KR20100073199A

KR20100073199A - 압전소자를 채용한 전원공급장치

Info

Publication number: KR20100073199A
Application number: KR1020080131796A
Authority: KR
Inventors: 김봉선; 이종호
Original assignee: 김봉선; 이종호
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2010-07-01

Abstract

본 발명은 보행자 또는 차량의 왕래가 빈번한 장소에 압전소자발전모듈을 설치하여 보행자 또는 차량의 통과시에 하중을 받아 압전소자를 타격함으로써 전기(전원)을 생성하고, 그 생성된 전원을 전원부하의 작동에 적용하거나 충전부하(예컨대, 휴대폰 배터리라든지 MP3플레이어의 배터리 등)의 충전에 적용하고, 또는 수전측으로 송출하여 경제적인 이익을 창출할 수 있도록 하기 위한 압전소자를 채용한 전원공급장치에 관한 것이다.

바람직하게, 상기 전원공급장치는 보행자와 차량의 통과시에 전달되는 하중에 의해 압전소자가 가압되도록 하여 전기(전원)을 발생하는 압전소자발전모듈과, 상기 전기(전원)이 정류부에서 정류되면 그 정류된 전원을 직류레벨로 변환 증폭하는 전원변환증폭부, 상기 전원변환증폭부에서 출력되는 전원에 의해 전원부하를 작동시키는 전원부하구동부와 상기 전원에 의해 제 1 내지 제 N충전부하를 충전하는 전원충전부, 상기 전원변환증폭부에서 출력되는 전원에 의해 충전부하를 충전하기 위한 전원부하충전부, 상기 전원변환증폭부에서 출력되는 전원을 수전측에 송출하는 발전전원송출부를 포함하게 된다.

압전소자, 발전

Description

압전소자를 채용한 전원공급장치{ELECTRIC POWER GENERATING AND SUPPLYING APPARATUS WITH PIEZOELECTRIC ELEMENT}

본 발명은 압전소자를 채용한 전원공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보행로라든지 도로에 매설되어 보행자의 하중 및/또는 차량의 하중에 의해 압전소자를 가압하여 전원을 생성하고 그 전원을 전원부하에 공급하거나 충전하고 또는 판매함으로써 경제적인 이익을 얻기 위한 압전소자를 채용한 전원공급장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전기/전자 제품과 같은 전원부하 또는 산업용 설비와 같은 전원부하를 작동시키기 위한 전원을 생성하기 위한 방식으로는 화석연료를 사용하는 화력발전이 대표적이다.

그 화력발전방식의 경우는 발전설비의 건설비용이 비교적 저렴한 반면 화석연료의 연소에 의해 엄청난 공해(이산화탄소·아황산가스·질소산화물 등의 매연)를 유발하여 환경에 대한 악영향을 끼칠 뿐만 아니라 화석연료자원이 점차 고갈되어감에 따라 그 발전기한이 제한적일 수 밖에 없다.

그에 대해, 수력발전의 경우에는 설비의 운전절차가 간단하면서 자연의 에너 지(일정한 높이에서 낙하하는 물의 운동에너지)를 그대로 이용하기 때문에 설비의 공해가 없을 뿐만 아니라 연료의 구입 비용도 필요하지 않고 오염물질이 발생되지 않는 장점이 있는 반면, 물의 에너지를 얻기 위한 댐을 건설해야 하기 때문에 건설기간이 길고 많은 비용이 소요되며 발전을 위해 높은 수위차를 유지해야 함과 더불어 많은 양의 물을 유지해야 하기 때문에 건설지역이 제한적일 수 밖에 없다.

또, 원자력발전의 경우에는 연료비가 저렴하기 때문에 그 수명기간을 통해 보면 발전비용이 가장 적게 들고 유해물질이 배출되지 않기 때문에 온실효과나 산성비로 인한 환경오염의 요인들이 제거될 수 있는 반면, 다른 발전방식에 비해 초기 건설비용이 높을 뿐만 아니라 발전과정에서 불가피하게 발생되는 방사선 및 방사성 폐기물을 안전하게 관리하고 처리/처분해야 하기 때문에 필수안전장치의 설치에 따르는 추가비용이 발생되며 독성이 강하고 수명이 긴 고준위방사성 폐기물을 장기간 안전하게 관리해야 하는 부담이 있다.

따라서, 최근에는 청정한 대체에너지를 얻기 위한 다양한 시도가 있는 바, 그 일예로는 광전변환모듈을 적용하여 청정에너지로서의 태양열(태양광)을 전기로 변환하는 태양광발전장치라든지, 풍력을 이용하여 전기를 생성하는 풍력발전장치, 또는 조수 간만의 수위차로부터 위치에너지를 운동에너지로 바꾸어 전기에너지를 얻는 조력발전장치가 주목되고 있다.

하지만, 태양열(태양광)발전장치라든지 풍력발전장치 및 조력발전장치는 환경오염을 일으키는 공해물질을 배출하지 않는다는 점에서 교토의정서에 의한 환경보호차원에서 유리한 반면, 우선적으로 최적의 입지조건이 필요할 뿐만 아니라 그 발전장치의 초기적인 설비에 상당한 비용이 필요하게 된다.

그 점에서, 환경오염을 초래하지 않으면서도 간단한 설비에 의해 전원의 생성이 가능한 장치에 대한 필요성이 점차 강하게 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 생활주변에서 전원의 생성이 가능하도록 압전소자를 채용하여 그 압전소자에서 발생되는 전원으로 전원부하를 작동시키거나 충전시키고 또는 발전된 전원을 판매하여 경제적인 이익도 창출할 수 있도록 하기 위한 압전소자를 채용한 전원공급장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 보행자와 차량의 통과시에 전달되는 하중에 의해 압전소자가 가압되도록 하여 전기(전원)을 발생하는 압전소자발전모듈과, 상기 전기(전원)이 정류부에서 정류되면 그 정류된 전원을 직류레벨로 변환 증폭하는 전원변환증폭부, 상기 전원변환증폭부에서 출력되는 전원에 의해 전원부하를 작동시키는 전원부하구동부와 상기 전원에 의해 제 1 내지 제 N충전부하를 충전하는 전원충전부, 상기 전원변환증폭부에서 출력되는 전원에 의해 충전부하를 충전하기 위한 전원부하충전부, 상기 전원변환증폭부에서 출력되는 전원을 수전측에 송출하는 발전전원송출부를 포함하는 압전소자를 채용한 전원공급장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 상기 발전전원송출부에서 송출되는 전원의 송출량에 대한 정산을 행하는 전원송출량산출정산부가 더 포함된다.

상기한 본 발명에 따른 압전소자를 채용한 전원공급장치에 의하면, 보행자 또는 차량의 통과시에 하중을 받아 압전소자를 타격함으로써 전기(전원)을 생성하고, 그 생성된 전원을 전원부하의 작동에 적용하거나 충전부하(예컨대, 휴대폰 배터리라든지 MP3플레이어의 배터리 등)의 충전에 적용하고, 또는 수전측으로 송출하여 경제적인 이익을 창출할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하세 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전소자를 채용한 전원공급장치의 블록구성도이다.

도면에서, 참조부호 10은 예컨대 가정이나 특정의 장소에 설치되는 예컨대 런닝머신을 포함하는 운동기구에 설치되거나, 불특정 다수인의 왕래가 빈번한 건축물의 계단이라든지 통행로 및/또는 차량의 통행이 빈번한 도로를 포함하는 장소에 매설되어 보행자 및/또는 차량의 하중에 의해 압전소자를 가압하여 전원을 생성하는 압전소자발전모듈이다.

20은 상기 압전소자발전모듈(10)에서 생성되는 전원을 평활화하여 정류하는 정류부이다.

30은 그 정류부(20)에서 정류된 전원을 직류전원으로 변환하고 전압/전류증폭하는 전원변환증폭부이다.

40은 상기 전원변환증폭부(30)에서 출력되는 전원(즉, 직류전원)을 예컨대 직류구동방식의 LED램프 등의 전원부하(50)에 공급하여 작동되도록 하는 전원부하 구동부이다.

여기서, 상기 전원부하구동부(40)는 상기 전원부하(50)가 교류전원에 의해 작동되는 전기/전자제품(예컨대 형광등과 같은 조명등)이 포함되는 경우를 고려하여 인버터(즉, 직류/교류변환기)를 통해 교류로 출력되도록 해도 된다.

또, 50은 상기 전원변환증폭부(30)에서 출력되는 전원을 예컨대 충전식 배터리의 충전이 필요한 제 1 내지 제 N충전부하(70a∼70n)에 인가하여 충전이 이루어지도록 하는 전원충전부이고, 상기 제 1 내지 제 N충전부하(70a∼70n)로는 휴대폰 배터리라든지 MP3플레이어 등이 포함된다.

여기서, 상기 전원충전부(50)는 다수인의 이용이 빈번한 건축물(예컨대, 시청사라든지 구청사 등의 공공기관, 지하철역, 극장, 백화점 등의 쇼핑몰 등)에 설치하여 방문자에게 무료 또는 유료로 제 1 내지 제 N충전부하(70a∼70n)에 대한 충전이 가능하도록 적용해도 된다.

80은 상기 전원변환증폭부(30)에서 출력되는 전원을 판매하기 위한 발전전원송출부(80)이고, 90은 그 발전전원송출부(80)를 통해 송출되는 전원송출량을 산출하여 경제적 이익으로 정산하는 전원송출량산출정산부이다.

여기서, 상기 발전전원송출부(80)는 수전(受電)측의 요구에 따라 직류전원을 송출하거나 인버터(즉, 직류/교류변환기)에 의해 교류전원으로 변환하는 기능을 포함하게 된다. 또, 상기 전원송출량산출정산부(90)는 상기 수전측과의 계약에 의거하여 소정의 기간(예컨대, 월단위)에 송출된 전체의 전원송출량을 기준단가로 정산해주는 기능을 갖게 된다.

따라서, 상기한 본 발명의 압전소자를 채용한 전원공급장치에서는 상기 압전소자발전모듈(10)에서 생성되어 상기 정류부(20)에서 정류되고 상기 전원변환증폭부(30)에서 직류레벨화 및 증폭된 전원을 예컨대 가정의 경우에는 상기 전원부하구동부(40)를 통해 전원부하(50)를 작동시킬 수 있게 된다.

그에 대해, 상기 전원변환증폭부(30)에서 출력되는 전원은 상기 전원충전부(60)를 통해 제 1 내지 제 N충전부하(70a∼70n)에 대한 충전이 이루어지도록 할 수 있다.

상기의 경우에는 상기 압전소자발전모듈(10)에서 생성된 전원만큼 상용전원의 사용이 절감되기 때문에 경제적인 이익을 얻을 수 있게 된다.

또, 상기 전원변환증폭부(30)에서 출력되는 전원은 상기 발전전원송출부(80)를 통해 수전측으로 송출되도록 함과 더불어 상기 전원송출량산출정산부(82)를 통해 단위 기간내에 송출된 전원에 대한 판매가를 정산하여 경제적인 이익을 얻을 수도 있게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 압전소자를 채용한 전원공급장치에 구성되는 압전소자발전모듈의 예시적인 구성을 나타낸 개략단면도이다.

본 발명의 일예에 따르면, 상기 압전소자발전모듈(10)은 그 설치되는 장소에 따라 그 치수가 결정되는 가압패널(100)을 포함하게 되는 바, 그 가압패널(100)의 4-모서리는 완만한 곡률로 형성되어 보행자 또는 차량의 통행시 지장을 주지 않는 구성이 바람직하게 된다.

상기 가압패널(100)에 대해서는 상기 압전소자발전모듈(10)을 형성하는 소정 형상의 베이스함체(102)가 제공되고, 상기 가압패널(100)은 상기 베이스함체(102)의 상단 외주면에 제공되는 가압패널복원스프링(104)에 의해 탄성지지된다.

또, 상기 압전소자발전모듈(10)에는 상기 베이스함체(102)에 고정설치되는 최소한 하나 이상의 압전소자(108; 도면에서는 108A,108B)가 포함되는 바, 그 압전소자(108)의 수량은 해당하는 압전소자발전모듈(10)이 설치되는 장소라든지 발전량을 감안하여 결정된다.

또, 상기 압전소자발전모듈(10)에는 상기 베이스함체(102)내에 수용되면서 상기 가압패널(100)에 가해지는 압력에 의해 시소작동하여 상기 압전소자(108; 108A,108B)에 압력을 전달하여 그 압전소자(108; 108A,108B)에서 전기(전원)이 발생되도록 하는 압전소자타격부재(106;106A,106B)가 제공되는 바, 그 압전소자타격부재(106)의 수는 상기 압전소자(108)에 대응하는 수량으로 설치되거나, 하나의 압전소자타격부재(106)가 복수의 압전소자(108)를 타격하도록 설치된다.

본 발명의 일예에 따르면, 상기 압전소자타격부재(106;106A,106B)는 그 일단(106a)이 상기 가압패널(100)의 저면에 인접되게 위치되고 그 타단은 상기 압전소자(108)의 상측에 일정한 간격을 유지한채 위치되며, 그 압전소자타격부재(106)의 편중된 위치(즉, 상기 일단(106a)측으로 치우친 위치)에는 회동축(106c)이 제공된다.

즉, 상기 압전소자타격부재(106;106A,106B)의 회동축(106c)이 그 일단(106a)측으로 치우치도록 배치함으로써 상기 압전소자(108;108A,108B)에 대한 타격력을 증대시키게 된다.

또, 상기 가압패널(100)의 저면에는 그 가압패널(100)의 작은 하강작용에도 상기 압전소자타격부재(106;106A,106B)에 의한 타격력이 증가되도록 하기 위한 가압돌기(100a,100a)가 형성된다.

그리고, 본 발명에 따르면 상기 의 타단(106b)에 인접한 위치와 상기 베이스함체(102)의 사이에는 그 압전소자타격부재(106;106A,106B)에 의한 상기 압전소자(108;108A,108B)에 대한 타격력을 증가시키기 위한 타격력증강스프링(110)이 제공된다.

따라서, 도 2에 도시된 예의 상기 압전소자발전모듈(10)은 예컨대 보행자 또는 차량의 통과시에 가해지는 하중에 의해 상기 가압패널(100)이 하강되면 상기 가압돌기(100a)에 의해 상기 압전소자타격부재(106;106A,106B)의 일단(106a)이 눌려지게 되고, 그에 반작용으로 상기 회전축(106c)의 회동지지에 의해 상기 타단(106b)은 상기 타격력증강스프링(110)의 탄성력을 초과하여 들어올려지게 된다.

여기서, 상기 회동축(106c)이 상기 일단(106a)에 치우쳐 위치되기 때문에 상기 타단(106b)의 상승위치는 상대적으로 높아지게 된다.

그 상태에서, 상기 가압패널(100)에 가해진 하중이 제거되면 상기 가압패널(100)이 상기 가압패널복원스프링(104)에 의해 원래의 위치로 상승 복원되고, 그에 따라 상기 압전소자타격부재(106;106A,106B)의 일단(106a)이 상기 가압돌기(100a)에 의한 눌림상태가 해제됨과 더불어 상기 타격력증강스프링(110)에 의해 상기 압전소자타격부재(106;106A,106B)의 타단(106b)이 하강되면서 상기 압전소자(108;108A,108B)를 타격하게 되고, 그에 따라 상기 압전소자(108;108A,108B)로부 터 전기(전원)이 발생되어 상기 정류부(20)에 인가됨으로써 상기한 후속의 작용이 이루어지게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 압전소자를 채용한 전원공급장치에 구성되는 압전소자발전모듈의 적용예를 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 본 적용예의 경우는 상기 압전소자발전모듈(10)이 운동기구로서의 런닝머신에 적용된 상태로서, 그 런닝머신(120)의 경우에는 전동모터(도시는 생략)에 의해 순환하는 회전판(122)의 하측에 상기 최소한 하나 이상의 압전소자발전모듈(10)을 설치하여 운동 중에 상기 가압패널(100)에 가해지는 하중에 의해 상기한 작용으로 발전되는 전기(전원)을 상기 정류부(20)와 상기 전원변환증폭부(30) 및 예컨대 상기 전원부하구동부(40)를 통해 상기 전원부하(50)를 작동시키기 위해 공급되도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 압전소자를 채용한 전원공급장치에 구성되는 압전소자발전모듈의 다른 적용예를 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 본 적용예의 경우는 상기 압전소자발전모듈(10)이 다수인이 왕래하는 건축물의 계단에 적용된 상태로서, 해당하는 건축물의 계단을 형성하는 발판부(130a,130b,103c,---)에 상기 최소한 하나 이상의 압전소자발전모듈(10)을 상기 가압패널(100)이 노출되도록 설치된다.

따라서, 그 경우에는 해당하는 건축물의 계단을 이용하는 보행자에 의해 상기 가압패널(100)에 하중이 가해지게 되고, 그에 의거하여 상기 압전소자발전모듈(10)로부터 전기(전원)이 발생되어 상기 정류부(12)에 인가되어 상기한 후속의 작용이 이루어지게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 압전소자를 채용한 전원공급장치에 구성되는 압전소자발전모듈의 또다른 적용예를 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 본 예의 경우는 상기 압전소자발전모듈(10)이 차량의 통행이 연속되는 도로에 설치된 상태로서, 도로(160)의 소정 위치에 최소한 하나 이상의 압전소자발전모듈(10)을 설치하여 차량의 통과시에 해당하는 압전소자발전모듈(10)의 가압패널(100)에 전달되는 하중에 의해 그 압전소자발전모듈(10)로부터 얻어지는 전기(전원)을 예컨대 가로등(50a)을 작동시키기 위해 사용되도록 할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기한 적용예로 한정되지는 않고 발명의 기술적 요지 및 요점을 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경 및 변형 실시가 가능함은 물론이다.

예컨대, 도 3에 도시된 운동기구로서의 런닝머신(120)의 경우는 상기 회전판(122)의 하측에 상기 압전소자발전모듈(10)을 설치하는 구조로 한정되지는 않고 그 런닝머신(120)의 저면에 설치되는 충격흡수부재(124)에 상기 압전소자발전모듈(10)을 설치해도 된다.

또, 상기 압전소자발전모듈(10)은 다수의 보행자가 왕래하는 보도를 포함하여 전원부하(예컨대, 조명등)의 작동이 필요한 위치에 필요한 수량으로 설치할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전소자를 채용한 전원공급장치의 블록구성도.

도 2는 본 발명에 따른 압전소자를 채용한 전원공급장치에 구성되는 압전소자발전모듈의 예시적인 구성을 나타낸 개략단면도.

도 3은 본 발명에 따른 압전소자를 채용한 전원공급장치에 구성되는 압전소자발전모듈의 적용예를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 따른 압전소자를 채용한 전원공급장치에 구성되는 압전소자발전모듈의 다른 적용예를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 압전소자를 채용한 전원공급장치에 구성되는 압전소자발전모듈의 또다른 적용예를 나타낸 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 압전소자발전모듈, 20: 정류부,

30: 전원변환증폭부, 40: 전원부하구동부,

50: 전원부하.

Claims

보행자와 차량의 통과시에 전달되는 하중에 의해 압전소자가 가압되도록 하여 전기(전원)을 발생하는 압전소자발전모듈과,

상기 전기(전원)이 정류부에서 정류되면 그 정류된 전원을 직류레벨로 변환 증폭하는 전원변환증폭부,

상기 전원변환증폭부에서 출력되는 전원에 의해 전원부하를 작동시키는 전원부하구동부와 상기 전원에 의해 제 1 내지 제 N충전부하를 충전하는 전원충전부,

상기 전원변환증폭부에서 출력되는 전원에 의해 충전부하를 충전하기 위한 전원부하충전부,

상기 전원변환증폭부에서 출력되는 전원을 수전측에 송출하는 발전전원송출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 채용한 전원공급장치.
제 1항에 있어서, 상기 발전전원송출부에서 송출되는 전원의 송출량에 대한 정산을 행하는 전원송출량산출정산부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 채용한 전원공급장치.