KR102693654B1

KR102693654B1 - Piezolelctric stack structure and mat type power module using the same

Info

Publication number: KR102693654B1
Application number: KR1020220005595A
Authority: KR
Inventors: 정영훈
Original assignee: 한국세라믹기술원
Priority date: 2022-01-14
Filing date: 2022-01-14
Publication date: 2024-08-08
Also published as: KR20230109840A

Abstract

본 발명에 따른 단위 압전 구조체는 전도성 탄성 기재; 중심부에 일정 직경의 공동이 형성되며, 상기 전도성 탄성 기재 상에 적층되는 전도성 필름; 상기 공동 내측에 배치되도록 상기 탄성 기재 상에 적층되는 압전 세라믹; 및 상기 공동의 면적 미만의 면적을 갖도록 형성되어 상기 공동의 가장자리와 일정 거리 이격되는 상태로 상기 압전 세라믹 상에 적층되는 상부 전극을 포함한다.
이러한 단위 압전 구조체를 이용하여, 플렉시블한 소재의 하부판; 상기 하부판 상에 배치되는 단위 압전 구조체; 및 상기 단위 압전 구조체를 덮도록 상기 하부판 상에 적층되는 상부판을 포함하는 압전 발전 모듈을 제작할 수 있다.A unit piezoelectric structure according to the present invention comprises: a conductive elastic substrate; a conductive film formed in the center with a cavity of a predetermined diameter and laminated on the conductive elastic substrate; a piezoelectric ceramic laminated on the elastic substrate so as to be positioned inside the cavity; and an upper electrode formed to have an area less than the area of the cavity and laminated on the piezoelectric ceramic at a predetermined distance from an edge of the cavity.
Using these unit piezoelectric structures, a piezoelectric power generation module can be manufactured, which includes a lower plate made of a flexible material; a unit piezoelectric structure disposed on the lower plate; and an upper plate laminated on the lower plate to cover the unit piezoelectric structure.

Description

PIEZOLELCTRIC STACK STRUCTURE AND MAT TYPE POWER MODULE USING THE SAME

본 발명은 단위 압전 구조체 및 이를 이용한 압전 발전 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단위 압전 구조체를 쉽게 조립하여 압전 발전 모듈을 완성할 수 있는 단위 압전 구조체 및 이를 이용한 압전 발전 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a unit piezoelectric structure and a piezoelectric power generation module using the same, and more specifically, to a unit piezoelectric structure capable of easily assembling unit piezoelectric structures to complete a piezoelectric power generation module, and a piezoelectric power generation module using the same.

압전물질은 기계적 에너지를 전기에너지로 변환시키는 변환매체로서 다양한 응용분야를 갖는다. 현재 무기물 및 유기물을 포함하는 많은 수의 세라믹스 재료가 압전 현상을 일으키는 재료로서 알려져 있다.Piezoelectric materials have a wide range of applications as a conversion medium that converts mechanical energy into electrical energy. Currently, a large number of ceramic materials, including inorganic and organic materials, are known as materials that cause the piezoelectric phenomenon.

압전체는 그 압전체에 가해지는 힘(압력 또는 진동)에 의해 전압을 발생시키며, 그 인가된 힘의 크기에 따라 발생되는 전압을 이용하는 장치를 압전 발전기라 한다.A piezoelectric element generates voltage according to the force (pressure or vibration) applied to it, and a device that uses the voltage generated according to the size of the applied force is called a piezoelectric generator.

이러한 압전 발전기는 현재 그 이용 용도가 계속되어 확장되고 있는 추세이다.The applications of these piezoelectric generators are currently continuously expanding.

압전 발전기의 일 예로, 발판 형태의 압전 발전기 시스템이 있으며, 그 예로, 등록특허 제10-1029297호, 압전 발전기 시스템이 있다. 이 종래 특허는 복수의 압전 발전기용 유니트가 두 장의 탄성 매트 사이에 끼워지는 형태로 구성된다. 이러한 형태의 종래의 압전 발전기 시스템은 사람이 탄성 매트부를 밟으면 압전 발전기 유니트의 압전층에 압력이 가해져서 전기 에너지를 생성한다.As an example of a piezoelectric generator, there is a piezoelectric generator system in the form of a footrest, and an example of this is the piezoelectric generator system in Patent No. 10-1029297. This prior art patent is configured such that a plurality of piezoelectric generator units are sandwiched between two elastic mats. In this type of prior art piezoelectric generator system, when a person steps on the elastic mat, pressure is applied to the piezoelectric layer of the piezoelectric generator unit, thereby generating electrical energy.

상기 종래 특허는 절연기판 상부에 전극기판이 형성되고 그 상부에 단위 압전부가 배치되며, 다수의 단위 압전부 각각의 압전층끼리 병렬 연결을 위해 전선 패턴을 압전층들에 직접 연결하였다. 이러한 상기 종래 특허는 전극 기판이 배치되어야 하고 상기 전극 기판 상에 다수의 단위 압전부를 배열한 후 각각의 압전층끼리 병렬 연결을 위해 상기 전선 패턴을 형성하는 과정으로 제작이 진행되므로 제작이 용이하지 못한 문제가 있다.In the above-mentioned conventional patent, an electrode substrate is formed on an upper portion of an insulating substrate, and unit piezoelectric parts are arranged on the upper portion, and a wire pattern is directly connected to the piezoelectric layers for parallel connection between the piezoelectric layers of each of a plurality of unit piezoelectric parts. This conventional patent has a problem in that it is not easy to manufacture because the manufacturing process proceeds by forming the wire pattern for parallel connection between the piezoelectric layers after arranging a plurality of unit piezoelectric parts on the electrode substrate, which requires the electrode substrate to be arranged.

한편, 상기 종래 특허는 압전층을 보호하기 위해 탄성기판의 상부에 제1 쿠션층을 배치하며, 탄성기판의 하부에 제2 쿠션층을 배치시킨다. 그런데, 이러한 제1 쿠션층 및 제2 쿠션층을 탄성기판의 상부 및 하부에 배치하면 상기 탄성기판의 수축 및 복원되는 효율이 떨어질 수 있다. 즉, 압전층은 탄성기판이 수축 및 복원되는 과정에서 변형되면서 전기 에너지를 형성하므로 상기 탄성기판의 수축 및 복원되는 효율이 중요하다. 그런데 상기 제1 쿠션층 및 상기 제2 쿠션층에 의해 탄성기판 상부 및 하부의 두께가 두꺼워지므로 상기 탄성기판의 변형이 자유롭지 못하게 되는 문제가 있다. Meanwhile, the above-described conventional patent arranges a first cushion layer on the upper part of an elastic substrate to protect the piezoelectric layer, and arranges a second cushion layer on the lower part of the elastic substrate. However, if the first cushion layer and the second cushion layer are arranged on the upper part and the lower part of the elastic substrate, the shrinkage and restoration efficiency of the elastic substrate may decrease. That is, since the piezoelectric layer generates electric energy while being deformed in the process of shrinking and restoring the elastic substrate, the shrinkage and restoration efficiency of the elastic substrate is important. However, since the thickness of the upper part and the lower part of the elastic substrate increases due to the first cushion layer and the second cushion layer, there is a problem in that the elastic substrate cannot be freely deformed.

뿐만 아니라, 상기 제1 쿠션층 및 상기 제2 쿠션층은 고무 또는 우레탄과 같은 소재로 구비되므로 상기 탄성기판으로 가해지는 하중을 상기 제1 쿠션층 및 상기 제2 쿠션층에서 흡수하게 되어 상기 탄성기판의 변형을 위한 하중이 탄성기판으로 전달되는 정도가 낮아지고, 이에 따라 상기 탄성기판의 변형 효율은 더욱 저하되어서 상기 압전체가 효율적으로 변형되지 못하고, 결과적으로 압전 에너지 생성 효율이 저하되는 문제가 있다.In addition, since the first cushion layer and the second cushion layer are made of a material such as rubber or urethane, the load applied to the elastic substrate is absorbed by the first cushion layer and the second cushion layer, so that the degree to which the load for deformation of the elastic substrate is transferred to the elastic substrate is reduced, and accordingly, the deformation efficiency of the elastic substrate is further reduced, so that the piezoelectric body cannot be efficiently deformed, and as a result, there is a problem in that the piezoelectric energy generation efficiency is reduced.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 조립 및 제작이 용이한 단위 압전 구조체 및 이를 이용한 압전 발전 모듈을 제공하는데 있다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a unit piezoelectric structure that is easy to assemble and manufacture and a piezoelectric power generation module using the same.

다른 목적으로는, 대면적 또는 대용량의 압전 발전 모듈을 구성하기에 용이하도록 한 단위 압전 구조체 및 이를 이용한 압전 발전 모듈을 제공하는데 있다.Another purpose is to provide a unit piezoelectric structure and a piezoelectric power generation module using the same, which makes it easy to construct a large-area or large-capacity piezoelectric power generation module.

또 다른 목적으로는, 탄성 기재 및 압전 세라믹의 신축 효율이 증대되어 압전 세라믹의 압전 에너지 생성 효율이 증대될 수 있도록 한 단위 압전 구조체 및 이를 이용한 압전 발전 모듈을 제공하는데 있다.Another purpose is to provide a unit piezoelectric structure and a piezoelectric power generation module using the same, which can increase the elasticity efficiency of an elastic substrate and a piezoelectric ceramic, thereby increasing the piezoelectric energy generation efficiency of the piezoelectric ceramic.

본 발명의 일 실시예에 따른 단위 압전 구조체는 전도성 탄성 기재; 중심부에 일정 직경의 공동이 형성되며, 상기 전도성 탄성 기재 상에 적층되는 전도성 필름; 상기 공동 내측에 배치되도록 상기 탄성 기재 상에 적층되는 압전 세라믹; 및 상기 공동의 면적 미만의 면적을 갖도록 형성되어 상기 공동의 가장자리와 일정 거리 이격되는 상태로 상기 압전 세라믹 상에 적층되는 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.A unit piezoelectric structure according to one embodiment of the present invention is characterized by including: a conductive elastic substrate; a conductive film formed with a cavity of a predetermined diameter in the center thereof and laminated on the conductive elastic substrate; a piezoelectric ceramic laminated on the elastic substrate so as to be positioned inside the cavity; and an upper electrode formed to have an area less than the area of the cavity and laminated on the piezoelectric ceramic at a predetermined distance from an edge of the cavity.

일 실시예에 있어서, 상기 전도성 탄성 기재 및 상기 압전 세라믹 사이에 개재되는 하부 전극을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the device may further include a lower electrode interposed between the conductive elastic substrate and the piezoelectric ceramic.

일 실시예에 있어서, 상기 전도성 필름 및 상기 상부 전극은 동심원 구조를 이룰 수 있다.In one embodiment, the conductive film and the upper electrode may form a concentric structure.

일 실시예에 있어서, 상기 전도성 필름은 상면이 상기 상부 전극의 상면과 동일 평면에 위치할 수 있다.In one embodiment, the conductive film may have an upper surface positioned coplanar with an upper surface of the upper electrode.

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 발전 모듈은 플렉시블한 소재의 하부판; 상기 하부판 상에 배치되는 단위 압전 구조체; 및 상기 단위 압전 구조체를 덮도록 상기 하부판 상에 적층되는 상부판을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 단위 압전 구조체는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 압전 구조체이다.A piezoelectric power generation module according to one embodiment of the present invention is characterized by including a lower plate made of a flexible material; a unit piezoelectric structure disposed on the lower plate; and an upper plate laminated on the lower plate to cover the unit piezoelectric structure. The unit piezoelectric structure is a unit piezoelectric structure according to one embodiment of the present invention.

일 실시예에 있어서, 상기 상부판 및 상기 하부판 중 어느 하나는 상기 단위 압전 구조체의 전도성 필름에 접하는 제1 회로 패턴 및 상기 상부 전극에 접하는 제2 회로 패턴이 형성될 수 있다.In one embodiment, one of the upper plate and the lower plate may be formed with a first circuit pattern in contact with the conductive film of the unit piezoelectric structure and a second circuit pattern in contact with the upper electrode.

일 실시예에 있어서, 상기 상부판 또는 상기 하부판 중 어느 하나는 상기 단위 압전 구조체를 수용하는 하나 이상의 압전 구조체 수용홈을 포함하고, 상기 압전 구조체 수용홈 내에는 상기 단위 압전 구조체의 전도성 필름에 접하는 제1 회로 패턴 및 상기 상부 전극에 접하는 제2 회로 패턴이 형성될 수 있다.In one embodiment, either the upper plate or the lower plate includes one or more piezoelectric structure receiving grooves for receiving the unit piezoelectric structure, and a first circuit pattern in contact with the conductive film of the unit piezoelectric structure and a second circuit pattern in contact with the upper electrode can be formed within the piezoelectric structure receiving grooves.

일 실시예에 있어서, 상기 압전 구조체 수용홈은 복수개가 n ㅧ m개(n 및 m은 2 이상의 정수)의 어레이 배열로 이루어지고, 상기 어레이 배열 각각의 압전 구조체 수용홈 내에는 상기 제1 회로 패턴 및 상기 제2 회로 패턴이 형성되고, 상기 각각의 압전 구조체 수용홈 내의 상기 제1 회로 패턴은 서로 병렬 연결되고, 상기 각각의 압전 구조체 수용홈 내의 상기 제2 회로 패턴은 서로 병렬 연결될 수 있다.In one embodiment, the piezoelectric structure receiving grooves are formed as a plurality of n ㅧ m arrays (n and m are integers greater than or equal to 2), and the first circuit pattern and the second circuit pattern are formed within each piezoelectric structure receiving groove of the array arrangement, and the first circuit patterns within each piezoelectric structure receiving groove can be connected in parallel with each other, and the second circuit patterns within each piezoelectric structure receiving groove can be connected in parallel with each other.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 회로 패턴은 상기 전도성 필름의 평면 형상에 대응하는 도형 형상이고, 상기 제2 회로 패턴은 상기 상부 전극의 평면 형상에 대응하는 도형 형상일 수 있다.In one embodiment, the first circuit pattern may have a geometric shape corresponding to a planar shape of the conductive film, and the second circuit pattern may have a geometric shape corresponding to a planar shape of the upper electrode.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 회로 패턴 및 상기 제2 회로 패턴 각각은 원 형상이고, 상기 제1 회로 패턴의 원 형상 및 상기 제2 회로 패턴의 원 형상은 동심원 구조로 배치될 수 있다.In one embodiment, each of the first circuit pattern and the second circuit pattern has a circular shape, and the circular shape of the first circuit pattern and the circular shape of the second circuit pattern can be arranged in a concentric structure.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 회로 패턴은 상기 도형 형상 상에 배열되는 제1 접촉 확장 패턴을 포함하고, 상기 제2 회로 패턴은 상기 도형 형상의 내측에 형성되어 상기 제2 회로 패턴과 연결되는 제2 접촉 확장 패턴을 포함할 수 있다.In one embodiment, the first circuit pattern may include a first contact extension pattern arranged on the geometric shape, and the second circuit pattern may include a second contact extension pattern formed on an inner side of the geometric shape and connected to the second circuit pattern.

일 실시예에 있어서, 상기 병렬 연결된 제1 회로 패턴들 중 하나 이상 및 상기 병렬 연결된 제2 회로 패턴들 중 하나 이상에는 압전 에너지가 출력되도록 하는 출력부가 연결될 수 있다.In one embodiment, an output section for outputting piezoelectric energy may be connected to at least one of the first circuit patterns connected in parallel and at least one of the second circuit patterns connected in parallel.

일 실시예에 있어서, 상기 출력부는 상기 하부판 및 상기 상부판 사이에서 서로 다른 4개의 방향에 배치될 수 있다.In one embodiment, the output portion can be positioned in four different directions between the lower plate and the upper plate.

일 실시예에 있어서, 상기 각각의 제1 회로 패턴 및 제2 회로 패턴에는 정류 다이오드가 연결될 수 있다.In one embodiment, a rectifier diode may be connected to each of the first circuit pattern and the second circuit pattern.

일 실시예에 있어서, 상기 각각의 출력부에는 스트레처블 전극(Stretchable electrode)이 연결되고, 이웃하는 압전 발전 모듈과 상기 스트레처블 전극을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.In one embodiment, each of the output sections is connected to a stretchable electrode, and can be electrically connected to a neighboring piezoelectric power generation module through the stretchable electrode.

일 실시예에 있어서, 상기 상부판 및 상기 하부판 중 상기 압전 구조체 수용홈을 포함하는 판과 다른 나머지 판은 상기 단위 압전 구조체의 압전 세라믹의 면적보다 큰 면적으로 형성되어 상기 단위 압전 구조체와 동축에 배치되는 보조 구멍을 포함할 수 있다.In one embodiment, the upper plate and the lower plate, other than the plate including the piezoelectric structure receiving groove, may include an auxiliary hole formed with an area larger than the area of the piezoelectric ceramic of the unit piezoelectric structure and arranged coaxially with the unit piezoelectric structure.

일 실시예에 있어서, 상기 압전 발전 모듈은 그 전체 면적보다 큰 매트 형태의 탄성체로 덮히고, 상기 압전 발전 모듈을 덮는 탄성체들 사이의 계면은 방수 소재로 마감될 수 있다.In one embodiment, the piezoelectric power generation module is covered with an elastic body in the form of a mat larger than its entire area, and the interface between the elastic bodies covering the piezoelectric power generation module can be finished with a waterproof material.

본 발명에 따른 단위 압전 구조체 및 이를 이용한 압전 발전 모듈에 의하면, 조립 및 제작이 용이하고, 대면적 또는 대용량의 압전 발전 모듈을 구성하기에 용이하며, 탄성 기재 및 압전 세라믹의 신축 효율이 증대되어 압전 세라믹의 압전 에너지 생성 효율이 증대될 수 있는 이점이 있다. 이러한 본 발명에 따른 단위 압전 구조체는 예를 들어 발판형 압전 발전 모듈 등으로 이용될 수 있다.According to the unit piezoelectric structure according to the present invention and the piezoelectric power generation module using the same, there are advantages in that assembly and manufacturing are easy, it is easy to configure a large-area or large-capacity piezoelectric power generation module, and the elasticity efficiency of the elastic substrate and the piezoelectric ceramic is increased, so that the piezoelectric energy generation efficiency of the piezoelectric ceramic can be increased. The unit piezoelectric structure according to the present invention can be used, for example, as a foot-type piezoelectric power generation module.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 압전 구조체의 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 결합 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 단위 압전 구조체에 하부 전극이 추가된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 단위 압전 구조체를 이용한 압전 발전 모듈을 설명하기 위한 분리 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 하부판의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 발전 모듈의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 발전 모듈의 하부판에 압전 구조체 수용홈이 다수 배열되어 형성된 모습을 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 발전 모듈을 수평 방향으로 다수 배열한 모습을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에서 다수 배열된 압전 발전 모듈들이 매트 형태의 탄성체로 덮힌 일 실시예의 모습을 나타내는 평면도이다.
도 10은 도 9의 A-A'선 단면도이다.FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of a unit piezoelectric structure according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view of the combination of Figure 1.
Figure 3 is a perspective view showing a lower electrode added to the unit piezoelectric structure illustrated in Figure 2.
FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating a piezoelectric power generation module using a unit piezoelectric structure according to the present invention.
Figure 5 is a plan view of the lower plate shown in Figure 4.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a piezoelectric power generation module according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view showing a plurality of piezoelectric structure receiving grooves arranged and formed on a lower plate of a piezoelectric power generation module according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a drawing showing a plurality of piezoelectric power generation modules arranged in a horizontal direction according to one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view showing one embodiment of a plurality of arranged piezoelectric power generation modules in FIG. 8 covered with an elastic body in the form of a mat.
Figure 10 is a cross-sectional view taken along line A-A' of Figure 9.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 단위 압전 구조체 및 이를 이용한 압전 발전 모듈에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Hereinafter, with reference to the attached drawings, a unit piezoelectric structure and a piezoelectric power generation module using the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail. The present invention may have various modifications and various forms, and thus specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, but should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. In the attached drawings, the dimensions of structures are illustrated larger than actual dimensions in order to ensure clarity of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In this application, it should be understood that the terms "comprises" or "has" and the like are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries, such as those defined in common dictionaries, should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and shall not be interpreted in an idealized or overly formal sense, unless expressly defined in this application.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 압전 구조체의 구성을 나타내는 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 결합 사시도이다.FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of a unit piezoelectric structure according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a combined perspective view of FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 다른 단위 압전 구조체(100)는 탄성 기재(110), 전도성 필름(120), 압전 세라믹(130), 상부 전극(140)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, another unit piezoelectric structure (100) according to one embodiment of the present invention may include an elastic substrate (110), a conductive film (120), a piezoelectric ceramic (130), and an upper electrode (140).

탄성 기재(110)는 즉, 휨 및 복원이 원활할 수 있는 두께를 갖는 플레이트 형태이다. 탄성 기재(110)의 형상에는 특별한 제한은 없으며, 일 예로, 원형 플레이트 형상일 수 있다. 상기 탄성 기재(110)는 전도성 소재로 구비될 수 있다. 일 예로, 금속 소재일 수 있다.The elastic substrate (110) is in the form of a plate, that is, having a thickness that allows for smooth bending and restoration. There is no particular limitation on the shape of the elastic substrate (110), and for example, it may be in the form of a circular plate. The elastic substrate (110) may be made of a conductive material. For example, it may be a metal material.

전도성 필름(120)은 중심부에 일정 직경의 공동(121)이 형성되며, 상기 전도성 탄성 기재(110) 상에 적층된다. 일 예로, 상기 전도성 필름(120)은 상기 탄성 기재(110)의 가장자리를 덮을 수 있는 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 상기 전도성 필름(120)은 전도성 카본 필름일 수 있고, 상기 탄성 기재(110) 상에 접착 가능하게 구비될 수 있다.The conductive film (120) has a cavity (121) of a certain diameter formed in the center and is laminated on the conductive elastic substrate (110). For example, the conductive film (120) may have a size capable of covering the edge of the elastic substrate (110). For example, the conductive film (120) may be a conductive carbon film and may be provided so as to be adhesively formed on the elastic substrate (110).

압전 세라믹(130)은 상기 공동(121) 내측에 배치되도록 상기 탄성 기재(110) 상에 적층된다. 일 예로, 상기 압전 세라믹(130)은 상기 공동(121)의 면적보다 작은 면적을 가져서 상기 공동(121) 내에 배치될 수 있다.The piezoelectric ceramic (130) is laminated on the elastic substrate (110) so as to be placed inside the cavity (121). For example, the piezoelectric ceramic (130) may have an area smaller than the area of the cavity (121) so as to be placed inside the cavity (121).

상부 전극(140)은 상기 압전 세라믹(130) 상에 적층된다. 상부 전극(140)은 상기 공동(121)의 면적 미만의 면적을 갖도록 형성되어, 상기 공동(121)의 가장자리와 일정 거리 이격되는 상태로 상기 압전 세라믹(130) 상에 적층된다.The upper electrode (140) is laminated on the piezoelectric ceramic (130). The upper electrode (140) is formed to have an area less than the area of the cavity (121) and is laminated on the piezoelectric ceramic (130) at a certain distance from the edge of the cavity (121).

일 실시예에서, 상기 탄성 기재(110), 상기 압전 세라믹(130) 및 상부 전극(140)은 평면 형상이 원 형상일 수 있고, 상기 전도성 필름(120)은 원형 고리 형상일 수 있다. 이때, 상기 상부 전극(140)은 상기 전도성 필름(120)의 공동(121) 내에 배치되어 상기 전도성 필름(120)과 동심원 구조를 이룰 수 있다.In one embodiment, the elastic substrate (110), the piezoelectric ceramic (130), and the upper electrode (140) may have a circular shape in a plane, and the conductive film (120) may have a circular ring shape. In this case, the upper electrode (140) may be placed within the cavity (121) of the conductive film (120) to form a concentric structure with the conductive film (120).

일 실시예에서, 상기 전도성 필름(120)은 상면이 상기 상부 전극(140)의 상면과 동일 평면에 위치하는 두께를 가질 수 있다. 이러한 경우, 단위 압전 구조체가 다수로 적층되는 경우 단차 없이 용이한 적층이 가능하다.In one embodiment, the conductive film (120) may have a thickness such that the upper surface is positioned in the same plane as the upper surface of the upper electrode (140). In this case, when a plurality of unit piezoelectric structures are laminated, easy lamination is possible without steps.

도 3은 도 2에 도시된 단위 압전 구조체에 하부 전극이 추가된 모습을 나타내는 사시도이다.Figure 3 is a perspective view showing a lower electrode added to the unit piezoelectric structure illustrated in Figure 2.

한편, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 압전 구조체(100)는 하부 전극(150)을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 3, a unit piezoelectric structure (100) according to one embodiment of the present invention may further include a lower electrode (150).

하부 전극(150)은 상기 상부 전극(140)과 상대되는 전극이고, 상기 전도성 탄성 기재(110) 및 상기 압전 세라믹(130) 사이에 개재될 수 있다. 일 예로, 상기 하부 전극(150)은 상기 탄성 기재(110) 상면 모두를 덮도록 구비될 수 있다. 다른 예로, 상기 하부 전극(150)은 상기 전도성 필름(120)의 공동(121)의 면적 이하의 면적을 갖도록 구비되어 상기 공동(121) 내에서 상기 탄성 기재(110) 및 상기 압전 세라믹(130) 사이에 개재될 수 있다.The lower electrode (150) is an electrode that is opposed to the upper electrode (140), and may be interposed between the conductive elastic substrate (110) and the piezoelectric ceramic (130). For example, the lower electrode (150) may be provided to cover the entire upper surface of the elastic substrate (110). As another example, the lower electrode (150) may be provided to have an area smaller than or equal to the area of the cavity (121) of the conductive film (120), and may be interposed between the elastic substrate (110) and the piezoelectric ceramic (130) within the cavity (121).

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 압전 구조체(100)는 하중이 가해지면 변형 및 복원되면서 상기 압전 세라믹(130)을 통해 압전 에너지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 전극(140) 방향에서 하중이 가해지면 아래 방향으로 볼록하게 변형된 후 상기 탄성 기재(110)의 복원력에 의해 복원되면서 상기 압전 세라믹(130)을 통해 압전 에너지를 생성할 수 있다.The unit piezoelectric structure (100) according to one embodiment of the present invention can generate piezoelectric energy through the piezoelectric ceramic (130) while being deformed and restored when a load is applied. For example, when a load is applied in the direction of the upper electrode (140), the unit piezoelectric structure (100) can be deformed in a convex downward direction and then restored by the restoring force of the elastic substrate (110) while generating piezoelectric energy through the piezoelectric ceramic (130).

또한, 상기 압전 에너지를 출력하기 위한 서로 다른 극의 단자들의 연결이 일방향에서 가능하게 된다. 즉, 상기 전도성 필름(120)은 상기 전도성 탄성 기재(110) 또는 상기 하부 전극(150)과 전기적으로 연결되므로 상기 전도성 필름(120) 및 상기 상부 전극(140)의 상면 방향에서 상기 단자들의 연결이 가능하다. 따라서, 압전 에너지 출력을 위한 단자들의 연결이 용이한 이점이 있다.In addition, connection of terminals of different polarities for outputting the piezoelectric energy is possible in one direction. That is, since the conductive film (120) is electrically connected to the conductive elastic substrate (110) or the lower electrode (150), connection of the terminals is possible in the upper surface direction of the conductive film (120) and the upper electrode (140). Therefore, there is an advantage in that connection of terminals for outputting the piezoelectric energy is easy.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 압전 구조체는 진동에 의한 압전 세라믹의 변형을 이용하는 압전 발전 모듈, 센서, 부저 등 다양한 기술에 응용될 수 있다. 바람직하게는 압전 발전 모듈에 용이하게 응용될 수 있다.The unit piezoelectric structure according to one embodiment of the present invention can be applied to various technologies such as piezoelectric power generation modules, sensors, buzzers, etc. that utilize deformation of piezoelectric ceramics due to vibration. Preferably, it can be easily applied to piezoelectric power generation modules.

도 4는 본 발명에 따른 단위 압전 구조체를 이용한 압전 발전 모듈을 설명하기 위한 분리 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 하부판의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 발전 모듈의 단면도이다.FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating a piezoelectric power generation module using a unit piezoelectric structure according to the present invention, FIG. 5 is a plan view of the lower plate illustrated in FIG. 4, and FIG. 6 is a cross-sectional view of a piezoelectric power generation module according to one embodiment of the present invention.

도 4 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 발전 모듈(200)은 하부판(210), 상부판(220) 및 단위 압전 구조체(100)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5, a piezoelectric power generation module (200) according to one embodiment of the present invention may include a lower plate (210), an upper plate (220), and a unit piezoelectric structure (100).

하부판(210) 및 상부판(220)은 플렉시블한 소재로 구비될 수 있다. 예를 들어, 아크릴 재질의 플레이트로 구성될 수 있다.The lower plate (210) and the upper plate (220) may be made of a flexible material. For example, they may be made of an acrylic plate.

상기 단위 압전 구조체(100)는 상기 하부판(210) 상에 배치되며, 상기 상부판(220)은 상기 하부판(210) 상에 배치된 단위 압전 구조체(100)를 덮도록 상기 하부판(210) 상에 적층될 수 있다. 이때, 상기 상부판(220) 또는 상기 하부판(210) 상에는 상기 단위 압전 구조체(100)의 전도성 필름(120)에 접하는 제1 회로 패턴(231) 및 상기 상부 전극(140)에 접하는 제2 회로 패턴(232)이 형성될 수 있다. 상기 제1 회로 패턴(231) 및 상기 제2 회로 패턴(232)은 인쇄회로 패턴이다.The above unit piezoelectric structure (100) is placed on the lower plate (210), and the upper plate (220) can be laminated on the lower plate (210) to cover the unit piezoelectric structure (100) placed on the lower plate (210). At this time, a first circuit pattern (231) in contact with the conductive film (120) of the unit piezoelectric structure (100) and a second circuit pattern (232) in contact with the upper electrode (140) can be formed on the upper plate (220) or the lower plate (210). The first circuit pattern (231) and the second circuit pattern (232) are printed circuit patterns.

상기 하부판(210), 상기 단위 압전 구조체(100) 및 상기 상부판(220)의 적층을 위해, 바람직하게는, 상기 상부판(220) 또는 상기 하부판(210)은 상기 단위 압전 구조체(100)를 수용하는 하나 이상의 압전 구조체 수용홈(211)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 회로 패턴(231) 및 상기 제2 회로 패턴(232)은 상기 압전 구조체 수용홈(211) 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 압전 구조체 수용홈(211)은 상기 하부판(210)에 형성될 수 있다.For lamination of the lower plate (210), the unit piezoelectric structure (100), and the upper plate (220), preferably, the upper plate (220) or the lower plate (210) may include one or more piezoelectric structure receiving grooves (211) that receive the unit piezoelectric structure (100). At this time, the first circuit pattern (231) and the second circuit pattern (232) may be formed within the piezoelectric structure receiving grooves (211). For example, the piezoelectric structure receiving grooves (211) may be formed in the lower plate (210).

상기 제1 회로 패턴(231) 및 상기 제2 회로 패턴(232)의 형상에는 특별한 제한은 없다. 일 예로, 상기 제1 회로 패턴(231)은 상기 전도성 필름(120)의 평면 형상에 대응하는 도형 형상으로서, 예를 들어, 원 형상일 수 있고, 상기 제2 회로 패턴(232)은 상기 상부 전극(140)의 평면 형상에 대응하는 도형 형상으로서, 예를 들어, 원 형상일 수 있다. 이러한 경우, 상기 제2 회로 패턴(232)의 원 형상의 직경은 상기 제1 회로 패턴(231)의 원 형상의 직경보다 작고 상기 제1 회로 패턴(231)과 동심원 구조를 갖도록 형성될 수 있다.There is no particular limitation on the shape of the first circuit pattern (231) and the second circuit pattern (232). For example, the first circuit pattern (231) may have a geometric shape corresponding to the planar shape of the conductive film (120), for example, a circular shape, and the second circuit pattern (232) may have a geometric shape corresponding to the planar shape of the upper electrode (140), for example, a circular shape. In this case, the diameter of the circular shape of the second circuit pattern (232) may be smaller than the diameter of the circular shape of the first circuit pattern (231) and may be formed to have a concentric structure with the first circuit pattern (231).

상기 압전 구조체 수용홈(211)에는 상기 단위 압전 구조체(100)가 삽입된다. 이때, 상기 단위 압전 구조체(100)의 전도성 필름(120)은 상기 제1 회로 패턴(231)에 접촉되어 상기 제1 회로 패턴(231)과 전기적으로 연결되고, 상기 단위 압전 구조체(100)의 상부 전극(140)은 상기 제2 회로 패턴(232)에 접촉되어 상기 제2 회로 패턴(232)과 전기적으로 연결된다.The unit piezoelectric structure (100) is inserted into the piezoelectric structure receiving groove (211). At this time, the conductive film (120) of the unit piezoelectric structure (100) comes into contact with the first circuit pattern (231) and is electrically connected to the first circuit pattern (231), and the upper electrode (140) of the unit piezoelectric structure (100) comes into contact with the second circuit pattern (232) and is electrically connected to the second circuit pattern (232).

추가적으로, 상기 제1 회로 패턴(231) 및 상기 제2 회로 패턴(232)이 상기 단위 압전 구조체(100)과의 접촉 효율을 높이기 위해, 상기 제1 회로 패턴(231)은 상기 도형 형상 상에 배열되는 제1 접촉 확장 패턴(233)을 포함하고, 상기 제2 회로 패턴(232)은 상기 도형 형상의 내측에 형성되어 상기 제2 회로 패턴(232)과 연결되는 제2 접촉 확장 패턴(234)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 접촉 확장 패턴(233)은 원 형상이 상기 제1 접촉 확장 패턴(233)의 원 형상의 원주 방향을 따라 배열될 수 있고, 상기 제2 접촉 확장 패턴(234)은 상기 제2 회로 패턴(232)의 원 형상의 내측에 다수의 선분이 방사상으로 배열되는 형태일 수 있다.Additionally, in order to increase the contact efficiency of the first circuit pattern (231) and the second circuit pattern (232) with the unit piezoelectric structure (100), the first circuit pattern (231) may include a first contact expansion pattern (233) arranged on the geometric shape, and the second circuit pattern (232) may include a second contact expansion pattern (234) formed on the inner side of the geometric shape and connected to the second circuit pattern (232). For example, the first contact expansion pattern (233) may have a circular shape arranged along the circumferential direction of the circular shape of the first contact expansion pattern (233), and the second contact expansion pattern (234) may have a form in which a plurality of line segments are radially arranged on the inner side of the circular shape of the second circuit pattern (232).

또한, 상기 제1 회로 패턴(231) 및 상기 제2 회로 패턴(232)에는 상기 압전 세라믹(130)에 의한 압전 에너지를 출력하기 위한 출력부(240)가 연결될 수 있다. 상기 출력부(240)는 상기 상부판(220) 및 상기 하부판(210) 사이의 하나 이상의 방향에 배치될 수 있다.In addition, an output unit (240) for outputting piezoelectric energy by the piezoelectric ceramic (130) may be connected to the first circuit pattern (231) and the second circuit pattern (232). The output unit (240) may be arranged in one or more directions between the upper plate (220) and the lower plate (210).

또한, 상기 출력부(240)에는 스트레처블 전극(Stretchable electrode)(250)이 연결될 수 있다. 상기 스트레처블 전극(250)은 자유롭게 휘어질 수 있는 전극으로서 타 전극과의 연결 방향의 제한이 없다.In addition, a stretchable electrode (250) may be connected to the output unit (240). The stretchable electrode (250) is an electrode that can be freely bent and has no restrictions on the direction of connection with other electrodes.

추가적으로, 상기 제1 회로 패턴(231) 및 상기 제2 회로 패턴(232)에는 정류 다이오드(260)가 연결될 수 있다. 상기 정류 다이오드(260)는 상기 단위 압전 구조체의 압전 세라믹에 의한 교류 형태의 출력 신호를 정류하는 기능을 수행한다.Additionally, a rectifier diode (260) may be connected to the first circuit pattern (231) and the second circuit pattern (232). The rectifier diode (260) performs a function of rectifying an AC type output signal by the piezoelectric ceramic of the unit piezoelectric structure.

한편, 상기 상부판(220) 및 상기 하부판(210) 중 상기 압전 구조체 수용홈(211)을 포함하는 판과 다른 나머지 판에는 상기 압전 구조체 수용홈(211)과 동축에 배치되는 보조 구멍(221)이 형성될 수 있다. Meanwhile, an auxiliary hole (221) arranged coaxially with the piezoelectric structure receiving groove (211) may be formed in the remaining plates other than the plate including the piezoelectric structure receiving groove (211) among the upper plate (220) and the lower plate (210).

예를 들어, 상기 보조 구멍(221)은 상기 상부판(220)에 형성되어 상기 하부판(210)에 형성되는 압전 구조체 수용홈(211) 및 상기 압전 구조체 수용홈(211)에 삽입되는 단위 압전 구조체(100)와 동축 상에 배치될 수 있다. 이때, 상기 보조 구멍(221)은 상기 압전 구조체 수용홈(211)에 삽입되는 단위 압전 구조체(100)의 압전 세라믹(130)의 면적보다 큰 면적으로 형성될 수 있다. 이러한 보조 구멍(221)은 상기 상부판(220)이 가압될 때 상기 압전 세라믹(130)에 직접적으로 힘이 가해지지 않도록 하여 상기 압전 세라믹(130)이 깨지는 것을 방지하며, 상기 보조 구멍(221)의 위치에서 상기 상부판(220)의 휨이 발생할 때 상기 탄성 기재(110)에도 휨이 발생되어 상기 탄성 기재(110)가 볼록해지면서 수평 방향으로 늘어나고, 이때 상기 압전 세라믹(130)이 수평 방향으로 당겨지면서 동시에 압전 세라믹(130)을 간접적으로 누르는 힘도 발생되어, 상기 압전 세라믹(130)의 파손을 보호함과 동시에 상기 압전 세라믹(130)의 압전 효율도 증대시킬 수 있다.For example, the auxiliary hole (221) may be formed in the upper plate (220) and may be arranged coaxially with the piezoelectric structure receiving groove (211) formed in the lower plate (210) and the unit piezoelectric structure (100) inserted into the piezoelectric structure receiving groove (211). At this time, the auxiliary hole (221) may be formed with an area larger than the area of the piezoelectric ceramic (130) of the unit piezoelectric structure (100) inserted into the piezoelectric structure receiving groove (211). These auxiliary holes (221) prevent the piezoelectric ceramic (130) from being broken by preventing a force from being directly applied to the piezoelectric ceramic (130) when the upper plate (220) is pressurized, and when the upper plate (220) is bent at the position of the auxiliary holes (221), the elastic substrate (110) is also bent, so that the elastic substrate (110) becomes convex and stretches in the horizontal direction, and at this time, the piezoelectric ceramic (130) is pulled in the horizontal direction, and at the same time, a force that indirectly presses the piezoelectric ceramic (130) is also generated, so that the piezoelectric ceramic (130) is protected from being broken and the piezoelectric efficiency of the piezoelectric ceramic (130) can be increased.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 발전 모듈의 하부판에 압전 구조체 수용홈이 다수 배열되어 형성된 모습을 나타내는 평면도이다.FIG. 7 is a plan view showing a plurality of piezoelectric structure receiving grooves arranged and formed on a lower plate of a piezoelectric power generation module according to one embodiment of the present invention.

일 실시예에 있어서, 상기 압전 구조체 수용홈(211)은 복수개가 n ㅧ m개(n 및 m은 2 이상의 정수)의 어레이 배열로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 3 ㅧ 3의 배열을 이루어서 총 9개의 압전 구조체 수용홈(211)이 형성될 수 있다.In one embodiment, the piezoelectric structure receiving grooves (211) may be arranged in a plurality of n ㅧ m arrays (n and m are integers greater than or equal to 2). For example, as illustrated in FIG. 7, a total of nine piezoelectric structure receiving grooves (211) may be formed in a 3 ㅧ 3 array.

이러한 경우, 상기 다수의 압전 구조체 수용홈(211) 내에 형성되는 제1 회로 패턴(231)들은 서로 병렬 연결되며, 각각의 제2 회로 패턴(232)들은 서로 병렬 연결되게 회로 구성될 수 있다. 이때, 병렬 연결되는 제1 회로 패턴(231)들 중 하나 이상 및 병렬 연결되는 제2 회로 패턴(232)들 중 하나 이상에는 압전 에너지가 출력되도록 하는 상기 출력부(240)가 연결될 수 있고, 예를 들어, 상기 출력부(240)는 상기 하부판(210) 및 상기 상부판(220) 사이에서 서로 다른 4개의 방향, 예를 들어, 상기 하부판(210) 및 상기 상부판(220)의 사각 평면 형상에서 상, 하, 좌, 우에 배치될 수 있고, 4개의 출력부(240) 각각에는 상기 스트레처블 전극(250)이 연결될 수 있다.In this case, the first circuit patterns (231) formed within the plurality of piezoelectric structure receiving grooves (211) may be connected in parallel with each other, and the circuit configuration may be such that the respective second circuit patterns (232) are connected in parallel with each other. At this time, the output unit (240) for outputting piezoelectric energy may be connected to at least one of the first circuit patterns (231) connected in parallel and to at least one of the second circuit patterns (232) connected in parallel, and for example, the output unit (240) may be arranged in four different directions between the lower plate (210) and the upper plate (220), for example, above, below, left, and right in the square plane shape of the lower plate (210) and the upper plate (220), and the stretchable electrode (250) may be connected to each of the four output units (240).

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 발전 모듈을 수평 방향으로 다수 배열한 모습을 나타내는 도면이다.FIG. 8 is a drawing showing a plurality of piezoelectric power generation modules arranged in a horizontal direction according to one embodiment of the present invention.

상기 출력부(240) 및 상기 스트레처블 전극(250)이 상기 상부판(220) 및 상기 하부판(210)의 상, 하, 좌, 우로 4개가 구비되는 경우, 압전 발전 모듈을 도 8에 도시된 바와 같이 상기 상, 하, 좌, 우의 수평 방향으로 다수 배열하여 쉽게 서로 전기적으로 연결할 수 있고, 도시하지는 않았지만 높이 방향으로 적층하여 쉽게 서로 전기적으로 연결할 수도 있다.When the output section (240) and the stretchable electrode (250) are provided in four positions on the upper, lower, left, and right sides of the upper plate (220) and the lower plate (210), the piezoelectric power generation modules can be easily electrically connected to each other by arranging a plurality of them in the horizontal directions of the upper, lower, left, and right sides as shown in FIG. 8, and although not shown, they can also be easily electrically connected to each other by stacking them in the height direction.

도 9는 도 8에서 다수 배열된 압전 발전 모듈들이 매트 형태의 탄성체로 덮힌 일 실시예의 모습을 나타내는 평면도이고, 도 10은 도 9의 A-A'선 단면도이다.FIG. 9 is a plan view showing one embodiment in which a plurality of piezoelectric power generation modules arranged in FIG. 8 are covered with an elastic body in the form of a mat, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 9.

추가적으로, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 수평 방향으로 다수 배열된 압전 발전 모듈들은 그 전체 면적보다 큰 매트 형태의 탄성체(300)로 덮히고, 상기 다수 배열된 압전 발전 모듈들을 덮는 상, 하의 탄성체(300)들 사이의 계면은 방수 소재(400)로 마감되어 상기 탄성체(300)들이 서로 접착될 수 있다. 이때, 상기 탄성체(300)들의 사방으로는 스트레처블 전극(250)이 돌출되어, 상기 탄성체(300)들로 덮힌 또 다른 압전 발전 모듈과 전기적으로 연결이 가능할 수 있다.Additionally, as illustrated in FIGS. 9 and 10, a plurality of piezoelectric power generation modules arranged in a horizontal direction are covered with a mat-shaped elastic body (300) larger than the entire area thereof, and the interface between the upper and lower elastic bodies (300) covering the plurality of arranged piezoelectric power generation modules is finished with a waterproof material (400) so that the elastic bodies (300) can be adhered to each other. At this time, a stretchable electrode (250) protrudes in all directions of the elastic bodies (300) so as to be electrically connected to another piezoelectric power generation module covered with the elastic bodies (300).

본 발명에 따른 단위 압전 구조체 및 이를 이용한 압전 발전 모듈에 의하면, 상기 압전 발전 모듈(200)은 상부판(220) 또는 하부판(210)에 형성되는 압전 구조체 수용홈(211) 및 상기 압전 구조체 수용홈(211) 내에 형성되어 상기 단위 압전 구조체(100)와 전기적으로 연결되는 제1 회로 패턴(231) 및 제2 회로 패턴(232)이 출력부(240)와 연결되도록 회로 구성되므로 상기 단위 압전 구조체(100)를 상기 압전 구조체 수용홈(211)에 삽입하기만 하면 상기 단위 압전 구조체(100)를 커버하는 상부판(220) 및 하부판(210) 사이에 쉽게 배치되며, 이와 동시에 상기 단위 압전 구조체(100) 및 상기 출력부(240)간의 전기적인 접속이 즉시 이루어질 수 있다. 따라서, 압전 발전 모듈의 조립 및 제작이 용이해지는 이점이 있다.According to the unit piezoelectric structure according to the present invention and the piezoelectric power generation module using the same, the piezoelectric power generation module (200) is configured such that the piezoelectric structure receiving groove (211) formed on the upper plate (220) or the lower plate (210) and the first circuit pattern (231) and the second circuit pattern (232) formed within the piezoelectric structure receiving groove (211) and electrically connected to the unit piezoelectric structure (100) are connected to the output unit (240), so that the unit piezoelectric structure (100) can be easily placed between the upper plate (220) and the lower plate (210) covering the unit piezoelectric structure (100) simply by inserting it into the piezoelectric structure receiving groove (211), and at the same time, electrical connection between the unit piezoelectric structure (100) and the output unit (240) can be immediately established. Therefore, there is an advantage in that the assembly and manufacturing of the piezoelectric power generation module become easier.

또한, 압전 발전 모듈(200)의 출력부(240)에는 스트레처블 전극(250)이 연결되어 구성되므로 상기 스트레처블 전극(250)을 통해 다수의 압전 발전 모듈들 간의 전기적인 접속이 쉽게 이루어질 수 있다. 즉, 압전 발전 모듈을 수평 방향으로 배열하고 동시에 높이 방향으로 적층하여도 압전 발전 모듈들 간의 전기적인 접속이 쉽게 이루어져서 대면적 또는 대용량의 압전 발전 모듈을 구성하기에 용이한 이점이 있다.In addition, since the output section (240) of the piezoelectric power generation module (200) is configured with a stretchable electrode (250), electrical connection between a plurality of piezoelectric power generation modules can be easily formed through the stretchable electrode (250). That is, even if the piezoelectric power generation modules are arranged horizontally and simultaneously stacked in the height direction, electrical connection between the piezoelectric power generation modules is easily formed, so there is an advantage in that it is easy to form a piezoelectric power generation module with a large area or large capacity.

또한, 상기 단위 압전 구조체(100)가 삽입되는 압전 구조체 수용홈(211)과 동축으로 배치되는 보조 구멍(221)이 형성되므로 상기 단위 압전 구조체(100)의 탄성 기재(110) 및 압전 세라믹(130)의 신축 효율이 증대되어 압전 세라믹(130)의 압전 에너지 생성 효율이 증대될 수 있는 이점이 있다.In addition, since an auxiliary hole (221) is formed that is arranged coaxially with the piezoelectric structure receiving groove (211) into which the unit piezoelectric structure (100) is inserted, the elasticity efficiency of the elastic substrate (110) and the piezoelectric ceramic (130) of the unit piezoelectric structure (100) is increased, so that the piezoelectric energy generation efficiency of the piezoelectric ceramic (130) can be increased.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.The description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the invention is not intended to be limited to the disclosed embodiments, but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.

Claims

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Lower part made of flexible material;
A unit piezoelectric structure arranged on the lower plate; and
Including an upper plate laminated on the lower plate to cover the unit piezoelectric structure,
The above unit piezoelectric structure is,
conductive elastic substrate;
A conductive film laminated on the conductive elastic substrate, wherein a cavity of a certain diameter is formed in the center;
A piezoelectric ceramic laminated on the elastic substrate so as to be placed inside the cavity; and
Including an upper electrode formed to have an area less than the area of the cavity and laminated on the piezoelectric ceramic at a certain distance from the edge of the cavity.
Piezoelectric generator module.

In paragraph 5,
One of the upper plate and the lower plate is characterized in that a first circuit pattern in contact with the conductive film of the unit piezoelectric structure and a second circuit pattern in contact with the upper electrode are formed.
Piezoelectric generator module.

In paragraph 5,
Either the upper plate or the lower plate includes one or more piezoelectric structure receiving grooves for receiving the unit piezoelectric structure,
A first circuit pattern in contact with the conductive film of the unit piezoelectric structure and a second circuit pattern in contact with the upper electrode are formed within the piezoelectric structure receiving groove, characterized in that
Piezoelectric generator module.

In Article 7,
The above piezoelectric structure receiving grooves are formed as a plurality of nxm arrays (n and m are integers greater than or equal to 2).
The first circuit pattern and the second circuit pattern are formed within each of the piezoelectric structure receiving grooves of the above array arrangement,
The first circuit patterns within each of the piezoelectric structure receiving grooves are connected in parallel with each other,
The second circuit patterns within each of the piezoelectric structure receiving grooves are characterized in that they are connected in parallel with each other.
Piezoelectric generator module.

In any one of Articles 6 to 8,
The above first circuit pattern has a geometric shape corresponding to the planar shape of the conductive film,
The second circuit pattern is characterized in that it has a geometric shape corresponding to the planar shape of the upper electrode.
Piezoelectric generator module.

In any one of Articles 6 to 8,
Each of the above first circuit pattern and the above second circuit pattern has a circular shape,
The circular shape of the first circuit pattern and the circular shape of the second circuit pattern are characterized in that they are arranged in a concentric structure.
Piezoelectric generator module.

In Article 9,
The above first circuit pattern includes a first contact expansion pattern arranged on the above geometric shape,
The second circuit pattern is characterized in that it includes a second contact expansion pattern formed on the inside of the geometric shape and connected to the second circuit pattern.
Piezoelectric generator module.

In Article 8,
Characterized in that an output section for outputting piezoelectric energy is connected to at least one of the first circuit patterns connected in parallel and at least one of the second circuit patterns connected in parallel.
Piezoelectric generator module.

In Article 12,
The above output section is characterized in that it is arranged in four different directions between the lower plate and the upper plate.
Piezoelectric generator module.

In any one of Articles 6 to 8,
Characterized in that each of the first circuit pattern and the second circuit pattern above has a rectifier diode connected to it.
Piezoelectric generator module.

In clause 12 or 13,
A stretchable electrode is connected to each of the above output sections,
characterized in that it is electrically connected to a neighboring piezoelectric power generation module through the stretchable electrode.
Piezoelectric generator module.

In Article 7,
The upper plate and the lower plate, and the remaining plates other than the plate including the piezoelectric structure receiving groove, are formed with an area larger than the area of the piezoelectric ceramic of the unit piezoelectric structure and are characterized in that they include auxiliary holes arranged coaxially with the unit piezoelectric structure.
Piezoelectric generator module.

In paragraph 5,
The above piezoelectric power generation module is covered with an elastic body in the form of a mat larger than its entire area,
The interface between the elastic bodies covering the above piezoelectric power generation module is characterized by being finished with a waterproof material.
Piezoelectric generator module.

Lower part made of flexible material;
A unit piezoelectric structure arranged on the lower plate; and
Including an upper plate laminated on the lower plate to cover the unit piezoelectric structure,
The above unit piezoelectric structure is,
conductive elastic substrate;
A conductive film laminated on the conductive elastic substrate, wherein a cavity of a certain diameter is formed in the center;
A piezoelectric ceramic laminated on the elastic substrate so as to be placed inside the cavity; and
It includes an upper electrode formed to have an area less than the area of the cavity and laminated on the piezoelectric ceramic at a certain distance from the edge of the cavity,
The conductive film has a thickness such that its upper surface is positioned in the same plane as the upper surface of the upper electrode.
Piezoelectric generator module.

In Article 18,
One of the upper plate and the lower plate is characterized in that a first circuit pattern in contact with the conductive film of the unit piezoelectric structure and a second circuit pattern in contact with the upper electrode are formed.
Piezoelectric generator module.

In Article 18,
Either the upper plate or the lower plate includes one or more piezoelectric structure receiving grooves for receiving the unit piezoelectric structure,
A first circuit pattern in contact with the conductive film of the unit piezoelectric structure and a second circuit pattern in contact with the upper electrode are formed within the piezoelectric structure receiving groove, characterized in that
Piezoelectric generator module.

In Article 20,
The above piezoelectric structure receiving grooves are formed as a plurality of nxm arrays (n and m are integers greater than or equal to 2).
The first circuit pattern and the second circuit pattern are formed within each of the piezoelectric structure receiving grooves of the above array arrangement,
The first circuit patterns within each of the piezoelectric structure receiving grooves are connected in parallel with each other,
The second circuit patterns within each of the piezoelectric structure receiving grooves are characterized in that they are connected in parallel with each other.
Piezoelectric generator module.

In Article 19,
The above first circuit pattern has a geometric shape corresponding to the planar shape of the conductive film,
The second circuit pattern is characterized in that it has a geometric shape corresponding to the planar shape of the upper electrode.
Piezoelectric generator module.

In Article 19,
Each of the above first circuit pattern and the above second circuit pattern has a circular shape,
The circular shape of the first circuit pattern and the circular shape of the second circuit pattern are characterized in that they are arranged in a concentric structure.
Piezoelectric generator module.

In Article 22,
The above first circuit pattern includes a first contact expansion pattern arranged on the above geometric shape,
The second circuit pattern is characterized in that it includes a second contact expansion pattern formed on the inside of the geometric shape and connected to the second circuit pattern.
Piezoelectric generator module.

In Article 21,
Characterized in that an output section for outputting piezoelectric energy is connected to at least one of the first circuit patterns connected in parallel and at least one of the second circuit patterns connected in parallel.
Piezoelectric generator module.

In Article 25,
The above output section is characterized in that it is arranged in four different directions between the lower plate and the upper plate.
Piezoelectric generator module.

In Article 19,
Characterized in that each of the first circuit pattern and the second circuit pattern above has a rectifier diode connected to it.
Piezoelectric generator module.

In Article 26,
A stretchable electrode is connected to each of the above output sections,
characterized in that it is electrically connected to a neighboring piezoelectric power generation module through the stretchable electrode.
Piezoelectric generator module.

In Article 20,
The upper plate and the lower plate, and the remaining plates other than the plate including the piezoelectric structure receiving groove, are formed with an area larger than the area of the piezoelectric ceramic of the unit piezoelectric structure and are characterized in that they include auxiliary holes arranged coaxially with the unit piezoelectric structure.
Piezoelectric generator module.

In Article 18,
The above piezoelectric power generation module is covered with an elastic body in the form of a mat larger than its entire area,
The interface between the elastic bodies covering the above piezoelectric power generation module is characterized by being finished with a waterproof material.
Piezoelectric generator module.