KR101885731B1 - Energy harvester based on metamaterial - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 파동의 절점(node)의 위치가 수시로 바뀌면서 에너지 변환 소자의 전압 상쇄 효과가 유발되는 문제를 해결하고, 파동의 진폭을 증폭하여 에너지 수확 효율을 크게 증대시킬 수 있는 에너지 수확 장치를 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 일단이 고정단이고 타단이 자유단인 외팔보; 상기 외팔보에 부착된 에너지 변환 소자; 및 상기 외팔보의 자유단 측에 연결된 단위격자를 포함하고, 상기 단위격자는 상기 외팔보의 두께보다 두껍게 형성된 제1부분과 상기 외팔보의 두께에 대응하는 두께를 가지는 제2부분을 포함하고, 상기 제1부분과 상기 제2부분의 길이는 상기 외팔보에 전파되는 파동의 파장의 4분의 1의 홀수 배에 대응하고, 상기 제1부분은 상기 제2부분보다 상기 고정단에 가까운 메타물질 기반 에너지 수확 장치를 제공한다. It is an object of the present invention to provide an energy harvesting apparatus capable of solving the problem of inducing a voltage canceling effect of an energy conversion element by changing the position of a node of a wave from time to time and amplifying the amplitude of the wave to significantly increase energy harvesting efficiency . To this end, according to the present invention, there is provided a cantilever comprising a cantilever whose one end is a fixed end and the other end is a free end; An energy conversion element attached to the cantilever; And a unit grating connected to the free end side of the cantilever, wherein the unit grating includes a first portion formed to be thicker than the thickness of the cantilever beam and a second portion having a thickness corresponding to the thickness of the cantilever, And the length of the second portion corresponds to an odd multiple of a quarter of a wavelength of a wave propagating in the cantilever, and the first portion is closer to the fixed end than the second portion, Lt; / RTI >
Description
본 발명은 진동 에너지를 이용하여 전기 에너지를 수확하는 에너지 수확장치(Energy harvester)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 메타물질(metamaterial)을 기반으로 하여 전기 에너지의 수확량을 크게 증대시킨 에너지 수확장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
본 발명은 미래창조과학부의 기초연구사업/중견연구자지원사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.The present invention is derived from the research carried out as part of the basic research project / researcher support project of the future creation science department.
[과제번호: NRF-2015R1A2A1A16074934, 과제고유번호: 2015074934, 과제명: 음향메타물질의 기계적 파동 특이현상을 이용한 고밀도 에너지 하베스팅 기술 개발][Task No.: NRF-2015R1A2A1A16074934, Project Assignment Number: 2015074934, Title: Development of High-Density Energy Harvesting Technology Using Mechanical Wave-Specific Phenomena of Acoustic Metamaterial]
최근의 저전력 전자 소자 기술의 급속한 발전은, 다양한 전기장치들을 소형화하고 이러한 장치들이 마이크로 와트의 저전력 상황에서 작동하는 것을 가능하게 하였다. 특히, 건물이나 교량의 환경 진단 센서, 선박이나 항공기와 같은 기계 구조물의 안전 진단 센서, 가정 자동화 시스템의 센서 그리고 다양한 종류의 센서의 소형화는 이러한 구조물들에 처음부터 센서들을 삽입하고 무선 네트워크로 구성하여 보다 효과적이고 상시적인 센서의 작동을 가능하게 하였다. 이러한 무선 센서 네트워크의 상시 감시 체제는 각 센서 노드의 전력공급 체계를 요구한다. 이러한 전력 공급방법으로 배터리를 이용할 수 있으나, 이러한 배터리는 그 작동 수명이 짧다는 단점을 지닌다. 무선 센서 네트워크의 센서들은 구조물에 삽입되어야 하기 때문에 배터리를 교체하는 것은 불가능하거나 매우 비효율적이다. 이러한 문제의 해결방법으로 주변의 에너지원으로부터 전력을 생산 공급하는 에너지 수확(energy harvesting) 방법이 개발되어 왔다. 에너지 수확 방법 중 널리 알려진 것으로는 태양전지를 이용하여 태양에너지로부터 전력을 생산하는 방법, 제백 효과(Seebeck effect)를 이용하여 열에너지로부터 전력을 발생시키는 방법, 그리고 전자기 유도현상(Faraday's law of electromagnetic induction), 정전기 현상(electrostatic effect), 압전 현상(piezoelectric effect)이나 자기 변형 현상(magnetostriction effect)을 이용하여 진동 에너지로부터 전력을 생산하는 방법 등이 있다. The rapid development of recent low power electronic device technology has made it possible to miniaturize a variety of electrical devices and to operate these devices in a micro wattage low power situation. In particular, miniaturization of environmental diagnosis sensors for buildings and bridges, safety diagnosis sensors for mechanical structures such as ships and airplanes, sensors for home automation systems, and various types of sensors can be achieved by inserting sensors from the beginning into a wireless network Thereby enabling more effective and continuous operation of the sensor. The continuous monitoring system of this wireless sensor network requires a power supply system of each sensor node. Such a power supply method can use a battery, but such a battery has a disadvantage that its operating life is short. Since sensors in wireless sensor networks must be inserted into the structure, it is impossible or very inefficient to replace the battery. As a solution to this problem, an energy harvesting method has been developed in which electric power is supplied from nearby energy sources. Among the energy harvesting methods, widely known methods include a method of generating electricity from solar energy using solar cells, a method of generating electric power from thermal energy using a Seebeck effect, and a Faraday's law of electromagnetic induction, , Electrostatic effect, piezoelectric effect or magnetostriction effect to generate power from vibration energy.
도 1에는 종래의 압전 현상을 이용하는 에너지 수확장치의 구동 원리를 보여주는 도면이 도시되어 있다. FIG. 1 is a view showing a driving principle of an energy harvesting apparatus using a conventional piezoelectric phenomenon.
도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 에너지 수확장치(10)는 구조물(1)에 직접 연결되며 탄성변형 가능한 캔틸레버(외팔보) 형태의 진동부재(3), 이 진동부재(3)에 부착된 압전소자(壓電素子; piezoelectric element; 4), 그리고, 선택적으로 진동부재의 자유단 측에 배치된 질량체(2)를 포함한다. 구조물이 진동함에 따라 상기 진동부재(3)가 진동하면서 압전소자(4)를 변형시키고 이러한 변형이 분극(polarization)을 일으켜서 전력을 발생시키게 된다. 1, the conventional
이러한 에너지 수확 기술은 실생활에서 버려지는 미활용 에너지인 기계적 파동(mechanical wave)을 전력으로 변환하여 소형 전자기기들을 반영구적으로 구동할 수 있게 한다는 점에서 관련 연구가 널리 진행되고 있다. Such energy harvesting technology has been widely carried out in that it can semi-permanently drive small electronic devices by converting mechanical waves, which are unused energy that is abandoned in real life, into electric power.
버려지는 기계적 파동으로부터 보다 효율적으로 전력을 수확하기 위해 제안된 종래의 연구들은 주로, (i) 높은 전기-기계 결합 계수를 갖는 소재 개발, (ii) 에너지 변환 소자 및 전극 형상 설계, (iii) 전기회로 설계 등에 있어서 문제점을 개선하는 방향으로 진행되고 있다. Conventional studies that have been proposed to harvest power more effectively from abandoned mechanical ripples have focused primarily on (i) material development with high electro-mechanical coupling coefficients, (ii) energy conversion elements and electrode shape design, (iii) And it is proceeding to improve problems in circuit design and the like.
종래의 에너지 수확 기술은 단순히 기계적 변형이 많은 부분에 에너지 변환 소자를 수동적으로 부착해왔다. Conventional energy harvesting techniques have merely passively attached energy conversion elements to a large portion of mechanical deformation.
또한, 종래의 기술은 진행파(travelling wave)를 이용하였기 때문에, 절점(node)의 위치가 수시로 바뀌면서 에너지 변환 소자의 전압 상쇄 효과를 유발시킨다는 치명적인 단점이 있어 왔으나 이러한 문제점을 인식하고 있는 종래 기술은 아직 알려진 바 없다. In addition, since the conventional technique uses a traveling wave, there has been a fatal disadvantage that the position of a node is changed at any time to cause a voltage offset effect of the energy conversion element. However, Not known.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 파동의 절점(node)의 위치가 수시로 바뀌면서 에너지 변환 소자의 전압 상쇄 효과가 유발되는 문제를 해결하고, 파동의 진폭을 증폭하여 에너지 수확 효율을 크게 증대시킬 수 있는 에너지 수확 장치를 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 solve the problem that voltage fluctuation effect of an energy conversion element is induced by changing a position of a node of a wave from time to time, So that the energy harvesting efficiency can be greatly increased.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 일단이 고정단이고 타단이 자유단인 외팔보; According to an aspect of the present invention, there is provided a cantilever comprising: a cantilever having a fixed end and a free end;
상기 외팔보에 부착된 에너지 변환 소자; 및 An energy conversion element attached to the cantilever; And
상기 외팔보의 자유단 측에 연결된 단위격자를 포함하고, And a unit cell connected to the free end side of the cantilever,
상기 단위격자는 상기 외팔보의 두께보다 두껍게 형성된 제1부분과 상기 외팔보의 두께에 대응하는 두께를 가지는 제2부분을 포함하고, 상기 제1부분과 상기 제2부분의 길이는 상기 외팔보에 전파되는 파동의 파장의 4분의 1의 홀수 배에 대응하고, 상기 제1부분은 상기 제2부분보다 상기 고정단에 가까운 메타물질 기반 에너지 수확 장치를 제공한다. Wherein the unit lattice comprises a first portion formed to be thicker than the thickness of the cantilever beam and a second portion having a thickness corresponding to the thickness of the cantilever beam, the length of the first portion and the second portion being greater than the length of the waveguide Wherein the first portion is closer to the fixed end than the second portion, and the first portion corresponds to an odd multiple of a quarter of the wavelength of the first portion.
여기서, 상기 에너지 변환 소자의 상기 외팔보의 길이 방향 기준 길이는 상기 외팔보에 전파되는 파동의 파장의 2분의 1 또는 이보다 작게 형성될 수 있다. Here, the reference length in the longitudinal direction of the cantilever beam of the energy conversion element may be one half or less of the wavelength of the wave propagating in the cantilever beam.
여기서, 상기 에너지 변환 소자는 모노모프 또는 바이모프 형태의 피에조 소자인 것일 수 있다. Here, the energy conversion element may be a mono-morph or bimorph type piezo element.
여기서, 상기 외팔보의 길이 방향을 따라 둘 이상의 단위격자가 연결되고, 둘 이상의 단위격자들은 하나의 단위격자의 제1부분이 다른 단위격자의 제2부분에 맞닿는 방식으로 연결되는 것일 수 있다. Here, two or more unit cells may be connected along the longitudinal direction of the cantilever, and two or more unit cells may be connected in such a manner that a first portion of one unit cell is in contact with a second portion of another unit cell.
본 발명은 종래의 기술과 비교할 때 아래와 같은 장점이 있다.The present invention has the following advantages in comparison with the conventional technology.
메타물질의 밴드갭은 특정 주파수 대역의 기계적 파동을 통과시키지 않고 모두 반사시키는 현상으로, 이를 통해 기계적 파동을 원하는 방향으로만 전달할 수 있다. The bandgap of a metamaterial is a phenomenon that reflects all the mechanical waves of a specific frequency band without passing through it, so that the mechanical waves can be transmitted only in a desired direction.
사분의 일 파장 스택으로 설계된 메타물질의 밴드갭에 의해 반사된 모든 파동은 항상 동일한 위상을 가진다. 따라서 반사파들은 상호간에 보강 간섭이 일어나고, 궁극적으로는 보강된 반사파와 입사파 사이의 파동 중첩으로 만들어지는 정상파(standing wave)에 의해 큰 진폭을 가지므로 에너지 수확 성능을 획기적으로 증대시킬 수 있다. All waves reflected by the bandgap of a metamaterial designed with a quarter wavelength stack always have the same phase. Therefore, the reflected waves can greatly enhance the energy harvesting performance because the constructive interference is generated between them, and ultimately by the standing wave generated by superimposed waves between the reinforced reflected wave and the incident wave.
생성된 정상파는 공간상의 항상 일정한 위치에서 최대 진폭(antinode)과 절점(node)을 가지기 때문에, 정상파의 최대 진폭이 원하는 위치에서 형성되도록 메타물질의 위치를 설계할 수 있다. 따라서 에너지 변환 소자의 부착 위치 선택에 있어서 자유도가 높다. Since the generated standing wave has the maximum amplitude (antinode) and node at a constant position in space, the position of the meta material can be designed so that the maximum amplitude of the standing wave is formed at a desired position. Therefore, the degree of freedom in selecting the attachment position of the energy conversion element is high.
종래의 기술들은 에너지 변환 소자 자체의 효율을 높이는데 주력한 반면에, 본 발명은 에너지 변환 소자로 전달되는 파동 에너지의 밀도를 증가시킨다. 따라서 기존의 고효율 에너지 변환 소자 기술 및 회로 고도화 기술을 그대로 접목하는 것이 가능하다. While conventional techniques have focused on increasing the efficiency of the energy conversion element itself, the present invention increases the density of the wave energy delivered to the energy conversion element. Therefore, it is possible to directly integrate the existing high-efficiency energy conversion device technology and circuit advancement technology.
도 1은 종래의 에너지 수확장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 메타물질 기반 에너지 수확 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면
도 3은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 메타물질 기반 에너지 수확 장치에 적용되는 단위격자의 구성을 보여주는 도면.
도 4는 절점에 의한 전압 상쇄 효과를 설명하는 도면.
도 5는 정상파 패턴과 에너지 변환 소자 부착 위치의 관계를 보여주는 도면.
도 6 내지 도 9는 반사파의 진폭과 위상이 정상파 형성에 미치는 영향을 설명하는 그래프.
도 10은 사분의 일 파장 스택의 원리를 설명하기 위한 도면.
도 11 내지 도 13은 메타물질의 밴드갭 효과와 사분의 일 파장 스택 효과에 따른 파동 전파 양상 변화를 보여주는 도면.
도 14는 메타물질의 단위격자 수에 따른 에너지 변환 소자의 출력 전압 변화를 보여주는 그래프. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a conventional energy harvesting apparatus. FIG.
2 is a view schematically showing the configuration of a meta-material-based energy harvesting apparatus according to the present invention;
FIG. 3 is a view showing a configuration of a unit grid applied to the meta-material-based energy harvesting apparatus according to the present invention shown in FIG. 2; FIG.
4 is a view for explaining a voltage canceling effect due to a node;
5 is a diagram showing a relationship between a standing wave pattern and a position where an energy conversion element is attached;
FIGS. 6 to 9 are graphs illustrating the effect of the amplitude and phase of the reflected wave on standing wave formation. FIG.
10 is a view for explaining the principle of a quarter wavelength stack;
FIGS. 11 to 13 show changes in wave propagation patterns due to a bandgap effect and a quadrant wavelength stack effect of a metamaterial; FIG.
14 is a graph showing an output voltage change of an energy conversion element according to the unit cell number of a metamaterial;
본 발명은 미활용 에너지인 기계적 파동을 특정 위치(antinode)에 집속(입사파와 반사파가 서로 중첩되어 항상 진폭 보강이 이루어짐)하여 전력으로 변환하는 에너지기술(ET)에 해당하며, 실생활에서 버려지는 자원으로부터 전력을 수확하는 과정에서 공해가 전혀 발생하지 않는 친환경 기술이다.The present invention corresponds to an energy technology (ET) in which mechanical waves (unused energy) are focused on an antinode (the amplitudes of the incident waves and the reflected waves overlap each other and are always amplified) It is eco-friendly technology that does not cause any pollution in the process of harvesting power.
본 발명에서는 수확 가능한 전력량을 증폭시키기 위하여, 메타물질(metamaterial)의 파동 특이(特異)현상인 밴드갭(bandgap)을 이용해 입사된 파동을 반사시켜 에너지 변환 소자들이 부착된 위치로 집속하는 방법을 제시하고 있다. 이 때 사분의 일 파장 스택(quarter-wave stack)을 이용하여 메타물질의 단위격자(unit cell)를 설계하면 반사파의 위상차가 항상 2π로 항상 동일하기 때문에, 파동의 중첩 원리에 의해 진폭이 보강되어 궁극적으로 고밀도 에너지 수확이 가능하다.In order to amplify the amount of power that can be harvested in the present invention, a method of concentrating the energy conversion elements to a position where the energy conversion elements are attached is reflected by reflecting the incident waves using a bandgap which is a wave singular phenomenon of a metamaterial . In this case, when a unit cell of a metamaterial is designed using a quarter-wave stack, the phase difference of the reflected wave is always equal to 2π, so that the amplitude is reinforced by the superposition principle of the wave Ultimately, high-density energy harvesting is possible.
본 발명에서 사용되는 용어 중 다음의 몇 가지 용어를 미리 정의하고 이하의 설명을 진행하도록 하겠다. Some of the terms used in the present invention are defined in advance and the following description will be given.
메타물질(metamaterial)은 자연계에 존재하지 않는 파동 특이현상을 가지도록 공학적으로 설계된 구조를 의미한다. A metamaterial is an engineered structure that has a wave-specific phenomenon that does not exist in nature.
밴드갭(bandgap)은 특정 주파수 대역의 기계적 파동을 통과시키지 않고 모두 반사시키는 파동 특이현상을 지칭한다.A bandgap refers to a wave-specific phenomenon that reflects all but the mechanical waves of a particular frequency band.
사분의 일 파장 스택(quarter-wave stack)은, 만약 메타물질로부터 반사된 파동들이 서로 중첩될 때 위상(phase)이 서로 다르면 오히려 파동 상쇄를 일으킬 수 있기 때문에, 반사파들 간의 위상차를 항상 2π로 동일하게 유지시켜주는 것을 의미한다. The quarter-wave stack, if the waves reflected from the metamaterial overlap each other, can cause wave canceling if the phases are different from each other, so that the phase difference between the reflected waves is always equal to 2π And the like.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.
도 2에는 본 발명에 따른 메타물질 기반 에너지 수확 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 3에는 도 2에 도시된 본 발명에 따른 메타물질 기반 에너지 수확 장치에 적용되는 단위격자의 구성이 도시되어 있다. FIG. 2 is a schematic view showing a configuration of a meta-material-based energy harvesting apparatus according to the present invention. FIG. 3 shows a configuration of a unit grid applied to the meta- Respectively.
도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 메타물질 기반 에너지 수확 장치(100)는, 일단이 고정단(111)이고 타단이 자유단인 외팔보(110); 상기 외팔보에 부착된 에너지 변환 소자(120); 및 상기 외팔보의 자유단 측에 연결된 단위격자(130)를 포함하다. As shown in FIG. 2, the meta-material-based
상기 외팔보는 고정단으로부터 자유단 방향으로의 길이, 이에 수직한 상하 방향으로의 두께, 이에 수직한 좌우 방향의 폭 중에서 길이가 가장 길고, 두께에 비해 폭이 더 큰 부재인 것이 바람직하다. It is preferable that the cantilever is a member having the longest length from the fixed end to the free end direction, the thickness in the vertical direction vertical to the vertical direction, and the width in the left and right direction perpendicular thereto.
상기 에너지 변환 소자(energy conversion device)는 응력에 의해 변형이 되면 전압이 발생하는 효과를 지니는 것을 통칭하는 용어로, 대표적인 예로 압전 소자가 있다. 상기 에너지 변환 소자에 압전 소자가 사용되는 경우에는 상기 외팔보의 일면에만 압전 소자가 배치되는 모노모프 형태가 사용될 수 있고, 또는 양면에 압전 소자가 각각 배치되는 바이모프 형태가 사용될 수 있다. The energy conversion device is a term collectively having an effect of generating a voltage when deformed by stress, and a typical example is a piezoelectric device. When a piezoelectric element is used for the energy conversion element, a mono-morph type in which piezoelectric elements are disposed on only one side of the cantilevers may be used, or a bimorph type in which piezoelectric elements are arranged on both sides may be used.
도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 상기 단위격자(130)는 상기 외팔보(110)의 두께보다 두껍게 형성된 제1부분(135)과 상기 외팔보(110)의 두께에 대응하는 두께를 가지는 제2부분(136)을 포함한다. 상기 제1부분(135)과 상기 제2부분(136)의 외팔보(110)의 길이 방향과 나란한 방향의 길이는, 각각 상기 외팔보(110)에 전파되는 파동의 파장의 4분의 1의 홀수 배((2n-1)λ/4, n은 자연수)에 대응하고, 상기 제1부분(135)은 상기 제2부분(136)보다 상기 고정단(111)에 가깝게 위치한다. 본 발명에서 길이나 거리 등이 "대응한다"는 표현을 사용하는 것은 정확히 일치하는 경우뿐만 아니라 통상적으로 있을 수 있는 오차가 있는 경우까지 포괄하기 위한 표현이다. 길이가 파장의 4분의 1이나, 파장의 4분의 1의 홀수 배에 대응하는 경우 모두 모든 반사파들의 위상차를 항상 2π로 유지할 수 있어 동일한 진폭 증폭의 효과를 얻을 수 있다. 2 and 3, the
상기 에너지 변환 소자의 상기 외팔보의 길이 방향 기준 길이(도 2의 L1)는 상기 외팔보에 전파되는 파동의 파장의 2분의 1에 대응하는 것이 바람직하다. 외팔보 및 단위격자를 따라 전파되는 파동이 정상파가 될 때 정상파의 절점을 피할 수 있다. It is preferable that the longitudinal reference length (L1 in Fig. 2) of the cantilever beam of the energy conversion element corresponds to one-half of the wavelength of the wave propagating in the cantilever. The nodes of the standing wave can be avoided when the waves propagating along the cantilever and the unit lattice become stationary waves.
상기 외팔보의 길이 방향을 따라 둘 이상의 단위격자가 연결되고, 둘 이상의 단위격자들은 하나의 단위격자의 제1부분이 다른 단위격자의 제2부분에 맞닿는 방식으로 연결되면 반사파들의 중첩으로 인해 파동의 진폭이 크게 증폭될 수 있다. Two or more unit grids are connected along the longitudinal direction of the cantilever, and the two or more unit grids are connected in such a manner that the first portion of one unit grating is in contact with the second portion of the other unit grating, Can be greatly amplified.
이하에서는 본 발명에 따른 메타물질 기반 에너지 수확 장치의 작동 원리에 관하여 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the operation principle of the meta-material-based energy harvesting apparatus according to the present invention will be described in detail.
먼저 시스템의 구조 개요를 살펴본다. 본 발명은 기계적 파동 집속을 통한 고밀도 에너지 수확 기술 구현을 위하여, 메타물질의 파동 특이현상 중 하나인 밴드갭을 가지는 단위격자; 파동 상쇄 및 전압 상쇄를 회피하기 위한 사분의 일 파장 스택 기반 메타물질 배열, 에너지 변환 소자를 포함하고 있으며, 시스템 구조는 도 2와 같다. 메타물질은 단위격자들이 주기적으로 반복된 배열로 구성되며, 평판을 전파하는 기계적 파동 메타물질의 밴드갭 현상에 의해 반사되고, 에너지 변환 소자가 부착된 위치에서 입사파와 반사파의 보강 간섭을 일으켜 고밀도 에너지 수확을 가능케 한다.First, let's look at the structure of the system. In order to realize a high-density energy harvesting technique through mechanical wave focusing, the present invention provides a unit lattice having a band gap, which is one of wave-specific phenomena of a metamaterial; A quarter wavelength stack-based meta-material arrangement for avoiding wave cancellation and voltage cancellation, and an energy conversion element. The system structure is shown in Fig. The metamaterial consists of a periodic array of unit lattices, reflected by the bandgap phenomenon of the mechanical wave metamaterial propagating the plate, and causes the constructive interference of the incident wave and the reflected wave at the position where the energy conversion element is attached, It enables harvesting.
메타물질을 구성하는 단위격자의 형상, 크기, 주기적 배열 등을 적절하게 설계하면 파동 특이현상인 밴드갭을 구현할 수 있다. 본 발명에서는 도 3과 같이 서로 다른 두께로 이루어진 단위격자를 사용한다. 각각의 길이는 도면에 표시된 바와 같이 파동이 해당 매질을 통과할 때 파장의 사분의 일이다. 사분의 일 파장 길이를 갖는 단위격자들을 주기적으로 배열한 구조를 사분의 일 파장 스택이라 부르며, 이 구조로 설계된 메타물질은 각 경계 면에서 발생하는 반사파의 위상이 모두 동일하다는 특징을 갖는다. 사분의 일 파장 스택의 보다 자세한 원리는 아래에서 도 10을 참조하여 다시 설명한다.If the shape, size, and periodic arrangement of the unit cell constituting the metamaterial are appropriately designed, it is possible to realize a band gap as a wave-specific phenomenon. In the present invention, a unit cell having different thicknesses is used as shown in FIG. Each length is a quarter of the wavelength when the wave passes through the medium, as shown in the figure. A structure in which unit lattices having a quarter wavelength length are arranged periodically is called a quarter wavelength stack. The metamaterial designed with this structure is characterized in that the phases of the reflected waves generated at each interface are the same. A more detailed principle of the quarter wavelength stack will be described again with reference to FIG. 10 below.
그 다음으로는 사분의 일 파장 스택으로 설계된 메타물질의 밴드갭을 이용한 정상파 구현에 관하여 설명한다. Next, we describe the standing wave implementation using the bandgap of the metamaterial designed with a quarter wavelength stack.
도 4에는 절점에 의한 전압 상쇄 효과를 설명하는 도면이 도시되어 있다. Fig. 4 is a view for explaining a voltage canceling effect according to a node.
일반적으로 에너지 변환 소자의 출력 전압은 소자에 가해진 변형률에 비례한다. 따라서 만약 조화 함수(harmonic function) 형태의 기계적 파동이 연속적으로 전달되면 에너지 변환 소자의 곡률 부호가 반복적으로 바뀌기 때문에 교류 전력을 얻게 되는 것이다. 이로 인해 도 4와 같이 절점 부근에서 순간적으로 전압이 상쇄되는 현상이 발생하게 된다. 그러므로 에너지 변환 소자는 반드시 절점이 없고 단일한 곡률을 갖는 위치에 부착해야만 한다. In general, the output voltage of the energy conversion element is proportional to the strain applied to the element. Therefore, if a mechanical wave in the form of a harmonic function is continuously transmitted, an AC power is obtained because the curvature code of the energy conversion element is repeatedly changed. As a result, the voltage is instantaneously canceled in the vicinity of the node as shown in FIG. Therefore, the energy conversion element must be attached to a position that has no nodal points and has a single curvature.
도 5에는 정상파 패턴과 에너지 변환 소자 부착 위치의 관계를 보여주는 도면이 도시되어 있다. Fig. 5 is a view showing the relationship between the standing wave pattern and the position of attachment of the energy conversion element.
도 5와 같이 서로 다른 방향으로 진행되는 진행파가 만나서 정상파를 형성할 때 x축 상에 원으로 지시된 네 곳의 절점 사이에서 항상 최대 진폭을 갖는다. 따라서 일단 정상파 패턴이 구현되고 절점의 위치가 결정되면, 각 절점들 사이에 에너지 변환 소자를 부착하여 보강 간섭을 통한 고밀도 에너지 수확을 할 수 있게 된다. As shown in FIG. 5, traveling waves traveling in different directions meet to form a standing wave, and always have the maximum amplitude between four nodes indicated by circles on the x-axis. Therefore, once the standing wave pattern is implemented and the positions of the nodes are determined, it is possible to attach the energy conversion elements between the nodes and to harvest the high-density energy through the constructive interference.
이 때 입사파와 반사파가 중첩될 때 정상파를 형성하기 위해서는 두 가지 전제조건이 요구된다. 첫 번째는 입사파와 반사파의 진폭이 서로 같아야 하며, 두 번째는 입사파와 반사파의 위상차(phase difference)가 시간에 관계없이 일정해야 한다. 따라서 본 발명에서는 진행파로 전파되는 입사파와 반사파가 만나서 정상파로 전환되어 이루는 보강 간섭으로 출력 전압을 증폭하고자, 메타물질을 이용한 에너지 수확 장치의 설계 방법론(design rationale)을 다음과 같이 정립하였다.At this time, two preconditions are required to form a standing wave when the incident wave and the reflected wave overlap each other. First, the amplitude of the incident wave and the reflected wave should be the same. Second, the phase difference between the incident wave and the reflected wave must be constant regardless of the time. Therefore, in the present invention, the design methodology of the energy harvesting apparatus using the meta-material is established as follows to amplify the output voltage by the constructive interference caused by the incident wave and the reflected wave propagating to the traveling wave.
Rationale 1: 메타물질의 밴드갭 현상을 이용하여 반사파의 진폭을 최대한 증가시킨다(입사파와 반사파의 진폭이 비슷해지는 효과).Rationale 1: Maximize the amplitude of the reflected wave using the bandgap phenomenon of the metamaterial (the effect of the incident wave and the amplitude of the reflected wave being similar).
Rationale 2: 메타물질의 단위격자를 사분의 일 파장 스택으로 설계하여 모든 반사파들의 위상차를 항상 2π로 유지한다(입사파와 반사파의 위상차가 시간에 대해 불변인 효과).Rationale 2: Design a unit lattice of meta-material with a quarter-wavelength stack to keep the phase difference of all reflections always 2π (the phase difference between incident wave and reflected wave is invariant over time).
도 6 내지 도 9에는 반사파의 진폭과 위상이 정상파 형성에 미치는 영향을 설명하는 그래프들이 도시되어 있다. 이 그래프들은 외팔보의 길이 방향을 기준으로 에너지 변환 소자의 길이가 파동의 파장의 3분의 1, 단위격자의 제1부분과 제2부분의 길이가 각각 파동의 파장의 4분의 5배인 경우의 시뮬레이션 결과이다. 6 to 9 are graphs illustrating the effect of the amplitude and phase of the reflected wave on standing wave formation. These graphs show that when the length of the energy conversion element is one-third of the wavelength of the wave and the length of the first and second parts of the unit cell is five-fourths of the wavelength of the wave, Simulation results.
메타물질의 밴드갭과 사분의 일 파장 스택 자체는 지금까지 잘 알려진 기존 개념이지만, 이를 에너지 수확 기술에 적용하여 보강 간섭에 의한 고밀도 기계적 파동 에너지를 전력으로 변환하는 아이디어는 세계 최초로 제안된 혁신적인 발명이라고 할 수 있다. 정상파가 형성되는 전제 조건에 대한 이해를 돕기 위해, 반사파의 진폭과 위상이 정상파 형성에 미치는 영향을 도 6 내지 도 9에 나타내었다. 각 정상파의 포락선(각 위치에서 얻을 수 있는 최대 진폭)은 점선으로 표시하였다. 주의해야 할 점은, 만약 입사파와 반사파의 위상차가 시간에 따라 변하면 정상파 자체가 형성되지 않는다는 것이다. 도 6 내지 도 8의 경우는 위상차 자체는 시간에 따라 불변이기 때문에 부분 정상파(partial standing wave)를 형성한다. 다만 도 9와 같이 입사파와 반사파의 진폭과 위상이 모두 동일한 경우에만 완전한 정상파가 형성된다.The idea of transforming high-density mechanical wave energy into electrical power by constructive interference by applying it to energy harvesting technology is the world's first proposed innovative invention. can do. The influence of the amplitude and phase of the reflected wave on standing wave formation is shown in FIGS. 6 to 9 to help understand the precondition for the standing wave being formed. The envelope of each standing wave (the maximum amplitude that can be obtained at each position) is indicated by the dotted line. It should be noted that if the phase difference between the incident wave and the reflected wave changes with time, the standing wave itself is not formed. In the case of FIGS. 6 to 8, the phase difference itself forms a partial standing wave because it is invariant with time. However, as shown in Fig. 9, a complete standing wave is formed only when both the amplitude and the phase of the incident wave and the reflected wave are the same.
도 10에는 사분의 일 파장 스택의 원리를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. Fig. 10 is a view for explaining the principle of a quarter wavelength stack.
도 10에 도시된 것과 같이, 사분의 일 파장 스택은 경계면 Ia/b와 Ib/a로부터 반사된 모든 파동들의 위상을 동일하게 유지시켜줄 수 있다. 사분의 일 파장 스택은 통상적으로 소한 매질 A와 밀한 매질 B로 구성된다. 도 10의 단위격자 형상을 살펴보면, 동일한 재질로 제작되었다고 가정하였을 때 λa/4 파장의 홀수배로 설계된 두꺼운 부분은 밀한 매질 B에 해당하고 λb/4 파장의 홀수배로 설계된 얇은 부분은 소한 매질 A에 해당한다. As shown in FIG. 10, a quarter wavelength stack can keep the phases of all waves reflected from interface Ia / b and Ib / a the same. The quarter wavelength stack typically consists of a weak medium A and a dense medium B. 10, assuming that it is made of the same material, a thick part designed with an odd multiple of λa / 4 corresponds to a dense medium B, and a thin part designed with an odd multiple of λb / 4 corresponds to a medium A do.
기계적 파동이 한 파장만큼 전파할 때 위상은 2π 만큼 변한다. 즉, 사분의 일 파장만큼의 길이를 이동할 시 π/2만큼 위상 변화가 발생한다고 할 수 있다. 따라서 도 10과 같이, 1의 방향으로 이동한 입사파가 1'의 방향으로 다시 반사될 때 각각 λa/4만큼 이동하게 되므로, 총 π만큼 위상차가 발생한다. 더불어 파동이 소한 매질 A에서 밀한 매질 B로 바뀌는 경계면에서 반사하기 때문에 π만큼 위상 변화가 추가적으로 더 발생한다. 결론적으로 소한 매질 A에서 밀한 매질 B로 이동하는 경계면인 Ia/b에서 반사된 파동은 입사파와 비교하여 2π만큼 위상이 변화함을 알 수 있다. 마찬가지로 동일한 원리를 2의 방향으로 이동한 입사파가 2'의 방향으로 다시 반사되는 경로에 적용하면, 2의 방향과 2'의 방향으로 각각 (λa/4 + λb/4)만큼 이동할 때 총 π만큼의 위상차가 발생한다. 단, 소한 매질 A에서 밀한 매질 B로 바뀌는 경계면 Ia/b에서 위상차가 π만큼 발생하는 반면에, 밀한 매질 B에서 소한 매질 A로 바뀌는 경계면인 Ib/a에서는 위상차가 발생하지 않는다. 따라서 1에서 1'으로 이동할 때와 2에서 2'로 파동이 이동할 때 모두 위상차 2π로 일정하며, 결국 각 경계면에서의 반사파는 동일한 위상을 가지게 된다. When the mechanical wave propagates by one wavelength, the phase changes by 2π. That is, it can be said that a phase change occurs by π / 2 when the length is shifted by a quarter wavelength. Therefore, as shown in FIG. 10, when the incident wave traveling in the direction of 1 is reflected again in the direction of 1 ', it is shifted by? A / 4, so that a phase difference is generated by the total?. In addition, since the wave is reflected at the interface changing from the medium A to the medium B which is dense medium, an additional phase change is generated by π. As a result, it can be seen that the wave reflected from Ia / b, which is the boundary surface moving from the weak medium A to the medium B, is shifted by 2π compared to the incident wave. Similarly, if an incident wave moving in the direction of 2 is applied to a path that is reflected back in the direction of 2 ', when moving by the direction of 2 and the direction of 2' (λa / 4 + λb / 4) Phase difference occurs. However, the phase difference is generated by π at the interface Ia / b which changes from the medium A to the medium B which is dense, whereas the phase difference does not occur at the interface Ib / a which is changed from the medium B to the medium A. Therefore, when the wave moves from 1 to 1 'and the wave moves from 2 to 2', the phase difference is constant at 2π. Consequently, the reflected waves at each interface have the same phase.
그러므로 사분의 일 파장 스택으로 만들어진 메타물질을 이용하면 동일한 진폭을 가지는 입사파와 반사파가 중첩되어 항상 정상파 패턴을 만들 수 있으며, 단위격자의 크기와 간격을 조절하여 절점의 위치를 자유롭게 설계할 수 있기 때문에, 에너지 변환 소자의 전압 상쇄 효과를 최소화하면서도 집속에 따른 파동 보강으로 출력 전력을 향상시킬 수 있다.Therefore, by using a metamaterial made of a quarter wavelength stack, incident waves and reflected waves having the same amplitude can be superimposed to form a standing wave pattern at all times, and the position of a node can be freely designed by controlling the size and spacing of the unit grid , The output power can be improved by reinforcing the wave due to the focusing while minimizing the voltage canceling effect of the energy conversion element.
그 다음으로는 메타물질을 이용한 에너지 집속 및 수확 성능을 검토한 결과를 설명한다. Next, the results of examining the energy focusing and harvesting performance using the metamaterial are explained.
도 11 내지 도 13에는 메타물질의 밴드갭 효과와 사분의 일 파장 스택 효과에 따른 파동 전파 양상 변화를 보여주는 도면이 도시되어 있다. 이 때 기계적 파동의 진폭은 비교를 위해 정규화(normalization)된 값을 사용하였다. FIGS. 11 to 13 show diagrams showing changes in the wave propagation mode depending on the bandgap effect and the quadrant wavelength stacking effect of the meta-material. At this time, the amplitude of the mechanical wave was normalized for comparison.
도 11은 메타물질을 부착하지 않았기 때문에 밴드갭 효과가 없어서 자유롭게 입사파가 오른쪽으로 전파하는 것을 볼 수 있다. 반면에 도 12는 메타물질에 의한 밴드갭 효과 때문에 입사파가 오른쪽 전파되지 못하는 것을 확인할 수 있으나, 왼쪽에서 입사파와 반사파가 만날 때 파동 상쇄가 다소 발생한다. 도 13은 본 발명에서 제안한 사분의 일 파장 스택을 기반으로 설계된 메타물질을 이용하였을 때, 밴드갭에 의해 반사된 파동과 입사파가 만났을 때 정상파에 의해 항상 보강 간섭이 발생하는 것을 알 수 있다.FIG. 11 shows that the incident wave propagates to the right freely because there is no bandgap effect because the meta-material is not attached. On the other hand, FIG. 12 shows that the incident wave can not propagate to the right due to the bandgap effect caused by the meta-material, but wave canceling occurs when the incident wave and the reflected wave meet on the left side. FIG. 13 shows that constructive interference always occurs due to a standing wave when the wave reflected by the band gap meets the incident wave when the metamaterial designed on the basis of the one-wavelength stack proposed in the present invention is used.
도 14에는 메타물질의 단위격자 수에 따른 에너지 변환 소자의 출력 전압 변화를 보여주는 그래프가 도시되어 있다. FIG. 14 is a graph showing an output voltage change of the energy conversion device according to the unit cell number of the meta-material.
원리적으로 밴드갭은 단위격자가 주기적으로 무한히 배열되었을 때 가장 완벽한 반사율을 보인다. 따라서 단위격자의 수가 점점 증가할수록 반사되는 파동의 양이 점차 많아지므로, 에너지 변환 소자로 집속되는 에너지 밀도가 커진다. 따라서 사분의 일 파장 스택으로 메타물질을 설계할 경우에 반사파의 위상이 모두 동일하기 때문에 파동이 보강되는 정도가 커지면서 출력 전압도 증가하는 것을 확인할 수 있다. 하지만 사분의 일 파장 스택이 반영되지 않은 메타물질은 단위격자의 수가 증가할수록 밴드갭에 의해 반사파의 양은 증가하지만, 위상이 동일하지 않기 때문에 상황에 따라 오히려 중첩된 파동들이 서로 상쇄되는 현상이 발생하며, 이는 출력 전압의 감소로 이어진다.In principle, the bandgap exhibits the most perfect reflectivity when the unit cell is arranged periodically infinitely. Therefore, as the number of unit lattices increases, the amount of reflected waves gradually increases, so that the energy density to be focused by the energy conversion element increases. Therefore, when the metamaterial is designed with a quarter wavelength stack, the output voltage increases as the degree of the wave reinforcement increases because the phases of the reflected waves are all the same. However, as the number of unit lattices increases, the amount of reflected waves increases due to the bandgap. However, since the phases are not the same, the overlapping waves are canceled out depending on the situation , Which leads to a reduction in the output voltage.
총 10개의 단위격자로 이루어진 메타물질을 사용하였을 경우의 에너지 수확 성능을 표 1에 비교하였다. 기계적 파동의 주파수가 50 kHz일 때를 하나의 예시로 계산한 값이다. 본 발명에서 제시된 사분의 일 파장 스택으로 설계된 메타물질을 이용한 에너지 수확 장치의 출력 전압이 가장 우수함을 보였다.Table 1 compares the energy harvesting performance of a meta-material consisting of 10 unit lattices. It is calculated as an example when the frequency of the mechanical wave is 50 kHz. The output voltage of the energy harvesting apparatus using the metamaterial designed with the one-wavelength stack shown in the present invention is the best.
한편, 본 발명에서 제시된 메타물질을 이용한 에너지 수확 장치는 사물인터넷 기반 스마트공장 내 무선센서 네트워크 자가 구동을 목적으로 활용 가능하며, 자세한 내용은 아래와 같다.Meanwhile, the energy harvesting apparatus using the meta-material disclosed in the present invention can be used for self-driving of a wireless sensor network in a smart Internet-based smart factory.
스마트공장 내 모든 설비들이 ICT로 연결되어 물리적 공간에 구애받지 않고 각종 장비들의 정보와 속성을 지능화하는 사물인터넷 구현의 선결조건은 무선센서 네트워크 구동을 위한 안정적이고 경제적인 전력 공급 시스템 확보에 있다고 할 수 있다. 원격으로 배치된 센서들에 전선을 연결하는 것은 물리적인 제약이 따르며, 주기적인 배터리 교체로 전력을 공급하는 것은 많은 유지보수 비용을 야기할 뿐만 아니라 일시적으로 전원을 종료시켜야 하는 문제점이 있게 된다. 이에 본 발명에 의하면 버려지는 미활용 파동을 전력으로 수확하여 무선센서를 반영구적으로 구동할 수 있게 된다. 본 발명을 사물인터넷 전력 공급에 활용함으로써 무선센서 관련 국내 산업 생태계를 보호하고 국제 경쟁력을 높일 수 있을 것으로 기대되고, 동시에 메타물질과 자가 발전 기술이 융합된 에너지 집속 및 신산업 창출이 가능할 것으로 기대된다. All the facilities in the smart factory are connected to ICT so that information and attributes of various devices are intelligent regardless of physical space. The prerequisite for Internet implementation is to secure a stable and economical power supply system for wireless sensor network operation have. Connecting the wires to the remotely located sensors is physically constrained, and providing power with periodic battery replacement causes a lot of maintenance costs as well as a temporary shutdown of the power supply. Therefore, according to the present invention, it is possible to semi-permanently drive the wireless sensor by harvesting the discarded unused wave with electric power. It is expected that the present invention can be used to protect the domestic industrial ecosystem related to the wireless sensor and enhance the international competitiveness by utilizing the present invention for the internet power supply of the objects. At the same time, it is expected that energy convergence and new industries can be created.
본 발명에서 제시된 메타물질을 이용한 에너지 수확 장치 설계에 활용된 개념은 다른 형태의 미활용 에너지 수확 기술로의 확장 적용이 가능하다.The concept utilized in the design of the energy harvesting device using the meta-material proposed in the present invention can be extended to other types of unused energy harvesting technology.
지진파, 소리, 빛 등은 모두 파동의 형태로 존재하는 에너지이므로, 메타물질의 파동 특이현상을 이용하여 해당 에너지원을 특정한 위치로 집속할 수 있게 된다. Since seismic waves, sound, and light are all energy in the form of waves, they can be focused to a specific location by using the wave-specific phenomenon of metamaterials.
지금까지 본 발명을 설명함에 있어, 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해짐이 자명하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. I will understand the point. Therefore, it is obvious that the true scope of the present invention is defined by the technical idea of the appended claims.
100: 에너지 수확 장치 110: 외팔보
111: 고정단 120: 에너지 변환 소자
130, 140: 단위격자 135: 제1부분
136: 제2부분100: Energy harvesting device 110: Cantilever beam
111: fixed end 120: energy conversion element
130, 140: unit grid 135: first part
136: Second part
Claims (5)
상기 외팔보에 부착된 에너지 변환 소자; 및
상기 외팔보의 자유단 측에 연결된 단위격자를 포함하고,
상기 단위격자는 상기 외팔보의 두께보다 두껍게 형성된 제1부분과 상기 외팔보의 두께에 대응하는 두께를 가지는 제2부분을 포함하며,
상기 제1부분과 상기 제2부분의 길이는 상기 외팔보에 전파되는 파동의 파장의 4분의 1의 홀수 배((2n-1)λ/4, n은 자연수)에 대응하고, 상기 제1부분은 상기 제2부분보다 상기 고정단에 가깝게 배치되어서 외팔보로 입사되는 파동은 상기 단위격자를 포함하는 메타물질의 밴드갭 성질에 의하여 전반사되어 입사파와 간섭하여 정상파를 이루고,
상기 에너지 변환 소자의 상기 외팔보의 길이 방향 기준 길이는 상기 외팔보에 전파되는 파동의 파장의 2분의 1에 대응하고,
상기 에너지 변환 소자는 상기 외팔보에 입사되는 파동과 그 반사파가 이루는 정상파의 절점 사이에 위치하여서,
상기 에너지 변환 소자에서는 전압 상쇄 효과를 피할 수 있는 것을 특징으로 하는 메타물질 기반 에너지 수확 장치. A cantilever whose one end is a fixed end and the other end is a free end;
An energy conversion element attached to the cantilever; And
And a unit cell connected to the free end side of the cantilever,
Wherein the unit cell includes a first portion having a thickness greater than the thickness of the cantilever beam and a second portion having a thickness corresponding to the thickness of the cantilever,
Wherein a length of the first portion and a length of the second portion correspond to an odd multiple of a wavelength of a wave propagated to the cantilever ((2n-1)? / 4, n is a natural number) The wave which is disposed closer to the fixed end than the second portion and is incident as a cantilever is totally reflected by the band gap property of the meta material including the unit lattice to interfere with the incident wave to form a standing wave,
Wherein the longitudinal reference length of the cantilever beam of the energy conversion element corresponds to one half of the wavelength of the wave propagating in the cantilever,
Wherein the energy conversion element is positioned between the nodal point of the standing wave formed by the wave incident on the cantilever beam and the reflected wave,
Wherein the energy conversion element is capable of avoiding a voltage cancellation effect.
상기 에너지 변환 소자는 모노모프 또는 바이모프 형태의 피에조 소자인 것을 특징으로 하는 메타물질 기반 에너지 수확 장치. The method according to claim 1,
Wherein the energy conversion element is a mono-morph or a bimorph type piezo element.
상기 외팔보의 길이 방향을 따라 둘 이상의 단위격자가 연결되고, 둘 이상의 단위격자들은 하나의 단위격자의 제1부분이 다른 단위격자의 제2부분에 맞닿는 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 메타물질 기반 에너지 수확 장치. The method according to claim 1,
Wherein at least two unit cells are connected along a longitudinal direction of the cantilever beam and two or more unit cells are connected in such a manner that a first portion of one unit cell is in contact with a second portion of another unit cell. Harvesting device.
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| KR1020170005163A KR101885731B1 (en) | 2017-01-12 | 2017-01-12 | Energy harvester based on metamaterial |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170005163A KR101885731B1 (en) | 2017-01-12 | 2017-01-12 | Energy harvester based on metamaterial |
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-
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
| "Broadband characteristics of vibration energy harvesting using one-dimensional phononic piezoelectric cantilever beams",Zhongsheng Chen, Physica B410(2013)5-12, (2012. 11. 09.)* |
| "Piezoelectric power extraction from bending waves: Electroelastic modeling, experimental validation, and performance enhancement", S. Tol, Wave Motion 60 (2016) 20-34, (2015. 09. 12.)* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20180083117A (en) | 2018-07-20 |
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