward protruding portion 24 formed at the inner central portion of the dome cap 21, Closing chamber 32 is formed at the lower end of the opening and closing chamber 32. The opening and closing chamber 32 is formed with an intake hole 31 communicating the inside of the housing 20 with the opening and closing chamber 32, A screw hole 37 is formed in the upper end of the housing 20 to communicate with the opening and closing chamber 32 so that the intake pipe 99 connected to the vacuum pump is coupled to the screw hole 37 at the center of the upper end of the dome cap 21 The air inside the housing 20 is sucked into the intake pipe 99 via the intake hole 31, the opening and closing chamber 32, the through hole 34 and the screw hole 37 A vacuum state is formed inside the housing 20 due to the intake air and the intake tube 99 is separated from the screw hole 37 and the upright 33 is exposed to the outside air, While road piezoelectric power generation apparatus as characterized by the blocked connecting the opening chamber 32 and the intake hole 31. 삭제delete
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