KR102245750B1 - Non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force - Google Patents

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KR102245750B1
KR102245750B1 KR1020200159893A KR20200159893A KR102245750B1 KR 102245750 B1 KR102245750 B1 KR 102245750B1 KR 1020200159893 A KR1020200159893 A KR 1020200159893A KR 20200159893 A KR20200159893 A KR 20200159893A KR 102245750 B1 KR102245750 B1 KR 102245750B1
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진경식
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주식회사 에이.엠.씨
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    • H02N2/18Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
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    • HELECTRICITY
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    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure

Abstract

The present invention provides a non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force, comprising: n+1 rotor layers in the form of a disk rotating by an external energy source; n stator layers in the form of a disk positioned at each gap between the rotor layers; and a support structure supporting the rotor layers and the stator layers and forming a frame of the non-contact continuous piezoelectric generator, wherein n is a natural number equal to or greater than 2. In a unit element, a permanent magnet (s) is formed at a position corresponding to a permanent magnet (r) of the rotor layer while being formed at an intermediate position in the second direction of an intermediate medium, such that only an intermediate position of the unit element moves in the first direction of the stator layer by allowing the permanent magnet (s) of the unit element to receive attraction and repulsion due to the permanent magnet (r) of the rotor layer, and continuous piezoelectric power generation can be performed in a non-contact manner by forming stopper structures with respect to the outer and inner tip ends of the unit element formed on the surface of the stator layer to be spaced at a predetermined interval in the first direction of the stator layer in order not to separate the outer and inner tip ends of the unit element in the direction of the stator layer, even though outer and inner tip ends of the unit element are not fixatedly supported in the second direction, and only the intermediate position of the unit element moves in the first direction of the stator layer by allowing the permanent magnet (s) of the unit element to receive attraction and repulsion due to the permanent magnet (r) of the rotor layer.

Description

자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기{NON-CONTACT CONTINUOUS PIEZOELECTRIC GENERATOR USING MAGNETIC FORCE} Non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force{NON-CONTACT CONTINUOUS PIEZOELECTRIC GENERATOR USING MAGNETIC FORCE}

본 발명은 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력, 조력, 수력 등의 각종의 자연력, 또는 기존에 회수되지 않고 소멸해 버리는 미활용의 인공적인 에너지, 예를 들어 차량 통과 후 발생하는 도로의 진동력, 차량 내부의 진동력 등을 회수하는 비접촉 연속 압전 발전기에서, 후술하는 제 2 방향에서 단위 소자의 외측 및 내측 끝단이 고정 지지되지 않아도, 스테이터층의 단위 소자의 영구자석(s)이 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 단위 소자의 중간 위치만이 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이더라도, 단위 소자의 외측 및 내측 끝단은 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록, 스테이터층의 제 1 방향으로 소정의 간격을 두고 스테이터층의 원편 표면에 형성된 단위 소자의 외측 및 내측 끝단에 대한 스톱퍼(stopper) 구조가 형성되어 있어서, 비접촉으로 연속 압전 발전을 하는 것이 가능한, 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기에 관한 것이다. The present invention relates to a non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force, and more particularly, various natural forces such as wind power, tidal power, and water power, or unused artificial energy that is extinguished without being recovered, for example, after passing a vehicle. In a non-contact continuous piezoelectric generator that recovers the vibration force of the road and the vibration force inside the vehicle, etc., the permanent magnet of the unit element of the stator layer, even if the outer and inner ends of the unit element are not fixedly supported in the second direction to be described later ( s) Even if only the intermediate position of the unit element moves in the first direction of the stator layer due to the attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r) of this rotor layer, the outer and inner ends of the unit element are in the first direction of the stator layer. A stopper structure is formed for the outer and inner ends of the unit elements formed on the circular surface of the stator layer at a predetermined interval in the first direction of the stator layer so as not to be separated from the stator layer, so that continuous piezoelectric power generation is performed without contact. It is possible, to a non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force.

압전 소자(piezoelectric effect element)는 기계적 응력을 걸면 전압이 발생하고 반대로 전압을 걸면 일그러짐이 발생하는 수정이나 압전 세라믹스 등을 사용한 소자로, 압력을 가하면 전압이 변화하고(압전 효과), 반대로 전압을 가하면 팽창되거나 수축되는 성질을 가진 소자를 말한다. A piezoelectric effect element is an element using crystals or piezoelectric ceramics that generate voltage when mechanical stress is applied and distortion occurs when voltage is applied to the contrary. When pressure is applied, the voltage changes (piezoelectric effect), and when a voltage is applied on the contrary, It refers to a device that has the property of expanding or contracting.

옛날부터 알려져 있는 수정이나 티탄산바륨을 소결한 압전 세라믹도 있지만, 가장 널리 쓰이고 있는 것은 티탄산 지르콘산납(약하여 PZT)이며, 라이터나 가스 기구의 점화 장치에서 볼 수 있다. 자동차에서는 노크 센서나 각종 압력 센서로 이용되고 있다.There are also piezoelectric ceramics made of sintered crystal or barium titanate known from the past, but the most widely used is lead zirconate titanate (weak PZT), and can be found in lighters and ignition devices of gas appliances. In automobiles, it is used as a knock sensor or various pressure sensors.

이와 같은 압전 소자를 이용한 다양한 에너지 발생 장치 또는 발전 장치 등에 대해서 최근 활발히 연구개발되고 있다. Recently, research and development have been actively conducted on various energy generating devices or power generation devices using such piezoelectric elements.

관련 분야에서 다양한 기술들이 존재한다. 예를 들어, 대한민국 특허 제1380538호(2014년 3월 26일 등록)를 보면, "본 발명의 실시예에 따른 압축력을 이용한 압전 하베스팅 시스템은, 압전 물질로 마련되는 압전체; 및 상기 압전체가 부착되는 고정체;를 포함하며, 상기 압전체는 상기 고정체가 압축되는 일면에 부착되어 상기 고정체에 압축력이 가해지는 경우 상기 압전체에 압축력이 가해짐으로써 전기에너지를 생성할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 하중 및 타격에 의해 발생되는 외력 중 압축력이 걸리고 이를 이용하여 전기에너지를 생성할 수 있다."라는 기술이 있다. 여기서는 외부의 타격에 의한 진동력이나 압축력을 받은 압전체에 의해서 발전하는 기술이 개시되어 있었다. Various technologies exist in related fields. For example, in Korean Patent No. 1380538 (registered on March 26, 2014), "a piezoelectric harvesting system using a compressive force according to an embodiment of the present invention includes a piezoelectric material made of a piezoelectric material; and the piezoelectric material is attached thereto. Including, the piezoelectric body is attached to one surface where the fixture is compressed, and when a compressive force is applied to the fixture, electric energy may be generated by applying a compressive force to the piezoelectric body. According to an example, a compressive force is applied among external forces generated by a load and a hit, and electric energy can be generated using this. Here, a technology for generating electricity by means of a piezoelectric body subjected to a vibration force or a compressive force by an external blow has been disclosed.

상술한 특허는 연속발전에는 제한이 있으며, 나아가, 본 발명에서 출원인이 발명한 것과 같이, 단위 소자의 외측 및 내측 끝단이 고정 지지되지 않아도, 단위 소자의 영구자석(s)이 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 단위 소자의 중간 위치만이 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이더라도, 단위 소자의 외측 및 내측 끝단은 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록, 스테이터층의 제 1 방향으로 소정의 간격을 두고 스테이터층의 표면에 형성된 단위 소자의 외측 및 내측 끝단에 대한 스톱퍼(stopper) 구조가 형성되어 있어서, 비접촉으로 연속 압전 발전을 하는 것이 가능한, 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기에 대해서는 전혀 개시하지 않고 있었다.The above-described patent has limitations on continuous power generation, and furthermore, as invented by the applicant in the present invention, even if the outer and inner ends of the unit element are not fixedly supported, the permanent magnet (s) of the unit element is a permanent magnet of the rotor layer. Even if only the intermediate position of the unit element moves in the first direction of the stator layer by receiving the attractive force and repulsive force by (r), the outer and inner ends of the unit element are not separated in the first direction of the stator layer. Non-contact continuous piezoelectricity using magnetic force, which enables continuous piezoelectric power generation without contact, as a stopper structure is formed for the outer and inner ends of the unit element formed on the surface of the stator layer at a predetermined interval in the first direction. There was no disclosure of the generator at all.

대한민국 특허 제1380538호(2014년 3월 26일 등록), 발명의 명칭 : 압축력을 이용한 압전 하베스팅 시스템{PIEZOELECTRIC HARVESTING SYSTEM USING COMPRESSIVE FORCE}Korean Patent No. 1380538 (registered on March 26, 2014), title of invention: Piezoelectric harvesting system using compression force {PIEZOELECTRIC HARVESTING SYSTEM USING COMPRESSIVE FORCE}

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명은 풍력, 조력, 수력 등의 각종의 자연력, 또는 기존에 회수되지 않고 소멸해 버리는 미활용의 인공적인 에너지, 예를 들어 차량 통과 후 발생하는 도로의 진동력, 차량 내부의 진동력 등을 회수하는 비접촉 연속 압전 발전기에서, 제 2 방향에서 단위 소자의 외측 및 내측 끝단이 고정 지지되지 않아도, 단위 소자의 영구자석(s)이 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 단위 소자의 중간 위치만이 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이더라도, 단위 소자의 외측 및 내측 끝단은 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록, 스테이터층의 제 1 방향으로 소정의 간격을 두고 스테이터층의 원판 표면에 형성된 단위 소자의 외측 및 내측 끝단에 대한 스톱퍼(stopper) 구조가 형성되어 있어서, 비접촉으로 연속 압전 발전을 하는 것이 가능한, 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention was created to solve the above-described problems, and the present invention is a variety of natural forces such as wind power, tidal power, and hydropower, or unused artificial energy that is extinguished without being recovered, for example, generated after passing a vehicle. In the non-contact continuous piezoelectric generator that recovers the vibration force of the road and the vibration force inside the vehicle, the permanent magnet s of the unit element is not fixed even if the outer and inner ends of the unit element are fixedly supported in the second direction. Even if only the intermediate position of the unit element moves in the first direction of the stator layer by receiving the attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r), the outer and inner ends of the unit element do not deviate in the first direction of the stator layer. A stopper structure is formed for the outer and inner ends of the unit elements formed on the disk surface of the stator layer at a predetermined interval in the first direction of the layer, so that continuous piezoelectric power generation is possible without contact, using magnetic force. It is an object to provide a non-contact continuous piezoelectric generator.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기는, 외부의 에너지원에 의하여, 회전을 하는 원판 형태의 n+1 개의 로터층; 상기 로터층의 사이마다에 위치하는 원판 형태의 n개의 스테이터층; 및 상기 로터층 및 상기 스테이터층을 지지하며, 상기 비접촉 연속 압전 발전기의 프레임을 이루는 지지구조를 포함하고, 상기 n은 2 이상의 자연수이고, 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 중심점(center)을 수직으로 관통하는 중심축인 직선 방향을 제 1 방향으로, 상기 제 1 방향에 수직인 직선 방향이며 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 표면에 평행하며 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 중심점에서 시작해서 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 외주를 향하는 직선방향을 제 2 방향으로, 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 표면에서 상기 제 1 방향을 원형으로 감싸는 회전 방향이며 상기 제 2 방향에 수직인 회전 방향을 제 3 방향이라고 할 경우, 상기 로터층 각각에는 m개의 영구자석(r)이 원주를 따라서

Figure 112020126971518-pat00001
도의 일정한 각도 단위로 일정하게 상기 제 3 방향으로 배치되며, 상기 제 1 방향으로 바라보았을 때, 서로 이웃하는 로터층들 간의 영구자석의 자극의 배치는 NS극이 반전되어 배치되며, 상기 스테이터층에는, 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력이 작용하는 영구자석(s)과, 중간 매개체와, 상기 중간 매개체를 통해서 상기 영구자석(s)과 결합되어 연속적 구동으로 에너지를 발생시키는 압전소자의 결합으로 이루어진 단위 소자 m개가 원주를 따라서
Figure 112020126971518-pat00002
도의 일정한 각도 단위로 상기 제 3 방향으로 일정하게 배치되며, 상기 m은 2 이상의 자연수이고, 상기 외부의 에너지원에 의하여, 상기 로터층이 회전이 시작될 때 상기 스테이터층 및 다른 로터층에 존재하는 영구자석 간에 발생하는 초동 토크가 최소화될 수 있도록, 상기 제 1 방향으로 바라보았을 때, k번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, (k+1) 번째의 스테이터층의 m개의 영구자석은 서로 중첩되게 보이지 않고, k번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, (k+1) 번째의 스테이터층의 m개의 영구자석는 전체적으로 θ 각도(θ는 0도가 아님) 만큼씩 엇갈리게 배치되며, n번째의 스테이터 스테이터층의 m개의 영구자석과 1번째의 스테이터층의 m개의 영구자석도 θ 각도(θ는 0도가 아님) 만큼씩 엇갈리게 배치되고, k는 n-1 이하의 자연수이고, 상기 단위 소자에 있어서, 상기 영구자석(s)은 상기 로터층의 영구자석(r)의 대응 위치에 형성되되 상기 중간 매개체의 제 2 방향에서 중간 위치에 형성되어 있어서, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이고, 상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측 및 내측 끝단은 고정 지지되지 않아도, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이더라도, 상기 단위 소자의 외측 및 내측 끝단은 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록, 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 소정의 간격을 두고 상기 스테이터층의 표면에 형성된 상기 단위 소자의 외측 및 내측 끝단에 대한 스톱퍼(stopper) 구조가 형성되어 있어서, 비접촉으로 연속 압전 발전을 한다. A non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes, by an external energy source, n+1 rotor layers in the form of a disk rotating; N stator layers in the form of a disk positioned between the rotor layers; And a support structure supporting the rotor layer and the stator layer and forming a frame of the non-contact continuous piezoelectric generator, wherein n is a natural number of 2 or more, and a center of the rotor layer and the stator layer is vertically The rotor layer is a linear direction perpendicular to the first direction and is parallel to the surfaces of the rotor layer and the stator layer, starting from the central point of the rotor layer and the stator layer. And a rotational direction of a linear direction toward the outer circumference of the stator layer as a second direction, and a rotational direction of circularly surrounding the first direction on the surfaces of the rotor layer and the stator layer, and a rotational direction perpendicular to the second direction as a third direction. In the case of, each of the rotor layers has m permanent magnets (r) along the circumference.
Figure 112020126971518-pat00001
The magnetic poles of the permanent magnets are arranged in the third direction in a constant angle unit of the degree, and when viewed in the first direction, the arrangement of the magnetic poles of the permanent magnets between the neighboring rotor layers is arranged with the NS poles reversed, and the stator layer has , The permanent magnet (s) in which the attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r) of the rotor layer acts, and the intermediate medium, and the permanent magnet (s) through the intermediate medium to generate energy through continuous driving A unit element consisting of a combination of piezoelectric elements is m units along the circumference.
Figure 112020126971518-pat00002
It is uniformly arranged in the third direction in a certain angle unit of degrees, and m is a natural number of 2 or more, and by the external energy source, permanently present in the stator layer and other rotor layers when the rotor layer starts to rotate. To minimize the initial torque generated between the magnets, when viewed in the first direction, the m permanent magnets of the k-th stator layer and the m permanent magnets of the (k+1)-th stator layer overlap each other. The m permanent magnets of the k-th stator layer and the m permanent magnets of the (k+1)-th stator layer are arranged alternately by θ angle (θ is not 0 degrees), and the n-th stator The m permanent magnets of the stator layer and the m permanent magnets of the first stator layer are also alternately arranged by θ angle (θ is not 0 degrees), and k is a natural number of n-1 or less, and in the unit element, The permanent magnet (s) is formed at a corresponding position of the permanent magnet (r) of the rotor layer, and is formed at an intermediate position in the second direction of the intermediate medium, so that the permanent magnet (s) of the unit element is the rotor layer Even if only the intermediate position of the unit element is moved in the first direction of the stator layer by receiving the attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r) of the unit element, the outer and inner ends of the unit element in the second direction are not fixedly supported. , Even if only the intermediate position of the unit element moves in the first direction of the stator layer as the permanent magnet (s) of the unit element is subjected to attraction and repulsion by the permanent magnet (r) of the rotor layer, the unit element The outer and inner ends of the stator layer are formed at predetermined intervals in the first direction of the stator layer so as not to deviate in the first direction of the stator layer, and stoppers for the outer and inner ends of the unit elements formed on the surface of the stator layer ( stopper) structure is formed, and continuous piezoelectric power generation is performed without contact.

여기서, 상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측과 내측 끝단 간의 길이를 l이라고 하고, 상기 제 2 방향으로의 상기 단위 소자의 최대 변형 가능한 최대 변위를 dmax라고 하고, 제 1 방향으로 상기 단위 소자의 두께를 t라고 하고, 상기 스톱퍼 구조에서, 상기 단위 소자가 상기 스톱퍼에 끼워지는 공간의 너비를 s라고 하고, 상기 스톱퍼가 상기 단위 소자의 외측 또는 내측 끝단이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록 돌출한 길이를 p라고 할 경우, 상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측 또는 내측 끝단은 고정 지지되지 않아도, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이더라도, 상기 단위 소자의 외측 또는 내측 끝단은 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록,

Figure 112020126971518-pat00003
이고, 상기 단위 소자가 상기 스톱퍼에 끼워질 수 있도록, s > t 이여야 한다. Here, the length between the outer and inner ends of the unit element in the second direction is l, the maximum deformable maximum displacement of the unit element in the second direction is dmax, and the unit element in the first direction The thickness is denoted as t, and in the stopper structure, the width of the space in which the unit element is fitted into the stopper is denoted as s, and the outer or inner end of the unit element in the stopper is not separated in the first direction of the stator layer. When p is the length protruding so that the outer or inner end of the unit element is not fixedly supported in the second direction, the permanent magnet (s) of the unit element is caused by the permanent magnet (r) of the rotor layer. Even if only the intermediate position of the unit element is moved in the first direction of the stator layer due to the attractive force and repulsive force, the outer or inner end of the unit element does not deviate in the first direction of the stator layer,
Figure 112020126971518-pat00003
And, so that the unit element can be fitted into the stopper, s> t must be.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기는, 외부의 에너지원에 의하여, 회전을 하는 원판 형태의 n+1 개의 로터층; 상기 로터층의 사이마다에 위치하는 원판 형태의 n개의 스테이터층; 및 상기 로터층 및 상기 스테이터층을 지지하며, 상기 비접촉 연속 압전 발전기의 프레임을 이루는 지지구조를 포함하고, 상기 n은 2 이상의 자연수이고, 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 중심점(center)을 수직으로 관통하는 중심축인 직선 방향을 제 1 방향으로, 상기 제 1 방향에 수직인 직선 방향이며 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 표면에 평행하며 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 중심점에서 시작해서 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 외주를 향하는 직선방향을 제 2 방향으로, 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 표면에서 상기 제 1 방향을 원형으로 감싸는 회전 방향이며 상기 제 2 방향에 수직인 회전 방향을 제 3 방향이라고 할 경우, 상기 로터층 각각에는 m개의 영구자석(r)이 원주를 따라서

Figure 112020126971518-pat00004
도의 일정한 각도 단위로 일정하게 상기 제 3 방향으로 배치되며, 상기 제 1 방향으로 바라보았을 때, 서로 이웃하는 로터층들 간의 영구자석의 자극의 배치는 NS극이 반전되어 배치되며, 상기 스테이터층에는, 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력이 작용하는 영구자석(s)과, 중간 매개체와, 상기 중간 매개체를 통해서 상기 영구자석(s)과 결합되어 연속적 구동으로 에너지를 발생시키는 압전소자의 결합으로 이루어진 단위 소자 m개가 원주를 따라서
Figure 112020126971518-pat00005
도의 일정한 각도 단위로 상기 제 3 방향으로 일정하게 배치되며, 상기 m은 2 이상의 자연수이고, 상기 외부의 에너지원에 의하여, 상기 로터층이 회전이 시작될 때 상기 스테이터층 및 다른 로터층에 존재하는 영구자석 간에 발생하는 초동 토크가 최소화될 수 있도록, 상기 제 1 방향으로 바라보았을 때, k번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, (k+1) 번째의 스테이터층의 m개의 영구자석은 서로 중첩되게 보이지 않고, k번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, (k+1) 번째의 스테이터층의 m개의 영구자석는 전체적으로 θ 각도(θ는 0도가 아님) 만큼씩 엇갈리게 배치되며, n번째의 스테이터 스테이터층의 m개의 영구자석과 1번째의 스테이터층의 m개의 영구자석도 θ 각도(θ는 0도가 아님) 만큼씩 엇갈리게 배치되고, k는 n-1 이하의 자연수이고, 상기 단위 소자에 있어서, 상기 영구자석(s)은 상기 로터층의 영구자석(r)의 대응 위치에 형성되되 상기 중간 매개체의 제 2 방향에서 중간 위치에 형성되어 있어서, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이고, 상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측 또는 내측 끝단 중 어느 한 끝단은 고정되고 다른 끝단은 고정 지지되지 않아도, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이더라도, 상기 단위 소자의 고정되지 않은 끝단이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록, 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 소정의 간격을 두고 상기 스테이터층의 표면에 형성된 상기 단위 소자의 고정되지 않은 끝단에 대한 스톱퍼(stopper) 구조가 형성되어 있어서, 비접촉으로 연속 압전 발전을 한다. On the other hand, the non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force according to another embodiment of the present invention, by an external energy source, n + 1 rotor layer in the form of a disk rotating; N stator layers in the form of a disk positioned between the rotor layers; And a support structure supporting the rotor layer and the stator layer and forming a frame of the non-contact continuous piezoelectric generator, wherein n is a natural number of 2 or more, and a center of the rotor layer and the stator layer is vertically The rotor layer is a linear direction perpendicular to the first direction and is parallel to the surfaces of the rotor layer and the stator layer, starting from the central point of the rotor layer and the stator layer. And a rotational direction of a linear direction toward the outer circumference of the stator layer as a second direction, and a rotational direction of circularly surrounding the first direction on the surfaces of the rotor layer and the stator layer, and a rotational direction perpendicular to the second direction as a third direction. In the case of, each of the rotor layers has m permanent magnets (r) along the circumference.
Figure 112020126971518-pat00004
The magnetic poles of the permanent magnets are arranged in the third direction in a constant angle unit of the degree, and when viewed in the first direction, the arrangement of the magnetic poles of the permanent magnets between the neighboring rotor layers is arranged with the NS poles reversed, and the stator layer has , The permanent magnet (s) in which the attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r) of the rotor layer acts, and the intermediate medium, and the permanent magnet (s) through the intermediate medium to generate energy through continuous driving A unit element consisting of a combination of piezoelectric elements is m units along the circumference.
Figure 112020126971518-pat00005
It is uniformly arranged in the third direction in a certain angle unit of degrees, and m is a natural number of 2 or more, and by the external energy source, permanently present in the stator layer and other rotor layers when the rotor layer starts to rotate. To minimize the initial torque generated between the magnets, when viewed in the first direction, the m permanent magnets of the k-th stator layer and the m permanent magnets of the (k+1)-th stator layer overlap each other. The m permanent magnets of the k-th stator layer and the m permanent magnets of the (k+1)-th stator layer are arranged alternately by θ angle (θ is not 0 degrees), and the n-th stator The m permanent magnets of the stator layer and the m permanent magnets of the first stator layer are also alternately arranged by θ angle (θ is not 0 degrees), and k is a natural number of n-1 or less, and in the unit element, The permanent magnet (s) is formed at a corresponding position of the permanent magnet (r) of the rotor layer, and is formed at an intermediate position in the second direction of the intermediate medium, so that the permanent magnet (s) of the unit element is the rotor layer Only the intermediate position of the unit element moves in the first direction of the stator layer by receiving the attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r) of, and either end of the outer or inner end of the unit element in the second direction is Even if it is fixed and the other end is not fixedly supported, the permanent magnet (s) of the unit element is subjected to attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r) of the rotor layer, so that only the intermediate position of the unit element is applied to the stator layer. The unit element formed on the surface of the stator layer at a predetermined interval in the first direction of the stator layer so that the unfixed end of the unit element does not deviate in the first direction of the stator layer even if it moves in one direction Since a stopper structure is formed for the unfixed end of the unit, continuous piezoelectric power generation is performed without contact.

여기서, 상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측과 내측 끝단 간의 길이를 l이라고 하고, 상기 제 2 방향으로의 상기 단위 소자의 최대 변형 가능한 최대 변위를 dmax라고 하고, 제 1 방향으로 상기 단위 소자의 두께를 t라고 하고, 상기 스톱퍼 구조에서, 상기 단위 소자가 상기 스톱퍼에 끼워지는 공간의 너비를 s라고 하고, 상기 스톱퍼가 상기 단위 소자의 고정되지 않은 끝단이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록 돌출한 길이를 p라고 할 경우, 상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측 또는 내측 끝단 중 어느 한 끝단이 고정 지지되지 않아도, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이더라도, 상기 단위 소자의 고정되지 않은 끝단이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록,

Figure 112020126971518-pat00006
이고, 상기 단위 소자가 상기 스톱퍼에 끼워질 수 있도록, s > t 이어야 한다. Here, the length between the outer and inner ends of the unit element in the second direction is l, the maximum deformable maximum displacement of the unit element in the second direction is dmax, and the unit element in the first direction The thickness is denoted as t, and in the stopper structure, the width of the space in which the unit element is inserted into the stopper is denoted as s, and the stopper is not separated from the unfixed end of the unit element in the first direction of the stator layer. When p is the length protruding so that the permanent magnet s of the unit element is not fixedly supported at either the outer or inner end of the unit element in the second direction, the permanent magnet s of the rotor layer ( Even if only the intermediate position of the unit element moves in the first direction of the stator layer by receiving the attractive force and repulsive force by r), the unfixed end of the unit element does not deviate in the first direction of the stator layer,
Figure 112020126971518-pat00006
And, so that the unit element can be fitted into the stopper, s> t must be.

또한, 상기 k번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, (k+1)번째의 스테이터층의 m개의 영구자석간의 m개의 상기 제 3 방향으로의 각도 차이의 합이 θk라고 하고, 여기서 θn은 n번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, 1번째의 스테이터층의 m개의 영구자석의 각도의 차이의 합이라고 하고, 상기 θk의 양의 방향은, 상기 제 3방향 가운데 시각 방향 또는 반시계 방향 중 어느 하나를 선택할 경우,

Figure 112020126971518-pat00007
이며, 여기서, l은 정수이다. In addition, the sum of the angular differences in the m number of the third directions between the m permanent magnets of the k-th stator layer and the m permanent magnets of the (k+1)-th stator layer is θ k , where θn Is the sum of the difference between the angles of the m permanent magnets of the n-th stator layer and the m permanent magnets of the first stator layer, and the positive direction of θ k is a visual direction or a half of the third direction. If you select either clockwise direction,
Figure 112020126971518-pat00007
And, where l is an integer.

나아가, θ1 = θ2 = ... = θk = ... = θn = ±360도/n 이고,

Figure 112020126971518-pat00008
일 수 있다. Furthermore, θ 1 = θ 2 = ... = θ k = ... = θ n = ±360 degrees/n,
Figure 112020126971518-pat00008
Can be

또한, 상기 단위 소자는, 상기 영구자석(s)과 상기 압전소자와, 상기 영구자석(s) 및 상기 압전소자의 사이에 존재하는 중간 매개체인 스테인리스 스틸(SUS)로 이루어지고, 상기 영구자석(s)과 상기 중간 매개체 사이는 접착제로 접착이 되어 있으며, 상기 압전소자와 상기 중간 매개체 사이도 접착제로 접착이 되어 있는 것이 바람직하다. In addition, the unit element is made of stainless steel (SUS), which is an intermediate intermediate between the permanent magnet (s) and the piezoelectric element, and the permanent magnet (s) and the piezoelectric element, and the permanent magnet ( It is preferable that s) and the intermediate medium are bonded with an adhesive, and the piezoelectric element and the intermediate medium are also bonded with an adhesive.

또한, 상기 단위 소자는 압전소자를 하나 더 포함한 2층의 압전소자를 포함하고, 상기 2층의 압전소자를 포함하는 단위 소자는, 상기 상부 압전소자, 그 하부에 상부 중간 매개체인 스테인리스 스틸, 그 하부에 영구자석(s), 그 하부에 하부 중간 매개체인 스테인리스 스틸, 그 하부에 하부 압전소자로 이루어지고, 그 각각의 사이는 접착제로 접착되어 있는 것이 바람직하다. In addition, the unit element includes a two-layer piezoelectric element including one more piezoelectric element, and the unit element including the two-layer piezoelectric element includes the upper piezoelectric element, the upper intermediate medium, stainless steel, and It is preferably made of a permanent magnet (s) in the lower part, stainless steel as a lower intermediate medium in the lower part, and a lower piezoelectric element in the lower part, and each of which is bonded with an adhesive.

또한, 상기 단위 소자에 있어서, 상기 압전소자와 상기 중간 매개체 간의 접착력을 강화하고 상기 단위 소자의 최대 변위 dmax가 커질 수 있도록, 상기 중간 매개체인 스테인리스 스틸(SUS)에 천공을 복수 개 갖되, 상기 단위 소자의 외측 및 내측 끝단 가운데 고정되지 않은 상기 단위 소자의 끝단으로 갈수록, 상기 단위 소자에 대한 큰 변형에 유연히 변형될 수 있도록 상기 천공의 갯수를 늘리는 것이 바람직하다. In addition, in the unit element, a plurality of perforations are provided in stainless steel (SUS), which is the intermediate medium, so that adhesion between the piezoelectric element and the intermediate medium can be strengthened and the maximum displacement dmax of the unit element can be increased, the unit It is preferable to increase the number of perforations so that the number of perforations can be flexibly deformed in response to large deformation of the unit element as it goes toward the end of the unit element that is not fixed among the outer and inner ends of the element.

또한, 상기 단위 소자에 있어서, 상기 단위 소자의 최대 변위 dmax가 커질 수 있도록, 상기 압전소자는 니켈 박막으로 코팅되어 보강되어 있는 것이 바람직하다. In addition, in the unit device, it is preferable that the piezoelectric device is coated with a nickel thin film and reinforced so that the maximum displacement dmax of the unit device can be increased.

또한, 상기 단위 소자에 있어서, 상기 단위 소자의 최대 변위 dmax가 커질 수 있도록, 상기 압전 소자 위에 스테인리스 스틸(SUS)로 된 망을 덮어서 보강하는 것이 바람직하다. In addition, in the unit element, it is preferable to reinforce the piezoelectric element by covering a mesh made of stainless steel (SUS) on the piezoelectric element so that the maximum displacement dmax of the unit element can be increased.

본 발명에 따른 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기는, A non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force according to the present invention,

첫째, 회전력이 발생하거나 또는 회전력으로 전환이 가능한 경우에, 풍력, 조력, 수력 등의 각종의 자연력, 또는 기존에 회수되지 않고 소멸해 버리는 미활용의 인공적인 에너지를 회수하는 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기를 제공하는 것이 가능하다. First, a non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force to recover various natural forces such as wind power, tidal power, water power, etc., or unused artificial energy that is extinguished without being recovered when rotational power occurs or can be converted to rotational power. It is possible to provide.

둘째, 종래 타격식으로 압전 발전을 하는 경우와 비교하여 충격이나 타격으로 인한 압전소자 등의 마모나 파손의 위험을 예방할 수 있다. Second, it is possible to prevent the risk of abrasion or damage to the piezoelectric element due to impact or blow compared to the case of conventional piezoelectric power generation by a hitting type.

셋째, 종래 타격식으로 압전 발전하는 경우에는 바람직하지 못한 파형을 발생하던 것과 달리, 단위 소자의 양 끝단 중 적어도 하나가 고정지지되지 않아서 자유롭게 움직여서 압전 발전으로 발생하는 파형이 정현파 또는 정현파에 가까운 파형, 즉 (+), (-)로 교번하는 파현의 형태로 발생되어서 다양한 확장 가능성을 갖는다.Third, in the case of conventional piezoelectric power generation, unlike the generation of undesirable waveforms, at least one of both ends of the unit element is not fixed and moves freely so that the waveform generated by piezoelectric power generation is a sine wave or a waveform close to a sine wave, In other words, it is generated in the form of waves alternating with (+) and (-), and has various expansion possibilities.

넷째, 비접촉 연속 압전 발전기의 제 1 방향으로 바라보았을 때, 영구자석의 배치를 분산하여, 외부의 에너지원에 의하여 로터층이 회전이 시작될 때, 스테이터층, 회전을 시작하는 로터층, 및 다른 로터층에 존재하는 영구자석 서로 간에 발생하는 초동 토크가 최소화되는 것이 가능하다. Fourth, when viewed in the first direction of the non-contact continuous piezoelectric generator, the arrangement of the permanent magnets is dispersed, and when the rotor layer starts to rotate by an external energy source, the stator layer, the rotor layer starting to rotate, and other rotors It is possible to minimize the initial torque generated between the permanent magnets present in the layer.

다시 말해, 압전소재의 변형을 영구자석을 이용하여 비접촉식으로 구현함에 있어서 큰 문제 중의 하나는 압전소재와 층(layer)의 숫자가 증가함에 따라 영구자석의 숫자가 증가하게 되고, 이에 따라 자력의 크기는 비례하여 커짐으로 인하여 압전발전기의 초기 구동이 불가능할 정도로 토크(torque)가 커지는 것이었다. 이와 같은 문제, 즉 초동 토크 문제를 본 발명을 통해서 최소화시킬 수 있다. In other words, one of the big problems in implementing the deformation of a piezoelectric material in a non-contact manner using a permanent magnet is that the number of permanent magnets increases as the number of piezoelectric materials and layers increases, and accordingly the magnitude of magnetic force. The torque increased so that initial driving of the piezoelectric generator was impossible due to the proportional increase. Such a problem, that is, the initial torque problem can be minimized through the present invention.

다섯째, 지금까지 개발된 압전에너지 하베스트의 방식은 외부에서 가해지는 에너지의 충격에 의해 고주파가 많이 발생함으로써 발생된 전기의 충전은 물론 회로에 많은 악영향을 끼치거나 내부 임피던스를 증가시키는 요인이 되었다. 또한 종래의 타격식의 경우, 압전소재의 타격을 위한 장치가 모듈의 대부분을 차지하여 압전소재 집적도 향상에 큰 저해요인이 되었고, 압전소재를 타격함으로 인하여 소재의 수명 단축에도 치명적인 요인이 되어왔다. 1개 이상의 압전소재의 표면에 폴리머를 도포하여 소재를 보호하거나, 본 발명은 비접촉 방식을 채택하여 이와 같은 문제를 근본적으로 해결하는 것이 가능하다. Fifth, the piezoelectric energy harvest method developed so far has been a factor in causing a lot of adverse effects on the circuit or increasing the internal impedance as well as charging the generated electricity by generating a lot of high frequencies due to the impact of external energy. In addition, in the case of the conventional hitting type, the device for hitting the piezoelectric material occupies most of the module, which has become a major impediment to the improvement of the integration of the piezoelectric material, and has been a fatal factor in shortening the life of the material due to hitting the piezoelectric material. It is possible to protect the material by applying a polymer to the surface of one or more piezoelectric materials, or to fundamentally solve this problem by adopting a non-contact method in the present invention.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기에서 적용 가능한 단위 하베스터의 일례이다.
도 2는 도 1의 단위 하베스터를 적용한 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 단위 하베스터를 복수 개 적용한 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기의 또다른 실시예를 도시한 것이다.
도 4는 도 1의 단위 하베스터를 복수 개 적용한 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기의 또다른 실시예를 측면(제2방향)에서 도시한 것이다.
도 5는 도 1의 단위 하베스터를 복수 개 적용한 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기의 또다른 실시예를 측면(제2방향)에서 도시한 것이다.
도 6은 도 1의 단위 하베스터를 복수 개 적용한 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기의 또다른 실시예를 측면(제2방향)에서 도시한 것이다.
도 7은 (a) 수평으로 단면을 잘랐을 때 가장 내부에 실린더 모양의 회전체(R1), 고정자(S1), 회전체(R2), 고정자(S2)를 배치하는 것을 나타낸 것이며, (b) 수직방향으로 단면을 쳤을 때 측면에서 바라본 도면이다.
도 8은 자연력 등에 의한 회전력을 직선 왕복 운동으로 전환하여, 직선 왕복 운동하는 복수의 플레이트(plate)들에 자석을 설치하고, 고정된 복수의 플레이트들에 단위 하베스터를 복수 개 적용한 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기의 실시예를 도시한 것이다.
도 9는 제 1 자성체부 및 제 2 자성체부의 자력의 세기 또는 N극과 S극의 인력과 척력을 조절 또는 조합함으로써, 제 1 자성체부 및 제 2 자성체부가 상호 자력의 평형을 이루어 상쇄되게 하거나, 또는 구동축에 인가하는 모듈 전체에 자력의 총합이 전체 구동 구간에 걸쳐서 고르게 분산되도록 설계하는 것의 일례를 설명한 도면이다.
도 10은 단위소자 (또는 압전소재)의 양쪽 끝단이 고정된 경우는 물론이고, 단위소자의 한쪽 끝단 또는 양쪽 끝단을 개방형으로 하여, 즉 고정 지지하지 않아서 외부에너지에 의하여 압전소재가 변형을 일으킬 때 고정지지되지 않은 단위 소자의 한쪽 또는 양쪽 끝단이 슬라이딩되도록 압전소재를 단층 또는 복층으로 구성하거나 제작하는 방법을 도시한 도면이다.
도 11은 도 4와 같은 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기, 즉 n+1개의 로터층과 n개의 스테이터층을 가지는 경우를 도시한 것이다.
도 12는 도 11의 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기에서, 원판 형태의 (n+1)번째 로터층을 도시한 것으로, m개의 영구자석이 동일한 간격으로 배치되어 있다.
도 13은 도 11의 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기에서, 원판 형태의 n번째 스테이터층을 도시한 것으로, m개의 단위소자가 동일한 간격으로 배치되어 있다.
도 14는 도 11의 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기에서, 1번째 스테이터층과, 2번째 스테이터층, 3번째 스테이터층, 4번째 스테이터의 단위소자가 엇갈리게 배치되는 모습을 도시한 도면으로, 초기 기동 토크를 최소화하기 위한 자력 분할을 위한 개념도이다.
도 15는 단위소자의 한쪽 끝단이 개방된 경우, 즉 한쪽 끝단만 고정지지된 경우를 도시한 것으로, 중심부에 영구자석이 위치하여 휘어지면서 수평방향으로 변위가 발생하는 것을 설명한 도면이다.
도 16은 단위소자의 양쪽 끝단이 개방된 경우, 즉 양쪽 끝단이 모두 고정지지되지 않은 경우를 도시한 것으로, 중심부에 영구자석이 위치하여 휘어지면서 수평방향(제2방향)으로 변위가 발생하는 것을 설명한 도면이다.
도 17은 본 발명의 설명을 위하여 제 1 방향, 제 2 방향, 제 3 방향을 도시한 도면이다.
도 18은 단위소자의 양쪽 끝단이 개방된 경우, 즉 양쪽 끝단이 모두 고정지지되지 않은 경우, 설계의 제한 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 도 18의 도면을 도식으로 근사화한 것으로 설계의 제한 조건을 설명하는 도면이다.
도 20은 단위소자의 한쪽 끝단이 개방된 경우, 즉 한쪽 끝단은 고정지지되고, 다른 쪽 끝단이 고정지지 되지 않은 경우, 설계의 제한 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 스테이터층에서의 단위소자와 스톱퍼 구성에 대한 사시도로서, 이와 같은 단위소자와 스톱퍼가 m개 구성된다.
1 is an example of a unit harvester applicable to a non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows an embodiment of a non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force to which the unit harvester of FIG. 1 is applied.
FIG. 3 shows another embodiment of a non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force to which a plurality of unit harvesters of FIG. 1 are applied.
FIG. 4 is a side view (second direction) of another embodiment of a non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force to which a plurality of unit harvesters of FIG. 1 are applied.
FIG. 5 is a side view (second direction) of another embodiment of a non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force to which a plurality of unit harvesters of FIG. 1 are applied.
FIG. 6 is a side view (second direction) of another embodiment of a non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force to which a plurality of unit harvesters of FIG. 1 are applied.
Figure 7 shows the arrangement of (a) a cylindrical rotating body (R1), a stator (S1), a rotating body (R2), and a stator (S2) in the innermost when the cross section is cut horizontally, and (b) vertical It is a view viewed from the side when hitting the cross section in the direction.
8 is a non-contact continuous non-contact using magnetic force in which a plurality of plates in linear reciprocating motion by converting rotational force due to natural force into linear reciprocating motion, and applying a plurality of unit harvesters to a plurality of fixed plates It shows an embodiment of a piezoelectric generator.
9 is by adjusting or combining the strength of the magnetic force of the first magnetic body portion and the second magnetic body portion or the attractive force and repulsive force of the N-pole and S-pole so that the first magnetic body portion and the second magnetic body portion balance magnetic forces to be offset, Or, it is a diagram for explaining an example of designing such that the total of magnetic force is evenly distributed over the entire driving section in the entire module applied to the drive shaft.
Fig. 10 shows when both ends of the unit device (or piezoelectric material) are fixed, as well as when one or both ends of the unit device are open, that is, when the piezoelectric material is deformed by external energy because it is not fixed and supported. It is a diagram showing a method of constructing or manufacturing a piezoelectric material as a single layer or a multilayer so that one or both ends of an unfixed unit element slide.
FIG. 11 shows a non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force as shown in FIG. 4, that is, a case having n+1 rotor layers and n stator layers.
FIG. 12 shows a (n+1)-th rotor layer in the form of a disk in the non-contact continuous piezoelectric generator using the magnetic force of FIG. 11, in which m permanent magnets are arranged at equal intervals.
13 shows an n-th stator layer in the form of a disk in the non-contact continuous piezoelectric generator using the magnetic force of FIG. 11, in which m unit elements are arranged at equal intervals.
14 is a diagram showing a state in which unit elements of a first stator layer, a second stator layer, a third stator layer, and a fourth stator are alternately arranged in the non-contact continuous piezoelectric generator using the magnetic force of FIG. This is a conceptual diagram for splitting magnetic force to minimize torque.
FIG. 15 is a diagram illustrating a case in which one end of the unit element is open, that is, only one end is fixedly supported, and is a diagram illustrating that a permanent magnet is positioned in the center and is bent and displacement occurs in a horizontal direction.
Fig. 16 shows a case where both ends of the unit element are open, that is, both ends are not fixed. It is shown that the permanent magnet is positioned in the center and is bent, and displacement occurs in the horizontal direction (the second direction). It is an explanatory drawing.
17 is a view showing a first direction, a second direction, and a third direction for explanation of the present invention.
18 is a view for explaining a design limitation condition when both ends of a unit device are open, that is, when both ends are not fixed.
Fig. 19 is a schematic approximation of the drawing in Fig. 18 and is a diagram explaining design constraints.
FIG. 20 is a diagram for explaining a design limitation condition when one end of the unit device is open, that is, when one end is fixedly supported and the other end is not fixed.
21 is a perspective view of a configuration of a unit device and a stopper in a stator layer, and m units of such unit devices and a stopper are configured.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventors appropriately explain the concept of terms in order to explain their own invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Accordingly, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention, and do not represent all the technical spirit of the present invention. It should be understood that there may be equivalents and variations.

본 발명의 일실시예에 의한 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기에 따르면, 제 1 자성체부(영구자석 등); 및 상기 제 1 자성체부와 비접촉하며, 상기 제 1 자성체부의 구동에 따라서 상호 자력을 주고 받는 제 2 자성체부(영구자석 등);를 포함하고, 상기 제 1 자성체부 또는 상기 제 2 자성체부는, 각각 직접적 또는 간접적으로 제 1 압전소자 또는 제 2 압전소자에 부착되어 있으며, 상기 제 1 자성체부의 경우는 상기 제 2 자성체부의 비접촉 자력에 의한 연속적 구동으로 상기 제 1 압전소자에서 전기가 발생하거나, 또는 상기 제 2 자성체부의 경우는 상기 제 1 자성체부의 비접촉 자력에 의한 연속적 구동으로 상기 제 2 압전소자에서 전기가 발생한다. 여기서, 간접적 부착은 자성체부와 압전소자 사이에 매개체를 통해서 부착되는 경우를 말한다. 연속적 구동이라는 것은, 비접촉 자력으로 압전소자에서 정현파를 발생시키되 다수 개의 정현파가 연속해서 발생되는 경우를 말한다. According to the non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force according to an embodiment of the present invention, the first magnetic body portion (permanent magnet, etc.); And a second magnetic body portion (permanent magnet, etc.) that is non-contact with the first magnetic body portion and exchanges magnetic force with each other according to the driving of the first magnetic body portion, wherein the first magnetic body portion or the second magnetic body portion, respectively It is directly or indirectly attached to the first piezoelectric element or the second piezoelectric element, and in the case of the first magnetic body portion, electricity is generated from the first piezoelectric element by continuous driving by the non-contact magnetic force of the second magnetic body portion, or In the case of the second magnetic body portion, electricity is generated from the second piezoelectric element by continuous driving by the non-contact magnetic force of the first magnetic body portion. Here, indirect attachment refers to a case of attachment between the magnetic body and the piezoelectric element through a medium. Continuous driving refers to a case in which a sine wave is generated in a piezoelectric element by non-contact magnetic force, but a plurality of sine waves are continuously generated.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기에서 적용 가능한 단위 하베스터(단위 소자 포함)의 일례이고, 도 2는 도 1의 단위 하베스터를 적용한 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기의 일 실시예를 도시한 것이다. 1 is an example of a unit harvester (including a unit element) applicable to a non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram of a non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force to which the unit harvester of FIG. 1 is applied. It shows an embodiment.

도 1에 도시된 바와 같이, 단위 하베스터(100)는, 지그(ZIG) 또는 대상물(10)에 진동 가능하게 장착된 압전소자로서, 외부의 자력(磁力)에 반응하도록 전부 또는 일부가 외부에 노출된 제 1 자성체부(30)와 상기 자성체부의 이면(裏面)에 배치된 제 1 압전소자(20)로 이루어질 수 있다. As shown in FIG. 1, the unit harvester 100 is a piezoelectric element mounted to a jig or object 10 so as to be vibrated, and all or part of it is exposed to the outside so as to react to external magnetic force. It may be made of a first magnetic body portion 30 and a first piezoelectric element 20 disposed on the rear surface of the magnetic body portion.

도 1은 설명을 위한 예시이며, 상술한 바와 같이, 제 2 자성체부의 경우에도 제 1 자성체부의 비접촉 자력에 의하여 연속적으로 구동될 수 있도록 하여, 제 2 자성체부와 직접적으로 또는 간접적으로 부착되어 배치된 제 2 압전소자에서 압전 발전이 일어날 수 있다. FIG. 1 is an example for explanation, and as described above, the second magnetic body part can be continuously driven by the non-contact magnetic force of the first magnetic body part, so that it is directly or indirectly attached to the second magnetic body part. Piezoelectric power generation may occur in the second piezoelectric element.

제 1 자성체부(30)와 제 1 압전소자(20)는 적층되어 일체로 제조되는 것도 가능하고, 지그(ZIG) 또는 대상물(10)에 대한 진동 이외에 제 1 압전소자(20)와 제 1 자성체부(30) 간의 진동도 발생하게 제 1 자성체부(30)과 제 1 압전소자(20) 간의 탄성 결합도 가능하다. The first magnetic body part 30 and the first piezoelectric element 20 may be laminated and manufactured integrally, and in addition to the vibration of the jig or the object 10, the first piezoelectric element 20 and the first magnetic body Elastic coupling between the first magnetic body part 30 and the first piezoelectric element 20 is also possible so as to generate vibrations between the parts 30.

물론 도 1의 40과 같은 스프링 없이도, 단위 하베스터는 자성체부와 압전소자로 이루어진 단위소자만으로 구성될 수도 있다. 즉, 단위소자가 후술하는 스톱퍼 구조로 단위소자의 양쪽 끝단이 고정지지 되지 않고 개방되거나, 어느 한쪽 끝단만 고정지지 되고 다른 쪽 끝단은 고정지지되지 않고 개방될 수 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다. Of course, the unit harvester may be composed of only a unit element composed of a magnetic body and a piezoelectric element without a spring such as 40 of FIG. 1. That is, the unit device may be opened without being fixed at both ends of the unit device with a stopper structure to be described later, or only one end may be fixedly supported and the other end may be opened without being fixedly supported. This will be described later.

도 2에 도시된 바와 같이, 대상물(스테이터층)(200)은 제 1 자성체부 및 제 1 자성체부(30)의 직접 또는 간접으로 부착된 제 1 압전소자를 포함하고, 회전체(로터층)(300)는 상술한 대상물의 제 1 자성체부에 자력을 제공하는 제 2 자성체부가 배치되거나 설치된다. 상술한 바와 마찬가지로, 제 2 자성체부의 경우에도 제 1 자성체부의 비접촉 자력에 의하여 연속적으로 구동될 수 있도록 하여, 제 2 자성체부와 직접적으로 또는 간접적으로 부착되어 배치된 제 2 압전소자에서 압전 발전이 일어날 수 있다.As shown in FIG. 2, the object (stator layer) 200 includes a first magnetic body part and a first piezoelectric element directly or indirectly attached to the first magnetic body part 30, and a rotating body (rotor layer) Reference numeral 300 is arranged or installed with a second magnetic body portion providing magnetic force to the first magnetic body portion of the above-described object. As described above, in the case of the second magnetic body, the second magnetic body can be continuously driven by the non-contact magnetic force of the first magnetic body, so that piezoelectric power generation occurs in the second piezoelectric element disposed to be directly or indirectly attached to the second magnetic body. I can.

도 2에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 단위 하베스터(100)가 배치되거나 설치된 대상물(stator)(200)과, 단위 하베스터의 제 1 자성체부(30)에 자력을 제공하도록 하는 제 2 자성체부가 배치되거나 설치된 회전체(rotor)(300)를 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 2, a second magnetic body to provide magnetic force to the object (stator) 200 in which the unit harvester 100 shown in FIG. 1 is disposed or installed, and the first magnetic body part 30 of the unit harvester It includes a rotor 300 that is additionally arranged or installed.

회전체(300)에 장착된 제 2 자성체부에 의해서, 척력과 인력이 발생하도록 자력을 제공 받아서, 스프링(40) 등의 탄성부재를 이용하여 제 1 압전소자가 지그 또는 대상물(10)에 대해서 진동 또는 상대 이동하게 된다. 하지만, 40 부재는 스프링 등의 탄성 부재로 국한되는 것은 아니며, 판 형태로서 휨이나, 또는 판 형태로서 이동(슬라이딩)이 가능한 부재일 수 있다. 나아가 40 부재가 없이, 단위소자가 후술하는 스톱퍼 구조로 단위소자의 양쪽 끝단이 고정지지 되지 않고 개방되거나, 어느 한쪽 끝단만 고정지지 되고 다른 쪽 끝단은 고정지지되지 않고 개방될 수 있다. The first piezoelectric element is applied to the jig or object 10 by using an elastic member such as a spring 40 by receiving magnetic force to generate repulsive force and attractive force by a second magnetic body portion mounted on the rotating body 300. Vibration or relative movement. However, the 40 member is not limited to an elastic member such as a spring, and may be a member capable of bending as a plate shape or movable (sliding) as a plate shape. Furthermore, without 40 members, both ends of the unit device may be opened without being fixedly supported by a stopper structure described later, or only one end may be fixedly supported and the other end may be opened without being fixedly supported.

예를 들어서, 스테이터층에 배치되고 자성체(영구자석)와 압전소자로 이루어지는 단위 소자는, 단위 소자의 제 2 방향(도 17의 노테이션 참조)의 내측의 끝단이 스테이터층의 내측(즉, 원형의 스테이터층의 중심쪽)에 고정되고, 단위 소자의 제 2 방향의 외측 끝단(즉, 원형의 스테이터층의 외주쪽)은 스테이터층 평면의 수직 방향인 제 1 방향으로 스테이터층의 외주 상하에 단위 소자의 외측 끝단에 대응하여 형성된 스톱퍼(stopper) 구조에 의하여, 단위소자의 휘어진 움직임이, 단위 소자의 스테이터층 평면의 제 1 방향으로의 움직임으로는 제한되어서, 스테이터층의 평면 방향인 제 2 방향으로 짧아졌다 길어졌다 하는 것처럼 보여서, 결과적으로 스테이터층의 평면 방향 제 2 방향으로의 변위가 이루어져 공간에서 슬라이딩 되는 효고가 구현하는 것이다. (도 15 참조) For example, in a unit element disposed on the stator layer and composed of a magnetic material (permanent magnet) and a piezoelectric element, the inner end of the unit element in the second direction (refer to the notation in FIG. 17) is the inside of the stator layer (that is, a circular shape). The unit element is fixed to the center of the stator layer), and the outer end of the unit element in the second direction (i.e., the outer peripheral side of the circular stator layer) is a unit element above and below the outer circumference of the stator layer in the first direction perpendicular to the stator layer plane. Due to the stopper structure formed corresponding to the outer end of the unit element, the bending movement of the unit element is limited to the movement in the first direction of the stator layer plane of the unit element, so that it is in the second direction, which is the plane direction of the stator layer. It appears to be shortened and lengthened, and as a result, Hyogo realizes that the stator layer is displaced in the second direction in the plane direction and slides in the space. (See Fig. 15)

도 3에 도시된 바와 같이, 대상물(200)은 복수 개의 상기 제 1 자성체 및 상기 제 1 자성체(30)의 직접 또는 간접으로 부착된 복수 개의 제 1 압전소재를 포함하고, 회전체(300)는 대상물의 상기 제 1 자성체에 자력을 제공하는 복수 개의 상기 제 2 자성체가 배치되거나 설치될 수 있다. As shown in FIG. 3, the object 200 includes a plurality of first magnetic bodies and a plurality of first piezoelectric materials directly or indirectly attached to the first magnetic body 30, and the rotating body 300 A plurality of the second magnetic bodies for providing magnetic force to the first magnetic body of the object may be disposed or installed.

회전체(300)에는, 하나 이상의 제 2 자성체부가 배치되거나 설치될 수 있으나, 단위 하베스터의 제 1 자성체부(30)에 척력과 인력 등의 자력을 최대한 제공하는 개수의 제 2 자성체부를 배치하는 것이 바람직하다. In the rotating body 300, one or more second magnetic body parts may be arranged or installed, but it is preferable to arrange the number of second magnetic body parts that provide maximum magnetic force such as repulsive force and attraction force to the first magnetic body part 30 of the unit harvester. desirable.

여기서, 회전체(300)의 제 2 자성체는 제 1 자성체에 자력을 최대로 제공하는 대응 위치에 배치되거나 설치되는 것이 바람직하다. 나아가, 제 2 자성체의 개수는 지그 또는 대상물(10)에 대한 진동 주파수에 대응하도록 선택되는 것이 바람직하다. Here, it is preferable that the second magnetic body of the rotating body 300 is disposed or installed at a corresponding position that provides the maximum magnetic force to the first magnetic body. Furthermore, it is preferable that the number of second magnetic bodies be selected to correspond to the vibration frequency of the jig or the object 10.

구체적으로, 제 2 자성체부가 많으면 많을수록 좋은 것이 아니며, 압전소자가 스프링(40) 등의 탄성부재를 이용하여 지그 또는 대상물(10)에 대해서 진동하는 주파수가 높다면, 제 2 자성체부가 많아도 진동을 방해만 할 수도 있다. 따라서, 지그 또는 대상물(10)에 대한 진동 주파수에 대응하는 제 2 자성체부를 배치하는 것이 바람직하다. Specifically, the larger the number of second magnetic body parts, the better it is, and if the frequency at which the piezoelectric element vibrates against the jig or object 10 using an elastic member such as a spring 40 is high, even if there are many second magnetic body parts, the vibration is hindered. I can only do it. Therefore, it is preferable to arrange the second magnetic body portion corresponding to the vibration frequency of the jig or the object 10.

또한, 제 1 압전소자에서 생성된 에너지는, 스프링 또는 탄성부재(40)의 일부 또는 전부를 회로선으로 활용하여, 지그(10) 또는 대상물(200)에 탑재된 전기에너지 저장부로 제 1 압전소자에서 압전 발전된 에너지를 저장하는 것이 가능하다.In addition, the energy generated by the first piezoelectric element is a first piezoelectric element as an electric energy storage unit mounted on the jig 10 or the object 200 by using part or all of the spring or the elastic member 40 as a circuit line. It is possible to store the energy generated by piezoelectric power.

도 4는 도 1의 단위 하베스터를 복수 개 적용한 압전 하베스팅 장치의 또다른 실시예를 측면에서 도시한 것이다. 회전축 X축에 대해서 회전체(Rotor)(R1, R2, R3, R4, R5)는 고정되어 있어서, X축의 회전에 의해서, R1, R2, R3, R4, R5는 동기화되어서 회전한다. 이에 반해서, 도시되지는 않았지만, 원통과 같은 실린더 구조의 내부에 연결되어서 고정되어 있어서 회전하지 않는, 고정자(stator)(S1, S2, S3, S4)에는 도 1 내지 도 3에서 도시된 단위 하베스터(100)가 하나 이상이 배치되거나 또는 설치되어 있다.FIG. 4 is a side view showing another embodiment of a piezoelectric harvesting apparatus to which a plurality of unit harvesters of FIG. 1 are applied. Rotor (R1, R2, R3, R4, R5) is fixed with respect to the X-axis of the rotation axis, and by the rotation of the X-axis, R1, R2, R3, R4, and R5 rotate in synchronization. On the other hand, although not shown, the stator (S1, S2, S3, S4), which is connected and fixed to the inside of a cylinder-like cylinder structure and does not rotate, has a unit harvester ( One or more of 100) are arranged or installed.

풍력, 조력, 수력 등의 각종의 자연력, 또는 기존에 회수되지 않고 소멸해 버리는 미활용의 인공적인 에너지에 의해 회전하는 회전체(rotor)(R1, R2, R3, R4, R5)는 상술한 대상물인 고정자(stator)(S1, S2, S3, S4)에 설치된 단위 하베스터의 제 1 자성체부(30)에 자력을 제공하도록 하는 제 2 자성체부가 배치되거나 설치되어 있다. Rotors (R1, R2, R3, R4, R5) rotating by various natural forces such as wind power, tidal power, hydropower, etc. A second magnetic body portion for providing magnetic force to the first magnetic body portion 30 of the unit harvester installed in the stators S1, S2, S3, S4 is arranged or installed.

도 3과 마찬가지로 회전체(R1, R2, R3, R4, R5)에는, 하나 이상의 제 2 자성부체부가 배치되거나 설치될 수 있으나, 단위 하베스터의 제 1 자성체부(30)에 척력과 인력 등의 자력을 최대한 제공하는 개수의 제 2 자성체부를 배치하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 3, one or more second magnetic floating parts may be arranged or installed in the rotating bodies R1, R2, R3, R4, R5, but magnetic forces such as repulsive force and attractive force are applied to the first magnetic body part 30 of the unit harvester. It is preferable to arrange the number of second magnetic body portions to provide the maximum.

도 3에서 설명한 것과 마찬가지로, 이 경우, 스프링(40) 등의 탄성부재를 이용하여 압전소자가 지그 또는 대상물(stator)에 대해서 진동 또는 상대 이동하게 되거나 또는 휨이나 슬라이딩 등의 왕복 운동을 함에 있어서, 그 진동주파수를 고려하여 제 2 자성체부의 개수를 선택하는 것이 바람직하다.As described in FIG. 3, in this case, in this case, the piezoelectric element vibrates or moves relative to a jig or stator using an elastic member such as a spring 40, or performs a reciprocating motion such as bending or sliding, It is preferable to select the number of second magnetic body parts in consideration of the vibration frequency.

나아가, X축은 회전체(rotor)(R1, R2, R3, R4, R5)를 고정하여 자연력 등에 의해서 회전하는 구조를 제공할 수 있을 정도의 고정력을 가지되, 회전체 간의 상대 이동이 가능하도록 일부 탄성을 가지게끔 설계하는 것도 가능하다. 한편, 회전체와 고정자(대상물)의 개수는 설계 환경이나 조건에 따라 달라질 수 있다. Furthermore, the X-axis has a fixed force enough to provide a structure that rotates by natural force by fixing the rotor (R1, R2, R3, R4, R5), but some parts to allow relative movement between the rotating bodies. It is also possible to design it to have elasticity. Meanwhile, the number of rotors and stators (objects) may vary depending on the design environment or conditions.

도 5는 도 1의 단위 하베스터를 복수 개 적용한 압전 하베스팅 장치의 또다른 실시예를 측면에서 도시한 것이다. 도 4와의 차이점은 회전체(rotor)와 고정자 또는 스테이터(대상물)(stator)를 교대로 배치하여 설계하지 않고, 양쪽 끝에만 회전체(R1, R2)를 구성하고, 나머지 회전체 내부의 고정자(대상물)(stator)(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7)를 모두 배치시키는 구성이다. 도 4와 마찬가지로, 도시되지는 않았지만, 원통과 같은 실린더 구조의 내부에 연결되어서 고정되어 있어서 회전하지 않는, 고정자(stator)(S1, S2, S3, S4, S5, S6)에는 도 1 내지 도 3에서 도시된 단위 하베스터(100)가 하나 이상이 배치되거나 설치되어 있다. 회전체에 도 4에 도시된 회전체에 설치되는 자성체부보다 자기력이 강한 자성체부를 배치하는 것이 바람직하다. FIG. 5 is a side view of another embodiment of a piezoelectric harvesting apparatus to which a plurality of unit harvesters of FIG. 1 are applied. The difference from FIG. 4 is that the rotor and the stator or stator (stator) are not alternately arranged and designed, and the rotors R1 and R2 are configured only at both ends, and the stator inside the remaining rotor ( Object) (stator) (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7) are all arranged. Like FIG. 4, although not shown, the stator (S1, S2, S3, S4, S5, S6), which is connected and fixed to the inside of a cylinder-like cylinder structure and does not rotate, includes FIGS. 1 to 3 At least one unit harvester 100 shown in is disposed or installed. It is preferable to arrange a magnetic body portion having a stronger magnetic force than the magnetic body portion installed in the rotating body shown in FIG. 4 in the rotating body.

도 6는 도 1의 단위 하베스터를 복수 개 적용한 압전 하베스팅 장치의 또다른 실시예를 측면에서 도시한 것이다. 도 5와의 차이점은 회전체(R1, R2)와 인접하는 고정자(대상물)에는 단위 하베스터(100)가 배치되지 않는다. 왜냐하면, 회전체(R1, R2)와의 관계에서 돌발적인 상황에서 서로 충돌할 가능성을 고려하여, 더미 고정자(dummy stator)(DS1, DS2)를 추가로 더 배치 또는 설치한 것이다. FIG. 6 is a side view of another embodiment of a piezoelectric harvesting apparatus to which a plurality of unit harvesters of FIG. 1 are applied. The difference from FIG. 5 is that the unit harvester 100 is not disposed on the stator (object) adjacent to the rotating bodies R1 and R2. This is because dummy stators DS1 and DS2 are additionally arranged or installed in consideration of the possibility of colliding with each other in an unexpected situation in the relationship with the rotating bodies R1 and R2.

도 7은 (a) 수평으로 단면을 잘랐을 때 가장 내부에 실린더 모양의 회전체(R1), 고정자(S1), 회전체(R2), 고정자(S2)를 배치하는 것을 나타낸 것이며, (b) 수직방향으로 단면을 쳤을 때 측면에서 바라본 도면이다. 도 7의 (b)에서는, 회전체(R1, R2)는 위에서 축이 동일하여 축이 회전하면 회전체(R1) 및 회전체(R2)가 동시에 회전하는 것이 가능하며, 고정자(대상물)(S1, S2)는 하부 축에 고정되어 있다. 회전체에는 실린더 표면에 자성체부가 배치되어 있고, 고정자(대상물)(S1, S2)는 단위 하베스터(100)가 배치되어 있다. 이와 같은 형태로만 한정되는 것은 아니며, 회전체의 축방향으로 직선 왕복 운동의 경우도 본 발명의 구동의 한 형태일 수 있다. Figure 7 shows the arrangement of (a) a cylindrical rotating body (R1), a stator (S1), a rotating body (R2), and a stator (S2) in the innermost when the cross section is cut horizontally, and (b) vertical It is a view viewed from the side when hitting the cross section in the direction. In (b) of FIG. 7, the axes of the rotating bodies R1 and R2 are the same from above, so when the shaft rotates, the rotating body R1 and the rotating body R2 can rotate at the same time, and the stator (object) S1 , S2) is fixed to the lower shaft. In the rotating body, a magnetic body portion is arranged on the cylinder surface, and a unit harvester 100 is arranged in the stators (objects) S1 and S2. It is not limited to such a form, and a linear reciprocating motion in the axial direction of the rotating body may also be a form of driving of the present invention.

도 8은 자연력 등에 의한 회전력을 직선 왕복 운동으로 전환하여, 직선 왕복 운동하는 복수의 플레이트(plate)들에 자석을 설치하고, 고정된 복수의 플레이트들에 단위 하베스터를 복수 개 적용한 압전 하베스팅 장치의 실시예를 도시한 것이다. 자연력 등에 의한 회전력을 크랭크를 이용하여 직선 왕복 운동으로 전환하는 것이 가능하다. 도 8에 도시하지는 않았지만, 도 8의 오른쪽의 고정된 복수의 플레이트도 도 8의 왼쪽의 복수의 플레이트가 직선 왕복 운동을 하는 것과 마찬가지로 직선 왕복 운동을 하는 것이 가능하다. 다만, 상대이동이 발생하게끔 하는 것이 바람직하다. 8 is a diagram of a piezoelectric harvesting device in which a magnet is installed on a plurality of plates in linear reciprocating motion, and a plurality of unit harvesters are applied to a plurality of fixed plates by converting rotational force due to natural force into linear reciprocating motion. It shows an example. It is possible to convert the rotational force due to natural force or the like into a linear reciprocating motion using a crank. Although not shown in FIG. 8, it is possible for a plurality of fixed plates on the right side of FIG. 8 to perform a linear reciprocating motion similarly to the plurality of plates on the left side of FIG. 8 performing a linear reciprocation motion. However, it is desirable to allow relative movement to occur.

여기서, 제 1 자성체부 또는 제 2 자성체부는 영구자석, 연자성물질 등 스스로 자력을 띌 수 있거나 또는 외부 자계를 조금만 가해도 강하게 자화되어서 자력을 띌 수 있는 물체이거나 물질의 집합이라면 족하다. 나아가 제 1 자성체부 또는 제 2 자성체부는 전자석으로 이루어질 수도 있다. 하지만, 여기서는 영구자석인 경우를 대표의 예로 하여 설명하기로 한다. Here, the first magnetic body part or the second magnetic body part is sufficient as long as it is a permanent magnet, a soft magnetic material, etc. that can be magnetized by itself, or is strongly magnetized by applying a small amount of external magnetic field, so that it is an object or a collection of materials. Furthermore, the first magnetic body portion or the second magnetic body portion may be formed of an electromagnet. However, here, the case of a permanent magnet will be described as a representative example.

본 발명에서 사용되는 발전용 재료는 앞에서 기술한 영구자석, 연자성체 이외에 압전소재가 있다. 제 1 압전소자 또는 제 2 압전소자는 통상의 압전소재를 사용하여 만들어진 소자이다. Materials for power generation used in the present invention include piezoelectric materials in addition to the permanent magnets and soft magnetic materials described above. The first piezoelectric element or the second piezoelectric element is a device made of a conventional piezoelectric material.

또한, 제 1 자성체부 및/또는 제 2 자성체부는, 각각 복수의 평판형 구조를 가지고 있거나 또는 복수의 원통형 구조를 가질 수 있다. 여기서 평판형 구조는 원판 행태 또는 다각형판 형태일 수 있다. 원통형 구조는 실린더 구조를 형성될 수 있다. 여기서는 다각형판을 대표의 예로 하여 설명하기로 한다. In addition, the first magnetic body portion and/or the second magnetic body portion may each have a plurality of flat plate structures or may have a plurality of cylindrical structures. Here, the flat plate structure may be in the form of a disk shape or a polygonal plate shape. The cylindrical structure can form a cylinder structure. Here, a polygonal plate will be described as a representative example.

압전 발전을 시킬 수 있도록 제작된 판인 발전판은 평판형인 경우에는 다음의 3가지 형태로 제작될 수 있다. The power generation plate, which is a plate manufactured to perform piezoelectric power generation, can be manufactured in the following three forms in the case of a flat plate type.

(1) 1개의 발전용재료를 물리적으로 분리하지 않고 다각형판의 전체 또는 구획으로 나누되 압전소자는 2개 이상으로 구획하여 분리시키며, 각각의 압전소자에는 1개 이상의 자성체를 부착 또는 근접하여 각각의 압전소자가 압전발전 할 수 있도록 제작하거나, (2) 기판에 자성체 및 압전소자를 각각 2개 이상 직ㆍ간접으로 부착시키되, 각각의 압전소재에는 1개 이상의 자성체를 부착 또는 근접하여 각각의 압전소자가 압전발전할 수 있도록 제작하거나, (3) 각 종류의 발전용재료를 기판에 설치할 수 있도록 기판을 발전용 재료의 형상에 따라 가공하거나 발전용 재료의 형상에 대응되도록 기판 형태의 구조물을 설치하여 발전용 재료를 단층 또는 복층으로 부착 또는 근접시키되, 동일 기판에서 구획이 다른 위치에 압전소자를 2개 이상 부착 또는 근접시키고, 각각의 압전소자에는 1개 이상의 자성체를 부착 또는 근접하여 각각의 압전소자가 압전발전 할 수 있도록 제작할 수 있다. (1) Without physically separating one power generation material, it is divided into all or partitions of a polygonal plate, but piezoelectric elements are divided into two or more. The piezoelectric element is manufactured to generate piezoelectric power, or (2) two or more magnetic elements and piezoelectric elements are attached to the substrate directly or indirectly, but at least one magnetic element is attached to or adjacent to each piezoelectric material. Fabricate the device to generate piezoelectric power, or (3) process the substrate according to the shape of the power generation material so that each type of power generation material can be installed on the substrate, or install a structure in the form of a substrate to correspond to the shape of the power generation material. The power generation material is attached or approached in a single layer or in a multi-layer, but two or more piezoelectric elements are attached or approached at different locations on the same substrate, and at least one magnetic substance is attached or adjacent to each piezoelectric element. It can be manufactured so that the device can generate piezoelectric power.

압전 발전을 시킬 수 있도록 제작된 판인 발전판은 원통형인 경우에는 다음의 3가지 형태로 제작될 수 있다. The power generation plate, which is a plate manufactured to perform piezoelectric power generation, can be manufactured in the following three forms in the case of a cylindrical shape.

(1) 1개의 발전용재료를 물리적으로 분리하지 않고 통판면 전체 또는 통판면을 구획으로 나누되 압전소자는 2개 이상으로 구획하여 분리시키며, 각각의 압전소자에는 1개 이상의 자성체를 부착 또는 근접하여 각각의 압전소자가 압전 발전 할 수 있도록 제작하거나, (2) 통판면에 자성체 및 압전소자를 각각 2개 이상 직ㆍ간접으로 부착시키되, 각각의 압전소자에는 1개이상의 자성체를 부착 또는 근접하여 각각의 압전소자가 압전 발전 할 수 있도록 제작하거나, (3) 각 종류의 발전용재료를 통판면에 설치할 수 있도록 통판면을 발전용재료의 형상에 따라 가공하거나 발전용재료의 형상에 대응되도록 통판 형태의 구조물을 설치하여 발전용재료를 단층 또는 복층으로 부착 또는 근접시키되, 동일 통판에서 구획이 다른 위치에 압전소자를 2개 이상 부착 또는 근접시키고, 각각의 압전소자에는 1개 이상의 자성체를 부착 또는 근접하여 각각의 압전소자가 압전발전 할 수 있도록 제작한다. (1) Without physically separating one material for power generation, the entire plate surface or the plate surface is divided into divisions, but the piezoelectric element is divided into two or more, and at least one magnetic material is attached or adjacent to each piezoelectric element. Each piezoelectric element can be manufactured to generate piezoelectric power, or (2) two or more magnetic and piezoelectric elements are attached directly or indirectly to the plate surface, but at least one magnetic substance is attached or adjacent to each piezoelectric element. Each piezoelectric element can be manufactured to generate piezoelectric power, or (3) the mail plate surface is processed according to the shape of the power generation material so that each type of power generation material can be installed on the mail plate surface, or the mail plate is made to correspond to the shape of the power generation material. By installing a structure in the form of a single-layer or multi-layered material for power generation, attaching or approaching two or more piezoelectric elements at different locations on the same mail plate, and attaching at least one magnetic substance to each piezoelectric element, or It is manufactured so that each piezoelectric element can generate piezoelectric power in close proximity.

또한, 여기서 사용하는 부착이라는 단어는 발전용 재료를 물리적 또는 화학적 또는 다른 물질로 기판에 붙여 기계적으로 일체화시키는 것을 말하며, 근접이라는 것은 발전용 재료를 직접 또는 간접으로 물리적 영향을 줄 수 있을 정도로 가까이 설치하도록 하는 것을 의미한다. 또한, 직접은 바로 접촉하는 것을, 간접은 직접 접촉은 아니지만, 매개체나 매개층을 통해서 접하거나 영향을 주는 경우를 말한다. In addition, the word “attachment” used here refers to mechanically integrating the power generation material by attaching it to the substrate with a physical or chemical or other material, and proximity means installing the power generation material directly or indirectly enough to have a physical effect. It means to do. In addition, direct contact refers to a case of contacting or affecting through a medium or an intermediary layer, although not direct contact.

여기서, 제 1 자성체부 및 제 2 자성체부는, 각각 평판형 구조를 가지고 있거나 또는 원통형 구조를 가지고 있으며, 제 1 자성체부 또는 제 2 자성체부의 구동은, 서로에 대해서 전후 왕복 운동, 좌우 왕복 운동, 상하 왕복 운동, 직선 왕복 운동, 회전 운동 중 어느 하나 이상이다. Here, the first magnetic body portion and the second magnetic body portion each have a flat plate structure or a cylindrical structure, and the driving of the first magnetic body portion or the second magnetic body portion is performed in front and rear reciprocating motion, left and right reciprocating motion with respect to each other. It is at least one of a reciprocating motion, a linear reciprocating motion, and a rotary motion.

여기서 전후 왕복 운동, 좌우 왕복 운동, 상하 왕복 운동, 직선 왕복 운동, 회전 운동은 상대적 운동으로 연속적인 압전 발전이 일어나게 할 수 있는 운동을 말한다. 종래 타격식의 1회적이거나 불규칙적인 환경이 아니라, 연속적인 운동이 가능한 상대 이동이 일어나는 것을 말한다. 이를 통해서 종래 타격식 압전 발전에서의 임펄스 파형과 달리 정현파 또는 정현파에 가까운 파형이 발생될 수 있게 된다. 즉, 제 1 압전소재 또는 제 2 압전소재에서 발생하는 전기의 파형이 '+'파와 '-'파가 모두 발생하는 파형이다. 도 2 및 도 3에서는 회전 운동을 전제로 예시한 것이다. 도 2 및 도 3에 한정되지 않고, 다양하게 전후 왕복 운동이나, 좌우 왕복 운동이나, 상하 왕복 운동 등의 직선 왕복 운동(도 8에서는 한쪽만 이동하지만, 양쪽 모두 이동하는 것도 가능함)도 포함할 수 있으며, 실린더 구조를 가진 2개의 원통판이 회전 운동할 수 있다. 물론 실린더 구조를 가지는 2개의 원통판이 직선 왕복 운동으로 상대 운동을 하는 것도 당연히 가능하다. Here, the forward and backward reciprocating motion, the left and right reciprocating motion, the vertical reciprocating motion, the linear reciprocating motion, and the rotational motion are relative motions and refer to motions that can cause continuous piezoelectric power generation. It is not a one-time or irregular environment of the conventional striking type, but a relative movement capable of continuous movement occurs. Through this, unlike the impulse waveform in the conventional striking piezoelectric power generation, a sine wave or a waveform close to a sine wave can be generated. That is, the waveform of electricity generated from the first piezoelectric material or the second piezoelectric material is a waveform in which both a'+' wave and a'-' wave are generated. In Figures 2 and 3, it is illustrated on the premise of a rotational motion. It is not limited to FIGS. 2 and 3, and may include various linear reciprocating motions such as forward and backward reciprocating motion, left and right reciprocating motion, and vertical reciprocating motion (in FIG. 8, only one movement, but both movements are possible) In addition, two cylindrical plates with a cylinder structure can rotate. Of course, it is naturally possible for two cylindrical plates having a cylinder structure to perform a relative motion in a linear reciprocating motion.

다시 말해, 원통판의 경우, 통판의 길이 방향으로 통판이 평행하게 움직이거나 통판의 단면의 중심을 축으로 통판이 회전하는 등의 직선 운동과 곡선 운동을 개별 또는 조합하여 움직일 수 있다. 원통판의 발전통의 직경이란 발전통 단면의 지름 또는 대각선 길이를 말한다.In other words, in the case of a cylindrical plate, a linear motion and a curved motion, such as the plate moving in parallel in the longitudinal direction of the plate, or the plate rotating around the center of the cross section of the plate, may be moved individually or in combination. The diameter of the generator tube of the cylindrical plate refers to the diameter or diagonal length of the cross section of the generator tube.

또한, 제 1 압전 소자 또는 제 2 압전 소자는, 각각 연속하여 2회 이상 변위 또는 변형됨으로써 제 1 압전소자 또는 제 2 압전소자가 2회 이상 연속하여 압전 발전을 하는 구조로 제작된다. 또한, 압전 발전기가 기존의 권선형 발전기를 혼합하여 장착되어 하이브리드형 발전기로 사용될 수 있다.Further, the first piezoelectric element or the second piezoelectric element is each continuously displaced or deformed two or more times, so that the first piezoelectric element or the second piezoelectric element is manufactured in a structure in which piezoelectric power is continuously performed two or more times. In addition, a piezoelectric generator may be installed by mixing an existing winding type generator and used as a hybrid generator.

한편, 도 9는 제 1 자성체부 및 제 2 자성체부의 자력의 세기 또는 N극과 S극의 인력과 척력을 조합함으로써, 제 1 자성체부 및 제 2 자성체부가 상호 자력의 평형을 이루어 상쇄되게 하거나, 또는 구동축에 인가하는 모듈 전체에 자력의 총합이 전체 구동 구간에 걸쳐서 고르게 분산되도록 설계하는 것의 일례를 설명한 도면이다.On the other hand, FIG. 9 shows that by combining the strength of magnetic force of the first magnetic body portion and the second magnetic body portion or the attractive force and repulsive force of the N-pole and S-pole, the first magnetic body portion and the second magnetic body portion balance magnetic forces to be offset, or Or, it is a diagram for explaining an example of designing such that the total of magnetic force is evenly distributed over the entire driving section in the entire module applied to the drive shaft.

즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 1개 고정자의 단위 하베스터 8개를 2개의 고정자로 분리한 다음 각각 8개의 단위 하베스터를 배치한 다음, 이것을 다시 자성체부의 자력의 최대값이 서로 엇갈리게 배치한다. 가장 왼쪽의 고정자의 자성체부의 위치(원형의 점선 표시 참조)가 왼쪽에서 3번째 배치되어 있는 고정자의 자성체부 사이에 위치하게끔 하여(원형의 점선 표시 참조), 즉 자력의 최대값이 서로 엇갈리게 배치하였다. 이를 통해서, 자력의 파형을 가정하면, 자력의 큰 상부피크(봉우리) 및 큰 하부피크(골짜기)의 자력을, 1/2 크기의 상부피크(봉우리) 2개 및 1/2 크기의 하부피크(골짜기) 2개로 분할하는 것이 가능하다. That is, as shown in FIG. 9, after separating eight unit harvesters of one stator into two stators, each of eight unit harvesters is disposed, and then the maximum values of the magnetic force of the magnetic body are alternately disposed. The magnetic body part of the stator at the leftmost position (refer to the circular dotted line mark) was positioned between the magnetic body part of the stator arranged third from the left (refer to the dotted line mark in the circle), that is, the maximum values of the magnetic force were arranged to be staggered. . Through this, assuming the waveform of the magnetic force, the magnetic force of the large upper peak (peak) and the large lower peak (valley) of the magnetic force is obtained, and two upper peaks (peaks) having a size of 1/2 and a lower peak having a size of 1/2 ( Valley) it is possible to divide into two.

이와 같이 제 1 자성체부 및 제 2 자성체부의 자력의 세기 또는 N극과 S극의 인력과 척력을 조합함으로써, 제 1 자성체부 및 제 2 자성체부가 상호 자력의 평형을 이루어 상쇄되게 하거나, 또는 구동축에 인가하는 모듈 전체에 자력의 총합이 전체 구동 구간에 걸쳐서 고르게 분산되도록 설계하여, 제 1 자성체부 또는 제 2 자성체부의 초기 기동시 보다 적은 에너지로 기동이 되게 하고 발전효율을 향상시킬 수 있다. In this way, by combining the strength of the magnetic force of the first magnetic body portion and the second magnetic body portion, or the attractive force and repulsive force of the N and S poles, the first magnetic body portion and the second magnetic body portion are balanced with each other to offset the magnetic force, or It is designed so that the total amount of magnetic force is evenly distributed over the entire driving section of the applied module, so that the first magnetic body part or the second magnetic body part is started with less energy than when the first magnetic body part is initially started, and power generation efficiency can be improved.

실제로 큰 봉우리 및 큰 골짜기의 자력으로 구성된 경우에는 자력이 너무 강해서, 초기에 제대로 기동(회전)하지 못하는 문제를 가지고 있었으나, 1/2 크기의 봉우리 2개 및 1/2 크기의 골짜기 2개로 분할하는 경우 좀 더 손쉽게 초기 기동(회전)이 이루어져, 즉 최소의 에너지로 구동이 되게 하여 발전효율을 향상시킬 수 있었다. In fact, in the case of the magnetic force of the large peak and the large valley, the magnetic force was so strong that it was not able to properly maneuver (rotate) at the beginning, but it was divided into two half-sized peaks and two half-sized valleys. In this case, the initial start (rotation) was made more easily, that is, the power generation efficiency could be improved by being driven with minimum energy.

또한, 제 1 자성체부 및 제 2 자성체는 각각 별도의 모듈로 제작되거나 또는 일체의 모듈로 제작함에 있어서, 모듈 내부의 전기 회로 기능을 저해하거나 망실시키지 않고 또한 모듈 내부의 제반 소재를 부식시키지 않도록, 모듈을 외부의 습기 또는 수분과 완전하게 차폐한 상태에서, 제 1 자성체부 또는 제 2 자성체부가 인력과 척력을 이용하여 제 2 압전소자 또는 제 1 압전소자에 비접촉으로 에너지를 발생시키게 한다. In addition, when the first magnetic body part and the second magnetic body are manufactured as separate modules or as an integral module, respectively, so as not to impair or lose the function of the electric circuit inside the module, and to not corrode all materials inside the module, In a state where the module is completely shielded from external moisture or moisture, the first magnetic body portion or the second magnetic body portion generates energy in a non-contact manner to the second piezoelectric element or the first piezoelectric element using attractive force and repulsive force.

지금까지 개발된 압전에너지 하베스트의 방식은 외부에서 가해지는 에너지의 충격에 의해 고주파가 많이 발생함으로써 발생된 전기의 충전은 물론 회로에 많은 악영향을 끼치거나 내부 임피던스를 증가시키는 요인이 되었다. 또한 종래의 타격식의 경우, 압전소자의 타격을 위한 장치가 모듈의 대부분을 차지하여 압전소자의 집적도 향상에 큰 저해요인이 되었고, 압전소자를 타격함으로 인하여 소재의 수명 단축에도 치명적인 요인이 되어 왔다. The piezoelectric energy harvest method developed so far has been a factor in causing a lot of bad influence on the circuit or increasing the internal impedance as well as charging the generated electricity by generating a lot of high frequency by the impact of external energy. In addition, in the case of the conventional hitting type, the device for hitting the piezoelectric element occupies most of the module, which has become a major impediment to the improvement of the integration degree of the piezoelectric element, and has been a fatal factor in shortening the life of the material by hitting the piezoelectric element. .

이 때 1개 이상의 압전소자의 중심부에 스페이서를 밀착 또는 부착하여 단층 또는 복층으로 압전소재부를 제작하는 것도 가능하다. 상술한 바와 같이, 1개 이상의 압전소자의 표면에 폴리머를 도포하여 소재를 보호하거나, 폴리머를 사용하여 압전소자를 단층 또는 복층으로 몰딩하여 블록형태로 제작하여 사용하는 것도 가능하다. In this case, it is also possible to fabricate a piezoelectric material part in a single layer or a multilayer by attaching or attaching a spacer to the center of one or more piezoelectric elements. As described above, it is possible to protect the material by applying a polymer to the surface of one or more piezoelectric elements, or to mold a piezoelectric element into a single layer or a multi-layer using a polymer to form a block.

또한, 제 1 압전소자 또는 제 2 압전소자를 반영구적으로 사용할 수 있도록, 제 1 압전소자 또는 제 2 압전소자를 에폭시 또는 폴리머로 몰딩하거나, 또는 제 1 압전소자 또는 제 2 압전소자의 표면에 도포하여 사용한다. 또한, 단위 면적 또는 부피당 압전 발전량을 증가시키기 위하여, 제 1 압전소자 또는 제 2 압전소자 복수 개를 집적하여 에폭시 또는 폴리머로 몰딩한다. In addition, in order to use the first piezoelectric element or the second piezoelectric element semi-permanently, the first piezoelectric element or the second piezoelectric element is molded with epoxy or polymer, or applied to the surface of the first piezoelectric element or the second piezoelectric element. use. In addition, in order to increase the amount of piezoelectric power per unit area or volume, a plurality of first piezoelectric elements or a plurality of second piezoelectric elements are integrated and molded with epoxy or polymer.

한편, 도 10은 압전소재의 양쪽 끝단이 고정된 경우는 물론이고, 압전소자의 한쪽 끝단 또는 양쪽 끝단을 개방형으로 하여 외부에너지에 의하여 압전소자가 변형을 일으킬 때 소재의 한쪽 또는 양쪽 끝단이 슬라이드되도록 압전소재를 단층 또는 복층으로 구성하거나 제작하는 방법을 도시한 도면이다. 한쪽 끝단이 개방된 경우는 도 15, 양쪽 끝단이 개방된 경우는 도 16을 참조한다. On the other hand, Fig. 10 shows that when both ends of the piezoelectric material are fixed, as well as one end or both ends of the piezoelectric element as an open type, one or both ends of the material slide when the piezoelectric element is deformed by external energy. It is a diagram showing a method of constructing or manufacturing a piezoelectric material as a single layer or a multilayer. See FIG. 15 when one end is open, and see FIG. 16 when both ends are open.

도 10의 2번째 및 3번째, 도 15, 도 16에 도시된 바와 같이, 제 1 압전소자 또는 상기 제 2 압전소자의 한쪽 끝단을 개방형으로 하는 구조(도 10의 2번째, 도 15) 또는 양쪽 끝단을 개방형으로 하는 구조(도 10의 3번째, 도 16)를 취하여, 제 1 압전소자 또는 제 2 압전소자의 중심부가 자력에 의해서 가압될 때(중심부가 가압되기 위해서 영구자석(20)이 중심부에 위치시켜야 함) 제 1 압전소자 또는 제 2 압전소자가 휘어짐으로써, 그 개방된 끝단이 자연스럽게 짤아졌다 길어졌다 하면서, 수평방향으로의 변위가 발생하여, 결과적으로 슬라이딩하는 것과 같아진다. 이렇게 함으로써, 외부에서 인가된 에너지에 의한 제 1 압전소자 또는 제 2 압전소자의 변형에 저해가 되는 요인을 최소화한다. 2nd and 3rd in FIG. 10, as shown in FIGS. 15 and 16, a structure in which one end of the first piezoelectric element or the second piezoelectric element is opened (the second and third in FIG. 10, 15), or both When the center of the first piezoelectric element or the second piezoelectric element is pressurized by magnetic force by taking a structure with an open end (Fig. 10, Fig. 16) (the permanent magnet 20 is the center of the first piezoelectric element or the second piezoelectric element) When the first piezoelectric element or the second piezoelectric element is bent, the open end is naturally cut and lengthened, and displacement in the horizontal direction occurs, resulting in the same as sliding. In this way, a factor that hinders the deformation of the first piezoelectric element or the second piezoelectric element due to externally applied energy is minimized.

즉, 그 동안 압전에너지 하베스트의 출력을 향상시키기 위하여 주로 사용했던 압전소자 양단 고정식(cantilever식)의 경우 압전소자의 양단을 고정함으로써 소재에 인가된 외부에너지에 대하여 소재의 변형을 크게 저해하는 불필요한 요인이 되었고, 이로 인하여 외부에서 인가되는 에너지를 전기에너지로 변환시킴에 그 효율을 떨어뜨리는 주요 원인이 되었다. In other words, in the case of the cantilever type, which has been mainly used to improve the output of the piezoelectric energy harvest, an unnecessary factor that greatly hinders the deformation of the material with respect to external energy applied to the material by fixing both ends of the piezoelectric element. This became a major cause of lowering the efficiency by converting energy applied from outside into electric energy.

본 발명에서는 압전소자의 한쪽 끝단 또는 양쪽 끝단을 개방형으로 하여 압전소자의 중심부를 가압할 때 압전소자의 끝단이 자연스럽게 휘어지면서 길이방향으로 짧아졌다 길어졌다 하는 동작으로 결과적으로 슬라이딩 효과를 냄으로써, 외부에서 인가된 에너지에 의한 압전소자의 변형에 저해 요인을 최소화하거나 또는 저해 요인을 완전히 제거함으로써 불필요한 에너지 소모를 최소화하고, 이로써 압전 소자의 에너지 변환 효율을 극대화하였다. In the present invention, when one or both ends of the piezoelectric element are open and pressurize the center of the piezoelectric element, the end of the piezoelectric element is naturally bent and shortened and lengthened in the longitudinal direction, resulting in a sliding effect. Unnecessary energy consumption is minimized by minimizing the factors that hinder the deformation of the piezoelectric element due to the applied energy or completely removing the hindering factors, thereby maximizing the energy conversion efficiency of the piezoelectric element.

본 발명에 따른 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기에서, 도 2 또는 도 3의 회전체(300)는, 풍력, 조력, 수력 등의 각종의 자연력, 또는 기존에 회수되지 않고 소멸해 버리는 미활용의 인공적인 에너지에 의해 회전하게 되며, 그 회전력을 본 장치가 회수하게 된다. In the non-contact continuous piezoelectric generator using the magnetic force according to the present invention, the rotating body 300 of FIG. 2 or 3 may be a variety of natural forces such as wind power, tidal power, and hydraulic power, or an unused artificial It rotates by energy, and the rotational force is recovered by this device.

이 때, 본 발명에 따른 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기에 바로 접속되어서 압전 발전(기계에너지를 전기에너지로 변환하는 기계-전기에너지 변환부)을 할 수도 있지만, 앞단에 기계에너지를 저장하는 기계에너지 저장부를 더 포함하여, 상기 기계에너지 저장부에 저장된 에너지를 받아서, 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전을 한다. 이를 통해서 연속적인 압전 발전의 특성이 좋아져서, 발전되는 파형의 품질도 정현파에 가깝게 만들 수 있다. At this time, the piezoelectric power generation (mechanical-electrical energy conversion unit that converts mechanical energy into electrical energy) may be performed by being directly connected to the non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force according to the present invention, but mechanical energy that stores mechanical energy at the front end. Including a storage unit, receives the energy stored in the mechanical energy storage unit, to perform non-contact continuous piezoelectric power generation using magnetic force. Through this, the characteristics of continuous piezoelectric power generation are improved, and the quality of the generated waveform can be made close to that of a sine wave.

예를 들어, 기계에너지 저장부는, 유압 저장된 에너지 스프링 메카니즘을 가질 수 있다. 또는 도로(이동로, 고속도로, 철도 등)를 통과하는 차량의 하중에 의한 진동 등의 기계에너지를 유압이나 공압의 형태로 저장하는 구성을 채택하는 것이 가능하며, 바로 뒤이어서 본 발명의 비접촉 연속 압전 발전부와 접속되게 하는 것이 가능하다. For example, the mechanical energy storage unit may have a hydraulically stored energy spring mechanism. Alternatively, it is possible to adopt a configuration that stores mechanical energy such as vibrations caused by the load of a vehicle passing through roads (transportations, highways, railways, etc.) in the form of hydraulic pressure or pneumatic pressure, and immediately following the non-contact continuous piezoelectric power generation of the present invention. It is possible to make it connected with wealth.

또한, 상기 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기에서 발생한 전기에너지를 저장하는 전기에너지 저장부를 더 포함할 수 있다. In addition, it may further include an electrical energy storage unit for storing the electrical energy generated from the continuous non-contact piezoelectric generator using the magnetic force.

도 11은 도 4와 같은 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기, 즉 n+1개의 로터층과 n개의 스테이터층을 가지는 경우를 도시한 것이다. 도 12는 도 11의 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기에서, 원판 형태의 (n+1)번째 로터층을 도시한 것으로, m개의 영구자석이 동일한 간격으로 배치되어 있다. 도 13은 도 11의 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기에서, 원판 형태의 n번째 스테이터층을 도시한 것으로, m개의 단위소자가 동일한 간격으로 배치되어 있다. 도 14는 도 11의 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기에서, 1번째 스테이터층과, 2번째 스테이터층, 3번째 스테이터층, 4번째 스테이터의 단위소자가 엇갈리게 배치되는 모습을 도시한 도면으로, 초기 기동 토크를 최소화하기 위한 자력 분할을 위한 개념도이다. FIG. 11 shows a non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force as shown in FIG. 4, that is, a case having n+1 rotor layers and n stator layers. FIG. 12 shows a (n+1)-th rotor layer in the form of a disk in the non-contact continuous piezoelectric generator using the magnetic force of FIG. 11, in which m permanent magnets are arranged at equal intervals. 13 shows an n-th stator layer in the form of a disk in the non-contact continuous piezoelectric generator using the magnetic force of FIG. 11, in which m unit elements are arranged at equal intervals. 14 is a diagram showing a state in which unit elements of a first stator layer, a second stator layer, a third stator layer, and a fourth stator are alternately arranged in the non-contact continuous piezoelectric generator using the magnetic force of FIG. This is a conceptual diagram for splitting magnetic force to minimize torque.

도 11 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기는, 외부의 에너지원에 의하여, 회전을 하는 원판 형태의 n+1 개의 로터층, 로터층의 사이에 위치하는 원판 형태의 n개의 스테이터층; 및 로터층 및 상기 스테이터층을 지지하는 지지구조를 포함한다. As shown in FIGS. 11 to 14, the non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force has n+1 rotor layers in the form of a rotating disk by an external energy source, and in the form of a disk located between the rotor layers. n stator layers; And a rotor layer and a support structure supporting the stator layer.

여기서, 로터층 각각에는 m개의 영구자석이 원주를 따라서

Figure 112020126971518-pat00009
도의 일정한 각도 단위로 일정하게 배치되며, 비접촉 연속 압전 발전기의 축방향(제 1 방향)으로 바라보았을 때, 서로 이웃하는 로터층들 간의 영구자석의 위치는 180도 만큼씩 엇갈리게 배치, 즉 NS극이 반전된다. 여기서, 서로 이웃하는 로터층들 간의 영구자석의 위치가 180도 만큼씩 엇갈리게 배치되는 것은, 영구자석의 N극과 S극 방향이 서로 반대로 뒤집어지는 것으로, 결과적으로 서로 이웃하는 로터층들의 영구자석은 서로 같은 극이 서로를 바라보게 된다. 구체적으로 특정 로터층의 축방향 위면에 N극이 있고 아래면에 S극이 있다면, 해당 특정 로터층의 축방향 위면의 N극과 대향하는 이웃한 로터층의 축방향 아래면에는 똑같은 극성인 N극이 있고, 해당 특정 로터층의 축방향 아래면의 S극과 대향하는 이웃한 로터층의 축방향 위면에는 똑같은 극성인 S극이 있다. (도 9의 300과 500의 영구자석 극성을 참조) Here, each of the rotor layers has m permanent magnets along the circumference.
Figure 112020126971518-pat00009
When viewed in the axial direction (first direction) of the non-contact continuous piezoelectric generator, the positions of the permanent magnets between the neighboring rotor layers are alternately arranged by 180 degrees, that is, the NS pole is Is reversed. Here, the fact that the positions of the permanent magnets between neighboring rotor layers are alternately arranged by 180 degrees is that the directions of the N and S poles of the permanent magnet are reversed. As a result, the permanent magnets of the neighboring rotor layers are The same plays look at each other. Specifically, if there is an N pole on the upper surface in the axial direction of a specific rotor layer and an S pole on the lower surface, the N pole in the axial direction of the neighboring rotor layer opposite to the N pole on the upper surface in the axial direction of the specific rotor layer has the same polarity. There is a pole, and there is an S pole of the same polarity on the upper surface of the adjacent rotor layer in the axial direction opposite to the S pole of the axial lower surface of the specific rotor layer. (Refer to the permanent magnet polarity of 300 and 500 in Fig. 9)

여기서, 스테이터층에는, 로터층의 영구자석에 의한 인력과 척력이 작용하는 영구자석과, 중간 매개체를 통해서 영구자석과 결합되어 연속적 구동으로 에너지를 발생시키는 압전소자의 결합인 m개의 단위 소자가 원주를 따라서

Figure 112020126971518-pat00010
도의 일정한 각도 단위로 일정하게 배치된다. Here, in the stator layer, m unit elements are circumferentially combined with a permanent magnet in which attractive force and repulsive force by the permanent magnet of the rotor layer acts, and a piezoelectric element that is combined with the permanent magnet through an intermediate medium to generate energy through continuous driving. Along
Figure 112020126971518-pat00010
It is uniformly arranged in units of a certain angle of the degree.

이 때, 외부의 에너지원에 의하여, 로터층이 회전이 초기에 시작될 때 스테이터층 및 다른 로터층에 존재하는 영구자석 간에 발생하는 초동 토크가 최소화될 수 있도록, 비접촉 연속 압전 발전기의 축방향(제 1 방향)으로 바라보았을 때, k번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, (k+1) 번째의 스테이터층의 m개의 영구자석은 서로 중첩되게 보이지 않고, k번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, (k+1) 번째의 스테이터층의 m개의 영구자석는 전체적으로 θ 각도(θ는 0도가 아님) 만큼씩 엇갈리게 배치되며, n번째의 스테이터 스테이터층의 m개의 영구자석과 1번째의 스테이터층의 m개의 영구자석도 θ 각도(θ는 0도가 아님) 만큼씩 엇갈리게 배치된다. 여기서, 상기 n 및 상기 m은 2 이상의 자연수이고, k는 n-1 이하의 자연수이다. (도 14 참조)At this time, by an external energy source, the axial direction of the non-contact continuous piezoelectric generator can be minimized so that the initial torque generated between the stator layer and the permanent magnets present in the other rotor layer when the rotor layer starts to rotate at the initial stage can be minimized. 1 direction), the m permanent magnets of the k-th stator layer and the m permanent magnets of the (k+1)-th stator layer do not appear to overlap each other, and the m permanent magnets of the k-th stator layer The magnet and the m permanent magnets of the (k+1)-th stator layer are arranged alternately by θ angle (θ is not 0 degrees) as a whole, and the m permanent magnets of the n-th stator stator layer and the first stator layer The m permanent magnets of are also alternately arranged by θ angle (θ is not 0 degrees). Here, n and m are natural numbers of 2 or more, and k is a natural number of n-1 or less. (See Fig. 14)

도 12는 도 11과 같은 비접촉 연속 압전 발전기에서, 자력 분할을 위한 개념을 나타낸 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 360도/m 만큼씩으로 분할된 것을 각각 n개의 스테이터층이 다시 분할하여 엇갈리게 하는 것이다. 이를 통해서 스테이터층에 존재하는 단위소자의 개수인 m이 많아질수록 분할각이 작아져서 초동 토크의 크기가 작아지고, 스테이터층의 개수인 n이 많아질수록 분할각은 작아져서 초동 토크의 크기가 역시 작아진다. 실제로 미분할시에는 수백~수천 Nm(뉴턴미터)의 초동 토크로 인해서 회전이 전혀 되지 않아서, 즉 기동 자체가 되지 않아서 압전 발전 자체가 이루어지지 않았다. 360도/nm = 3도인 경우, 즉 3도 분할을 할 경우, 1.38Nm까지 초동 토크를 낮추는 것이 가능하였다. 다수의 영구자석들간의 자기력을 모두 벡터적으로 해석하면 초동 토크가 낮아진다는 것을 확인할 수 있다. 12 is a view showing a concept for magnetic force division in the non-contact continuous piezoelectric generator as shown in FIG. 11. As shown in FIG. 12, each of the n stator layers divided by 360 degrees/m is divided again so as to be staggered. Through this, as the number of unit elements m in the stator layer increases, the dividing angle decreases and the size of the initial actuation torque decreases, and as the number of stator layers n increases, the dividing angle decreases and thus the size of the initial actuation torque decreases. It also becomes smaller. In fact, in the case of differential division, piezoelectric power generation itself did not occur because rotation was not performed at all due to the initial torque of hundreds to thousands of Nm (Newton meters), that is, it did not start itself. When 360 degrees/nm = 3 degrees, that is, when dividing by 3 degrees, it was possible to lower the initial torque to 1.38 Nm. It can be seen that the initial torque is lowered when all the magnetic forces between a plurality of permanent magnets are analyzed in a vector manner.

이와 같은 구현을 일반화하면, k번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, (k+1)번째의 스테이터층의 m개의 영구자석간의 m개의 각도 차이의 합이 θk라고 하고, 여기서 θn은 n번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, 1번째의 스테이터층의 m개의 영구자석의 각도의 차이의 합이라고 하고, θk의 양의 방향은, 비접촉 연속 압전 발전기의 축방향으로 바라보았을 때 시각 방향 또는 반시계 방향 중 어느 하나를 선택할 경우,

Figure 112020126971518-pat00011
인 것이 바람직하다. 여기서, l은 정수이다. Generalizing such an implementation, the sum of the m angular differences between the m permanent magnets of the k-th stator layer and the m permanent magnets of the (k+1)-th stator layer is θ k , where θn is n It is called the sum of the difference between the angles of the m permanent magnets of the first stator layer and the m permanent magnets of the first stator layer, and the positive direction of θ k is the time when viewed in the axial direction of the non-contact continuous piezoelectric generator. If you select either direction or counterclockwise,
Figure 112020126971518-pat00011
It is preferable to be. Where l is an integer.

또한, k번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, (k+1)번째의 스테이터층의 m개의 영구자석간의 m개의 각도 차이의 합이 θk라고 하고, 여기서 θn은 n번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, 1번째의 스테이터층의 m개의 영구자석의 각도의 차이의 합이라고 하고, θk의 양의 방향은, 상기 비접촉 연속 압전 발전기의 축방향으로 바라보았을 때 시각 방향 또는 반시계 방향 중 어느 하나를 선택할 경우, θ1 = θ2 = ... = θk = ... = θn = 360도/n 인 것이 바람직하다. 이 때,

Figure 112020126971518-pat00012
이다. In addition, the sum of the m angular differences between the m permanent magnets of the k-th stator layer and the m permanent magnets of the (k+1)-th stator layer is θ k , where θn is the n-th stator layer. It is called the sum of the difference between the angles of the m permanent magnets and the m permanent magnets of the first stator layer, and the positive direction of θ k is the visual direction or counterclockwise when viewed in the axial direction of the non-contact continuous piezoelectric generator. When selecting any one of the directions , it is preferable that θ 1 = θ 2 = ... = θ k = ... = θ n = 360 degrees/n. At this time,
Figure 112020126971518-pat00012
to be.

단위 소자는, 원판 형태의 스테이터층에서 연속적 구동이 가능한 형태의 구조를 가지고 있다. 단위 소자는, 영구자석과 압전소자와, 영구자석 및 압전소자의 사이에 존재하는 중간 매개체인 스테인리스 스틸(SUS)로 이루어지고, 영구자석과 중간 매개체 사이는 접착제로 접착이 되어 있으며, 또한 압전소자와 중간 매개체 사이도 접착제로 접착이 되어 있다. The unit device has a structure capable of continuously driving in a disc-shaped stator layer. The unit element is made of stainless steel (SUS), an intermediate medium existing between the permanent magnet and the piezoelectric element, and the permanent magnet and the piezoelectric element, and the permanent magnet and the intermediate medium are bonded with an adhesive, and the piezoelectric element Between the and the intermediate medium is also bonded with an adhesive.

본 출원인은 이와 같은 단위 소자에서 연속적 구동시 압전 소자가 깨지는, 즉 크랙이 발생하는 경우가 실험을 통해서 다수 발견되었다. 이를 해결하기 위한 컨셉으로, 압전 소자 위에 고연성의 금속 박막을 코팅하는 것이다. 이를 통해서 응력을 상쇄시키고 인장강도를 향상시키는 것이 가능하였다. The applicant of the present invention has discovered through experiments that a piezoelectric element is cracked, that is, a crack occurs when continuously driven in such a unit element. As a concept to solve this problem, a highly flexible metal thin film is coated on the piezoelectric element. Through this, it was possible to offset the stress and improve the tensile strength.

구체적인 예로서, 압전 소자 위를 메쉬망 보강폼을 부착한 경우와, SUS로 된 망을 보강한 경우와, 니켈로 코팅하여 표면처리 보강을 한 경우 3가지를 실험하였다. 니켈을 압전소자 위에 코팅하여 표면처리 보강한 경우가 가장 압전소자의 소재 파손을 억제할 수 있음을 알 수 있었다. 실험을 통해서, 압전 소자 위를 메쉬망 보강폼을 부착한 경우와, SUS로 된 망을 보강한 경우는, 니켈을 압전소자 위에 코팅하여 표면처리 보강한 경우보다는 못하지만, 압전소자만 있는 경우인 기존보다는 개선된 것을 확인할 수 있었다. 즉, 단위 소자에 있어서, 단위 소자의 최대 변위 dmax가 커질 수 있도록, 압전소자는 니켈 박막으로 코팅되어 보강되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 단위 소자에 있어서, 단위 소자의 최대 변위 dmax가 커질 수 있도록, 상기 압전 소자 위에 스테인리스 스틸(SUS)로 된 망을 덮어서 보강하는 것이 바람직하다. As a specific example, three experiments were conducted: a case where a mesh reinforcing foam was attached to the piezoelectric element, a case made of SUS was reinforced, and a case where surface treatment was reinforced by coating with nickel. It was found that the case where the surface treatment was reinforced by coating nickel on the piezoelectric element could most suppress the material damage of the piezoelectric element. Through the experiment, the case of attaching the mesh reinforcing foam on the piezoelectric element and the case of reinforcing the mesh made of SUS is less than the case of reinforcing surface treatment by coating nickel on the piezoelectric element, but the existing case where only piezoelectric elements are present. It could be confirmed that it was improved. That is, in the unit element, it is preferable that the piezoelectric element is coated with a nickel thin film and reinforced so that the maximum displacement dmax of the unit element can be increased. In addition, in the unit element, it is preferable to reinforce the piezoelectric element by covering it with a mesh made of stainless steel (SUS) so that the maximum displacement dmax of the unit element can be increased.

또한, 본 출원인은, 단위 소자에서의 중간 매개체(베이스)에서, 압전소자와 중간 매개체 간의 접착력을 강화하고 압전소자가 더 큰 변위(휘어짐)를 가질 수 있도록, 중간 매개체인 스테인리스 스틸(SUS)에 천공(hole)을 복수 개 가지도록 하여서 실험을 하였다. 이와 같은 중간 매개체의 복수 개의 천공, 특히 단위 소자의 형태가 사다리꼴인 경우, 사다리꼴의 중간 매개체에서 너비가 넓은 부분은 더 많은 천공을 너비가 좁은 부분은 더 적은 천공을 제공하는 것이 가능하다. 이를 통해서, 압전소자와 중간 매개체 간의 접착력을 강화하고 압전소자가 더 큰 변위, 즉 더 크게 휘어질 수 있게 되었다. 더 큰 변위는 결국 더 많은 에너지 생산을 의미한다.In addition, the applicant of the present invention, in the intermediate medium (base) in the unit element, to strengthen the adhesion between the piezoelectric element and the intermediate medium and to have a larger displacement (bending) of the piezoelectric element, the intermediate medium stainless steel (SUS) The experiment was conducted by having a plurality of holes. In the case where the plurality of perforations of the intermediate medium, in particular, the shape of the unit element is a trapezoid, it is possible to provide more perforations in a wide portion and fewer perforations in a narrow portion of the trapezoidal intermediate medium. Through this, the adhesion between the piezoelectric element and the intermediate medium can be strengthened, and the piezoelectric element can be displaced larger, that is, bend larger. Larger displacements mean more energy production in the end.

또한, 단위 소자에 있어서, 압전소자와 중간 매개체 간의 접착력을 강화하고 단위 소자의 최대 변위 dmax가 커질 수 있도록, 중간 매개체인 스테인리스 스틸(SUS)에 천공을 복수 개 갖되, 단위 소자의 외측 및 내측 끝단 가운데 고정되지 않은 단위 소자의 끝단으로 갈수록, 단위 소자에 대한 큰 변형에 더욱 유연히 변형될 수 있도록 천공의 갯수를 늘리는 것도 가능하다. In addition, in the unit element, a plurality of perforations are provided in stainless steel (SUS), which is an intermediate medium, so that the adhesion between the piezoelectric element and the intermediate medium can be strengthened and the maximum displacement dmax of the unit element can be increased. It is also possible to increase the number of perforations so that it can be more flexibly deformed in response to large deformation of the unit element as it goes toward the end of the unit element that is not fixed in the middle.

도 18은 단위소자의 양쪽 끝단이 개방된 경우, 즉 양쪽 끝단이 모두 고정지지되지 않은 경우, 설계의 제한 조건을 설명하기 위한 도면이고, 도 19는 도 18의 도면을 도식으로 근사화한 것으로 설계의 제한 조건을 설명하는 도면이고, 도 21은 스테이터층에서의 단위소자와 스톱퍼 구성에 대한 사시도로서, 이와 같은 단위소자와 스톱퍼가 m개 구성된다. FIG. 18 is a diagram for explaining design constraints when both ends of the unit device are open, that is, when both ends are not fixed, and FIG. 19 is a schematic approximation of the diagram of FIG. It is a figure explaining the limiting conditions, and FIG. 21 is a perspective view of the structure of a unit element and a stopper in a stator layer, and such a unit element and m number of stoppers are comprised.

도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 단위 소자에 있어서, 상기 영구자석(s)은 상기 로터층의 영구자석(r)의 대응 위치에 형성되되 상기 중간 매개체의 제 2 방향에서 중간 위치에 형성되어 있어서, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이고, 상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측 및 내측 끝단은 고정 지지되지 않아도, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이더라도, 상기 단위 소자의 외측 및 내측 끝단은 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록, 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 소정의 간격을 두고 상기 스테이터층의 표면에 형성된 상기 단위 소자의 외측 및 내측 끝단에 대한 스톱퍼(stopper) 구조가 형성되어 있어서, 비접촉으로 연속 압전 발전을 한다. 18 and 19, in the unit element, the permanent magnet (s) is formed at a corresponding position of the permanent magnet (r) of the rotor layer, and is located at an intermediate position in the second direction of the intermediate medium. Is formed, wherein the permanent magnet (s) of the unit element receives the attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r) of the rotor layer, so that only the intermediate position of the unit element moves in the first direction of the stator layer, and the Even if the outer and inner ends of the unit element are not fixedly supported in the second direction, the permanent magnet (s) of the unit element receives the attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r) of the rotor layer, so that the middle of the unit element Even if only the position moves in the first direction of the stator layer, the outer and inner ends of the unit element may be separated from each other in the first direction of the stator layer at a predetermined interval in the first direction of the stator layer. A stopper structure is formed for the outer and inner ends of the unit element formed on the surface of the layer, so that continuous piezoelectric power generation is performed in a non-contact manner.

여기서, 상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측과 내측 끝단 간의 길이를 l이라고 하고, 상기 제 2 방향으로의 상기 단위 소자의 최대 변형 가능한 최대 변위를 dmax라고 하고, 제 1 방향으로 상기 단위 소자의 두께를 t라고 하고, 상기 스톱퍼 구조에서, 상기 단위 소자가 상기 스톱퍼에 끼워지는 공간의 너비를 s라고 하고, 상기 스톱퍼가 상기 단위 소자의 외측 또는 내측 끝단이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록 돌출한 길이를 p라고 할 경우, 상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측 또는 내측 끝단은 고정 지지되지 않아도, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이더라도, 상기 단위 소자의 외측 또는 내측 끝단은 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록,

Figure 112020126971518-pat00013
이고, 상기 단위 소자가 상기 스톱퍼에 끼워질 수 있도록, s > t 이여야 한다. 여기서, l은 dmax나 t와 비교하여 상당히 큰 값으로, 도 18 및 도 19에 도시된 것처럼, 단위소자가 압전 동작으로 휘어지더라도 직선으로 근사화하는 것이 가능하여 위와 같은 설계 조건을 도출하였다. Here, the length between the outer and inner ends of the unit element in the second direction is l, the maximum deformable maximum displacement of the unit element in the second direction is dmax, and the unit element in the first direction The thickness is denoted as t, and in the stopper structure, the width of the space in which the unit element is fitted into the stopper is denoted as s, and the outer or inner end of the unit element in the stopper is not separated in the first direction of the stator layer. When p is the length protruding so that the outer or inner end of the unit element is not fixedly supported in the second direction, the permanent magnet (s) of the unit element is caused by the permanent magnet (r) of the rotor layer. Even if only the intermediate position of the unit element is moved in the first direction of the stator layer due to the attractive force and repulsive force, the outer or inner end of the unit element does not deviate in the first direction of the stator layer,
Figure 112020126971518-pat00013
And, so that the unit element can be fitted into the stopper, s> t must be. Here, l is a considerably larger value compared to dmax or t. As shown in FIGS. 18 and 19, even if the unit element is bent by a piezoelectric motion, it is possible to approximate it in a straight line, and the above design conditions were derived.

도 20은 단위소자의 한쪽 끝단이 개방된 경우, 즉 한쪽 끝단은 고정지지되고, 다른 쪽 끝단이 고정지지 되지 않은 경우, 설계의 제한 조건을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 20 is a diagram for explaining a design limitation condition when one end of the unit device is open, that is, when one end is fixedly supported and the other end is not fixed.

도 20에 도시된 바와 같이, 상기 단위 소자에 있어서, 상기 영구자석(s)은 상기 로터층의 영구자석(r)의 대응 위치에 형성되되 상기 중간 매개체의 제 2 방향에서 중간 위치에 형성되어 있어서, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이고, 상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측 또는 내측 끝단 중 어느 한 끝단은 고정되고 다른 끝단은 고정 지지되지 않아도, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이더라도, 상기 단위 소자의 고정되지 않은 끝단이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록, 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 소정의 간격을 두고 상기 스테이터층의 표면에 형성된 상기 단위 소자의 고정되지 않은 끝단에 대한 스톱퍼(stopper) 구조가 형성되어 있어서, 비접촉으로 연속 압전 발전을 한다. As shown in Fig. 20, in the unit element, the permanent magnet (s) is formed at a corresponding position of the permanent magnet (r) of the rotor layer, and is formed at an intermediate position in the second direction of the intermediate medium. , Only the intermediate position of the unit element moves in the first direction of the stator layer as the permanent magnet (s) of the unit element receives the attractive force and repulsion force by the permanent magnet (r) of the rotor layer, and the second direction In even though one end of the outer or inner end of the unit element is fixed and the other end is not fixedly supported, the permanent magnet (s) of the unit element acts on attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r) of the rotor layer. Even if only the intermediate position of the unit element is moved in the first direction of the stator layer, it is determined in the first direction of the stator layer so that the unfixed end of the unit element is not separated in the first direction of the stator layer. A stopper structure is formed for the unfixed end of the unit element formed on the surface of the stator layer with an interval of, so that continuous piezoelectric power generation is performed in a non-contact manner.

여기서, 상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측과 내측 끝단 간의 길이를 l이라고 하고, 상기 제 2 방향으로의 상기 단위 소자의 최대 변형 가능한 최대 변위를 dmax라고 하고, 제 1 방향으로 상기 단위 소자의 두께를 t라고 하고, 상기 스톱퍼 구조에서, 상기 단위 소자가 상기 스톱퍼에 끼워지는 공간의 너비를 s라고 하고, 상기 스톱퍼가 상기 단위 소자의 고정되지 않은 끝단이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록 돌출한 길이를 p라고 할 경우, 상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측 또는 내측 끝단 중 어느 한 끝단이 고정 지지되지 않아도, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이더라도, 상기 단위 소자의 고정되지 않은 끝단이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록,

Figure 112020126971518-pat00014
이고, 상기 단위 소자가 상기 스톱퍼에 끼워질 수 있도록, s > t 이어야 한다. Here, the length between the outer and inner ends of the unit element in the second direction is l, the maximum deformable maximum displacement of the unit element in the second direction is dmax, and the unit element in the first direction The thickness is denoted as t, and in the stopper structure, the width of the space in which the unit element is inserted into the stopper is denoted as s, and the stopper is not separated from the unfixed end of the unit element in the first direction of the stator layer. When p is the length protruding so that the permanent magnet s of the unit element is not fixedly supported at either the outer or inner end of the unit element in the second direction, the permanent magnet s of the rotor layer ( Even if only the intermediate position of the unit element moves in the first direction of the stator layer by receiving the attractive force and repulsive force by r), the unfixed end of the unit element does not deviate in the first direction of the stator layer,
Figure 112020126971518-pat00014
And, so that the unit element can be fitted into the stopper, s> t must be.

상술한 것과 마찬가지로, 여기서, l은 dmax나 t와 비교하여 상당히 큰 값으로, 도 20에 도시된 것처럼, 단위소자가 압전 동작으로 휘어지더라도 직선으로 근사화하는 것이 가능하여 위와 같은 설계 조건을 도출하였다. As described above, here, l is a considerably larger value compared to dmax or t, and as shown in FIG. .

도 18 내지 도 21과 같은 구성을 통해서, 단위소자가 양단 고정되지 않고 제 2 방향으로 슬라이딩하는 것과 같은 구성되거나, 또는 일단 고정이 되고 일단은 제 2 방향으로 슬라이딩하는 것과 같은 구조를 채택할 수 있다. 결과적으로, 단위소자의 수명이 연장되며, 좀 더 완벽한 정현파 출력을 발생시키는 것이 가능하다. 18 to 21, the unit element is not fixed at both ends and slides in the second direction, or one end is fixed and one end slides in the second direction may be adopted. . As a result, the life of the unit device is extended, and it is possible to generate a more perfect sinusoidal output.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by the limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical spirit of the present invention and the following by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. It goes without saying that various modifications and variations are possible within the equal range of the claims to be described.

Claims (11)

자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기로서,
외부의 에너지원에 의하여, 회전을 하는 원판 형태의 n+1 개의 로터층;
상기 로터층의 사이마다에 위치하는 원판 형태의 n개의 스테이터층; 및
상기 로터층 및 상기 스테이터층을 지지하며, 상기 비접촉 연속 압전 발전기의 프레임을 이루는 지지구조를 포함하고,
상기 n은 2 이상의 자연수이고,
상기 로터층 및 상기 스테이터층의 중심점(center)을 수직으로 관통하는 중심축인 직선 방향을 제 1 방향으로, 상기 제 1 방향에 수직인 직선 방향이며 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 표면에 평행하며 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 중심점에서 시작해서 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 외주를 향하는 직선방향을 제 2 방향으로, 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 표면에서 상기 제 1 방향을 원형으로 감싸는 회전 방향이며 상기 제 2 방향에 수직인 회전 방향을 제 3 방향이라고 할 경우,
상기 로터층 각각에는 m개의 영구자석(r)이 원주를 따라서
Figure 112021016588803-pat00015
도의 일정한 각도 단위로 일정하게 상기 제 3 방향으로 배치되며, 상기 제 1 방향으로 바라보았을 때, 서로 이웃하는 로터층들 간의 영구자석의 자극의 배치는 NS극이 반전되어 배치되며,
상기 스테이터층에는, 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력이 작용하는 영구자석(s)과, 중간 매개체와, 상기 중간 매개체를 통해서 상기 영구자석(s)과 결합되어 연속적 구동으로 에너지를 발생시키는 압전소자의 결합으로 이루어진 단위 소자 m개가 원주를 따라서
Figure 112021016588803-pat00016
도의 일정한 각도 단위로 상기 제 3 방향으로 일정하게 배치되며,
상기 m은 2 이상의 자연수이고,
상기 외부의 에너지원에 의하여, 상기 로터층이 회전이 시작될 때 상기 스테이터층 및 다른 로터층에 존재하는 영구자석 간에 발생하는 초동 토크가 최소화될 수 있도록, 상기 제 1 방향으로 바라보았을 때, k번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, (k+1) 번째의 스테이터층의 m개의 영구자석은 서로 중첩되게 보이지 않고, k번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, (k+1) 번째의 스테이터층의 m개의 영구자석는 전체적으로 θ 각도(θ는 0도가 아님) 만큼씩 엇갈리게 배치되며, n번째의 스테이터 스테이터층의 m개의 영구자석과 1번째의 스테이터층의 m개의 영구자석도 θ 각도(θ는 0도가 아님) 만큼씩 엇갈리게 배치되고,
k는 n-1 이하의 자연수이고,
상기 단위 소자에 있어서, 상기 영구자석(s)은 상기 로터층의 영구자석(r)의 대응 위치에 형성되되 상기 중간 매개체의 제 2 방향에서 중간 위치에 형성되어 있어서, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이고,
상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측 및 내측 끝단은 고정 지지되지 않아도, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이더라도, 상기 단위 소자의 외측 및 내측 끝단은 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록, 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 소정의 간격을 두고 상기 스테이터층의 표면에 형성된 상기 단위 소자의 외측 및 내측 끝단에 대한 스톱퍼(stopper) 구조가 형성되어 있어서, 비접촉으로 연속 압전 발전을 하고,
상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측과 내측 끝단 간의 길이를 l이라고 하고, 상기 제 2 방향으로의 상기 단위 소자의 최대 변형 가능한 최대 변위를 dmax라고 하고, 제 1 방향으로 상기 단위 소자의 두께를 t라고 하고,
상기 스톱퍼 구조에서, 상기 단위 소자가 상기 스톱퍼에 끼워지는 공간의 너비를 s라고 하고, 상기 스톱퍼가 상기 단위 소자의 외측 또는 내측 끝단이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록 돌출한 길이를 p라고 할 경우,
상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측 또는 내측 끝단은 고정 지지되지 않아도, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이더라도, 상기 단위 소자의 외측 또는 내측 끝단은 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록,
Figure 112021016588803-pat00017
이고, 상기 단위 소자가 상기 스톱퍼에 끼워질 수 있도록, s > t 인 것을 특징으로 하는,
자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기.
As a non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force,
N+1 rotor layers in the form of a disk rotating by an external energy source;
N stator layers in the form of a disk positioned between the rotor layers; And
And a support structure that supports the rotor layer and the stator layer and forms a frame of the non-contact continuous piezoelectric generator,
N is a natural number of 2 or more,
A linear direction, which is a central axis vertically penetrating the center of the rotor layer and the stator layer, is a first direction, a linear direction perpendicular to the first direction, and is parallel to the surfaces of the rotor layer and the stator layer, Starting from the center point of the rotor layer and the stator layer, a linear direction toward the outer periphery of the rotor layer and the stator layer is a second direction, and the first direction is circularly wrapped on the surfaces of the rotor layer and the stator layer. When the rotation direction is a direction and is perpendicular to the second direction as a third direction,
Each of the rotor layers has m permanent magnets (r) along the circumference.
Figure 112021016588803-pat00015
The magnetic poles of the permanent magnets are arranged in the third direction in a constant angle unit of the degree, and when viewed in the first direction, the arrangement of the magnetic poles of the permanent magnets between the neighboring rotor layers is arranged with the NS poles inverted,
In the stator layer, a permanent magnet (s) in which attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r) of the rotor layer acts, and an intermediate medium, and the permanent magnet s through the intermediate medium are coupled to the permanent magnet by continuous driving. M unit elements consisting of a combination of piezoelectric elements generating energy along the circumference
Figure 112021016588803-pat00016
It is uniformly arranged in the third direction in a certain angle unit of degrees,
M is a natural number of 2 or more,
When the rotor layer starts to rotate by the external energy source, the initial torque generated between the stator layer and the permanent magnets present in the other rotor layer can be minimized, when viewed in the first direction, the k-th The m permanent magnets of the stator layer of and the m permanent magnets of the (k+1)-th stator layer do not appear to overlap each other, and the m permanent magnets of the k-th stator layer and the (k+1)-th stator layer The m permanent magnets of the stator layer are arranged alternately by θ angle (θ is not 0 degrees) as a whole, and the m permanent magnets of the n-th stator stator layer and the m permanent magnets of the first stator layer are also θ angle (θ). Is not 0 degrees)
k is a natural number less than or equal to n-1,
In the unit element, the permanent magnet (s) is formed at a corresponding position of the permanent magnet (r) of the rotor layer and is formed at an intermediate position in the second direction of the intermediate medium, so that the permanent magnet ( s) receives the attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r) of the rotor layer, so that only the intermediate position of the unit element moves in the first direction of the stator layer,
Even if the outer and inner ends of the unit element are not fixedly supported in the second direction, the permanent magnet (s) of the unit element receives the attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r) of the rotor layer, Even if only the intermediate position moves in the first direction of the stator layer, the outer and inner ends of the unit element are spaced at a predetermined interval in the first direction of the stator layer so that the outer and inner ends of the unit element are not separated in the first direction of the stator layer. A stopper structure is formed for the outer and inner ends of the unit element formed on the surface of the stator layer, so that continuous piezoelectric power generation is performed without contact,
The length between the outer and inner ends of the unit element in the second direction is l, the maximum deformable maximum displacement of the unit element in the second direction is dmax, and the thickness of the unit element in the first direction say t,
In the stopper structure, the width of the space in which the unit element is inserted into the stopper is s, and the length of the stopper protruding so that the outer or inner end of the unit element does not deviate in the first direction of the stator layer is p If you say,
Even if the outer or inner ends of the unit element are not fixedly supported in the second direction, the permanent magnet (s) of the unit element is subjected to attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r) of the rotor layer. Even if only the intermediate position moves in the first direction of the stator layer, the outer or inner end of the unit element does not deviate in the first direction of the stator layer,
Figure 112021016588803-pat00017
And, so that the unit element can be fitted into the stopper, s> t,
Non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force.
삭제delete 자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기로서,
외부의 에너지원에 의하여, 회전을 하는 원판 형태의 n+1 개의 로터층;
상기 로터층의 사이마다에 위치하는 원판 형태의 n개의 스테이터층; 및
상기 로터층 및 상기 스테이터층을 지지하며, 상기 비접촉 연속 압전 발전기의 프레임을 이루는 지지구조를 포함하고,
상기 n은 2 이상의 자연수이고,
상기 로터층 및 상기 스테이터층의 중심점(center)을 수직으로 관통하는 중심축인 직선 방향을 제 1 방향으로, 상기 제 1 방향에 수직인 직선 방향이며 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 표면에 평행하며 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 중심점에서 시작해서 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 외주를 향하는 직선방향을 제 2 방향으로, 상기 로터층 및 상기 스테이터층의 표면에서 상기 제 1 방향을 원형으로 감싸는 회전 방향이며 상기 제 2 방향에 수직인 회전 방향을 제 3 방향이라고 할 경우,
상기 로터층 각각에는 m개의 영구자석(r)이 원주를 따라서
Figure 112021016588803-pat00018
도의 일정한 각도 단위로 일정하게 상기 제 3 방향으로 배치되며, 상기 제 1 방향으로 바라보았을 때, 서로 이웃하는 로터층들 간의 영구자석의 자극의 배치는 NS극이 반전되어 배치되며,
상기 스테이터층에는, 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력이 작용하는 영구자석(s)과, 중간 매개체와, 상기 중간 매개체를 통해서 상기 영구자석(s)과 결합되어 연속적 구동으로 에너지를 발생시키는 압전소자의 결합으로 이루어진 단위 소자 m개가 원주를 따라서
Figure 112021016588803-pat00019
도의 일정한 각도 단위로 상기 제 3 방향으로 일정하게 배치되며,
상기 m은 2 이상의 자연수이고,
상기 외부의 에너지원에 의하여, 상기 로터층이 회전이 시작될 때 상기 스테이터층 및 다른 로터층에 존재하는 영구자석 간에 발생하는 초동 토크가 최소화될 수 있도록, 상기 제 1 방향으로 바라보았을 때, k번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, (k+1) 번째의 스테이터층의 m개의 영구자석은 서로 중첩되게 보이지 않고, k번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, (k+1) 번째의 스테이터층의 m개의 영구자석는 전체적으로 θ 각도(θ는 0도가 아님) 만큼씩 엇갈리게 배치되며, n번째의 스테이터 스테이터층의 m개의 영구자석과 1번째의 스테이터층의 m개의 영구자석도 θ 각도(θ는 0도가 아님) 만큼씩 엇갈리게 배치되고,
k는 n-1 이하의 자연수이고,
상기 단위 소자에 있어서, 상기 영구자석(s)은 상기 로터층의 영구자석(r)의 대응 위치에 형성되되 상기 중간 매개체의 제 2 방향에서 중간 위치에 형성되어 있어서, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이고,
상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측 또는 내측 끝단 중 어느 한 끝단은 고정되고 다른 끝단은 고정 지지되지 않아도, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이더라도, 상기 단위 소자의 고정되지 않은 끝단이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록, 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 소정의 간격을 두고 상기 스테이터층의 표면에 형성된 상기 단위 소자의 고정되지 않은 끝단에 대한 스톱퍼(stopper) 구조가 형성되어 있어서, 비접촉으로 연속 압전 발전을 하고,
상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측과 내측 끝단 간의 길이를 l이라고 하고, 상기 제 2 방향으로의 상기 단위 소자의 최대 변형 가능한 최대 변위를 dmax라고 하고, 제 1 방향으로 상기 단위 소자의 두께를 t라고 하고,
상기 스톱퍼 구조에서, 상기 단위 소자가 상기 스톱퍼에 끼워지는 공간의 너비를 s라고 하고, 상기 스톱퍼가 상기 단위 소자의 고정되지 않은 끝단이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록 돌출한 길이를 p라고 할 경우,
상기 제 2 방향에서 상기 단위 소자의 외측 또는 내측 끝단 중 어느 한 끝단이 고정 지지되지 않아도, 상기 단위 소자의 영구자석(s)이 상기 로터층의 영구자석(r)에 의한 인력과 척력을 작용받아서 상기 단위 소자의 중간 위치만이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 움직이더라도, 상기 단위 소자의 고정되지 않은 끝단이 상기 스테이터층의 제 1 방향으로 이탈되지 않도록,
Figure 112021016588803-pat00020
이고, 상기 단위 소자가 상기 스톱퍼에 끼워질 수 있도록, s > t 인 것을 특징으로 하는,
자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기.
As a non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force,
N+1 rotor layers in the form of a disk rotating by an external energy source;
N stator layers in the form of a disk positioned between the rotor layers; And
And a support structure that supports the rotor layer and the stator layer and forms a frame of the non-contact continuous piezoelectric generator,
N is a natural number of 2 or more,
A linear direction, which is a central axis vertically penetrating the center of the rotor layer and the stator layer, is a first direction, a linear direction perpendicular to the first direction, and is parallel to the surfaces of the rotor layer and the stator layer, Starting from the center point of the rotor layer and the stator layer, a linear direction toward the outer periphery of the rotor layer and the stator layer is a second direction, and the first direction is circularly wrapped on the surfaces of the rotor layer and the stator layer. When the rotation direction is a direction and is perpendicular to the second direction as a third direction,
Each of the rotor layers has m permanent magnets (r) along the circumference.
Figure 112021016588803-pat00018
The magnetic poles of the permanent magnets are arranged in the third direction in a constant angle unit of the degree, and when viewed in the first direction, the arrangement of the magnetic poles of the permanent magnets between the neighboring rotor layers is arranged with the NS poles inverted,
In the stator layer, a permanent magnet (s) in which attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r) of the rotor layer acts, and an intermediate medium, and the permanent magnet s through the intermediate medium are coupled to the permanent magnet by continuous driving. M unit elements consisting of a combination of piezoelectric elements generating energy along the circumference
Figure 112021016588803-pat00019
It is uniformly arranged in the third direction in a certain angle unit of degrees,
M is a natural number of 2 or more,
When the rotor layer starts to rotate by the external energy source, the initial torque generated between the stator layer and the permanent magnets present in the other rotor layer can be minimized, when viewed in the first direction, the k-th The m permanent magnets of the stator layer of and the m permanent magnets of the (k+1)-th stator layer do not appear to overlap each other, and the m permanent magnets of the k-th stator layer and the (k+1)-th stator layer The m permanent magnets of the stator layer are arranged alternately by θ angle (θ is not 0 degrees) as a whole, and the m permanent magnets of the n-th stator stator layer and the m permanent magnets of the first stator layer are also θ angle (θ). Is not 0 degrees)
k is a natural number less than or equal to n-1,
In the unit element, the permanent magnet (s) is formed at a corresponding position of the permanent magnet (r) of the rotor layer and is formed at an intermediate position in the second direction of the intermediate medium, so that the permanent magnet ( s) receives the attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r) of the rotor layer, so that only the intermediate position of the unit element moves in the first direction of the stator layer,
In the second direction, the permanent magnet (s) of the unit element is attracted by the permanent magnet (r) of the rotor layer, even if one of the outer or inner ends of the unit element is fixed and the other end is not fixedly supported. Even if only the intermediate position of the unit element is moved in the first direction of the stator layer due to the overrepulsive force, the unfixed end of the unit element is not separated in the first direction of the stator layer. A stopper structure is formed for the unfixed end of the unit element formed on the surface of the stator layer at a predetermined interval in one direction, so that continuous piezoelectric power generation is performed in a non-contact manner,
The length between the outer and inner ends of the unit element in the second direction is l, the maximum deformable maximum displacement of the unit element in the second direction is dmax, and the thickness of the unit element in the first direction say t,
In the stopper structure, the width of the space in which the unit element is inserted into the stopper is denoted as s, and the length of the stopper protruding so that the unfixed end of the unit element does not deviate in the first direction of the stator layer is p If you say,
Even if one of the outer or inner ends of the unit element is not fixedly supported in the second direction, the permanent magnet (s) of the unit element is subjected to attractive force and repulsive force by the permanent magnet (r) of the rotor layer. Even if only the intermediate position of the unit element moves in the first direction of the stator layer, the unfixed end of the unit element does not deviate in the first direction of the stator layer,
Figure 112021016588803-pat00020
And, so that the unit element can be fitted into the stopper, s> t,
Non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force.
삭제delete 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 k번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, (k+1)번째의 스테이터층의 m개의 영구자석간의 m개의 상기 제 3 방향으로의 각도 차이의 합이 θk라고 하고, 여기서 θn은 n번째의 스테이터층의 m개의 영구자석과, 1번째의 스테이터층의 m개의 영구자석의 각도의 차이의 합이라고 하고, 상기 θk의 양의 방향은, 상기 제 3방향 가운데 시각 방향 또는 반시계 방향 중 어느 하나를 선택할 경우,
Figure 112021016588803-pat00021
이며,
여기서, l은 정수인,
자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기.
The method according to claim 1 or 3,
The sum of the angular differences of the m permanent magnets of the k-th stator layer and the m permanent magnets of the (k+1)-th stator layer in the third direction is θ k , where θn is n It is called the sum of the difference between the angles of the m permanent magnets of the first stator layer and the m permanent magnets of the first stator layer, and the positive direction of θ k is a visual or counterclockwise direction among the third directions. If you choose either,
Figure 112021016588803-pat00021
Is,
Where l is an integer,
Non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force.
제 5 항에 있어서,
θ1 = θ2 = ... = θk = ... = θn = ±360도/n 이고,
Figure 112020126971518-pat00022
인,
자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기.
The method of claim 5,
θ 1 = θ 2 = ... = θ k = ... = θ n = ±360 degrees/n,
Figure 112020126971518-pat00022
sign,
Non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force.
제 6 항에 있어서,
상기 단위 소자는, 상기 영구자석(s)과 상기 압전소자와, 상기 영구자석(s) 및 상기 압전소자의 사이에 존재하는 중간 매개체인 스테인리스 스틸(SUS)로 이루어지고, 상기 영구자석(s)과 상기 중간 매개체 사이는 접착제로 접착이 되어 있으며, 상기 압전소자와 상기 중간 매개체 사이도 접착제로 접착이 되어 있는,
자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기.
The method of claim 6,
The unit element is made of stainless steel (SUS), which is an intermediate intermediate between the permanent magnet (s) and the piezoelectric element, and the permanent magnet (s) and the piezoelectric element, and the permanent magnet (s) And the intermediate medium is bonded with an adhesive, and the piezoelectric element and the intermediate medium are also bonded with an adhesive,
Non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force.
제 7 항에 있어서,
상기 단위 소자는 압전소자를 하나 더 포함한 2층의 압전소자를 포함하고,
상기 2층의 압전소자를 포함하는 단위 소자는, 상부 압전소자, 그 하부에 상부 중간 매개체인 스테인리스 스틸, 그 하부에 영구자석(s), 그 하부에 하부 중간 매개체인 스테인리스 스틸, 그 하부에 하부 압전소자로 이루어지고, 그 각각의 사이는 접착제로 접착되어 있는,
자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기.
The method of claim 7,
The unit element includes a two-layer piezoelectric element including one more piezoelectric element,
The unit element including the two-layered piezoelectric element includes an upper piezoelectric element, stainless steel as an upper intermediate medium in the lower part, a permanent magnet (s) in the lower part, stainless steel as a lower intermediate medium in the lower part, and a lower part. It is made of piezoelectric elements, and each of them is bonded with an adhesive.
Non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force.
제 8 항에 있어서,
상기 단위 소자에 있어서, 상기 압전소자와 상기 중간 매개체 간의 접착력을 강화하고 상기 단위 소자의 최대 변위 dmax가 커질 수 있도록, 상기 중간 매개체인 스테인리스 스틸(SUS)에 천공을 복수 개 갖되, 상기 단위 소자의 외측 및 내측 끝단 가운데 고정되지 않은 상기 단위 소자의 끝단으로 갈수록, 상기 단위 소자에 대한 큰 변형에 유연히 변형될 수 있도록 상기 천공의 갯수를 늘리는 것을 특징으로 하는,
자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기.
The method of claim 8,
In the unit element, a plurality of perforations are provided in stainless steel (SUS), which is the intermediate medium, so that adhesion between the piezoelectric element and the intermediate medium can be strengthened and the maximum displacement dmax of the unit element can be increased. It characterized in that the number of perforations is increased so that the number of perforations can be flexibly deformed in response to large deformation of the unit element as it goes toward the end of the unit element that is not fixed among the outer and inner ends,
Non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force.
제 9 항에 있어서,
상기 단위 소자에 있어서, 상기 단위 소자의 최대 변위 dmax가 커질 수 있도록, 상기 압전소자는 니켈 박막으로 코팅되어 보강되어 있는 것을 특징으로 하는,
자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기.
The method of claim 9,
In the unit element, characterized in that the piezoelectric element is coated with a nickel thin film and reinforced so that the maximum displacement dmax of the unit element can be increased.
Non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force.
제 9 항에 있어서,
상기 단위 소자에 있어서, 상기 단위 소자의 최대 변위 dmax가 커질 수 있도록, 상기 압전 소자 위에 스테인리스 스틸(SUS)로 된 망을 덮어서 보강한 것을 특징으로 하는,
자력을 이용한 비접촉 연속 압전 발전기.
The method of claim 9,
In the unit element, characterized in that the piezoelectric element is reinforced by covering a mesh made of stainless steel (SUS) on the piezoelectric element so that the maximum displacement dmax of the unit element can be increased,
Non-contact continuous piezoelectric generator using magnetic force.
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대한민국 특허 제1380538호(2014년 3월 26일 등록), 발명의 명칭 : 압축력을 이용한 압전 하베스팅 시스템{PIEZOELECTRIC HARVESTING SYSTEM USING COMPRESSIVE FORCE}

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