KR101942688B1 - Multi-point contact type energy harvesting apparatus utilizing electric active material - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기활성 물질을 이용한 다중포인트 자극 타입에너지 하베스팅 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 전기활성 물질을 이용한 다중포인트 자극 타입 에너지 하베스팅 장치는, 외부자극에 의한 변형에 의해 전압을 발생시킬 수 있도록, 전기활성 물질을 포함하여 이루어지는 전기 생성부; 및 반복적인 변형 및 복원이 가능한 재질로 이루어지고, 상기 전기 생성부에, 상기 반복적인 변형 및 복원 동작에 의한 동적 거동을 발생시키는 충격 발생부;를 포함하여 이루어져서, 상기 충격 발생부의 전기 생성부에 대한 자극에 의해 에너지 수확을 가능하게 하고, 상기 전기 생성부는, 상기 충격 발생부와 대향하는 위치에 놓여지고, 전기활성 물질을 포함하여 이루어지며, 필름 형태로 제작되는 제1필름층; 및 상기 충격 발생부를 사이에 두고 상기 제1필름층과 반대측에 위치하고, 전기활성 물질을 포함하여 이루어지며, 필름 형태로 제작되는 제2필름층;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a multipoint stimulation type energy harvesting apparatus using an electroactive material. A multi-point stimulation type energy harvesting apparatus using an electroactive material according to the present invention includes an electricity generating unit including an electroactive material so as to generate a voltage by deformation due to external stimulation; And an impact generating unit which is made of a material capable of repeatedly deforming and restoring and generating dynamic behavior by the repeated deformation and restoration operation in the electricity generating unit, A first film layer disposed in a position opposite to the impact generating part and comprising an electroactive material, the first film layer being formed in a film form; And a second film layer disposed on the opposite side of the first film layer with the impact generating unit interposed therebetween, the second film layer including an electroactive material and formed in the form of a film.

Description

전기활성 물질을 이용한 다중 포인트 자극 타입 에너지 하베스팅 장치{Multi-point contact type energy harvesting apparatus utilizing electric active material}[0001] The present invention relates to a multi-point stimulation type energy harvesting apparatus using an electroactive material,

전기활성 물질을 이용한 에너지 하베스팅 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정적하중이나 약한 충격을 대규모 동하중 또는 충격하중으로 전환시켜 줄 수 있게 하여 에너지 수확 효율을 높일 수 있도록, 구조가 개선된 전기활성 물질을 이용한 에너지 하베스팅 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an energy harvesting apparatus using an electroactive material, and more particularly, to an energy harvesting apparatus using an electroactive material having improved structure, which is capable of converting a static load or a weak impact into a large dynamic load or an impact load, And an energy harvesting apparatus using the energy harvesting apparatus.

근자에는 전기활성 물질을 이용한 센서 또는 에너지 하베스터가 활발하게 연구되고 있다. 여기서, 전기활성 물질이라 함은, 전기가 통하면 변형을 하거나 반대로 변형에 의해 전기를 생성할 수 있게 하는 물질을 의미하는 것으로, 센서나 에너지 수확 분야에서 상용화되고 있다. In recent years, sensors or energy harvesters using electroactive materials have been actively studied. The term " electroactive material " refers to a material capable of generating electricity by deformation when electricity is transmitted or conversely by deformation, and has been commercialized in the fields of sensors and energy harvesting.

이러한 전기활성 물질을 이용한 센서의 예가, 등록특허공보 등록번호 제10-1653061호에 개시되어 있다. 이와 같이, 전기활성 물질을 이용한 센서 또는 에너지 하베스터는 다양한 산업 분야에서 활용되고 있는 실정이다. An example of a sensor using such an electroactive material is disclosed in Patent Registration No. 10-1653061. Thus, the sensor or the energy harvester using the electroactive material is utilized in various industrial fields.

그러나, 이러한 전기활성 물질을 이용한 센서 또는 에너지 하베스터는, 외부에서 가해지는 외력에 의해 주로 동적 거동이 아니라 작은 변형이 발생하는 정적 거동이 이루어짐에 따라, 변형 정보의 정밀한 센싱 또는 효율적인 에너지 수확을 하지 못하는 문제점이 있었다. However, since the sensor or the energy harvester using such an electroactive material has a static behavior in which a small deformation is generated mainly by an external force applied by an external force rather than a dynamic behavior, accurate sensing of deformation information or efficient energy harvesting There was a problem.

등록특허공보 등록번호 제10-1653061호Patent Registration No. 10-1653061

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 약한 정적하중에도 큰 동하중 또는 충격하중 유도를 가능하게 하고 반복적인 변형 및 복원을 가능하게 하여, 에너지 수확 효율을 높일 수 있게 하는 전기활성 물질을 이용한 에너지 하베스팅 장치를 제공하고자 하는 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 an apparatus and a method for inducing a dynamic load or an impact load under a weak static load and capable of repeated deformation and restoration, The present invention provides an energy harvesting apparatus using an electroactive material.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전기활성 물질을 이용한 에너지 하베스팅 장치는, 외부자극에 의한 변형에 의해 전압을 발생시킬 수 있도록, 전기활성 물질을 포함하여 이루어지는 전기 생성부; 및 반복적인 변형 및 복원이 가능한 재질로 이루어지고, 상기 전기 생성부에, 상기 반복적인 변형 및 복원 동작에 의한 동적 거동을 발생시키는 충격 발생부;를 포함하여 이루어져서, 상기 충격 발생부의 전기 생성부에 대한 자극에 의해 에너지 수확을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an energy harvesting apparatus using an electroactive material, including: an electricity generating unit including an electroactive material so as to generate a voltage by deformation due to an external stimulus; And an impact generating unit which is made of a material capable of repeatedly deforming and restoring and generating dynamic behavior by the repeated deformation and restoration operation in the electricity generating unit, And is capable of energy harvesting by stimulation.

상기 충격 발생부는, 상기 전기 생성부에 다중 포인트 자극이 가능하도록, 상기 전기 생성부의 전체면적에 대응되게 배열되고, 상기 변형 및 복원이 가능한 재질을 포함하여 이루어지는 복수의 변형부들을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. Preferably, the impact generating unit includes a plurality of deforming parts arranged to correspond to the entire area of the electricity generating part so as to enable multi-point stimulation to the electricity generating part and including the deformable and restorable material Do.

상기 충격 발생부는, 임계하중 이상이 가해지면 뒤집어지게 되는 상기 변형부와, 인접하게 배치된 변형부들 사이를 연결시키는 연결부를 포함하여 이루어지는 스냅돔(snap dome) 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. Preferably, the impact generating unit has a snap dome structure including a deforming unit that is turned over when a critical load abnormality is applied, and a connecting unit that connects adjacent deformed units.

상기 전기 생성부는, 상기 충격 발생부와 대향하는 위치에 놓여지고, 전기활성 물질을 포함하여 이루어지며, 필름 형태로 제작되는 제1필름층; 및 상기 충격 발생부를 사이에 두고 상기 제1필름층과 반대측에 위치하고, 전기활성 물질을 포함하여 이루어지며, 필름 형태로 제작되는 제2필름층;을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. The electricity generating unit may include a first film layer that is disposed at a position opposite to the impact generating unit and includes an electroactive material and is manufactured in a film form; And a second film layer disposed on the opposite side of the first film layer with the impact generating unit interposed therebetween, the second film layer including an electroactive material and formed in the form of a film.

상기 충격 발생부는, 복수의 구획된 공간을 형성시킬 수 있도록, 격자 모양의 틀 구조를 가지는 프레임부와, 상기 프레임부의 각 공간에 위치되고 상기 형상기억소재로 이루어지는 변형부를 포함하여 이루어지는 것도 가능하다. The impact generating portion may include a frame portion having a lattice-like frame structure so as to form a plurality of divided spaces, and a deformation portion located in each space of the frame portion and made of the shape memory material.

상기 프레임부의 각 공간을 한정하는 면은, 상기 변형부의 가장자리가 끼워지는 홈 형태의 슬롯을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. The surface defining each space of the frame portion preferably includes a slot in the form of a groove into which the edge of the deformed portion is inserted.

본 발명은, 상기 전기 생성부와 충격 발생부의 마주하는 면들에 마련된 벨크로부;를 더 포함하여 이루어질 수도 있다. The present invention may further comprise a velcro part provided on the facing surfaces of the electricity generating part and the impact generating part.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전기활성 물질을 이용한 에너지 하베스팅 장치는, 반복적인 변형 및 복원이 가능한 소재를 포함하여 이루어지는 충격 발생부가, 변형에 의해 전기 에너지 생성을 가능하게 하는 전기 생성부에, 반복적인 동적 하중을 인가시켜 줄 수 있도록 구성됨으로써, 충격 발생부에 가해지는 정적 하중에 의해서도 반복적이면서 큰 변형을 일으키는 동하중 또는 충격하중 유도를 가능하게 함에 따라, 에너지 수확 효율을 높일 수 있는 장점을 기대할 수 있게 한다.The energy harvesting apparatus using the electroactive material according to the present invention having the above-described structure includes an impact generating unit including a material capable of repeatedly deforming and restoring, an electric generating unit The dynamic load can be applied repeatedly. This makes it possible to induce a dynamic load or an impact load repeatedly causing a large deformation even by the static load applied to the impact generating portion, We can expect benefits.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기활성 물질을 이용한 에너지 하베스팅 장치의 분리 사시도.
도 2는 본 발명 일실시예의 구조 및 동작상태를 보인 단면도.
도 3은 본 발명 다른 실시예의 분리 사시도.
도 4는 본 발명 다른 실시예의 단면도.
도 5는 본 발명 또 다른 실시예의 단면도.
도 6은 본 발명 또 다른 실시예의 평면도.
도 7은 도 6의 A부분을 확대하여 보인 부분절개 사시도.
도 8은 본 발명 또 다른 실시예의 단면도.
도 9는 본 발명 또 다른 실시예에 채용되는 충격 발생부의 다양한 구조를 보인 평면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 채용되는 충격 발생부의 구조 및 성형방법을 설명하기 위한 도면.1 is an exploded perspective view of an energy harvesting apparatus using an electroactive material according to an embodiment of the present invention;
2 is a cross-sectional view showing the structure and operation state of one embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view of another embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention.
6 is a plan view of another embodiment of the present invention.
7 is a partial cutaway perspective view showing an enlarged portion A of FIG.
8 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention.
9 is a plan view showing various structures of the impact generating portion employed in another embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining a structure and a molding method of a shock generating part employed in still another embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 전기활성 물질을 이용한 에너지 하베스팅 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an energy harvesting apparatus using an electroactive material according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기활성 물질을 이용한 에너지 하베스팅 장치의 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명 일실시예의 구조 및 동작상태를 보인 단면도.FIG. 1 is an exploded perspective view of an energy harvesting apparatus using an electroactive material according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure and operation state of one embodiment of the present invention.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전기활성 물질을 이용한 에너지 수확 장치는, 전기활성 물질과 변형 및 복원이 가능한 소재를 이용하여 에너지 수확 효율을 증가시킬 수 있게 하는 것으로, 전기활성 물질을 포함한 재질로 이루어지는 전기 생성부(12)와, 반복적인 변형 및 복원이 가능한 소재를 포함한 재질로 이루어지는 충격 발생부(14)를 포함하여 형성된다.As shown in these drawings, an energy harvesting apparatus using an electroactive material according to an embodiment of the present invention can increase energy harvesting efficiency by using an electroactive material and a material capable of being deformed and recovered, An electricity generating portion 12 made of a material including an electroactive material, and an impact generating portion 14 made of a material including a material capable of repeatedly deforming and restoring.

상기 전기 생성부(12)는, 예컨대, 강유전성(Ferroelectric) 거동 원리로 작동하는 전기활성 고분자 물질을 포함한 필름으로 이루어질 수 있고, 동일 재료로 구성된 전극을 구비한 섬유들의 직조 혹은 양면에 전극을 구비한 리본의 직조 형태로 제작될 수 있음은 물론이다. The electricity generating part 12 may be made of a film including an electroactive polymer material operating on a ferroelectric behavior, for example, and may be formed by weaving fibers having electrodes made of the same material, It is of course possible to produce the woven form of the ribbon.

상기 전기 생성부(12)의 재질인 강유전성 전기활성 고분자는, 빠른 기계/전기적 연성 반응속도, 기계/화학적 거동에 대한 높은 신뢰성 및 안정도와, 낮은 임피던스 등 변형을 감지하는 센서로 활용하기에 우수한 특성을 가지는 것으로, 예들 들어 강유전성 거동 원리로 작동하는 PVDF 등이 될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.The ferroelectric electroactive polymer which is a material of the electricity generating portion 12 is excellent in being used as a sensor for detecting deformation such as a high mechanical / electrical coupling reaction rate, high reliability and stability against mechanical / chemical behavior, and low impedance For example, PVDF that operates on the ferroelectric behavior principle, but is not limited thereto.

이러한 전기 생성부(12)는, 도시되지는 않았으나, 생성된 전기 에너지를 외부에 전달하기 위한 전극과 그 전극을 통해 수확된 에너지를 일시적으로 저장하기 위한 커패시터를 포함하여 이루어질 수 있음은 물론이다. Although not shown, the electricity generating unit 12 may include an electrode for transmitting the generated electric energy to the outside, and a capacitor for temporarily storing the energy harvested through the electrode.

상기 충격 발생부(14)는, 반복적인 변형 및 복원이 가능한 다양한 재질로 형성될 수 있음은 물론이나, 예컨대, 형상기억소재와 같은 변형 및 복원이 가능한 재질로 이루어져서, 상기 전기 생성부(12)에 반복적인 동적 거동을 발생시키는 역할을 한다.The impact generating unit 14 may be formed of various materials that can be repeatedly deformed and restored. For example, the impact generating unit 14 may be formed of a deformable and restorable material such as a shape memory material, To generate repetitive dynamic behaviors.

즉, 상기 충격 발생부(14)는, 재료적 물성 때문에, 변형에 그치지 않고 다시 원래의 위치로 복원됨에 따라, 반복적인 변형을 가능하게 하여 지속적인 에너지 수확을 가능하게 한다.That is, the impact generating portion 14 enables repeated deformation as the deformation of the impact generating portion 14 is restored to its original position due to material properties, thereby enabling continuous energy harvesting.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 전기활성 물질을 이용한 에너지 하베스팅 장치는, 반복적인 변형 및 복원이 가능한 소재를 포함하여 이루어지는 충격 발생부(14)가, 변형에 의해 전기 에너지 생성을 가능하게 하는 전기 생성부(12)에, 반복적인 동적 하중을 인가시켜 줄 수 있도록 구성됨으로써, 충격 발생부(14)에 가해지는 정적 하중에 의해서도 반복적이면서 큰 변형을 일으키는 동하중 또는 충격하중 유도를 가능하게 함에 따라, 에너지 수확 효율을 높일 수 있는 장점을 기대할 수 있게 한다.The energy harvesting apparatus using the electroactive material according to an embodiment of the present invention having the above-described structure is characterized in that the impact generating unit 14 including a material capable of repeatedly deforming and restoring is deformed A dynamic load is applied repeatedly to the electricity generating portion 12 that enables energy generation so that the dynamic load applied to the impact generating portion 14 is repeatedly and largely deformed by a dynamic load or an impact load As the induction becomes possible, the advantage of increasing the energy harvesting efficiency can be expected.

상기 충격 발생부(14)에 채용된 변형 및 복원이 가능한 소재로는 스프링이나 스냅돔을 예로 들 수 있으나, 예컨대, 힘을 가해서 변형을 시켜도 본래의 형상을 기억하고 있어 곧 원래의 형상으로 복원되는 합금 또는 고분자를 총칭하는 형상기억소재일 수 있음은 물론이다. Examples of the material that can be deformed and restored in the impact generating part 14 include a spring and a snap dome. However, even if a force is applied to the impact generating part 14 to deform it, the original shape is stored. It is a matter of course that it may be a shape memory material collectively referred to as an alloy or a polymer.

이러한 형상기억소재는, 니켈-티타늄 합금 또는 구리-아연-알루미늄 합금과 같은 형상기억합금(shape memory alloy)과, 외부 충격에 의해 모양이 달라졌다 하더라도 일정 조건하에서 원래의 형상으로 복원되는 형상기억고분자(shape memory polymer;SMP)를 포함한다. Such a shape memory material includes a shape memory alloy such as a nickel-titanium alloy or a copper-zinc-aluminum alloy, and a shape memory polymer that is restored to its original shape under a certain condition even if its shape is changed by an external impact and shape memory polymer (SMP).

본 실시예에 채용된 충격 발생부(14)는, 일정 간격으로 종횡으로 배열되고 상기 형상기억소재와 같이 변형 및 복원이 가능한 재질로 이루어지는 복수의 변형부들(14a)들을 포함하여 이루어진다. 이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 각 변형부(14a)들과 전기 생성부(12) 간의 각 접촉점을 통한 다중 포인트 자극 전달을 가능하게 하여, 에너지 수확 효율을 더욱 높일 수 있는 장점을 도출한다. The impact generating portion 14 employed in the present embodiment includes a plurality of deforming portions 14a arranged vertically and horizontally at regular intervals and made of a material deformable and restorable like the shape memory material. This embodiment having such a configuration enables multi-point stimulation transmission through each contact point between each of the deformed portions 14a and the electricity generating portion 12, thereby deriving an advantage that the energy harvesting efficiency can be further increased.

그리고, 본 실시예에 채용된 충격 발생부(14)는, 스프링과 같이 변형 및 복원이 가능한 소재로 이루어져서, 변형 후 원래의 형상으로 복원되는 복수의 변형부(14a)들을 포함하여 이루어지는 구조인 것으로 족하나, 상기 전기 생성부(12)에 상대적으로 큰 동하중 인가가 가능하도록, 예컨대, 임계하중 이상이 가해지면 뒤집어지게 되는 부분을 포함하여 이루어지는 스냅돔 구조(snap dome)로 이루어지는 것도 가능하다.The impact generating part 14 adopted in the present embodiment is a structure including a plurality of deforming parts 14a made of a material deformable and restorable like a spring and restored to its original shape after deformation But also a snap dome including a portion which is inverted when a critical load or more is applied so that a relatively large dynamic load can be applied to the electricity generating portion 12.

이러한 스냅돔 구조로 이루어지는 충격 발생부(14)는, 임계하중 이상이 가해지면 뒤집어지게 되고 일정 간격을 두고 배열되는 복수의 변형부(14a)들과, 인접하게 배치된 변형부(14a)들 사이를 연결시키는 복수의 연결부(14b)를 포함하여 이루어진다. The impact generating portion 14 formed of such a snap dome structure has a plurality of deformed portions 14a that are turned upside down when a critical load abnormality is applied and are arranged at regular intervals and a plurality of deformed portions 14a arranged between adjacent deformed portions 14a And a plurality of connecting portions 14b connecting the connecting portions 14b.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 임계하중 이상이 가해지면 순식간에 뒤집어지는 스냅돔 구조가 충격 발생부(14)에 채용됨으로써, 순간적인 동적 하중이 전기 생성부(12)의 복수 포인트에 동시에 인가될 수 있게 하여, 전기 에너지를 더욱 효율적으로 수확할 수 있게 한다. In this embodiment having such a configuration, a snap dome structure in which a snap load is inverted instantaneously when a critical load abnormality is applied is employed in the impact generating portion 14, so that instantaneous dynamic load is simultaneously applied to a plurality of points of the electricity generating portion 12 Thereby enabling the electric energy to be harvested more efficiently.

한편, 본 실시예에 채용된 전기 생성부(12)는, 상기 충격 발생부(14)를 사이에 두고 서로 반대측에 위치한 제1필름층(12a)과 제2필름층(12b)을 포함하여 이루어진다.The electricity generating portion 12 employed in the present embodiment includes a first film layer 12a and a second film layer 12b located on opposite sides of the impact generating portion 14 .

상기 제1필름층(12a)과 제2필름층(12b)은, 각각 전기활성 물질을 포함하여 이루어지고, 얇은 필름 형태로 제작된 후 필요에 따라 원하는 크기로 절개되어 사용된다. The first film layer 12a and the second film layer 12b each include an electroactive material and are manufactured in the form of a thin film and then cut into a desired size if necessary.

이러한 제1필름층(12a)과 제2필름층(12b)은, 상기 충격 발생부(14)의 변형부(14a)와 선택적인 접촉이 가능하도록 배치되는 것으로 족하나, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 충격 발생부(14)를 내측에 수용할 수 있도록 포켓 구조로 형성될 수 있음은 물론이다.The first film layer 12a and the second film layer 12b may be arranged so as to be capable of selective contact with the deformed portion 14a of the impact generating portion 14, It is of course possible to have a pocket structure for accommodating the impact generating unit 14 therein.

본 실시예에서와 같이, 상기 제1필름층(12a)과 제2필름층(12b)이 상기 충격 발생부(14)를 사이에 두고 서로 반대측에 위치한 구조에 의하면, 상기 충격 발생부(14)의 변형부(14a)가 도 2의 (a)과 같이 변형된 경우에는 제1필름층(12a)에 의한 전기 에너지 생성을 가능하게 하고, 그 변형부(14a)가 도 2의 (b)와 같이 변형된 경우에는 제1필름층(12a)과 제2필름층(12b)에서 동시에 전기 에너지 생성을 가능하게 한다.According to the structure in which the first film layer 12a and the second film layer 12b are located on opposite sides of the impact generating part 14 as in the present embodiment, 2 (a), the first film layer 12a enables the generation of electric energy, and the deformed portion 14a of the deformed portion 14a is deformed as shown in Figs. 2 (b) and 2 The first film layer 12a and the second film layer 12b can simultaneously generate electric energy.

도시되지는 않았으나, 전기 생성부(12)가, 상기 제1필름층(12a), 제2필름층(12b) 및 각 필름층 사이를 연결하는 연결층을 구비하여서, 상기 충격 발생부(14)를 내측에 수용되게 하는 포켓 구조로 이루어지는 경우에는, 전기 생성부(12)와 충격 발생부(14) 간의 결합이 상대적으로 원활하게 이루어질 수 있게 한다. Although not shown, the electricity generating portion 12 may include a connection layer connecting the first film layer 12a, the second film layer 12b, and the respective film layers, The coupling between the electricity generating portion 12 and the impact generating portion 14 can be performed relatively smoothly.

그리고, 본 실시예에서 상기 제1필름층(12a)과 제2필름층(12b)은, 상기 충격 발생부(14)와 별개로 필름 형태로 제작된 이후 그 충격 발생부(14)와 선태적인 접촉이 가능하게 배치되나, 본 발명의 다른 실시예에서는 충격 발생부(14)에 코팅 방식으로 형성될 수 있음은 물론이다. In the present embodiment, the first film layer 12a and the second film layer 12b are formed in a film form separately from the impact generating part 14, But it is needless to say that in another embodiment of the present invention, the impact generating portion 14 may be formed in a coating manner.

도 3은 본 발명 다른 실시예의 분리 사시도이고, 도 4는 본 발명 다른 실시예의 단면도이다.FIG. 3 is an exploded perspective view of another embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a sectional view of another embodiment of the present invention.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 채용된 충격 발생부(34)는, 서로 분리 제작된 후 결합에 의해 요구되는 크기를 형성시킬 수 있는 복수의 단위 충격유닛을 포함하여 이루어지고, 각 단위 충격유닛은, 임계하중 이상이 가해지면 뒤집어지게 되는 변형부(34a)와, 인접하게 배치된 변형부(34a)들 사이를 연결시키는 연결부(34b)를 포함하여 이루어진다. As shown in these drawings, the impact generating portion 34 employed in the present embodiment includes a plurality of unit impact units that are separately manufactured and can form a size required by engagement, The unit impact unit includes a deformed portion 34a that is turned over when a critical load abnormality is applied and a connecting portion 34b that connects the deformed portions 34a disposed adjacent to each other.

그리고, 본 실시예는, 인접하게 배치되는 한 쌍의 연결부(34b)들 중 어느 하나에 형성된 걸림공(341a)과, 다른 하나에 형성된 걸림핀(341b)을 포함하여 이루어져서, 상기 걸림공(341a)과 걸림핀(341b) 간의 걸림을 통해 단위 충격유닛들 간의 연결이 원활하게 이루어지게 한다. The present embodiment includes a coupling hole 341a formed in one of a pair of adjacent coupling portions 34b and a coupling pin 341b formed in the other coupling hole 341a, And the engaging pin 341b, the connection between the unit impact units is smoothly performed.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 스냅돔 구조를 가지는 단위 충격유닛을 서로 연결하여 줌으로써, 충격 발생부(34)를 요구되는 면적으로 용이하게 제작할 수 있게 됨에 따라, 제품의 양산성을 향상시킬 수 있는 장점을 기대할 수 있게 한다. In this embodiment having such a configuration, since the impact generating unit 34 can be easily manufactured in a required area by connecting the unit impact units having the snap dome structure to each other, the mass production of the product can be improved To be able to expect the advantage.

한편, 본 실시예에서 상기 충격 발생부는 면 단위의 단위 충격유닛을 종횡으로 배열 형성하는 것에 의해 구현되었으나, 본 발명의 다른 실시예에 채용된 충격 발생부는, 예컨대 길이는 길고 폭은 작은 형태의 빔 형태의 단위 충격유닛에, 그 길이방향을 따라 배열된 복수의 변형부들을 형성시키고, 그 빔 형태의 단위 충격유닛을 서로 교차시켜 구현할 수도 있다. In the meantime, in the present embodiment, the impact generating unit is realized by arranging the unit impact units arranged in the vertical and horizontal directions in the unit of the surface, but the impact generating unit employed in the other embodiment of the present invention is, for example, A plurality of deformation parts arranged along the longitudinal direction may be formed in the unit impact unit of the shape of a unit, and the unit impact units of the beam shape may be implemented by intersecting each other.

도 5는 본 발명 또 다른 실시예의 단면도이다. 5 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention.

본 실시예에 채용된 충격 발생부는, 상기 전기 생성부에 다중 포인트 자극이 가능하도록, 상기 전기 생성부의 전체면적에 대응되게 배열되는 단위 충격유닛(54)을 포함하여 이루어진다.The impact generating unit employed in this embodiment includes a unit impact unit 54 arranged to correspond to the entire area of the electricity generating unit so that the electricity generating unit can be multipoint stimulated.

상기 각 단위 충격유닛(54)은, 변형 및 복원이 가능한 재질로 형성되는 변형부(54a)와, 상기 변형부(54a)와 일체로 형성되고 그 변형부(54a)에 변형에 따라 슬라이딩되는 슬라이딩부(54b)를 포함하여 이루어진다. 상기 변형부(54a)는, 반복적인 변형 및 복원 동작이 이루어지는 부분이고, 상기 슬라이딩부(54b)는, 그 변형부(54a)의 변형에 따라 슬라이딩 됨으로써 제2필름층(62)과 마찰을 일으키는 부분이다. 상기 변형부 (54a)는 형상기억소재로 구성될 수 있다.Each of the unit impact units 54 includes a deforming portion 54a formed of a material capable of being deformed and restored, a sliding portion 54a formed integrally with the deforming portion 54a, And a portion 54b. The deforming portion 54a is a portion where repetitive deformation and restoration operations are performed and the sliding portion 54b is slid in accordance with the deformation of the deforming portion 54a to thereby cause friction with the second film layer 62 Section. The deformed portion 54a may be made of a shape memory material.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 전기활성고분자 물질을 포함하여 이루어지는 제1필름층(61)과 제2필름층(62)에, 상기 단위 충격유닛(54)의 변형부(54a)가 지속적인 자극을 가해 줄 수 있도록 구성됨으로써, 전기 에너지 수확을 가능하게 하고, 상기 슬라이딩부(54b)가 제2필름층(62)과 마찰대전을 일으켜 마찰대전에 의한 추가적인 에너지 수확을 가능하게 한다. This embodiment having such a configuration is characterized in that the deformation portion 54a of the unit impact unit 54 is continuously applied to the first film layer 61 and the second film layer 62 including the electroactive polymer material, So that electric energy can be harvested and the sliding portion 54b can cause triboelectric charging with the second film layer 62 to enable additional energy harvesting by triboelectric charging.

도면 중 미설명 부호 G는, 상기 슬라이딩부(54b)의 이동을 가이드하는 가이드부재이고, S는 상기 슬라이딩부(54b)의 이동범위를 제한하는 스토퍼이다. In the drawing, reference character G denotes a guide member for guiding the movement of the sliding portion 54b, and S is a stopper for limiting the moving range of the sliding portion 54b.

도 6은 본 발명 또 다른 실시예의 평면도이고, 도 7은 도 6의 A부분을 확대하여 보인 부분절개 사시도이다. FIG. 6 is a plan view of still another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a partially cutaway perspective view showing an enlarged portion A of FIG.

본 실시예에 채용된 충격 발생부는, 복수의 구획된 공간을 형성시킬 수 있도록, 격자 모양의 틀 구조를 가지는 프레임부(72)와, 상기 프레임부(72)의 각 공간에 위치되고 변형 및 복원이 가능한 소재로 이루어지는 변형부(74)를 포함하여 이루어진다. 상기 변형부 (54a)는 형상기억소재로 구성될 수도 있다. The impact generating portion employed in this embodiment includes a frame portion 72 having a lattice-like frame structure so as to form a plurality of compartmented spaces, and a frame portion 72 which is located in each space of the frame portion 72, And a deformable portion 74 made of a material that can be formed. The deformed portion 54a may be made of a shape memory material.

그리고, 상기 프레임부(72)의 각 공간을 한정하는 면에는, 상기 변형부(74)의 가장자리가 끼워지는 홈 형태의 슬롯이 형성되어 있다.On the surface defining each space of the frame portion 72, a groove in the shape of a groove into which the edge of the deformation portion 74 is fitted is formed.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 전기 생성부(C:커버 형태로 프레임부를 내측에 수용하는 구조)에 동하중을 발생시키는 복수의 변형부(74)들을, 프레임부(72)의 각 슬롯에 끼워지게 함으로써, 결국 충격 발생부의 구조를 요구되는 설계사양대로 원활하게 구현할 수 있게 됨에 따라, 제품의 양산성을 향상시킬 수 있는 장점을 도출한다. In this embodiment having this configuration, a plurality of deformed portions 74 that generate a dynamic load on the electricity generating portion C (a structure that houses the frame portion in the form of a cover) are inserted into the respective slots of the frame portion 72 It is possible to smoothly implement the structure of the impact generating part according to the required design specifications, and as a result, it is possible to improve the mass productivity of the product.

도 8은 본 발명 또 다른 실시예의 단면도이다. 8 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention.

본 실시예는, 형상기억소재와 같이 반복적인 변형 및 복원이 가능한 재질로 이루어지는 충격 발생부(92)와, 그 충격 발생부(92)로부터 가해진 동적 하중에 의한 변형으로 전기 에너지를 생성할 수 있게 하는 제1생성부(94) 및 제2생성부(96)를 포함하여 이루어진다.The present embodiment is characterized in that it includes an impact generating portion 92 made of a material capable of repeatedly deforming and restoring, such as a shape memory material, and an impact generating portion 92 capable of generating electric energy by deformation caused by a dynamic load applied from the impact generating portion 92 A first generation unit 94 and a second generation unit 96. [

상기 제1생성부(94)와 제2생성부(96)는, 외부자극에 의한 변형에 의해 전압을 발생시킬 수 있도록 전기활성 물질을 포함하여 이루어지고, 반복적인 변형 및 복원이 가능하도록 형상기억소재를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. The first generating unit 94 and the second generating unit 96 include an electro-active material for generating a voltage by deformation due to an external stimulus, It is preferable to include a material.

상기 충격 발생부(92)는, 상기 제1,2생성부들(94)(96)의 변형을 위한 자극을 가해 주기 위한 것으로, 상기 제1,2생성부(94)(96) 사이에 위치되어 제1,2생성부(94)(96)들에 동시에 자극을 가할 수 있게 됨에 따라, 에너지 수확 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 한다. The impact generating unit 92 is provided for applying a magnetic pole to deform the first and second generating units 94 and 96 and is disposed between the first and second generating units 94 and 96 The first and second generators 94 and 96 can be stimulated simultaneously, thereby further improving energy harvesting efficiency.

상기 충격 발생부(92)는, 앞에서 설명한 실시예들과 마찬가지로 스냅돔 구조로 이루어질 수 있음은 물론이나, 본 실시예에서는 플랫한 형태의 펼침 및 굴곡진 형태의 구부러짐이 가능한 복수의 요철부들을 포함하여 이루어진 구조가 채택되었다.The impact generating unit 92 may be constructed as a snap dome structure as in the above-described embodiments. However, in the present embodiment, the impact generating unit 92 may include a plurality of irregularities capable of bending in a flattened, .

본 실시예에서는, 상기 충격 발생부(92)와 제1생성부(94) 간의 마주하는 면과, 충격 발생부(92)와 제2생성부(96)의 마주하는 면들, 각각에 벨크로부(92a)94a)(96a)가 마련되어 있다. In this embodiment, the surface facing between the impact generating portion 92 and the first generating portion 94 and the surface facing the impact generating portion 92 and the second generating portion 96 are provided with the velcro portion 92a) 94a (96a).

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 서로 마주하는 벨크로부(92a)94a)(96a)들이 결합된 이후 분리되는 과정에서, 제1,2생성부(94)(96)의 변형 후 복원 과정까지 시간차를 두고 점진적인 변형이 이루어지게 함으로써, 그 제1,2생성부(94)(96)의 점진적인 변형에 의해 에너지를 더욱 지속적으로 수확할 수 있게 하는 장점을 가진다.In this embodiment having such a configuration, in the process of separating the velcro portions 92a, 94a, 96a facing each other after being joined, the time difference between the first and second generating portions 94, So that the energy can be more continuously harvested by the gradual deformation of the first and second generators 94 and 96. [

한편, 본 실시예에서는, 충격 발생부와 제1,2생성부가 각각 본래의 기능인 동적 거동 유도와 전기 에너지 생성을 분리하여 수행할 수 있도록 구성되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예컨대 충격 발생부가 전기활성 물질을 포함하여 이루어짐으로써 에너지 수확 기능을 할 수 있게 하거나, 제1,2생성부가 형상 변형 및 복원이 가능한 재질을 포함하여 이루어짐으로써 동적 거동 유도의 기능도 발휘할 수 있도록 구현될 수 있음은 물론, 제1,2전기생성부와 충격발생부 모두 도 1과 같은 구조를 독립적으로 가질 수도 있다. In the present embodiment, the impact generating unit and the first and second generating units are configured to separately perform induction of dynamic behavior and generation of electric energy, which are original functions, but the present invention is not limited to this, It is possible to realize an energy harvesting function by including the electro-active material, or the first and second generating units include a material capable of deforming and restoring shape, , And the first and second electricity generating units and the impact generating unit may independently have the structure as shown in FIG.

도 9는 본 발명 또 다른 실시예에 채용되는 충격 발생부의 다양한 구조를 보인 평면도이다.9 is a plan view showing various structures of the impact generating portion employed in another embodiment of the present invention.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 채용된 충격 발생부는, 변형부의 형상이 도 9의 (a)와 같이 육각 구조 또는 도 9의 (b)와 같이 원형 구조의 멤브레인 형태로 구현될 수도 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예컨대 다른 다각 형태의 구조로 이루어지거나 멤브레인이 아닌 스트립 형태로 구현될 수 있음은 물론이다. As shown in this figure, the impact generating portion employed in this embodiment may be configured such that the shape of the deformed portion is implemented as a hexagonal structure as shown in Fig. 9 (a) or in the form of a membrane having a circular structure as shown in Fig. 9 (b) However, the present invention is not limited to this, and it goes without saying that the present invention may be implemented in other polygonal structures or in the form of a strip rather than a membrane.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 채용되는 충격 발생부의 구조 및 성형방법을 설명하기 위한 도면이다.10 is a view for explaining a structure and a molding method of the impact generating part employed in another embodiment of the present invention.

본 실시예에 채용된 충격발생부는, 한 쌍의 성형롤러들(101)(102) 사이로 금속박판(140)을 통과시켜서,그 금속박판(140) 상에 성형롤러들(101)(102)의 외면에 대응되는 형상의 변형부(140a)를 형성시키는 것에 의해 구현될 수 있다. 즉, 상기 한 쌍의 성형롤러들 중 어느 하나(101)에는 홈부(101a)를 형성하여 두고, 다른 하나(102)에는 그 홈부(101a)에 대응되는 형상의 돌출부(102a)를 형성하여 둔 상태에서 한 쌍의 성형롤러들(101)(102) 사이로 금속박판(140)을 통과시키면, 그 금속박판(140) 상에 복수의 변형부(140a)들을 형성시킬 수 있게 된다. The impact generating portion adopted in the present embodiment is a portion in which the thin metal plate 140 is passed between a pair of forming rollers 101 and 102 to form the metal thin plate 140 on the forming rollers 101 and 102 And by forming a deformed portion 140a having a shape corresponding to the outer surface. That is, a groove 101a is formed in one of the pair of shaping rollers 101 and a protrusion 102a having a shape corresponding to the groove 101a is formed in the other one 102 A plurality of deformed portions 140a can be formed on the thin metal plate 140 by passing the thin metal plate 140 between the pair of forming rollers 101 and 102 in the thin metal plate.

이상 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, It is obvious that all modifications and concrete examples which can easily be devised by those skilled in the art within the scope of technical thought are included in the scope of the present invention.

12:전기 생성부 12a:제1필름층
12b:제2필름층 14:충격 발생부
14a:변형부 14b:연결부12: electricity generating portion 12a: first film layer
12b: second film layer 14: impact generator
14a: deformation part 14b: connection part

Claims (5)

외부자극에 의한 변형에 의해 전압을 발생시킬 수 있도록, 전기활성 물질을 포함하여 이루어지는 전기 생성부; 및 반복적인 변형 및 복원이 가능한 재질로 이루어지고, 상기 전기 생성부에, 상기 반복적인 변형 및 복원 동작에 의한 동적 거동을 발생시키는 충격 발생부;를 포함하여 이루어져서, 상기 충격 발생부의 전기 생성부에 대한 자극에 의해 에너지 수확을 가능하게 하고,
상기 전기 생성부는,
상기 충격 발생부와 대향하는 위치에 놓여지고, 전기활성 물질을 포함하여 이루어지며, 필름 형태로 제작되는 제1필름층; 및
상기 충격 발생부를 사이에 두고 상기 제1필름층과 반대측에 위치하고, 전기활성 물질을 포함하여 이루어지며, 필름 형태로 제작되는 제2필름층;을 포함하여 이루어지고,
상기 전기 생성부는, 상기 제1필름층과 제2필름층 사이를 연결하는 연결층이 그 제1필름층 및 제2필름층과 일체로 형성되는 포켓 구조를 가짐으로써, 상기 포켓 내부의 공간에 상기 충격 발생부가 위치되게 하는 것을 특징으로 하는 전기활성 물질을 이용한 다중포인트 자극 타입 에너지 하베스팅 장치. An electricity generating part including an electroactive material so as to generate a voltage by deformation due to external stimulation; And an impact generating unit which is made of a material capable of repeatedly deforming and restoring and generating dynamic behavior by the repeated deformation and restoration operation in the electricity generating unit, Enables energy harvesting by stimulation of the liver,
Wherein the electricity generating unit comprises:
A first film layer disposed at a position opposite to the impact generating part and comprising an electroactive material, the first film layer being formed in a film form; And
And a second film layer disposed on the opposite side of the first film layer with the impact generating unit interposed therebetween, the second film layer including an electroactive material, the film being formed in a film form,
Wherein the electricity generating portion has a pocket structure in which a connecting layer connecting between the first film layer and the second film layer is formed integrally with the first film layer and the second film layer, Wherein the impact generator is located at a location where the impact generator is located. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 충격 발생부는, 상기 전기 생성부에 다중 포인트 자극이 가능하도록, 상기 전기 생성부의 길이 방향을 따라 배열되는 단위 충격유닛;을 포함하여 이루어지고,
상기 각 단위 충격유닛은, 반복적인 변형 및 복원이 이루어지는 변형부와, 상기 변형부의 변형에 따라 슬라이딩 됨으로써 상기 제2필름층과 마찰을 일으키는 슬라이딩부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기활성 물질을 이용한 다중포인트 자극 타입 에너지 하베스팅 장치. The method according to claim 1,
Wherein the impact generating unit includes a unit impact unit arranged along the longitudinal direction of the electricity generating unit so as to enable multi-point stimulation to the electricity generating unit,
Wherein each of the unit impact units comprises a deforming portion for repeatedly deforming and restoring and a sliding portion for causing friction with the second film layer by sliding according to the deformation of the deforming portion. Point stimulation type energy harvesting device. 외부자극에 의한 변형에 의해 전압을 발생시킬 수 있도록, 전기활성 물질을 포함하여 이루어지는 전기 생성부; 및 반복적인 변형 및 복원이 가능한 재질로 이루어지고, 상기 전기 생성부에, 상기 반복적인 변형 및 복원 동작에 의한 동적 거동을 발생시키는 충격 발생부;를 포함하여 이루어져서, 상기 충격 발생부의 전기 생성부에 대한 자극에 의해 에너지 수확을 가능하게 하고,
상기 충격 발생부는, 복수의 구획된 공간을 형성시킬 수 있도록, 격자 모양의 틀 구조를 가지는 프레임부와, 상기 프레임부의 각 공간에 위치되고 상기 형상기억소재로 이루어지는 변형부를 포함하여 이루어지고,
상기 전기 생성부는, 외부자극에 의한 변형에 의해 전압을 발생시킬 수 있 도록 전기활성 물질을 포함하는 제1생성부와 제2생성부로 이루어지고,
상기 충격 발생부는, 상기 제1생성부와 제2생성부 사이에 위치되어 제1생성부와 제2생성부에 동식에 자극을 가하고,
상기 충격 발생부와 제1생성부 간의 마주하는 면과, 상기 충격 발생부와 제2생성부의 마주하는 면에는 각각 벨크로부;가 마련되고,
서로 마주하는 상기 벨크로부들은, 서로 결합된 이후 분리되는 과정에서 제1생성부와 제2생성부의 점진적인 변형이 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 전기활성 물질을 이용한 다중포인트 자극 타입 에너지 하베스팅 장치. An electricity generating part including an electroactive material so as to generate a voltage by deformation due to external stimulation; And an impact generating unit which is made of a material capable of repeatedly deforming and restoring and generating dynamic behavior by the repeated deformation and restoration operation in the electricity generating unit, Enables energy harvesting by stimulation of the liver,
Wherein the impact generating portion includes a frame portion having a lattice-like frame structure and a deformation portion located in each space of the frame portion and made of the shape memory material so as to form a plurality of divided spaces,
Wherein the electricity generator comprises a first generator and a second generator including an electroactive material so as to generate a voltage by deformation due to an external stimulus,
Wherein the shock generating unit is disposed between the first generating unit and the second generating unit and applies a magnetic stimulus to the first generating unit and the second generating unit in the same manner,
Wherein the surface facing the impact generating portion and the first generating portion and the surface facing the impact generating portion and the second generating portion are respectively provided with a velcro portion,
Wherein the first and second generation portions are gradually deformed in the process of separating the velcro portions facing each other after being coupled to each other. 제4항에 있어서,
상기 프레임부의 각 공간을 한정하는 면은, 상기 변형부의 가장자리가 끼워지는 홈 형태의 슬롯을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기활성 물질을 이용한 다중포인트 자극 타입 에너지 하베스팅 장치. 5. The method of claim 4,
Wherein a surface defining each space of the frame portion includes a slot in the form of a groove into which the edge of the deformed portion is inserted.
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