KR102374117B1 - 에너지 하베스터 - Google Patents

에너지 하베스터 Download PDF

Info

Publication number
KR102374117B1
KR102374117B1 KR1020150002856A KR20150002856A KR102374117B1 KR 102374117 B1 KR102374117 B1 KR 102374117B1 KR 1020150002856 A KR1020150002856 A KR 1020150002856A KR 20150002856 A KR20150002856 A KR 20150002856A KR 102374117 B1 KR102374117 B1 KR 102374117B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
energy harvester
base
clamping
clamping structure
cantilever beam
Prior art date
Application number
KR1020150002856A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160084269A (ko
Inventor
허진석
박휘열
조경훈
나단 샤프스
무하매드 알. 하쯔
샤상크 프리야
압데살타 압델케피
Original Assignee
삼성전자주식회사
버지니아 테크 인터렉추얼 프라퍼티스, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사, 버지니아 테크 인터렉추얼 프라퍼티스, 인크. filed Critical 삼성전자주식회사
Publication of KR20160084269A publication Critical patent/KR20160084269A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102374117B1 publication Critical patent/KR102374117B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/304—Beam type
    • H10N30/306—Cantilevers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/186—Vibration harvesters
    • H02N2/188—Vibration harvesters adapted for resonant operation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
    • H02K35/02—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving magnets and stationary coil systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/06—Influence generators
    • H02N1/08—Influence generators with conductive charge carrier, i.e. capacitor machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/22—Methods relating to manufacturing, e.g. assembling, calibration
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 하베스팅하는 에너지 하베스터가 개시된다. 개시된 에너지 하베스터는, 베이스와, 상기 베이스에 의해 지지되는 것으로 상기 베이스와 이격되게 마련되는 클램핑 구조체와, 상기 베이스와 상기 클레임 구조체 사이에 마련되어 상기 클레임 구조체를 상기 베이스에 대해 탄성적으로 움직이게 하는 탄성 부재와, 상기 클램핑 구조체에 일측이 고정되며 타측은 탄성적으로 움직일 수 있는 캔틸레버 빔 및 상기 캔틸레버 빔 상에 마련되는 질량체를 포함하는 캔틸레버 구조체;를 포함한다.

Description

에너지 하베스터{Energy harvester}
에너지 하베스터에 관한 것으로, 상세하게는 넓은 대역폭(wide bandwidth)을 가지는 주파수 범위에서 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 하베스팅할 수 있는 에너지 하베스터에 관한 것이다.
최근에는 주변 환경에 존재하는 에너지를 하베스팅(harvesting)하는 기술이 이슈화로 떠오르고 있다. 예를 들어, 주변 환경에서 발생되는 진동 에너지는 압전 효과(piezoelectric effect), 정전 효과(electrostatic effect) 또는 전기역학 효과(electrodynamic effect) 등을 이용하여 전기 에너지로 변환시켜 수확할 수 있다. 이러한 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 수확할 수 있는 에너지 하베스터의 대표적인 예로는 캔틸레버(cantilever) 구조의 에너지 하베스터를 들 수 있다.
일반적인 캔틸레버 구조의 에너지 하베스터에서는 캔틸레버 빔(cantilever beam)이 특정의 공진 주파수로 진동하면서 발생되는 최대 변위(displacement)를 이용하여 전기 에너지를 발생시키게 된다. 이러한 일반적인 캔틸레버 구조의 에너지 하베스터는 대역폭(bandwidth)이 좁은 특정 주파수에서만 진동 에너지를 수확할 수 있다. 그러나, 일반적으로 주변 환경에 존재하는 진동 조건은 고정된 특정 주파수를 가지는 것이 아니라, 특정 주파수를 중심으로 일정한 범위를 가지게 된다. 이러한 일정한 주파수 범위의 진동 에너지를 수확하기 위한 방법으로 공진 주파수가 서로 다른 복수개의 캔틸레버 빔을 이용하는 방법이 있으나, 이러한 방법으로 출력된 파워 밀도가 저하되는 단점이 있다.
적어도 일 실시예는 넓은 대역폭을 가지는 주파수 범위에서 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 하베스팅할 수 있는 에너지 하베스터를 제공한다.
일 측면에 있어서,
진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 하베스팅하는 에너지 하베스터에 있어서,
베이스(base);
상기 베이스에 의해 지지되는 것으로, 상기 베이스와 이격되게 마련되는 클램핑 구조체(clamping structure);
상기 베이스와 상기 클레임 구조체 사이에 마련되어 상기 클램핑 구조체를 상기 베이스에 대해 탄성적으로 움직이게 하는 탄성 부재(elastic member); 및
상기 클램핑 구조체에 일측이 고정되며 타측은 탄성적으로 휘어질 수 있는 캔틸레버 빔(cantilever beam)과, 상기 캔틸레버 빔 상에 마련되는 질량체(mass body)를 포함하는 캔틸레버 구조체(cantilever structure);를 포함하는 에너지 하베스터가 제공된다.
상기 캔틸레버 구조체는 제1 공진 주파수를 가지며, 상기 클램핑 구조체는 제2 공진 주파수를 가질 수 있다. 여기서, 상기 제1 공진 주파수는 상기 제2 공진 주파수와 동일하거나 또는 상기 제2 공진 주파수와 인접할 수 있다.
상기 클램핑 구조체는 상기 베이스를 관통하도록 마련되어 상기 캔틸레버 빔의 일측을 고정시키는 것으로 외면에는 수나사(male screw)가 형성된 클램핑 볼트(clamping bolt)와 상기 클램핑 볼트의 단부에 끼워지는 것으로 상기 베이스와 이격되도록 마련되는 클램핑 너트(clamping nut)를 포함하며, 상기 탄성 부재는 상기 베이스와 상기 클램핑 너트 사이에 마련될 수 있다. 여기서, 상기 베이스와 상기 클램핑 너트 사이의 간격에 따라 상기 클램핑 구조체의 공진 주파수가 조절될 수 있다.
상기 베이스에는 상기 클램핑 볼트의 수나사에 대응하는 암나사(female secrew)가 관통 형성되어 있으며, 상기 클램핑 볼트의 수나사와 상기 베이스의 암나사 사이에는 상기 베이스에 대해 상기 클램핑 구조체가 움직일 수 있는 공간인 갭(gap)이 형성될 수 있다. 상기 클램핑 구조체는 상기 클램핑 볼트와 결합하여 상기 캔틸레버 빔의 일측을 고정하는 클램핑 플레이트(clamping plate)를 더 포함할 수 있다.
상기 베이스의 내부에는 캐비티(cavity)가 형성되어 있으며, 상기 클램핑 구조체는 상기 캐비티를 덮도록 마련되는 캐비티 커버(cavity cover)와 상기 캐비티 커버를 관통하도록 마련되어 상기 캔틸레버 빔의 일측을 고정시키는 것으로 외면에는 수나사가 형성된 클램핑 볼트를 포함하고, 상기 탄성부재는 상기 캐비티의 바닥면과 상기 캐비티 커버 사이에 마련될 수 있다. 여기서, 상기 캐비티의 바닥면과 상기 캐비티 커버 사이의 간격에 따라 상기 클램핑 구조체의 공진 주파수가 조절될 수 있다.
상기 클램핑 볼트의 일단과 상기 캐비티의 바닥면 사이에는 상기 베이스에 대해 상기 클램핑 구조체가 움직일 수 있는 공간인 갭(gap)이 형성될 수 있다. 상기 클램핑 구조체는 상기 클램핑 볼트와 결합하여 상기 캔틸레버 빔의 일측을 고정하는 클램핑 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 에너지 하베스터는 압전(piezoelectric) 에너지 하베스터가 될 수 있다. 이 경우, 상기 에너지 하베스터는 상기 캔틸레버 빔 상에 마련되는 압전체를 더 포함할 수 있다.
상기 에너지 하베스터는 정전(electrostatic) 에너지 하베스터가 될 수 있다. 이 경우, 상기 질량체는 일렉트릿(electret)을 포함하고, 상기 에너지 하베스터는 상기 질량체와 이격되게 마련되는 도전체(conductor)를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 질량체가 도전체를 포함하고, 상기 에너지 하베스터는 상기 질량체와 이격되게 마련되는 일렉트릿을 더 포함할 수도 있다.
상기 에너지 하베스터는 전기역학(electrodynamic) 에너지 하베스터가 될 수 있다. 이 경우, 상기 질량체는 자석을 포함하고, 상기 에너지 하베스터는 상기 질량체와 이격되게 마련되는 코일(coil)을 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
전술한 에너지 하베스터를 제작하는 방법에 있어서,
상기 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수 및/또는 상기 클램핑 구조체는 제2 공진 주파수를 조절하여 상기 제1 및 제2 공진 주파수들을 서로 동일하게 하거나 서로 인접하게 하는 에너지 하베스터의 제작방법이 제공된다.
상기 질량체의 무게에 따라 상기 제1 공진주파수가 조절될 수 있으며, 상기 클램핑 구조체와 상기 베이스 사이의 간격에 따라 상기 제2 공진주파수가 조절될 수 있다.
실시예에 따른 에너지 하베스터는 2 자유도(two degree of freedom)의 진동계(vibration system)를 이용함으로써 넓은 대역폭을 가지는 주파수 범위에서 에너지를 하베스팅할 수 있다. 즉, 에너지 하베스터는 캔틸레버 구조체에 의한 제1 자유도의 진동과 클램핑 구조체에 의한 제2 자유도의 진동을 이용하고, 캔틸레버 구조체의 공진 주파수를 클램핑 구조체의 공진주파수와 비슷하도록 조절함으로써 넓은 대역폭을 가지는 주파수 범위에서 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 하베스팅할 수 있다. 이러한 에너지 하베스터는 예를 들면, 모바일 IT 기기의 전원이나 WSN(Wireless Sensor Networks) 시스템의 전원으로 이용될 수 있으며, 이외에도 일정한 주파수 범위를 가지는 진동 센서로 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 Mass-Spring Model을 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 에너지 하베스터에서, 질량체의 무게에 따른 캔틸레버 구조체의 제1 공진주파수(A) 및 클램핑 구조체의 제2 공진주파수(B)를 도시한 것이다.
도 3은 종래 캔틸레버 구조의 에너지 하베스터의 주파수에 따른 발전량 및 도 1에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 주파수에 따른 발전량을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ'선을 따라 본 단면도이다.
도 6은 도 5의 C 부분을 확대한 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ'선을 따라 본 단면도이다.
도 9는 <실험예 1>에 사용된 캔틸레버 빔을 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 캔틸레버 빔을 사용하여 제작된 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터에서, 질량체의 무게에 따라 캔틸레버 구조체의 제1 공진주파수(A') 및 클램핑 구조체의 제2 공진주파수(B')를 도시한 것이다.
도 11a는 도 9에 도시된 캔틸레버 빔을 사용하여 제작된 종래 캔틸레버 구조의 에너지 하베스터의 주파수에 따른 발전량을 도시한 그래프이다.
도 11b는 도 9에 도시된 캔틸레버 빔을 사용하여 제작된 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 주파수에 따른 발전량을 도시한 그래프이다.
도 12는 <실험예 2>에 사용된 캔틸레버 빔을 도시한 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시된 캔틸레버 빔을 사용하여 제작된 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터에서, 질량체의 무게에 따라 캔틸레버 구조체의 제1 공진주파수(A“) 및 클램핑 구조체의 제2 공진주파수(B”)를 도시한 것이다.
도 14a는 도 12에 도시된 캔틸레버 빔을 사용하여 제작된 종래 캔틸레버 구조의 에너지 하베스터의 주파수에 따른 발전량을 도시한 그래프이다.
도 14b는 도 12에 도시된 캔틸레버 빔을 사용한 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 주파수에 따른 발전량을 도시한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 정전 에너지 하베스터를 개략적으로 도시한 것이다.
도 16은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 전기역학 에너지 하베스터를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 Mass-Spring Model을 도시한 것이다. 도 1에 도시된 에너지 하베스터는 주변 환경에서 발생되는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 하베스팅하는 소자로서, 예를 들면, 압전 에너지 하베스터, 정전 에너지 하베스터 또는 전기역학 에너지 하베스터 등을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 에너지 하베스터는 베이스(10)와, 상기 베이스(10) 상에 마련되는 클램핑 구조체(clamping structure,30)와, 상기 클램핑 구조체(30)에 고정되는 캔틸레버 구조체(cantilever structure,20)를 포함한다. 여기서, 베이스(10)와 클램핑 구조체(30) 사이에는 탄성 부재(50)가 마련되어 있다.
상기 캔틸레버 구조체(20)는 클램핑 구조체(30)에 그 일측이 고정되고 타측은 탄성적으로 휘어질 수 있는 캔틸레버 빔(cantilever beam,22)과 상기 캔틸레버 빔(22) 상에 마련되는 질량체(mass body,25)를 포함할 수 있다. 캔틸레버 빔(22)은 외부의 힘에 의해 탄성적으로 휘어질 수 있는 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 캔틸레버 빔(22)은 SUS(Steel Use Stainless), Cu, FR4, Brass, Fe 및 W으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 질량체(25)는 예를 들면 캔틸레버 구조체(20)의 단부에 마련될 수 있다. 에너지 하베스터에 진동이 가해지는 경우 질량체(25)가 상하로 움직이게 되고, 이에 따라 캔틸레버 빔(22)의 타측이 탄성적으로 휘어지게 된다.
캔틸레버 구조체(20)는 캔틸레버 빔(22)이 탄성적으로 휘어짐으로써 발생되는 변형에 의해 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 역할을 한다. 구체적인 예로서, 압전(piezoeletric) 효과를 이용한 압전 에너지 하베스터에서는 캔틸레버 빔(22) 상에 압전체(미도시)가 마련되어 있으며, 캔틸레버 빔(22)의 휘어짐에 따라 발생되는 압전체의 변형에 의해 진동 에너지가 전기 에너지로 변환될 수 있다. 그리고, 정전(electrostatic) 효과를 이용한 정전 에너지 하베스터에서는 도체(미도시)이 일렉트릿(electret)으로 이루어진 질량체(25)와 이격되게 마련되어 있으며, 질량체(25)가 움직임에 따라 발생되는 질량체(25)와 도체 사이의 간격 변화에 의해 진동 에너지가 전기 에너지로 변환될 수 있다. 여기서, 일렉트릿은 반영구적 분극(polarization)을 가진 물질을 말한다. 또한, 전기역학(electrodynamic) 효과를 이용한 전기역학 에너지 하베스터에서는 코일(미도시)이 자석으로 이루어진 질량체(25)와 이격되게 마련되어 있으며, 질량체(25)가 움직임에 따라 코일 내에 발생되는 자기장의 변화에 의해 진동 에너지가 전기 에너지로 변환될 수 있다.
상기 캔틸레버 구조체(20)의 일측을 고정하는 클램핑 구조체(30)는 베이스(10)에 이격되게 마련되어 있으며, 클램핑 구조체(30)와 베이스(10) 사이에는 탄성 부재(50)가 마련되어 있다. 에너지 하베스터에 진동이 가해지는 경우 상기 탄성 부재(50)는 클램핑 구조체(30)를 베이스(10)에 대해 위아래로 탄성적으로 움직이게 하는 역할을 한다.
상기와 같은 구조의 에너지 하베스터는 2 자유도(two degree of freedom)의 진동계(vibration system)를 이용함으로써 넓은 대역폭을 가지는 주파수 범위에서 에너지를 하베스팅할 수 있다. 구체적으로, 상기 에너지 하베스터는 캔틸레버 구조체(20)에 의한 제1 자유도(first degree of freedom)의 진동과 클램핑 구조체(30)에 의한 제2 자유도(second degree of freedom)의 진동을 이용함으로써 넓은 대역폭을 가지는 주파수 범위에서 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 하베스팅할 수 있다. 구체적으로, 외부로부터 상기 에너지 하베스터에 진동이 가해지게 되면 상기 캔틸레버 구조체(20)는 제1 공진 주파수로 진동하게 되고, 상기 클램핑 구조체(30)는 제2 공진 주파수로 진동하게 된다. 여기서, 공진 주파수(resonant frequency)라 함은 진동에 의해 물체가 갖는 고유한 진동수(natural frequency)를 말한다. 후술하는 바와 같이 제1 및/또는 제2 공진 주파수를 조절하여 제1 및 제2 공진 주파수를 서로 동일하게 하거나 또는 서로 인접하게 조절하면 상기 에너지 하베스터는 넓은 대역폭을 가지는 주파수 범위에서 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 하베스팅할 수 있다. 한 실시예에서는, 제1 및 제2 공진주파수가 서로 동일하거나 또는 인접한 경우, 제1 공진주파수와 제2 공진 주파수의 차이가 5Hz 이하가 될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 공진주파수와 제2 공진 주파수의 차이가 2Hz 이하가 될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 에너지 하베스터에서, 질량체(25)의 무게에 따른 캔틸레버 구조체(20)의 제1 공진 주파수(A) 및 클램핑 구조체(30)의 제2 공진 주파수(B)를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 질량체(25)의 무게가 증가함에 따라 캔틸레버 구조체(20)의 제1 공진 주파수(A)는 감소하게 된다. 그리고, 클램핑 구조체(30)의 제2 공진 주파수(B)는 클램핑 구조체(30)의 무게, 탄성 부재(50)의 탄성 계수, 클램핑 구조체(30)와 베이스(10) 사이의 간격 등에 의해 조절될 수 있으며, 질량체(25)의 무게에 따라 변화되지는 않는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 클램핑 구조체(30)의 제2 공진 주파수(B)를 Fr로 고정한 상태에서 질량체(25)의 무게를 변화시킴으로써 캔틸레버 구조체(20)의 제1 공진 주파수(A)를 클램핑 구조체(30)의 제2 공진 주파수(B)와 동일하게 하거나 또는 제2 공진 주파수(B)와 인접하도록 조절하게 되면 도 1에 도시된 에너지 하베스터는 도 3에 도시된 바와 같이 넓은 대역폭을 가지는 주파수 범위에서 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 하베스팅할 수 있다.
도 3은 종래 캔틸레버 구조의 에너지 하베스터의 주파수에 따른 발전량(P1) 및 도 1에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 주파수에 따른 발전량(P2)을 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 캔틸레버 구조체만을 포함하고 있는 종래 캔틸레버 구조의 에너지 하베스터는 매우 좁은 대역폭을 가지는 공진 주파수 Fr 에서만 진동에너지를 하베스팅할 수 있다. 그러나, 도 1에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터는 도 2에 도시된 바와 같이 캔틸레버 구조체(20)의 제1 공진 주파수(A)와 클램핑 구조체(30)의 제2 공진 주파수(B)를 Fr과 동일하게 조절하게 되면 Fr을 포함하는 넓은 대역폭을 가지는 주파수 범위에서 진동에너지를 하베스팅할 수 있다. 이러한 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터는 예를 들면, 모바일 IT 기기의 전원이나 WSN(Wireless Sensor Networks) 시스템의 전원(power source)으로 이용될 수 있으며, 이외에 일정한 주파수 범위를 가지는 진동 센서로 이용될 수도 있다.
이하에서는 도 1에 도시된 에너지 하베스터의 구체적인 구현예들로서, 압전 에너지 하베스터, 정전 에너지 하베스터 및 전기역학 에너지 하베스터에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터(100)를 도시한 사시도이다. 그리고, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ'선을 따라 본 단면도이고, 도 6은 도 5의 C 부분을 확대한 도시한 것이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 압전 에너지 하베스터(100)는 베이스(110)와, 상기 베이스(110)에 의해 지지되는 클램핑 구조체와, 상기 클램핑 구조체에 의해 그 일측이 고정되는 캔틸레버 구조체와, 상기 캔틸레버 구조체 상에 마련되는 압전체(piezoelectric material,127)를 포함한다. 캔틸레버 구조체는 클램핑 구조체의 의해 그 일측이 고정되며 타측은 탄성적으로 휘어질 수 있는 캔틸레버 빔(122)과, 상기 캔틸레버 빔(122) 상에 마련되는 질량체(125)를 포함한다. 여기서, 상기 캔틸레버 빔(122)은 예를 들면, SUS, Cu, FR4, Brass, Fe 및 W으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 상기 질량체(125)는 캔틸레버 빔(122)의 단부에 마련될 수 있다.
상기 압전체(127)는 캔틸레버 빔(122) 상에 마련될 수 있다. 압전체(127)는 변형에 의해 전기 에너지를 발생시키는 물질로서, 예를 들면 PZT, ZnO, SnO, PVDF(polyvinylidene fluoride) 또는 P(VDF-TrEE)(poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene)) 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 상기 압전체(127)는 다른 다양한 물질을 포함할 수 있다. 한편, 도면에는 압전체(127)가 캔틸레버 빔(122)의 상면에 마련되는 경우가 예시적으로 도시되어 있지만, 상기 압전체(127)는 캔틸레버 빔(122)의 하면에 마련되거나 또는 캔틸레버 빔(122)의 상면 및 하면에 마련될 수도 있다. 외부의 진동에 의해 질량체(125)가 위아래로 움직이게 되면 캔틸레버 빔(122)의 타측은 탄성적으로 휘어지게 되고, 이에 따라 캔틸레버 빔(122) 상에 마련되는 압전체(127)가 변형됨으로써 전기에너지가 발생된다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 압전체(127)로부터 발생되는 전기 에너지를 출력시키기 위한 전극들이 캔틸레버 빔(122) 상에 더 마련될 수 있다.
상기 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수는 캔틸레버 빔(122)의 재질 및 크기, 질량체(125)의 무게 등에 의해 조절될 수 있다. 따라서, 캔틸레버 빔(122)의 재질 및 크기가 고정된 경우에 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수는 질량체(125)의 무게를 변화시킴으로써 조절될 수 있다.
상기 클램핑 구조체는 베이스(110)를 관통하도록 마련되어 캔틸레버 빔(122)의 일측을 고정시키는 클램핑 볼트(clamping bolt,131)와, 상기 클램핑 볼트(131)의 단부에 끼워지는 클램핑 너트(clamping nut,133)를 포함한다. 여기서, 상기 클램핑 너트(133)는 베이스(110)와 이격되도록 마련되어 있다. 상기 캔틸레버 빔(122)의 일측 상에는 캔틸레버 빔(122)을 보다 효과적으로 고정시키기 위한 클램핑 플레이트(132)가 더 마련될 수 있다. 여기서, 클램핑 볼트(131)가 클램핑 플레이트(132), 캔틸레버 빔(122)의 일측 및 베이스(110)를 관통함으로써 캔틸레버 빔(122)의 일측이 고정될 수 있다. 한편, 클램핑 볼트(131)의 적어도 일측에는 캔틸레버 빔(122)이 회전하는 것을 방지하기 위한 빔 고정부재(135)가 더 마련될 수 있다. 이러한 빔 고정부재(135)는 예를 들면 클램핑 플레이트(132)와 캔틸레버 빔(122)의 일측을 관통하도록 마련될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
클램핑 볼트(131)와 베이스(110)는 나사 체결(screw coupling)에 의해 서로 결합될 수 있다. 즉, 클램핑 볼트(131)의 외면에는 수나사(male screw,131a)가 형성되어 있으며, 베이스(110) 내에는 상기 수나사(131a)에 대응하는 암사나(female screw,110a)가 형성되어 있다. 그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 클램핑 볼트(131)의 수나사(131a)와 상기 베이스(110)의 암나사(110a) 사이에는 클램핑 구조체가 베이스(110)에 대해 위아래로 움직일 수 있는 공간인 갭(gap, G1)이 형성되어 있다.
클램핑 너트(133)는 베이스(110)의 하면으로부터 일정 간격 이격되게 마련되어 있으며, 베이스(110)의 하면과 클램핑 너트(133) 사이에는 탄성 부재(150)가 마련되어 있다. 상기 클램핑 너트(133) 내에는 클램핑 볼트(131)의 수나사(131a)에 대응하는 암나사가 형성되어 있으며, 이러한 클램핑 너트(133)에 의해 베이스(110)와 클램핑 너트(133) 사이의 간격(D1)이 조절될 수 있다. 상기 탄성 부재(150)는 클램핑 구조체를 베이스(110)에 대해 상하로 탄성적으로 움직이게 하는 역할을 한다. 예를 들면, 상기 탄성 부재(150)는 클램핑 볼트(131)를 둘러싸는 압축 코일 스프링이 될 수 있다. 이 경우, 상기 탄성 부재(150)는 클램핑 너트(133)와 베이스(110) 사이의 간격을 넓히는 방향으로 탄성력을 작용시키게 된다. 한편, 상기 탄성 부재(150)는 전술한 압축 코일 스프링 이외에도 다른 다양한 탄성 재질을 포함할 수 있다.
이와 같이, 클램핑 볼트(131)의 수나사(131a)와 베이스(110)의 암나사(110a) 사이에 갭(G1)을 형성하고, 베이스(110)와 클램핑 너트(133) 사이에 탄성 부재(150)를 마련하게 되면, 외부의 진동에 의해 클램핑 구조체는 베이스(110)에 대해 위아래로 탄성적으로 움직이게 된다. 여기서, 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수는 클램핑 구조체의 무게, 탄성 부재(150)의 탄성 계수, 베이스(110)와 클램핑 너트(133) 사이의 간격(D1) 등에 의해 조절될 수 있다. 따라서, 클램핑 구조체의 무게 및 탄성 부재(150)의 탄성 계수가 고정된 경우에는 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수는 베이스(110)와 클램핑 너트(133) 사이의 간격(D1)을 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 예를 들면, 베이스(110)와 클램핑 너트(133) 사이의 간격(D1)을 감소시키면 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수는 증가될 수 있다.
상기와 같은 구조의 압전 에너지 하베스터(100)에서, 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수 및/또는 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수를 조절하여 제1 및 제2 공진 주파수를 서로 동일하게 하거나 또는 서로 인접하게 조절하면 넓은 대역폭을 가지는 주파수 범위에서 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 하베스팅할 수 있다. 한편, 상기 압전 에너지 하베스터(100)는 캔틸레버 구조체와 클램핑 구조체를 덮는 케이스인 하우징(housing,115)을 더 포함할 수 있으며, 이러한 하우징(115)은 베이스(110)에 고정되도록 마련될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터(200)를 도시한 사시도이다. 그리고, 도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ'선을 따라 본 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 압전 에너지 하베스터(200)는 베이스(210)와, 상기 베이스(210)에 의해 지지되는 클램핑 구조체와, 상기 클램핑 구조체에 의해 그 일측이 고정되는 캔틸레버 구조체와, 상기 캔틸레버 구조체 상에 마련되는 압전체(227)를 포함한다. 캔틸레버 구조체는 클램핑 구조체의 의해 그 일측이 고정되며 타측은 탄성적으로 휘어질 수 있는 캔틸레버 빔(222)과, 상기 캔틸레버 빔(222) 상에 마련되는 질량체(225)를 포함한다.
상기 캔틸레버 빔(222)은 예를 들면, SUS, Cu, FR4, Brass, Fe 및 W으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 상기 질량체(225)는 예를 들면, 캔틸레버 빔(222)의 단부에 마련될 수 있다. 그리고, 상기 압전체(227)는 캔틸레버 빔(222) 상에 마련될 수 있다. 상기 압전체는 예를 들면 PZT, ZnO, SnO, PVDF 또는 P(VDF-TrEE) 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도면에는 압전체(227)가 캔틸레버 빔(222)의 상면에 마련되는 경우가 예시적으로 도시되어 있지만, 상기 압전체(227)는 캔틸레버 빔(222)의 하면에 마련되거나 또는 캔틸레버 빔(222)의 상면 및 하면에 마련될 수도 있다. 외부의 진동에 의해 질량체(225)가 위아래로 움직이게 되면 캔틸레버 빔(222)의 타측은 탄성적으로 휘어지게 되고, 이에 따라 캔틸레버 빔(222) 상에 마련되는 압전체(227)가 변형됨으로써 전기에너지가 발생된다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 압전체(227)로부터 발생되는 전기 에너지를 출력시키기 위한 전극들이 캔틸레버 빔(222) 상에 더 마련될 수 있다. 상기한 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수는 캔틸레버 빔(222)의 재질 및 크기, 질량체(225)의 무게 등에 의해 조절될 수 있다. 따라서, 캔틸레버 빔(222)의 재질 및 크기가 고정된 경우 상기 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수는 질량체(225)의 무게를 변화시킴으로써 조절될 수 있다.
상기 베이스(210)의 내부에는 소정 형태의 캐비티(cavity,260)가 형성되어 있으며, 상기 베이스(210)의 상부는 오픈되어 있다. 상기 클램핑 구조체는 캐비티260)를 덮도록 베이스(210)의 상부에 마련되는 캐비티 커버(cavity cover,234)와, 상기 캐비티 커버(234)를 관통하도록 마련되어 캔틸레버 빔(222)의 일측을 고정시키는 클램핑 볼트(231)를 포함한다. 여기서, 캐비티 커버(234)는 캐비티(260)의 바닥면으로부터 일정 간격 이격되게 마련되어 있다. 캔틸레버 빔(222)의 일측 상에는 캔틸레버 빔(222)을 보다 효과적으로 고정시키기 위한 클램핑 플레이트(232)가 더 마련될 수 있다. 여기서, 클램핑 볼트(231)가 클램핑 플레이트(232), 캔틸레버 빔(222)의 일측 및 캐비티 커버(234)를 관통함으로써 캔틸레버 빔(222)의 일측이 고정될 수 있다. 한편, 클램핑 볼트(231)의 적어도 일측에는 캔틸레버 빔(222)의 회전을 방지하기 위한 빔 고정부재(235)가 더 마련될 수 있다. 이러한 빔 고정부재(235)는 예를 들면 클램핑 플레이트(232)와 캔틸레버 빔(222)의 일측을 관통하도록 마련될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
클램핑 볼트(231)와 캐비티 커버(234)는 나사 체결에 의해 서로 결합되어 있다. 즉, 상기 클램핑 볼트(231)의 외면에는 수나사가 형성되어 있으며, 상기 캐비티 커버(234) 내에는 상기 수나사에 대응하는 암사나가 형성되어 있다. 상기 클램핑 볼트(231)의 하단부는 캐비티(260)의 제1 바닥면(260a)으로부터 일정 간격 이격되게 마련될 수 있다. 여기서, 상기 제1 바닥면(260a)은 클램핑 볼트(231)에 대응되는 위치에 형성되어 있다. 이와 같이, 상기 클램핑 볼트(231)의 하단부와 상기 캐비티(260)의 제1 바닥면(260a) 사이에는 클램핑 구조체가 베이스(210)에 대해 위아래로 움직일 수 있는 공간인 갭(gap, G2)이 형성되어 있다. 이러한 갭(G2)의 크기는 클램핑 볼트(231)에 의해 조절될 수 있다.
상기 캐비티 커버(234)는 캐비티(260)의 제2 바닥면(260b)으로부터 일정 간격(D2) 이격되게 마련될 수 있다. 여기서, 상기 제2 바닥면(260b)은 캐비티 커버(234)에 대응되는 위치에 형성되어 있다. 도 8에서는 제2 바닥면(260b)이 제1 바닥면(260a) 보다 높게 형성되는 경우가 예시적으로 도시되어 있지만, 상기 제2 바닥면(260b)은 제1 바닥면(260a)과 동일한 높이로 형성되거나 또는 제1 바닥면(260a) 보다 낮은 높이로 형성될 수도 있다. 이러한 캐티비(260)의 제2 바닥면(260b)과 캐비티 커버(234) 사이에는 탄성부재(250)가 마련되어 있다. 상기 탄성 부재(250)는 클램핑 구조체를 베이스(210)에 대해 탄성적으로 움직이게 하는 역할을 한다. 예를 들면, 상기 탄성 부재(250)는 클램핑 볼트(231)를 둘러싸는 압축 코일 스프링이 될 수 있다. 이 경우, 상기 탄성 부재(250)는 캐비티(260)의 제2 바닥면(260b)과 캐비티 커버(234) 사이의 간격을 넓히는 방향으로 탄성력이 작용하게 된다. 한편, 상기 탄성 부재(250)는 전술한 압축 코일 스프링 이외에도 다른 다양한 탄성 재질을 포함할 수 있다.
이와 같이, 클램핑 볼트(231)의 하단부와 캐비티(260)의 제1 바닥면(260a) 사이에 갭(G2)을 형성하고, 캐비티 커버(234)와 캐비티(260)의 제2 바닥면(260b) 사이에 탄성 부재(250)를 마련하게 되면, 외부의 진동에 의해 상기 클램핑 구조체는 베이스(210)에 대해 위아래로 탄성적으로 움직이게 된다. 여기서, 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수는 클램핑 구조체의 무게, 탄성 부재(250)의 탄성 계수, 캐비티 커버(234)와 캐비티(260)의 제2 바닥면(260b) 사이의 간격(D2) 등에 의해 조절될 수 있다. 따라서, 클램핑 구조체의 무게 및 탄성 부재(250)의 탄성 계수가 고정된 경우에는 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수는 캐비티 커버(234)와 캐비티(260)의 제2 바닥면(260b) 사이의 간격(D2)을 변화시킴으로써 조절될 수 있다.
상기와 같은 구조의 압전 에너지 하베스터(200)에서, 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수 및/또는 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수를 조절하여 제1 및 제2 공진 주파수를 서로 동일하게 하거나 또는 서로 인접하게 조절하면 넓은 대역폭을 가지는 주파수 범위에서 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 하베스팅할 수 있다. 한편, 상기 압전 에너지 하베스터(200)는 캔틸레버 구조체와 클램핑 구조체를 덮는 케이스인 하우징(215)을 더 포함할 수 있으며, 이러한 하우징(215)은 베이스(210)에 고정되도록 마련될 수 있다.
<실험예 1>
도 9에는 본 실험예 1에 사용되는 캔틸레버 빔(122')이 도시되어 있다. 도 9를 참조하면, 캔틸레버 빔(122')은 일자형의 띠 형상을 가지고 있다. 이러한 캔틸레버 빔(122')의 일단부는 클램핑 구조체에 의해 클램핑되어 있으며, 그 타단부에는 질량체가 마련될 수 있다. 그리고, 상기 캔틸레버 빔(122')의 상면 및 하면 상에는 각각 압전체(125')가 마련되어 있다. 상기 캔틸레버 빔(122')은 SUS로 이루어져 있으며, 상기 압전체(125')는 PZT로 이루어져 있다. 도 9에 도시된 크기들의 단위는 mm이며, 캔틸레버 빔(122') 및 압전체(125')의 두께는 0.3mm이다.
도 10은 도 9에 도시된 캔틸레버 빔(122')을 사용하여 제작된 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터에서, 질량체의 무게에 따라 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수(A') 및 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수(B')를 도시한 것이다. 여기서, 클램핑 구조체는 도 4에 도시된 클램핑 구조체와 동일한 것을 사용하였다. 도 10을 참조하면, 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수(A')는 질량체의 무게가 증가함에 따라 감소함을 알 수 있다. 그리고, 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수(B')는 질량체의 무게가 변화하여도 일정함을 알 수 있다. 도 10에서 질량체의 무게를 변화시킴으로써 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수(A')를 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수(B')와 동일하게 하거나 또는 인접하게 하면 후술하는 바와 같이, 넓은 대역폭을 가지는 주파수 범위에서 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 하베스팅할 수 있는 압전 에너지 하베스터를 구현할 수 있다.
도 11a는 도 9에 도시된 캔틸레버 빔(122')을 사용하여 제작된 종래 캔틸레버 구조의 압전 에너지 하베스터의 주파수에 따른 발전량을 도시한 그래프이다. 그리고, 도 11b는 도 9에 도시된 캔틸레버 빔(122')을 사용하여 제작된 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터의 주파수에 따른 발전량을 도시한 그래프이다. 여기서, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터는 도 10에 도시된 바와 같이 질량체의 무게를 변화시켜 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수(A')를 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수(B')와 거의 동일하게 한 경우를 말한다. 구체적으로, 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수(B')는 대략 56Hz로 하였으며, 질량체의 무게를 0.47g으로 하여 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수(A')를 대략 57Hz 정도로 조절하였다. 종래 캔틸레버 구조의 압전 에너지 하베스터는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터의 캔틸레버 구조체와 클램핑 구조체 중 캔틸레버 구조체만을 포함하는 경우를 말한다. 도 11a 및 도 11b에 도시된 R은 출력 파워를 측정하기 위해 마련된 부하(load)의 저항값을 의미한다.
도 11a를 참조하면, 질량체의 무게를 0.47g으로 했을 때 종래 캔틸레버 구조의 압전 에너지 하베스터의 주파수 대역폭(bandwidth)은 대략 0.5Hz 정도가 되었다. 여기서, 주파수 대역폭은 최대 출력 파워의 70%에 해당하는 지점에서의 주파수 범위를 의미한다. 그리고, 도 11b를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터의 주파수 대역폭이 대략 2.5Hz 정도가 되었다. 이와 같이, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터는 종래 캔틸레버 구조의 압전 에너지 하베스터에 비하여 최대 출력은 다소 줄어들었지만 그 주파수 대역폭은 대략 400% 정도 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 동일한 출력 파워에서는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터는 종래 캔틸레버 구조의 압전 에너지 하베스터에 비하여 주파수 폭(frequency width)이 대략 200% 정도 증가하는 것을 알 수 있다.
<실험예 2>
도 12에는 본 실험예 2에 사용되는 캔틸레버 빔(122“)이 도시되어 있다. 도 12를 참조하면, 캔틸레버 빔(122”)은 지그재그(zigzag) 형상을 가지고 있다. 이러한 캔틸레버 빔(122“)의 일단부는 클램핑 구조체에 의해 클램핑되어 있으며, 그 타단부에는 질량체가 마련될 수 있다. 그리고, 상기 캔틸레버 빔(122”)의 상면 상에는 압전체(125“)가 마련되어 있다. 캔틸레버 빔(122”)은 SUS로 이루어져 있으며, 압전체(125“)는 PZT로 이루어져 있다. 도 12에 도시된 크기들의 단위는 mm이며, 캔틸레버 빔(122) 및 압전체(125”)의 두께는 0.3mm이다.
도 13은 도 12에 도시된 캔틸레버 빔(122“)을 사용하여 제작된 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터에서, 질량체의 무게에 따라 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수(A“) 및 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수(B”)를 도시한 것이다. 여기서, 클램핑 구조체는 도 4에 도시된 클램핑 구조체와 동일한 것을 사용하였다. 도 13을 참조하면, 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수(A“)는 질량체의 무게가 증가함에 따라 감소함을 알 수 있으며, 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수(B”)는 질량체의 무게가 변화하여도 일정함을 알 수 있다. 도 13에서 질량체의 무게를 변화시킴으로써 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수(A“)를 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수(B”)와 동일하게 하거나 또는 인접하게 하면 후술하는 바와 같이, 넓은 대역폭을 가지는 주파수 범위에서 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 하베스팅할 수 있는 압전 에너지 하베스터를 구현할 수 있다.
도 14a는 도 12에 도시된 캔틸레버 빔(122“)을 사용하여 제작된 종래 캔틸레버 구조의 압전 에너지 하베스터의 주파수에 따른 발전량을 도시한 그래프이다. 그리고, 도 14b는 도 12에 도시된 캔틸레버 빔(122”)을 사용하여 제작된 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터의 주파수에 따른 발전량을 도시한 그래프이다. 여기서, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터는 도 13에 도시된 바와 같이 질량체의 무게를 변화시켜 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수(A“)를 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수(B”)와 거의 동일하게 한 경우를 말한다. 구체적으로, 클램핑 구조체의 제2 공진 주파수(B“)는 대략 67Hz로 하였으며, 질량체의 무게를 0.94g으로 하여 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수(A”)를 대략 69Hz 정도로 조절하였다. 그리고, 종래 캔틸레버 구조의 압전 에너지 하베스터는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터의 캔틸레버 구조체와 클램핑 구조체 중 캔틸레버 구조체만을 포함하는 경우를 말한다. 도 14a 및 도 14b에 도시된 R은 출력 파워를 측정하기 위해 마련된 부하(load)의 저항값을 의미한다.
도 14a를 참조하면, 질량체의 무게를 0.94g으로 했을 때 종래 캔틸레버 구조의 압전 에너지 하베스터의 주파수 대역폭(bandwidth)은 대략 0.7Hz 정도가 되었다. 그리고, 도 14b를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터의 주파수 대역폭은 대략 5.2Hz 정도가 되었다. 이와 같이, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터는 종래 캔틸레버 구조의 압전 에너지 하베스터에 비하여 최대 출력은 다소 줄어들지만 그 주파수 대역폭은 600% 정도 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 동일한 출력 파워에서는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터는 종래 캔틸레버 구조의 압전 에너지 하베스터에 비하여 주파수 폭이 대략 120% 정도 증가하는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 캔틸레버 빔의 형상을 변화하여 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터는 넓은 대역폭을 가지는 주파수 범위에서 진동 에너지를 하베스팅함을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터는 넓은 대역폭을 가지는 주파수 범위에서 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있고, 이에 따라 주변 환경에서 발생되는 진동 에너지를 보다 효과적으로 하베스팅할 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 정전 에너지 하베스터(300)를 개략적으로 도시한 것이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 15를 참조하면, 정전 에너지 하베스터(300)는 베이스(310)와, 상기 베이스(310)에 의해 지지되는 클램핑 구조체(330)와, 상기 클램핑 구조체(330)에 의해 그 일측이 고정되는 캔틸레버 구조체를 포함한다. 상기 캔틸레버 구조체는 클램핑 구조체(330)의 의해 그 일측이 고정되며 타측은 탄성적으로 휘어질 수 있는 캔틸레버 빔(322)과, 상기 캔틸레버 빔(322) 상에 마련되는 질량체(325)를 포함한다. 여기서, 상기 캔틸레버 빔(322)은 예를 들면, SUS, Cu, FR4, Brass, Fe 및 W으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
상기 질량체(325)는 반영구적인 분극을 가지는 물질인 일렉트릿(electret)을 포함할 수 있다. 이러한 일렉트릿으로 이루어진 질량체(325)는 캔틸레버 빔(322)의 단부에 마련될 수 있다. 상기 정전 에너지 하베스터(300)는 질량체(325)와 이격되도록 마련되는 도전체(conductor,370)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 외부의 진동에 의해 일렉트릿으로 이루어진 질량체(325)가 위아래로 움직이게 되면 질량체(325)와 도전체(370) 사이의 간격이 변화하게 되고, 이에 따라 정전 효과에 따른 전기 에너지가 발생되게 된다. 상기 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수는 캔틸레버 빔(322)의 재질 및 크기, 질량체(325)의 무게 등에 의해 조절될 수 있다.
상기 클램핑 구조체(330)는 캔틸레버 빔(322)의 일측을 고정시키는 것으로, 베이스(310)와 일정한 간격으로 이격되게 마련되어 있다. 그리고, 상기 베이스(310)와 상기 클램핑 구조체(330) 사이에는 탄성 부재(350)가 마련되어 있다. 여기서, 상기 클램핑 구조체(330)는 예를 들면 도 4 내지 도 6에 도시된 클램핑 구조체 또는 도 7 및 도 8에 도시된 클램핑 구조체가 될 수 있다. 상기 클램핑 구조체(330)의 제2 공진 주파수는 클램핑 구조체(330)의 무게, 탄성 부재(350)의 탄성 계수, 베이스(310)와 클램핑 구조체(330) 사이의 간격 등에 의해 조절될 수 있다. 상기 클램핑 구조체(330)에 대해서는 전술한 실시예들에서 상세하게 설명하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기와 같은 구조의 정전 에너지 하베스터(300)에서, 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수 및/또는 클램핑 구조체(330)의 제2 공진 주파수를 조절하여 제1 및 제2 공진 주파수를 서로 동일하게 하거나 또는 서로 인접하게 조절하면 넓은 대역폭을 가지는 주파수 범위에서 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 하베스팅할 수 있다. 한편, 이상에서는 질량체(325)가 일렉트릿을 포함하고, 도전체(370)가 질량체와 이격되도록 마련되는 경우가 설명되었으나, 상기 질량체(325)가 도전성 물질을 포함하고, 일렉트릿이 상기 질량체(325)와 이격되도록 마련되는 경우도 가능하다.
도 16은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 전기역학(electrodynamic) 에너지 하베스터(400)를 개략적으로 도시한 것이다. 이하에서는 전술한 실시예들과 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 16을 참조하면, 전기역학 에너지 하베스터(400)는 베이스(410)와, 상기 베이스(410)에 의해 지지되는 클램핑 구조체(430)와, 상기 클램핑 구조체(430)에 의해 그 일측이 고정되는 캔틸레버 구조체를 포함한다. 상기 캔틸레버 구조체는 클램핑 구조체(430)의 의해 그 일측이 고정되며 타측은 탄성적으로 휘어질 수 있는 캔틸레버 빔(422)과, 상기 캔틸레버 빔(422) 상에 마련되는 질량체(425)를 포함한다. 여기서, 상기 캔틸레버 빔(422)은 예를 들면, SUS, Cu, FR4, Brass, Fe 및 W으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
상기 질량체(425)는 자석을 포함할 수 있다. 이러한 질량체(425)는 캔틸레버 빔(422)의 단부에 마련될 수 있다. 전기역학 에너지 하베스터(400)는 질량체(425)와 이격되도록 마련되는 코일(coil,480)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 외부의 진동에 의해 자석으로 이루어진 질량체(425)가 위아래로 움직이게 되면 코일(480) 내부에 형성되는 자기장의 세기가 변화하게 되고, 이에 따라 전기역학 효과에 의해 상기 코일(480)에는 전기에너지가 발생된다. 상기 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수는 캔틸레버 빔(422)의 재질 및 크기, 질량체(425)의 무게 등에 의해 조절될 수 있다.
상기 클램핑 구조체(430)는 캔틸레버 빔(422)의 일측을 고정시키는 것으로, 베이스(410)와 일정한 간격으로 이격되게 마련되어 있다. 그리고, 상기 베이스(410)와 상기 클램핑 구조체(430) 사이에는 탄성 부재(450)가 마련되어 있다. 여기서, 상기 클램핑 구조체(430)는 예를 들면 도 4 내지 도 6에 도시된 클램핑 구조체 또는 도 7 및 도 8에 도시된 클램핑 구조체가 될 수 있다. 상기 클램핑 구조체(430)의 제2 공진 주파수는 클램핑 구조체(430)의 무게, 탄성 부재(450)의 탄성 계수, 베이스(410)와 클램핑 구조체(430) 사이의 간격 등에 의해 조절될 수 있다. 상기 클램핑 구조체(430)에 대해서는 전술한 실시예들에서 상세하게 설명하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기와 같은 구조의 전기역학 에너지 하베스터(400)에서, 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수 및/또는 클램핑 구조체(430)의 제2 공진 주파수를 조절하여 제1 및 제2 공진 주파수를 서로 동일하게 하거나 또는 서로 인접하게 조절하면 넓은 대역폭을 가지는 주파수 범위에서 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 하베스팅할 수 있다. 이상에서 예시적인 실시예들을 통하여 기술적 내용을 설명하였으나, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
10,110,210,310,410... 베이스 20... 캔틸레버 구조체
22... 캔틸레버 빔 25,125,225,325,425... 질량체
30... 클램핑 구조체 50... 탄성부재
100,200... 압전 에너지 하베스터 110a... 암나사(female screw)
115,215... 하우징 122,222,322,422... 캔틸레버 빔
127,227... 압전체 131,231... 클램핑 볼트
131a... 수나사(male screw) 132,232... 클램핑 플레이트
133... 클램핑 너트 135,235... 빔 고정부재
150,250... 탄성부재 234... 캐비티 커버
260... 캐비티 300... 정전 에너지 하베스터
370... 도체 480.. 코일

Claims (20)

  1. 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 하베스팅하는 에너지 하베스터에 있어서,
    베이스(base);
    상기 베이스에 의해 지지되는 것으로, 상기 베이스와 이격되게 마련되는 클램핑 구조체(clamping structure);
    상기 베이스와 상기 클램핑 구조체 사이에 마련되어 상기 클램핑 구조체를 상기 베이스에 대해 탄성적으로 움직이게 하는 탄성 부재(elastic member); 및
    상기 클램핑 구조체에 일측이 고정되며 타측은 탄성적으로 휘어질 수 있는 캔틸레버 빔(cantilever beam)과, 상기 캔틸레버 빔 상에 마련되는 질량체(mass body)를 포함하는 캔틸레버 구조체(cantilever structure);를 포함하고,
    상기 클램핑 구조체는 상기 베이스를 관통하도록 마련되어 상기 캔틸레버 빔의 일측을 고정시키는 것으로 외면에는 수나사(male screw)가 형성된 클램핑 볼트(clamping bolt)와 상기 클램핑 볼트의 단부에 끼워지는 것으로 상기 베이스와 이격되도록 마련되는 클램핑 너트(clamping nut)를 포함하며, 상기 탄성 부재는 상기 베이스와 상기 클램핑 너트 사이에 마련되며,
    상기 베이스에는 상기 클램핑 볼트의 수나사에 대응하는 암나사(female secrew)가 관통 형성되어 있으며, 상기 클램핑 볼트의 수나사와 상기 베이스의 암나사 사이에는 상기 베이스에 대해 상기 클램핑 구조체가 움직일 수 있는 공간인 갭(gap)이 형성되어 있는 에너지 하베스터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캔틸레버 구조체는 제1 공진 주파수를 가지며, 상기 클램핑 구조체는 제2 공진 주파수를 가지는 에너지 하베스터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 공진 주파수는 상기 제2 공진 주파수와 동일하거나 또는 상기 제2 공진 주파수와 인접한 에너지 하베스터.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스와 상기 클램핑 너트 사이의 간격에 따라 상기 클램핑 구조체의 공진 주파수가 조절되는 에너지 하베스터.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 클램핑 구조체는 상기 클램핑 볼트와 결합하여 상기 캔틸레버 빔의 일측을 고정하는 클램핑 플레이트(clamping plate)를 더 포함하는 에너지 하베스터.
  8. 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 하베스팅하는 에너지 하베스터에 있어서,
    베이스;
    상기 베이스에 의해 지지되는 것으로, 상기 베이스와 이격되게 마련되는 클램핑 구조체;
    상기 베이스와 상기 클램핑 구조체 사이에 마련되어 상기 클램핑 구조체를 상기 베이스에 대해 탄성적으로 움직이게 하는 탄성 부재; 및
    상기 클램핑 구조체에 일측이 고정되며 타측은 탄성적으로 휘어질 수 있는 캔틸레버 빔과, 상기 캔틸레버 빔 상에 마련되는 질량체를 포함하는 캔틸레버 구조체;를 포함하고,
    상기 베이스의 내부에는 캐비티(cavity)가 형성되어 있으며, 상기 클램핑 구조체는 상기 캐비티를 덮도록 마련되는 캐비티 커버(cavity cover)와 상기 캐비티 커버를 관통하도록 마련되어 상기 캔틸레버 빔의 일측을 고정시키는 것으로 외면에는 수나사가 형성된 클램핑 볼트를 포함하고, 상기 탄성부재는 상기 캐비티의 바닥면과 상기 캐비티 커버 사이에 마련되는 에너지 하베스터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 캐비티의 바닥면과 상기 캐비티 커버 사이의 간격에 따라 상기 클램핑 구조체의 공진 주파수가 조절되는 에너지 하베스터.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 클램핑 볼트의 일단과 상기 캐비티의 바닥면 사이에는 상기 베이스에 대해 상기 클램핑 구조체가 움직일 수 있는 공간인 갭(gap)이 형성되어 있는 에너지 하베스터.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 클램핑 구조체는 상기 클램핑 볼트와 결합하여 상기 캔틸레버 빔의 일측을 고정하는 클램핑 플레이트를 더 포함하는 에너지 하베스터.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 하베스터는 압전(piezoelectric) 에너지 하베스터인 에너지 하베스터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 캔틸레버 빔 상에 마련되는 압전체를 더 포함하는 에너지 하베스터.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 하베스터는 정전(electrostatic) 에너지 하베스터인 에너지 하베스터.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 질량체는 일렉트릿(electret)을 포함하고, 상기 에너지 하베스터는 상기 질량체와 이격되게 마련되는 도전체(conductor)를 더 포함하는 에너지 하베스터.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 질량체는 도전체를 포함하고, 상기 에너지 하베스터는 상기 질량체와 이격되게 마련되는 일렉트릿을 더 포함하는 에너지 하베스터.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 하베스터는 전기역학(electrodynamic) 에너지 하베스터인 에너지 하베스터.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 질량체는 자석을 포함하고, 상기 에너지 하베스터는 상기 질량체와 이격되게 마련되는 코일(coil)을 더 포함하는 에너지 하베스터.
  19. 제 1 항에 기재된 에너지 하베스터를 제작하는 방법에 있어서,
    상기 캔틸레버 구조체의 제1 공진 주파수 및/또는 상기 클램핑 구조체는 제2 공진 주파수를 조절하여 상기 제1 및 제2 공진 주파수들을 서로 동일하게 하거나 서로 인접하게 하는 에너지 하베스터의 제작방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 질량체의 무게에 따라 상기 제1 공진주파수가 조절될 수 있으며, 상기 클램핑 구조체와 상기 베이스 사이의 간격에 따라 상기 제2 공진주파수가 조절될 수 있는 에너지 하베스터의 제작방법.
KR1020150002856A 2015-01-05 2015-01-08 에너지 하베스터 KR102374117B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/589,182 2015-01-05
US14/589,182 US9786832B2 (en) 2015-01-05 2015-01-05 Energy harvester

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160084269A KR20160084269A (ko) 2016-07-13
KR102374117B1 true KR102374117B1 (ko) 2022-03-14

Family

ID=56286951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150002856A KR102374117B1 (ko) 2015-01-05 2015-01-08 에너지 하베스터

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9786832B2 (ko)
KR (1) KR102374117B1 (ko)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014141557A1 (ja) * 2013-03-13 2014-09-18 東海ゴム工業株式会社 発電装置
US10050565B2 (en) * 2014-09-01 2018-08-14 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Piezoelectric energy harvester and wireless switch including the same
CN104811090B (zh) * 2015-03-30 2017-08-29 南方科技大学 一种静电式能量采集器及静电式能量采集方法
US10447135B2 (en) * 2015-09-28 2019-10-15 The Curators Of The University Of Missouri Device for generating electrical power from low frequency oscillations
JP6746901B2 (ja) * 2015-11-20 2020-08-26 株式会社リコー 発電装置
KR20180054032A (ko) * 2016-11-14 2018-05-24 한국세라믹기술원 대역폭이 향상된 압전소자를 구비한 에너지 하베스터
RU178056U1 (ru) * 2016-12-07 2018-03-21 ООО "Лаборатория Кьюмодуль" Преобразователь энергии вибраций
KR101969580B1 (ko) 2017-03-31 2019-04-17 (주)센불 주파수 변경이 가능한 에너지 하베스터
US10734922B2 (en) * 2017-04-05 2020-08-04 Tri-Force Management Corporation Power generating element and power generating device
US11482202B2 (en) * 2017-05-24 2022-10-25 Halliburton Energy Services, Inc. Acoustic noise reduction and energy generation barrier
KR102000609B1 (ko) 2018-03-15 2019-07-16 인하대학교 산학협력단 환자 출입 무선 모니터링 시스템을 위한 전기에너지 수집 장치
CN108551273A (zh) * 2018-04-28 2018-09-18 忻州师范学院 一种悬臂梁式电磁—摩擦—压电复合振动能量采集器
CN108776280B (zh) * 2018-07-11 2020-06-09 哈尔滨工业大学 一种基于自参数动力吸振器的压电能收集器测试装置
CN109067245A (zh) * 2018-08-22 2018-12-21 延安大学 一种环境振动能量收集与存储系统的装置
CN109194086B (zh) * 2018-09-19 2019-12-27 大连理工大学 一种非线性磁机耦合的复合式俘能器
US11283003B2 (en) * 2019-04-08 2022-03-22 Ramin Sadr Green energy harvesting methods for novel class of batteries and power supplies
EP3745584B1 (de) * 2019-05-27 2022-02-09 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Kinetischer energy harvester mit einstellbarer eigenfrequenz
US11677269B2 (en) * 2019-11-12 2023-06-13 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Systems and methods for harvesting vibration energy using a hybrid device
US11508900B2 (en) 2019-11-26 2022-11-22 The Chinese University Of Hong Kong Human joint energy harvesting apparatus and wearable electronic device comprising the same
CN111209658B (zh) * 2019-12-30 2021-10-22 浙江大学 一种路面压电俘能系统的优化方法
CN111558161B (zh) * 2019-12-31 2022-05-03 未来穿戴技术有限公司 颈部按摩仪
EP3892325B1 (fr) * 2020-04-09 2022-03-16 Cairdac Implant cardiaque autonome de type capsule leadless, comprenant un récupérateur d'énergie à lame piézoélectrique
KR102349783B1 (ko) 2020-04-09 2022-01-12 한국과학기술연구원 적응형 클램프를 이용한 자기공진 조절 에너지 하베스터 및 그 작동방법
KR102285548B1 (ko) * 2020-10-30 2021-08-04 김동완 압전 에너지 하베스팅 장치
CN113890300B (zh) * 2021-09-13 2023-06-16 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 基于非对称-双平面弹簧的宽范围振动能量收集器

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101053256B1 (ko) * 2009-10-12 2011-08-01 서울대학교산학협력단 에너지 하베스터

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10221420A1 (de) * 2002-05-14 2003-12-11 Enocean Gmbh Vorrichtung zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie
US6933660B2 (en) * 2002-06-06 2005-08-23 Caterpillar Inc Piezoelectric bender with increased activating force, and valve using same
US6858970B2 (en) 2002-10-21 2005-02-22 The Boeing Company Multi-frequency piezoelectric energy harvester
DE102005000996A1 (de) * 2005-01-07 2006-07-20 Continental Teves Ag & Co. Ohg Reifenmodul sowie Luftreifen mit Reifenmodul
FR2897486B1 (fr) 2006-02-13 2011-07-22 Commissariat Energie Atomique Systeme de conversion d'energie a distance d'entrefer variable et procede de recuperation d'energie
US7667375B2 (en) 2006-04-06 2010-02-23 Lockheed Martin Corporation Broad band energy harvesting system and related methods
US20080074002A1 (en) 2006-09-26 2008-03-27 Shashank Priya Piezoelectric energy harvester
US8222754B1 (en) * 2008-05-28 2012-07-17 Arjae Spectral Enterprises Ltd. Vibration-based power generator
US7821183B2 (en) 2008-06-19 2010-10-26 Omnitek Partners Llc Electrical generators for low-frequency and time-varying rocking and rotary motion
MY162273A (en) * 2008-09-29 2017-05-31 Mimos Berhad A device for maximum detection of vibrating energy for harvesting energy
US9054294B2 (en) * 2011-10-06 2015-06-09 Texas Instruments Incorporated Soft mechanical stops to limit over-travel of proof masses in cantilevered piezoelectric devices
KR101432162B1 (ko) 2012-03-12 2014-08-20 한국세라믹기술원 압전을 이용한 해양용 하이브리드 하베스팅 장치
EP2802069B1 (de) * 2013-05-08 2016-11-30 Karlsruher Institut für Technologie Nichtresonanter thermomechanischer Energiewandler
KR101500359B1 (ko) * 2013-07-02 2015-03-10 현대자동차 주식회사 압전 발전기
JP6349909B2 (ja) * 2014-04-23 2018-07-04 ミツミ電機株式会社 発電装置
TWI562529B (en) * 2015-03-31 2016-12-11 Univ Nat Cheng Kung Piezoelectric energy harvester
US10463864B2 (en) * 2015-09-15 2019-11-05 The Regents Of The University Of Michigan Energy harvesting for leadless pacemakers
US10625086B2 (en) * 2015-09-23 2020-04-21 California Institute Of Technology Systems, devices, and methods for electric power generation from vocal folds vibrations

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101053256B1 (ko) * 2009-10-12 2011-08-01 서울대학교산학협력단 에너지 하베스터

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AUTOMATED TUNING OF A PIEZOELECTRIC POWER HARVESTING CANTILEVER BEAM VIA THE APPLICATION OF AN AXIAL LOAD, Kenneth See Jin Tam, Bachelor of Engineering, Ryerson University, 2011 (2013.01.01. 공개)*
Enhancement of energy harvesting performance for a piezoelectric cantilever using a spring mass suspension, Chuan Li 외3, JOURNAL OF VIBROENGINEERING. FEBRUARY 2014 (2014.02.15. 공개)*

Also Published As

Publication number Publication date
US9786832B2 (en) 2017-10-10
US20160197261A1 (en) 2016-07-07
KR20160084269A (ko) 2016-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102374117B1 (ko) 에너지 하베스터
JP5457442B2 (ja) 圧電素子の共振周波数の調整方法
WO2018101017A1 (ja) 振動発電素子
KR101370786B1 (ko) 정전유도형 발전 장치
US8093784B2 (en) Piezoelectric power generating element, and method of generating electric power using the piezoelectric power generating element
US8779651B2 (en) Optimized device for converting mechanical energy into electrical energy
US9475094B2 (en) Vibration generating apparatus
KR20110026644A (ko) 압전 에너지 하베스트 소자 및 그 제조 방법
US9893655B2 (en) Piezoelectric power generation apparatus
KR20200025111A (ko) 넓은 동작 주파수 범위를 갖는 자가 공진 조절 압전 에너지 하베스터
US11837977B2 (en) Self-resonance tuning piezoelectric energy with broadband frequency
WO2011089803A1 (ja) 圧電発電素子、圧電発電装置及び圧電発電素子の製造方法
KR101332006B1 (ko) 전방향 진동 기반 에너지 하베스터
JP4826660B2 (ja) 圧電発電装置
KR101588713B1 (ko) 양방향 압축하중을 이용한 에너지 수확장치 및 자가발전 무선 센서 모듈
KR101751131B1 (ko) 압전 에너지 하베스터
KR101354158B1 (ko) 진동형 전자기식 에너지 하베스터
JP6418898B2 (ja) 圧電発電装置
KR101652815B1 (ko) 캔틸레버 및 이를 이용한 에너지 하베스터
KR101793225B1 (ko) 곡면형 압전장치
KR20150060401A (ko) 자성유체를 사용한 에너지 하베스트 장치
KR102133651B1 (ko) 전력 케이블을 이용하는 에너지 하베스팅 장치
KR101332008B1 (ko) 에너지 하베스터
KR20130107748A (ko) 크로스형 압전 발전기
KR101406837B1 (ko) 자기력을 이용한 에너지 수확장치 및 에너지 수확방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant