KR20080075766A - 압전소자를 이용한 전원발생장치 - Google Patents

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KR20080075766A
KR20080075766A KR1020070064261A KR20070064261A KR20080075766A KR 20080075766 A KR20080075766 A KR 20080075766A KR 1020070064261 A KR1020070064261 A KR 1020070064261A KR 20070064261 A KR20070064261 A KR 20070064261A KR 20080075766 A KR20080075766 A KR 20080075766A
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Abstract

본 발명은 압전소자를 이용한 전원발생장치에 관한것으로 상세하게는 전원발생장치에 있어서, 대면적이고, 다수겹 적층되어지며, 외압을 받으면 전압을 발생시키는 압전소자와; 상기 압전소자에 연결되어 발생된 전원을 증폭 및 안정화시키는 전원조정회로부와; 상기 전원조정회로부와 연결되어, 전원조정회로부에서 전송되는 일정이상의 전압과 전류를 저장하는 축전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 전원발생장치에 관한 것이다.
압전소자, 전원, 발생장치, 축전, 압전

Description

압전소자를 이용한 전원발생장치{Electric power source using piezoelectric element}
도 1은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 전원발생장치의 일실시예를 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 압전소자가 적층되어진 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 압전소자가 다수겹 적층되어진 것을 나타낸 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 롤 형태로 형성된 압전소자를 나타낸 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 전원발생장치의 전원조정회로부의 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 압전소자에 외압을 입력할 시 나타나는 압전소자와 정류기를 통과한후의 전류와 축전부에 충전되는 전압의 거동을 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 압전소자 20 : 전원조정회로부
30 : 축전부 35 : 제어부
본 발명은 압전소자를 이용한 전원발생장치에 관한것으로 상세하게는 전원발생장치에 있어서, 대면적이고, 다수겹 적층되어지며, 외압을 받으면 전압을 발생시키는 압전소자와; 상기 압전소자에 연결되어 발생된 전원을 증폭 및 안정화시키는 전원조정회로부와; 상기 전원조정회로부와 연결되어, 전원조정회로부에서 전송되는 일정이상의 전압과 전류를 저장하는 축전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 전원발생장치에 관한 것이다.
근래에 들어 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등 각종 휴대용 전자기기의 보급이 늘고 있으며, 이들은 휴대의 편의를 위하여 소형의 기본 배터리에 의해 구동된다.
이와 같은 휴대용 전자기기에 장착되는 기본 배터리는 휴대의 편의를 위하여 통상 그 크기가 제한되고 있으며, 휴대용 전자기기를 구동시키는 시간 또한 제한을 받는 것이 사실이다.
따라서, 배터리의 충전을 미리 못한 상태라든지, 또는 사용 중 배터리의 전원이 소진되어 전원이 완전히 나간 상태에서 급하게 휴대용 전자기기를 사용해야 하는 긴급한 상황일 경우 사용자는 매우 당황할 수 밖에 없다.
특히, 현재의 사용자 위치가 충전이 불가한 실외라든지, 실내라 하더라도 주변에 배터리 충전을 위한 장치 또는 전원이 없 는 경우에는 아무리 급한 상황이라도 휴대용 전자기기를 이용할 수가 없다.
이에, 상기와 같은 상황에서 대응할 수 있도록 자체 발전 충전장치를 가지고 있는 휴대용 전자기기가 나와 있기는 하나, 이 에 구성되는 발전 충전장치의 경우, 종래에는 대부분 발전기 자체가 내장되어 회전을 유발시켜 전원을 발생하였으나, 상기의 내장 발전기가 매우 고가일 뿐만 아니라 그 크기의 축소에 따른 한계로 인하여 휴대하기가 불편하거나 내장이 불가능하다는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 대면적이고, 다수겹 적층되어지며, 외압을 받으면 전압을 발생시키는 압전소자와; 상기 압전소자에 연결되어 발생된 전원을 증폭 및 안정화시키는 전원조정회로부와; 상기 전원조정회로부와 연결되어, 전원조정회로부에서 전송되는 일정이상의 전압과 전류를 저장하는 축전부;를 포함하여 구성되는 압전소자를 이용한 전원발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 전원발생장치에 있어서, 대면적이고, 다수겹 적층되어지며, 외압을 받으면 전압을 발생시키는 압전소자와; 상기 압전소자에 연결되어 발생된 전원을 증폭 및 안정화시키는 전원조정회로부와; 상기 전원조정회로부와 연결되어, 전원조정회로부에서 전송되는 일정이상의 전압과 전류를 저장하는 축전부와; 상기 축전부와 연결되어 축전부가 완충(Full charge) 되었을시 축전부와 전원조정회로부 간을 차단하는 제어부;를 포함하여 구성되어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 전원발생장치의 일실시예를 나타 낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압전소자가 적층되어진 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 압전소자가 다수겹 적층되어진 것을 나타낸 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 롤 형태로 형성된 압전소자를 나타낸 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 전원발생장치의 전원조정회로부의 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 압전소자에 외압을 입력할 시 나타나는 압전소자와 정류기를 통과한후의 전류와 축전부에 충전되는 전압의 거동을 나타낸 그래프이다.
전원발생장치에 있어서, 대면적이고, 다수겹 적층되어지며, 외압을 받으면 전압을 발생시키는 압전소자(10)와; 상기 압전소자(10)에 연결되어 발생된 전원을 증폭 및 안정화시키는 전원조정회로부(20)와; 상기 전원조정회로부(20)와 연결되어, 전원조정회로부(20)에서 전송되는 일정이상의 전압과 전류를 저장하는 축전부(30);를 포함하여 구성되어진다.
이때, 상기 압전소자(10)는 다수겹 적층되어지거나 롤형태로 감겨서 형성되어진다.
그리고, 상기 전원조정회로부(20)는 다수겹의 압전소자(10)에 연결되어 압전소자(10)에서 발생되어지는 교류 전원을 직류로 정류하는 정류기(21)(rectifier)와, 상기 정류기(21)에 연결되어 축전부에 저장된 전원을 단락 시키는 셧다운 컨트롤러(22)와, 상기 축전부(30)에 저장된 전원으로부터 부하(24)(Load)의 정격전압에 맞도록 전압을 안정화 시키는 전압안정기(23)(voltage regulator)로 이루어진다.
또한, 상기 축전부(30)는 전원조정회로부(20)의 정류기(21)에 연결되어진다.
본 발명을 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
다수겹 적층되어지는 압전소자(10)에 연결되어 압전소자(10)에서 발생되어지는 교류 전원을 전원조정회로부(20)의 정류기(21)에서 직류로 정류하여 외부에 설치되어 연결되어진 축전부(30)에 전송하고, 상기 축전부(30)는 정류기(21)에서 전송되어진 직류전원을 저장하여 전원을 공급하게 되고, 상기 정류기(21)와 연결되어 부하가 동작하도록 전원을 공급하거나 단절시키는 셧다운 컨트롤러(22)에서 전원을 제어하고, 상기 셧다운 컨트롤러(22)에서 제어신호로 인해 축전부(30)에서 전송되어진 전원을 부하에 맞도록 전압을 전압안정기(23)에서 안정시켜 부하에 전송하게 된다.
그리고, 상기 전원조정회로부(20)에서 압전소자(10)에 외압을 받을시 생성되는 전압과 전류를 계산하는 방식은 다음과 같다.
상기 압전소자(10)에서 발생되는 전하의 범위의 경우 Staner, T "Human Powered Wearable Computing", IBMSystem Journal, Vol.35, No.3 & 4, pp618,629,(1996) 에 따르면 사람의 팔이 자유로이 움직일 때 3W의 기계적인 파워를 발생하고 이를 압전소자를 통하여 전환시 11%의 효율로 330mW의 전기적인 파워를 얻을 수 있다고 보고하고 있다.
이를 수식적으로 압전소자에 외력 F가 가해질 때, 전기적에너지는 아래 식과 같이 계산된다. 즉 압전전하계수 d31와 압전전압계수 g31의 곱에 비례하고 소자의 크기와도 직접적인 관계가 있다.
Figure 112007047253350-PAT00001
Short Circuit Charge generated :
Figure 112007047253350-PAT00002
Open Circuit Electric Field generated :
Figure 112007047253350-PAT00003
Electrical energy generated :
Figure 112007047253350-PAT00004
일실시 예로 상기 식에 g31=200mV/N, d31=20pC/N, F1=2kN, L=15cm, W=1.0cm, T=0.5mm 를 각각 대입하여 계산하면 120mJ의 에너지가 생성된다는 것을 알 수 있다.
이러한 에너지는 이론적으로 적층수 m에 비례하므로 대면적의 다층소자 일수록 에너지 발생량이 크게 나온다.
상기에서 기술된 바와같이 본 발명은, 대면적이고, 다수겹 적층되어지며, 외압을 받으면 전압을 발생시키는 압전소자와; 상기 압전소자에 연결되어 발생된 전원을 증폭 및 안정화시키는 전원조정회로부와; 상기 전원조정회로부와 연결되어, 전원조정회로부에서 전송되는 일정이상의 전압과 전류를 저장하는 축전부;를 포함하여 구성되어 사용자가 휴대하는 휴대용 기기 또는 일반 기기에서 전원이 필요하거나 부족할때 사용하여 전원을 발생시켜 기기들을 언제 어디서든 사용할 수 있으며, 별도의 관리가 불필요 하다.

Claims (3)

  1. 전원발생장치에 있어서,
    대면적이고, 다수겹 적층되어지며, 외압을 받으면 전압을 발생시키는 압전소자(10)와;
    상기 압전소자(10)에 연결되어 발생된 전원을 증폭 및 안정화시키는 전원조정회로부(20)와;
    상기 전원조정회로부(20)와 연결되어, 전원조정회로부(20)에서 전송되는 일정이상의 전압과 전류를 저장하는 축전부(30);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 전원발생장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압전소자(10)는 다수겹 적층되어지거나 롤형태로 감겨서 형성되어진 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 전원발생장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전원조정회로부(20)는 전원조정회로부(20)는 다수겹의 압전소자(10)에 연결되어 압전소자(10)에서 발생되어지는 교류 전원을 직류로 정류하는 정류기(21)(rectifier)와, 상기 정류기(21)에 연결되어 축전부(30)에 저장된 전원을 단락 시키는 셧다운 컨트롤러(22)와, 상기 축전부(30)에 저장된 전원으로부터 부 하(24)(Load)의 정격전압에 맞도록 전압을 안정화 시키는 전압안정기(23)(voltage regulator)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 전원발생장치.
KR1020070064261A 2007-02-13 2007-06-28 압전소자를 이용한 전원발생장치 KR20080075766A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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