KR20090082841A - 곡면 탄성판을 이용한 발전모듈 및 압전에너지 수집장치 - Google Patents
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Abstract
곡면 탄성판을 이용한 발전모듈 및 압전에너지 수집장치가 개시된다. 전기를 발생하는 기본 단위인 본 발명에 따른 발전모듈은 물체에 연결되거나 진동 시스템에서 질량체로서 작용하는 두 개의 관성블록을 포함하고, 두 개의 관성블록을 연결하는 탄성이 있는 곡면의 판으로 구성된 곡면 탄성판을 포함하고, 곡면 탄성판의 두면 중 적어도 하나의 면에 접착되는 압전필름을 포함한다. 또한, 압전 에너지 수집장치는 발전모듈을 소정의 연결블록을 통해 다수 개 연결함으로써 비교적 많은 양의 전기를 생성할 수 있다.
곡면 탄성판, 압전필름
Description
본 발명은 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 미소전력생산장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진동이 용이한 곡면 탄성판을 이용하여 미소전력을 발생하는 기본단위인 발전모듈과, 그 발전모듈을 결합하여 비교적 많은 양의 전기를 발생하는 압전에너지 수집장치에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[국가관리번호: 2005-S-106-03, 과제명: RFID/USN용 센서 태그 및 센서 노드 기술 개발].
압전소자(Piezoelectric Element)란 외부로부터 기계적 힘을 받아 변형이 생기면 전기가 발생하거나, 역으로 외부에서 전기를 가하면 기계적 힘이 발생하여 변형이 생기는 전기소자인데, 이것을 얇은 필름 형태로 제작한 것이 압전 필름이다.
수정, 전기석, 로셸염 등이 일찍부터 압전소자로서 이용되었으며, 근래에 개발된 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민 등의 인공결정도 압전성이 뛰어나다.
압전소자의 상기와 같은 특성을 이용하여, 진동센서, 가스레인지의 스파크점화기, 마이크로폰이나 전축의 픽업, 전화기나 라디오의 스피커, 초음파 탐지기, 수정 시계의 진동자, 방송기기, 원거리 통신회로 등 다양한 용도로 사용된다.
상기와 같이 압전소자의 특성을 이용하여 변형이 일어나는 물체에 부착하여 물체의 변형에너지를 전기에너지로 바꿀 수 있는 방법이 최근에 시도되고 있는데, 대표적인 것이 도 1에 도시한 바와 같은 외팔보 구조의 압전에너지 수집장치이다. 이 장치는 끝단에 질량체가 부착된 판 형태의 외팔보의 상면 또는 하면에 압전필름을 접착한 것으로서, 외팔보와 질량체가 하나의 진동시스템을 구성하여 이 진동시스템의 질량체가 진동을 하면 외팔보가 상하로 굽혀지는 굽힘변형이 반복적으로 일어나서 외팔보의 상면 또는 하면에는 압축응력과 인장응력이 교대로 발생한다. 이와 같이 외팔보의 상면 또는 하면에 압축응력과 인장응력이 발생하면 여기에 접착된 압전필름에도 압축력과 인장력이 반복적으로 발생하고, 압전필름에서는 교류전기가 발생한다. 이렇게 발생한 교류전기를 정류회로를 통하여 정류하여 직류로 변환한 다음 커패시터(Capacitor, 콘덴서, 축전기라고도 함.)에 축전하는 방식이다.
상기와 같은 방식의 외팔보 구조의 압전에너지 수집장치는 긴 외팔보의 끝단에 추가 있는 얇고 긴 형상으로서, 구조적으로 콤팩트하지 못하고, 하나의 장치에 외팔보의 상, 하면에 각각 한 매식 2매의 압전필름만 부착할 수 있고, 이 외팔보 구조의 압전에너지 수집장치는 서로 연결하여 사용할 수가 없어서 한곳에 하나만 부착할 수 있고, 따라서 발전량에 한계가 있다.
상기와 같이 아직까지 운동하는 물체로부터 전기에너지를 수집하여 실용적인 용도의 에너지 공급원으로 사용할 수 있는 장치는 개발된 바가 없다. 그 이유는 통상적으로 발생하는 물체의 운동이 그다지 크지 않고, 따라서 압전소자에서 발생하는 전기의 량이 적어 에너지원으로 사용하기에 부족하기 때문이다.
현재 대형 산업플랜트의 배관과 회전기계, 교량 철탑 굴뚝 등의 대형 구조물, 발전설비 등의 대규모 산업시설, 산불감시시스템 등에서는 이들의 진동, 온도, 오염물질 배출 상황 등을 모니터링하기 위한 각종 센서들과 중요 기기를 원격으로 제어하기 위한 원격제어장치들이 많이 사용되고 있다. 이들 센서와 원격제어장치는 중앙통제실 등과 데이터와 제어명령을 무선으로 송수신하는 무선송수신장치를 구비하고 있는 것이 일반적인데, 광범위한 지역에 산재하고 있는 이들 센서와 무선 송수신장치의 작동에 필요한 전기를 공급하는 수단으로는 배터리를 사용하거나 풍력발전기 또는 태양광발전기 등의 발전 시스템을 사용하고 있다. 그러나 배터리는 수명이 유한한 것으로서 교체가 아주 번거롭고, 그리고 풍력발전기나 태양광발전기는 아주 고가이고, 햇빛과 바람이 없는 실내에서는 사용이 불가능하고, 정비유지가 어렵다.
그리고 자동차, 비행기, 선박 등 움직이는 물건 그 자체 또는 여기에 실려서 이동하는 화물에 적용되는 소위 유비쿼터스 기술에도 GPS에 의하여 자신의 위치를 식별하고 자신의 위치에 대한 정보를 송출하는 센서가 있는데, 현재 여기에도 배터리 이외에 마땅한 전기 공급수단이 없다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 필름형태의 압전소자(즉, 압전필름)과 곡면 탄성판을 이용하여 아주 간단하고 콤팩트한 구성으로 어떤 원인에 의해서든지 운동이 일어나는 물체의 운동을 크게 증폭하여, 그로부터 발생하는 전기를 축적하여 산업적인 용도의 에너지원으로 사용할 수 있도록 하는 발전모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 본 발명에 따른 발전모듈을 다수 개 연결하여 비교적 많은 양의 전기를 수집하는 압전에너지 수집장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 발전모듈의 일 실시예는, 물체에 부착되는 제1 관성블록; 진동 시스템에서 질량체로서 작용하는 제2 관성블록; 탄성이 있는 곡면의 판이며, 상기 판의 양단은 각각 상기 제1 관성블록과 상기 제2 관성블록에 연결되는 곡면 탄성판; 및 상기 곡면 탄성판의 두면 중 적어도 하나의 면에 접착되는 압전필름;을 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 압전에너지 수집장치의 일 실시예는, 탄성 있는 곡면의 판에 부착된 압전필름의 변형을 통해 전기를 발생하는 발전모듈; 및 다면체의 구조이며, 상기 다면체의 각 면에 상기 발전모듈이 연결되는 연결블록;을 포함한다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나 이상의 발전모듈로 구성되는 압전에너지 수집장치는 진동이 일어나는 물체에 부착되어, 그 물체의 운동을 크게 증폭시키고, 증폭된 운동으로부터 실용적으로 사용할 수 있을 정도의 전기에너지를 얻을 수 있게 한다.
본 발명에 따른 압전에너지 수집장치는, 광범위한 지역에 산재해 있으면서 비교적 적은 에너지를 소비하는 센서, 무선송수신장치, 유비쿼터스 센서 등의 장치에 설치되어 직접 전기를 생산하여 제공해 줄 수 있을 만큼 아주 콤팩트하고 간단하게 구현가능하다.
특히 연결블록을 사용하여 다양한 형태의 압전에너지 수집장치의 구성이 가능하며, 주변 진동을 좀 더 효과적으로 수집할 수 있다. 또한 연결블록은 집중 질량으로도 작용하여 압전에너지 수집장치의 고유진동수를 조정하는데 사용되어 더욱 효과적으로 압전에너지를 수집할 수 있다.
무선으로 센서 노드를 운영하는 경우, 건물에 있어 센서 연결에 필요한 전선 비용이 센서 설치 비용의 50~90%를 차지하는 것으로 나타나 있다. 본 발명에 따른 압전에너지 수집장치를 이용하면 전원공급문제를 해결할 뿐만 아니라 보다 지능적인 형태의 건물, 자동차, 모바일 장비 등의 개발이 가능하다.
또한, 에너지 수집을 통해 미국의 경우에는 $55 billion을 절감할 수 있을 것으로 예상하고 있다. 이와 같은 에너지 절감은 미국의 경우에 $35 million ton의 탄소 배출을 억제할 수 있을 것으로 예상하고 있다. 에너지 수집 기술은 에너지 재 활용 기술의 하나로 산업기술 전반에 영향을 줄 것이다.
또한, 기존의 센서 노드에 사용되는 전원 공급장치를 보완할 방안을 확보할 수 있고, 센서 노드에 추가적인 전원을 공급하여 센서 노드의 사용 연한을 늘릴 수 있는 방안을 제시할 수 있고, 에너지 수집 요소 기술을 확보하여 유비쿼터스 센서 노드(USN, Ubiquitous Sensor Node) 분야를 선도할 수 있는 위치 선점을 할 수 있으며, USN 분야의 에너지 문제 해결을 통한 USN 상용화 시기를 앞당길 수 있다.
진동, 바람의 힘, 등으로 지속적으로 운동하는 물체의 운동에너지를 전기에너지로 변환하고 이를 축적하여 유용하게 사용할 수 있다면, 다양한 산업분야에 응용할 수 있다. 나아가서 물체의 운동을 증폭시켜 더 많은 전기에너지를 발생시키고 이를 수집할 수 있다면 더욱 바람직할 것이다.
다양한 분야의 적용을 위해서 전기에너지 수집장치는 구조가 콤팩트하여야 하고, 다수개를 직렬 또는 병렬로 연결하기 용이하여야 하며, 물체의 운동을 간단한 방법으로 증폭시킬 수 있어야 한다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 곡면 탄성판을 이용한 압전 에너지 수집 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 곡면 탄성판을 이용한 압전 에너지 수집 장치를 구성하는 기본 단위인 발전모듈(100)의 일 실시예의 구조를 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명에 따른 발전모듈(100)의 관성블록(1)의 단면도를 도시한 도면이다. 이하, 도 2 및 도 3을 함께 참조하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 발전모듈(100)은, 진동 시스템에서 질량체로 작용하거나 외부 물체에 부착되는 2개의 관성블록(1), 상기 관성블록들(1)을 연결하는 다수 개의 곡면 탄성판(2), 곡면 탄성판(2)의 표면에 접착되는 압전필름(3), 그리고 관성블록(1)에 내장되어 압전필름(3)에서 발생한 전기를 수집하는 충전회로(4)를 포함한다.
관성블록(1)은 곡면 탄성판(2)을 부착할 수 있고, 진동하는 물체에 부착될 수 있으며, 내부 또는 외부에 충전회로(4)를 장착할 수 있는 어떠한 형태로도 구현 가능하다. 그 일 예로서 도 3을 참조하면, 관성블록(1)은 플랜지(11)와 몸체(12)를 포함하고, 플랜지(11)는 곡면 탄성판(2)을 고정할 수 있는 고정구멍(13)들을 구비하고, 몸체(12)는 진동하는 물체를 부착할 수 있는 고정구멍(14)을 구비하고 내부에 충전회로(4)를 장착할 수 있는 홈(15)을 구비한다. 그리고 각 고정구멍들(13,14)은 고정나사(16)를 이용하여 용이하게 조립할 수 있도록 나사구멍으로 구성되는 것이 바람직하다. 관성블록(1)은 상하 2개가 소요되는데, 각각 다른 형상으로 제작하거나, 동일한 형상으로 제작할 수 있다. 동일한 형상인 경우 대량생산과 부품관리에 용이하다.
다시 도 2를 참조하면, 발전모듈(100)의 상하에 각각 위치한 관성블록(1) 중 하나는 외부 물체에 부착되고, 다른 하나는 진동 시스템인 발전모듈(100)에서 질량체로 작용한다.
곡면 탄성판(2)은 상하부의 고정부(21)와 이 두 고정부(21) 사이의 곡면부(22)로 구성된다. 곡면 탄성판(2)은 탄성이 좋은 스프링강 등 탄성재료로 제작되 고, 고정부(21)와 곡면부(22)는 일체형으로 구성되는 것이 바람직하다. 곡면 탄성판(2)은 일정 두께의 판 스프링의 중앙부를 일정한 곡률로 만곡하여 곡면부(22)를 형성하고, 양단을 수평이 되도록 구부려 고정부(21)를 형성하여 제작할 수 있다.
곡면 탄성판(2)의 고정부(21)는 관성블록(1)에 고정될 수 있는 고정구멍(23)을 구비하고, 그 고정구멍(23)을 통해 관성블록(1)과 나사결합, 리벳결합 등을 통해 조립된다. 고정구멍(23)의 가공에는 많은 작업이 소요되므로, 경우에 따라서는 곡면 탄성판(2)과 관성블록(1)을 용접으로 결합할 수도 있다.
도 1에서 곡면 탄성판(2)이 4매로 구성되는 예를 도시하였으나, 1매로 구성될 수 있음은 물론이다. 1매의 곡면 탄성판(2)로 구성되는 경우, 상하의 관성블록(1)의 중심에 곡면 탄성판(2)가 고정되는 것이 바람직하다. 곡면 탄성판(2)의 수는 1매 이상 임의로 할 수 있으나, 관성블록(1)의 플랜지(11)의 크기를 감안하여 최대한 많은 매수로 하는 것이 발전량을 많게 할 수 있으므로 유리하다.
곡면 탄성판(2)은 진동 시스템에서 스프링으로 작용하며, 다수 매의 곡면 탄성판(2)을 사용한 경우에는 사용된 매수만큼 스프링이 병렬로 연결된 것이 된다.
질량체 역할을 하는 관성블록(1)과 스프링 역할을 하는 곡면 탄성판(2)은 하나의 진동시스템을 구성하고, 그 진동 시스템은 관성블록(1)의 질량과 곡면 탄성판(2)의 스프링 상수에 의해서 결정되는 고유 진동수를 가진다. 이 진동 시스템은 1자유도계 진동시스템에 가깝고, 고유진동수(fn, 단위 Hz)는 다음 식과 같이 계산된다.
상기 식에서 K는 스프링 상수이고, M은 질량이다. 관성블록(1)의 질량과 곡면 탄성판(2)의 스프링 상수를 적절히 조절하여(통상 이와 같은 작업을 "튜닝"이라고 한다) 고유 진동수를 발전모듈(100)이 부착되는 진동 물체의 진동수와 일치시키면, 발전모듈(100)은 공진을 하므로 질량체 역할을 하는 고정되지 않은 관성블록은 아주 크게 진동을 하고, 이에 따라 관성블록(1)에 고정된 곡면 탄성판(2)이 펴졌다 오므라들었다 하는 반복적인 변형을 아주 크게 한다.
대규모 산업 플랜트의 배관, 구조체, 회전기계 등은 주변에 산재한 다양한 진동원에 의하여 항상 진동을 하고 있으며, 야외에 설치된 철탑, 관제탑, 나무 등도 풍하중 등에 의하여 주로 진동을 하고 있다. 이러한 구조체의 진동 성분 중 가장 탁월한 주파수의 진동은 통산 그 구조체의 고유 진동수인데, 본 발명에 따른 발전모듈의 고유 진동수를 구조체의 고유 진동수와 일치시켜 공진을 일으킨다. 곡면 탄성판의 움직임의 일 예에 대해서는 도 4에 도시되어 있다.
압전필름(3)은 곡면 탄성판(2)의 외면과 내면 중 어느 한 면 또는 두면 모두에 접착체로 단단히 접착되고, 각 압전필름(3)의 전선은 충전회로(4)에 연결된다. 이와 같은 압전필름(3)은 시중에 판매되고 있다. 압전필름(3)은 발전모듈(100)의 관성블록(1)이 진동할 때 곡면 탄성판(2)의 외면 및 내면과 함께 압축 및 인장변형을 번갈아 하면서 교류전기를 발생시킨다. 발전모듈(100)이 공진에 의하여 크게 진 동하면, 곡면 탄성판(2)도 큰 변형을 반복하고, 그에 따라 압전필름(3)에서도 많은 량의 전기가 발생한다.
이렇게 발생한 전기는 조명이나 구동장치의 구동과 같이 많은 전기가 소요되는 기기에 사용하기에는 부족하지만, 센서 또는 무선 송수신기와 같이 적은 전기가 소요되는 기기에 사용하기에는 충분한 전기를 발전할 수 있다.
충전회로(4)는 도 3에 도시된 바와 같이 관성블록(1)의 내부에 장착되는 것이 바람직하다. 충전회로(4)는 압전필름(3)에서 발생한 교류전기를 직류로 정류하는 정류회로와, 정류된 직류전기를 저장하는 커패시터를 포함하여 구성되며, 압전필름(3)에서 발생한 전기를 충전한다. 충전회로(4)에는 충전된 전기를 외부로 송출하는 전선 또는 단자(41)를 포함한다. 충전회로(4)는 발전모듈(100)의 외부에 위치할 수도 있고, 발전모듈(100)의 내부 적당한 곳에 밖으로 노출되어 고정될 수도 있다. 그러나 도 3에 도시한 바와 같이 관성블록(1) 내의 공간(15)을 확보하여 내장하고, 뚜껑(42)을 구비하고, 뚜껑 등에 연결단자(41)를 구비하면 사용이 편리하고 외형이 간결해지는 장점이 있다.
도 4는 본 발명에 따른 발전모듈이 진동할 때의 곡면 탄성판의 움직임의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 탄성 곡면판(2)이 펴질 때, 즉 이완시에는 탄성 곡면판(2)의 내측에는 인장응력과 인장변형이 발생하고, 외측에는 압축응력과 압축변형이 발생한다. 반대로 탄성 곡면판(2)이 오므라들 때, 즉 압축시에는 탄성 곡면판(2)의 외측에는 인장응력과 인장변형이 발생하고, 내측에는 압축응력과 압축변형이 발생 한다. 발전모듈(100)이 진동을 하는 동안에는 탄성 곡면판(2)의 내면과 외면은 인장변형과 압축변형이 교대로 계속 반복된다.
도 5는 본 발명에 따른 발전 모듈들을 상호 연결하기 위한 연결블록(200)이 부착된 발전모듈(100)의 일 예를 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명에 따른 발전모듈(100) 4개를 연결블록(200)을 통해 결합한 일 예를 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명에 따른 발전모듈(100) 4개를 연결블록(200)을 통해 격자 형태로 결합한 일 예를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 발전모듈(100)을 단독으로 사용하거나, 다수 개의 발전모듈을 진동하는 물체에 밀집되도록 부착시켜 사용할 수 있다. 많은 전기를 발전하기 위해서는 되도록 많은 개수의 발전모듈을 사용하여야 한다. 이 경우에 도 5에 도시된 연결블록(200)을 이용하여 2 개 이상의 발전모듈을 하나로 묶어 결합하여 사용할 수 있다. 연결블록(200)을 이용하여 발전모듈을 도 6 및 도 7과 같이 결합할 수 있다.
연결블록(200)은 발전모듈(100)을 서로 결합하는 기능 이외에도, 도 7과 같이 격자형으로 다수 개의 발전모듈(100)이 결합된 구성에서는 각각이 분포질량역할을 한다. 그리고 각 발전모듈(100)의 곡면 탄성판은 분포 스프링 역할을 하여 격자 연결 구조 전체가 하나의 큰 진동 시스템을 구성한다. 이와 같은 큰 진동시스템은 많은 수의 고유 진동수를 가지는데, 연결블록(200) 각각의 질량을 조절하여 진동시스템의 고유 진동수를 임의로 조절할 수 있다. 이와 같이 복잡한 진동 시스템의 고유 진동수를 포함한 진동 특성은 유한 요소법을 이용한 진동해석용 컴퓨터 프로그 램을 이용하여 해석적으로 도출해 낼 수 있다.
도 5 내지 도 7에 도시된 연결블록(200)은 사면체이나, 각각의 면에 발전모듈(100)의 관성블록(1)이 결합될 수 있는 구조이면 사면체 이외의 어떠한 다면체의 구조로 구현되어도 된다. 예를 들어, 관성블록(1)의 몸체에 돌출된 돌기를 형성하고, 연결블록(200)은 육면체로 하고 각각의 면에 관성블록(1)의 몸체에 돌출된 돌기가 삽입되어 결합될 수 있는 홈을 형성할 수 있다.
발전모듈(100)은 전기공급을 필요로 하는 센서 등과 인접한 배관, 철골 구조체, 나무 등의 진동하는 물체에 부착하여 사용하는 것이 보편적이다.
도 8은 본 발명에 따른 발전모듈이 적용되는 일 예를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 사람이 보행하는 바닥을 고정바닥과 가둥바닥으로 분리하고, 고정바닥과 기둥바닥 사이에 본 발명에 따른 발전모듈(100)을 다수 개 설치한 경우이다. 이 경우 사람이 바닥 위로 보행을 하면 사람의 체중에 의하여 상부바닥, 즉 가둥바닥이 눌리게 되고, 그에 따라 발전모듈의 관성블록 사이가 오므라들고, 사람이 지나가면 가둥바닥이 탄성 곡면체의 탄성에 의하여 원위치로 복원되면서 두 관성블록 사이가 펴지게 된다. 이 과정에서 발전이 된다. 본 발명을 이와 같이 여러 가지 목적으로 사용될 수 있으며, 특히 외부칩입자 경보용 센서로 사용될 수도 있다.
이 외에도 본 발명에 따른 발전모듈을 소형으로 제작하여 신발, 특히 아동용 신발의 바닥에 장착하는 경우, 신발을 신고 걸을 때 발생하는 발바닥의 압력에 의하여 전기가 발생되고, 이 전기를 이용하여 신발에 불이 반짝이게 하거나, 신발에 서 노래 또는 경고음이 흘러나오게 할 수 있다.
이 외에도 본 발명에 따른 발전모듈은 무선 무인 센서노드, 유비쿼터스 센서노드, IT 기기, 건물 및 교량의 안전진단, 산불예방, 재난관리, 방위산업 등에 광범위하게 적용될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1에 종래의 외팔보 구조의 압전에너지 수집장치의 일 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 곡면 탄성판을 이용한 압전 에너지 수집 장치를 구성하는 기본 단위인 발전모듈의 일 실시예의 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 발전모듈의 관성블록의 단면도를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 발전모듈이 진동할 때의 곡면 탄성판의 움직임의 일 예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 발전 모듈들을 상호 연결하기 위한 연결블록이 부착된 발전모듈의 일 예를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 발전모듈 4개를 연결블록을 통해 결합한 일 예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 발전모듈 4개를 연결블록을 통해 격자 형태로 결합한 일 예를 도시한 도면, 그리고,
도 8은 본 발명에 따른 발전모듈이 적용되는 일 예를 도시한 도면이다.
Claims (8)
- 물체에 부착되는 제1 관성블록;진동 시스템에서 질량체로서 작용하는 제2 관성블록;탄성이 있는 곡면의 판이며, 상기 판의 양단은 각각 상기 제1 관성블록과 상기 제2 관성블록에 연결되는 곡면 탄성판; 및상기 곡면 탄성판의 두면 중 적어도 하나의 면에 접착되는 압전필름;을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전모듈.
- 제 1항에 있어서,상기 제1 관성블록과 상기 제2 관성블록 사이에 곡면이 바깥으로 향하도록 배치된 다수개의 상기 곡면 탄성판을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전모듈.
- 제 1항에 있어서,상기 압전필름에서 발생한 전기를 수집하는 충전회로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전모듈.
- 제 3항에 있어서,상기 제1 관성블록 또는 상기 제2 관성블록은 상기 충전회로를 내장할 내부 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전모듈.
- 제 1항에 있어서,상기 제2 관성블록의 질량 및 상기 곡면 탄성판의 스프링 상수에 의해 결정되는 상기 진동 시스템의 고유 진동수가 상기 제1 관성블록이 부착되는 물체의 진동수와 일치하는 것을 특징으로 하는 발전모듈.
- 탄성 있는 곡면의 판에 부착된 압전필름의 변형을 통해 전기를 발생하는 발전모듈; 및다면체의 구조이며, 상기 다면체의 각 면에 상기 발전모듈이 연결되는 연결블록;을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 에너지 수집장치.
- 제 6항에 있어서,상기 발전모듈은, 일측은 상기 연결블록의 일면에 부착되고, 다른 일측은 진동 시스템에서 질량체로서 작용하는 두 개의 관성블록을 포함하고, 상기 두 개의 관성블록을 연결하는 탄성이 있는 곡면의 판으로 구성된 곡면 탄성판을 포함하고, 상기 곡면 탄성판의 두면 중 적어도 하나의 면에 접착되는 압전필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 에너지 수집장치.
- 제 6항에 있어서,다수개의 상기 연결블록과 다수개의 상기 발전모듈이 격자형으로 상호 결합 되는 것을 특징으로 하는 압전 에너지 수집장치.
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