KR20100045655A - 적층 벤딩형 압전소자 및 이를 이용한 에너지 발생 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압전소자 및 이를 이용한 에너지 발생 장치에 관한 것으로, 에너지 발생 장치에 사용되는 압전소자에 있어서, 세라믹으로 형성된 압전소자의 일측면에 연성이 있는 금속판이 적층형성되고, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자와 금속판의 일단부는 벤딩처리되어 형성된 것을 특징으로 하는 적층 벤딩형 압전소자와 상기 적층 벤딩형 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치를 기술적 요지로 한다. 이에 의해, 세라믹 소재의 압전소자에 충격을 주는 것이 아니라 상기 금속판에 직접적인 충격을 주게 되는 것에 의하여, 세라믹으로 형성된 압전소자를 보호하고, 금속판의 연성에 의해 충격력의 일정 시간 동안의 감쇄 구간을 형성시켜, 출력 에너지의 중첩 현상을 발생시킬 수 있어 연속적인 에너지를 발생시킬 수 있으며, 또한, 충격력의 상쇄 시간을 더 길게 하거나 짧게 하는 것은, 금속판의 소재의 종류, 두께, 길이 등의 변경만으로 용이하게 조절할 수 있어 적용의 편의성을 도모하고 제조단가를 절감시킬 수 있는 이점이 있다.
압전소자 세라믹 충격 에너지 발생 금속판 연속
Description
본 발명은 압전소자 및 이를 이용한 에너지 발생 장치에 관한 것으로, 특히 압전소자의 강성을 보완하고, 연속적인 에너지 발생을 위해 압전소자에 연성이 있는 금속판을 적층하여 벤딩한 재료의 압전소자 및 이를 이용한 에너지 발생 장치에 관한 것이다.
일반적으로 압전소자는 충격을 가했을 때 전압을 발생시키고, 전기장을 가했을 때는 기계적인 변형이 일어나는 소자로서, 기계적인 진동에너지를 전기에너지로, 전기에너지를 기계적인 진동에너지로 변환이 가능한 재료이다.
본 발명에서는 기계적인 진동에너지를 전기에너지로 변환하는 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치를 중심으로 살펴보고자 한다.
상기 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치는 다양한 응용 분야에 활용되고 있으며, 특히 압전 착화의 수단으로 사용되는 가스버너 등에 사용되거나, 각종 의료기기, 전자기기, 정밀기계 및 전기적 센서 등에 광범위하게 활용되어지고 있다.
이러한 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치는 여러 형태가 있으나, 도 1과 같은 형태의 에너지 발생 장치는 프레임(20)에 방사형으로 압전소자(10)가 배열고정 형성되고, 중심부에 형성된 회전 가압체(30)의 회전에 의해 압전소자에 직접적인 충격을 가할 수 있도록 하여, 높은 전압을 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다.
그러나, 이러한 형태 뿐만 아니라 대체의 압전소자는 세라믹으로 제작된 성분으로 기계적 충격을 가하게 되면, 세라믹 자체의 물성에 의해 부서지거나 파편이 떨어져 나거는 등의 위험이 있어 에너지 발생 장치 자체의 특성 및 내구연한을 떨어뜨리며, 또한, 압전소자의 높은 강성으로 인하여 충격 후에 전압이 급격히 감소되어 각 열전소자 사이에 에너지가 발생되지 않는 시간 영역이 있다.
도 2는 각 압전소자에 충격을 가했을 때 발생되는 전압을 측정한 데이터로서, 1번째 압전소자와 2번째 압전소자 그리고 그 다음번째 압전소자 사이에 충격에너지가 가한 순간에만 높은 전압을 발생시키고, 각 압전소자 사이의 영역에서는 전압이 급격하게 감소되는 영역이 존재하게 된다. 이는 연속적인 에너지 발생을 요구하는 분야에 적용할 수 없을 뿐만 아니라, 충분한 전기에너지를 외부 장치에 공급하지 못하여 상기 회전 가압체에 의한 압전소자에 과도한 충격을 줄 수 있어 장치의 고장을 초래할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 다수의 압전소자를 배열하는 방법이 있으나, 이 또한 압전소자의 파손의 염려가 있으며, 도 3과 같이 여전히 에너지가 급격히 감소하는 영역이 존재할 뿐만 아니라, 제조단가를 상승시키는 원인이 되고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압전소자의 강성을 보완하고, 연속적인 에너지 발생을 위해 압전소자에 연성이 있는 금속판을 적층하여 벤딩한 재료의 압전소자 및 이를 이용한 에너지 발생 장치의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적 달성을 위해 본 발명은, 에너지 발생 장치에 사용되는 압전소자에 있어서, 세라믹으로 형성된 압전소자의 일측면에 연성이 있는 금속판이 적층형성되고, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자와 금속판의 일단부는 벤딩처리되어 형성된 것을 특징으로 하는 적층 벤딩형 압전소자를 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자와 금속판은, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자의 길이에 비해 상대적으로 금속판의 길이가 더 길게 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자와 금속판은, 수지접착층에 의해 접착되며, 상기 수지접착층은, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자와 금속판이 접착되지 않은 영역이 존재하도록 상기 세라믹으로 형성된 압전소자의 길이에 비해 상대적으로 짧게 형성된 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 목적 달성을 위해, 프레임에 압전소자가 배열고정 형성되고, 가압체에 의해 압전소자에 충격을 가해 에너지를 발생시키는 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치에 있어서, 세라믹으로 형성된 압전소자의 일측면에 연성이 있는 금 속판이 적층형성되고, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자와 금속판의 일단부는 벤딩처리되어 형성된 것을 특징으로 하는 적층 벤딩형 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치를 본 발명의 또 다른 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자와 금속판은, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자의 길이에 비해 상대적으로 금속판의 길이가 더 길게 형성되어, 상기 가압체가 상기 금속판을 가압하도록 하여 상기 세라믹으로 형성된 압전소자에 충격력이 전달되도록 형성된 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 적층 벤딩형 압전소자는 방사형으로 프레임에 고정형성되고, 상기 가압체는 압전소자의 중심부에 형성되어 회전되도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자와 금속판은, 수지접착층에 의해 접착되며, 상기 수지접착층은, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자와 금속판이 접착되지 않은 영역이 존재하도록 상기 세라믹으로 형성된 압전소자의 길이에 비해 상대적으로 짧게 형성된 것이 바람직하다.
상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은, 에너지 발생 장치에 사용되는 압전소자를 세라믹으로 형성된 종래의 압전소자와 금속판을 적층하여 사용함으로서, 세라믹 소재의 압전소자에 충격을 주는 것이 아니라 상기 금속판에 직접적인 충격을 주게 되는 것에 의하여, 금속판의 연성에 의해 충격력의 일정 시간 동안의 감쇄 구간을 형성시켜, 출력 에너지의 중첩 현상을 발생시킬 수 있어 연속적인 에너지를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 충격력의 상쇄 시간을 더 길게 하거나 짧게 하는 것은, 세라믹으로 형성된 압전소자는 그대로 사용하고 제작이 간단한 금속판의 소재의 종류, 두께, 길이 등의 변경만으로 용이하게 조절할 수 있어 적용의 편의성을 도모하고 제조단가를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 적층 벤딩형 압전소자 및 이를 이용한 에너지 발생 장치에 관한 것으로서, 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적층 벤딩형 압전소자(100)는 세라믹으로 형성된 압전소자(110)의 일측면에 연성이 있는 금속판(120)이 적층형성되고, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)와 금속판(120)의 일단부는 벤딩처리되어 형성된 것이다.
상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)는 일반적으로 PZT(PbTiO3와 PbZrO3와의 고용체)가 일반적으로 사용되고 있다. 이러한 세라믹으로 형성된 압전소자(110)의 경우 1000~1500℃에서 고온 소성한 것으로, 싸이즈의 정밀성이 떨어지고, 파손되기 쉬우며, 두께가 두꺼운 단점이 있으나, 이 물질은 넓은 범위의 조성비 및 첨가물을 선택할 수 있고, 다결정성을 띄므로 구조에 따라서 압전 상수를 변경할 수 있는 장점이 있어 현재까지 널리 사용되고 있다.
이러한 세라믹으로 형성된 압전소자(110)의 단점을 보완하기 위해 상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)를 소정 길이로 제작한 후 이보다 적어도 더 긴 길 이를 가지는 금속판(120)에 적층형성시킨다. 상기 금속판(120)은 연성이 있는 금속이 바람직하며, 일반적으로 금속은 일정 두께 이하이면 연성이 있는 것으로 알려져 있으며, 가격이 저렴하고 가공이 편리한 금속 소재를 사용한다. 이에 알루미늄, 구리, 철, 스텐레스스틸, 기타 금속 합판 등 작업 환경에 따라 적절한 금속을 선택하여 사용할 수 있다.
상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)는 연성이 떨어져 깨지기 쉬울 뿐만 아니라, 전압을 연속적으로 발생시키지 못하므로, 상대적으로 연성이 있는 금속판(120)을 상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)의 일면에 적층하여 사용하는 것으로, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)에 충격을 가하는 것이 아니라 금속판(120)에 충격을 가하도록 하는 것이다.
상기 금속판(120)의 사용과 상기 금속판(120)에 직접적인 충격을 주게 되는 것에 의하여, 금속판(120)의 연성에 의해 충격력이 갑자기 상쇄되는 것이 아니라, 일정 시간 동안 감쇄하는 형상을 이루어 상기 압전소자의 갯수를 어느 정도 이상 배열시키면 출력신호의 중첩 현상을 발생시킬 수 있어 연속적인 전압을 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 세라믹으로 형성된 압전소자(110)의 형상을 더 짧거나 가늘고 얇게 형성시킬 수도 있어 상대적으로 세라믹으로 형성된 압전소자(110)의 제작시 필요한 노력과 비용을 줄일 수 있게 되는 것이다.
여기에서, 충격력의 상쇄 시간을 더 길게 하거나 짧게 하는 것은, 세라믹으로 형성된 세라믹으로 형성된 압전소자(110)는 그대로 사용하고 금속판(120)의 소재의 종류, 두께, 길이 등의 변경만으로 용이하게 조절할 수 있게 된다.
그리고, 상기 금속판(120)과 세라믹으로 형성된 압전소자(110)의 일단부는 벤딩처리하여(bending) 고정시켜 충격이 가해져도 분리되지 않도록 하며, 금속이나 합성수지 등으로 상기 금속판(120)과 세라믹으로 형성된 압전소자(110)를 묶거나 철하는 방식으로 벤딩부(b)를 형성한다.
또한, 상기 금속판(120)과 세라믹으로 형성된 압전소자(110)는 에폭시 등의 접착체로 이루어진 수지접착층(130)에 의해 접착되도록 하여, 상기 금속판(120)과 세라믹으로 형성된 압전소자(110)가 움직이지 않도록 고정시키면서, 세라믹으로 형성된 압전소자(110) 및 금속판(120)의 연성에 영향을 주지 않도록 한다.
이와 같이 세라믹으로 형성된 압전소자(110)와 금속판(120)의 적층 구조에 의해 형성된 적층 벤딩형 압전소자(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이 충격이 가해지는 금속판(120)의 길이가 상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)의 길이보다 상대적으로 길게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 수지접착층(130)은 금속판(120)의 충격력 즉, 연성이 세라믹으로 형성된 압전소자(110)에 효율적으로 전달되도록 세라믹으로 형성된 압전소자(110)와 금속판(120)이 접착되지 않은 영역이 일정 부분 존재하도록 상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)의 길이보다는 짧게 형성되는 것이 바람직하다.
상기의 적층 벤딩형 압전소자(100)는 에너지 발생 장치에 적용될 수 있으며, 상기 에너지 발생 장치는 일반적으로 소정의 프레임 상에 다수개의 본 발명에 따른 적층 벤딩형 압전소자(100)가 배열고정 형성되고, 가압체의 작동에 의해 상기 적층 벤딩형 압전소자(100), 엄밀히 말하면 금속판(120)의 타단부를 가압시킴으로써 금 속판(120)의 충격력이 세라믹으로 형성된 압전신호에 전달되어, 압전 분극에 의한 압전 신호의 발생에 의해 전기적 에너지로 발현되게 된다.
여기에서, 상기 에너지 발생 장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 효율적인 공간 활용을 위해 방사형으로 소정의 프레임(200) 상에 고정형성되고, 상기 가압체(300)는 적층 벤딩형 압전소자(100)의 중심부 즉, 가압체(300)의 단부가 상기 금속판(120)의 타단부에 접촉되도록 형성되어, 상기 가압체(300)의 회전 작동에 의해 전기적 에너지를 발생시키도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 가압체(300)는 필요에 의해 적층 벤딩형 압전소자와 부딪치는 부분을 다수개로 방사형으로 형성시킬 수도 있다.
도 6은 1번째 적층 벤딩형 압전소자, 2번째 적층 벤딩형 압전소자에 의해 발생하는 전압 신호를 측정한 데이터이다. 도시된 바와 같이 세라믹으로 형성된 압전소자(110)와는 달리 천천히 감소하는 감쇄 구간이 존재하는 것을 알 수 있다.
도 7은 이러한 적층 벤딩형 압전소자를 다수개 형성시킨 다양한 샘플(sample)에 있어서 전압 신호의 감쇄 구간을 중첩시킴으로써, 에너지 발생의 끊김이 없이 연속적인 에너지를 발생시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
도 1 - 종래의 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치에 대한 모식도.
도 2 - 종래의 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치의 전압 신호를 측정한 데이터를 나타낸 도.
도 3 - 종래의 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치의 전압 신호를 측정한 데이터를 나타낸 도.
도 4 - 본 발명에 따른 적층 벤딩형 압전소자의 주요부에 대한 측면도.
도 5 - 본 발명에 따른 적층 벤딩형 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치에 대한 주요부에 대한 모식도.
도 6 - 본 발명에 따른 적층 벤딩형 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치의 전압 신호를 측정한 데이터를 나타낸 도.
도 7 - 본 발명에 따른 적층 벤딩형 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치의 전압 신호를 측정한 데이터를 나타낸 도.
<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>
100 : 적층 벤딩형 압전소자 110 : 세라믹으로 형성된 압전소자
120 : 금속판 130 : 수지접착층
200 : 프레임 300 : 가압체
Claims (9)
- 에너지 발생 장치에 사용되는 압전소자에 있어서,세라믹으로 형성된 압전소자(110)의 일측면에 연성이 있는 금속판(120)이 적층형성되고, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)와 금속판(120)의 일단부는 벤딩처리되어 형성된 것을 특징으로 하는 적층 벤딩형 압전소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)와 금속판(120)은,상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)의 길이에 비해 상대적으로 금속판(120)의 길이가 더 길게 형성된 것을 특징으로 하는 적층 벤딩형 압전소자.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)와 금속판(120)은,수지접착층(130)에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 적층 벤딩형 압전소자.
- 제 3항에 있어서, 상기 수지접착층(130)은,상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)와 금속판(120)이 접착되지 않은 영역이 존재하도록 상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)의 길이에 비해 상대적으로 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 적층 벤딩형 압전소자.
- 프레임에 압전소자가 배열고정 형성되고, 가압체에 의해 압전소자에 충격을 가해 에너지를 발생시키는 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치에 있어서,세라믹으로 형성된 압전소자(110)의 일측면에 연성이 있는 금속판(120)이 적층형성되고, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)와 금속판(120)의 일단부는 벤딩처리되어 형성된 것을 특징으로 하는 적층 벤딩형 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치.
- 제 5항에 있어서, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)와 금속판(120)은,상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)의 길이에 비해 상대적으로 금속판(120)의 길이가 더 길게 형성되어, 상기 가압체(300)가 상기 금속판(120)을 가압하도록 하여 상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)에 충격력이 전달되도록 형성된 것을 특징으로 하는 적층 벤딩형 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치.
- 제 5항에 있어서, 상기 적층 벤딩형 압전소자는 방사형으로 프레임(200)에 고정형성되고, 상기 가압체(300)는 압전소자의 중심부에 형성되어 회전되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 적층 벤딩형 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치.
- 제 5항 내지 제 7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)와 금속판(120)은,수지접착층(130)에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 적층 벤딩형 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치.
- 제 8항에 있어서, 상기 수지접착층(130)은,상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)와 금속판(120)이 접착되지 않은 영역이 존재하도록 상기 세라믹으로 형성된 압전소자(110)의 길이에 비해 상대적으로 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 적층 벤딩형 압전소자를 이용한 에너지 발생 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080104694A KR20100045655A (ko) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | 적층 벤딩형 압전소자 및 이를 이용한 에너지 발생 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080104694A KR20100045655A (ko) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | 적층 벤딩형 압전소자 및 이를 이용한 에너지 발생 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100045655A true KR20100045655A (ko) | 2010-05-04 |
Family
ID=42273275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020080104694A KR20100045655A (ko) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | 적층 벤딩형 압전소자 및 이를 이용한 에너지 발생 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20100045655A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102857141A (zh) * | 2012-08-07 | 2013-01-02 | 南京航空航天大学 | 用于微风发电装置的压电振子 |
| CN112821806A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-05-18 | 哈尔滨理工大学 | 一种面向安全防护装置的自供能压电发电蓄能装置 |
-
2008
- 2008-10-24 KR KR1020080104694A patent/KR20100045655A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN102857141A (zh) * | 2012-08-07 | 2013-01-02 | 南京航空航天大学 | 用于微风发电装置的压电振子 |
| CN112821806A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-05-18 | 哈尔滨理工大学 | 一种面向安全防护装置的自供能压电发电蓄能装置 |
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