KR20110017708A - Piezoelectric power generator - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A piezoelectric power generator is provided to increase generation efficiency in a narrow space by laminating a piezoelectric module comprised of a cantilever. CONSTITUTION: A piezoelectricity generator comprise: a vibration plate; at least one elastic support unit elastically supporting one side of the vibration; a piezoelectric element which is installed in a cantilever(32) having excellent elasticity; a piezoelectricity module(3); a compression coil spring; a supporting bar(22a); a penetration hole(1a); and a spring reciprocating a vibration plate.

Description

압전발전장치{piezoelectric power generator}Piezoelectric Power Generator

본 발명은 압전발전장치에 관한 것으로써, 상세하게는 외부에서 가해진 진동이 장시간 지속적으로 압전소자에 가해져 발전 효율을 높일 수 있는 압전발전장치에 관한 것이다. The present invention relates to a piezoelectric power generation apparatus, and more particularly, to a piezoelectric power generation apparatus capable of increasing power generation efficiency by vibrating externally applied to a piezoelectric element for a long time.

즉, 외부의 힘에 의해 진동하는 진동판과 진동판에 설치된 캔틸레버에 압전소자를 설치하여 외부에서 힘이 가해졌을 때 진동판의 진동은 물론 캔틸레버의 진동까지 압전소자에 전달되어 압전소자의 기계적 변형이 지속되게 함으로써 압전소자로부터 발생되는 전기의 효율을 높인 압전발전장치에 관한 것이다.That is, when a piezoelectric element is installed on the diaphragm vibrating by external force and the cantilever installed on the diaphragm, when the external force is applied, the vibration of the diaphragm and the vibration of the cantilever are transmitted to the piezoelectric element so that mechanical deformation of the piezoelectric element is maintained. The present invention relates to a piezoelectric power generation apparatus which improves the efficiency of electricity generated from piezoelectric elements.

더욱이, 캔틸레버의 단부에 진동추를 설치하여 캔틸레버의 진동시간을 장시간 지속시킴으로써 압전소자의 발전효율을 상승시킨 압전발전장치에 관한 것이다.Furthermore, the present invention relates to a piezoelectric power generation apparatus in which an oscillating weight is provided at the end of the cantilever to increase the power generation efficiency of the piezoelectric element by prolonging the vibration time of the cantilever for a long time.

화석연료의 고갈에 따라 이를 대체할 수 있는 에너지 자원의 개발에 관심이 집중되고 있다. As fossil fuels are depleted, attention is focused on the development of energy resources to replace them.

화석연료를 대체할 수 있는 자연에너지원으로는 풍력, 태양력, 조력 등 다양한 것이 있으며, 이러한 자연에너지원으로부터 전기를 얻기 위한 수단의 하나로 압전소자를 이용한 발전장치가 있다. There are various natural energy sources that can replace fossil fuels such as wind power, solar power, tidal power, and the like. There is a power generation apparatus using piezoelectric elements as one of means for obtaining electricity from these natural energy sources.

이러한 압전발전장치는 압전물질을 이용한 것으로 압전물질은 압전물질은 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하는 변환기로서 다양한 응용분야에 사용되고 있다. The piezoelectric power generation apparatus uses a piezoelectric material. The piezoelectric material is used in various applications as a transducer for converting mechanical energy into electrical energy.

이러한 압전물질을 이용한 발전장치는 통상적으로 얇은 판체 형상의 압전소자에 외부에서 기계적인 변형을 주어 전기를 발생시키는 것으로 진동판에 얇은 압전소자를 설치하여 진동판이 외부의 힘에 의해 진동되어 압전소자가 기계적 변형을 일으키게 함으로써 전기가 발생되게 하는 것이다. In general, a power generator using such piezoelectric materials generates electricity by mechanically deforming the piezoelectric element having a thin plate shape. By causing deformation, electricity is generated.

이러한 압전소자를 이용한 발전장치는 압전소자에 어떻게 기계적인 변형을 줄 수 있냐에 따라 발전 효율이 달라지며, 가능한 지속적으로 압전소자에 기계적인 변형을 가할 수 있어야 발전효율이 높아질 수 있다. The power generation device using such a piezoelectric element varies in power generation efficiency depending on how mechanical deformation can be applied to the piezoelectric element, and the power generation efficiency can be increased only if mechanical deformation can be continuously applied to the piezoelectric element.

그러나 현재까지는 단순히 압전소자에 기계적인 변형을 전기를 발생시킨다는 개념만이 있을 뿐 압전소자가 지속적으로 기계적인 변형을 일으키게 할 수 있는 구조가 제안된 바 없다. However, until now, only the concept of generating electricity by mechanical deformation of the piezoelectric element has been proposed, and no structure has been proposed to allow the piezoelectric element to continuously generate mechanical deformation.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로써, 전기를 발생시키는 주요소자인 압전소자의 지속적으로 기계적인 변형을 유지되게 함으로써 발전 효율을 높일 수 있는 압전발전장치를 제공함을 목적으로 한다. The present invention has been developed to solve the problems of the prior art as described above, to provide a piezoelectric power generation device that can increase the power generation efficiency by maintaining a continuous mechanical deformation of the piezoelectric element that is the main element for generating electricity. The purpose.

특히, 2중의 진동구조를 형성하여 압전소자에 가해지는 기계적인 변형 시간을 장시간으로 늘릴 수 있어 발전효율을 높일 수 있는 압전발전장치를 제공하는 것 을 목적으로 한다. In particular, it is an object of the present invention to provide a piezoelectric power generation apparatus capable of increasing the generation efficiency by forming a double vibration structure to increase the mechanical deformation time applied to the piezoelectric element for a long time.

또한, 압전소자 및 이를 기계적으로 변형가능하게 지지하는 캔틸레버로 구성된 압전모듈을 다층으로 적층하여 좁은 공간에서의 발전효율을 높일 수 있게 한 압전발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a piezoelectric power generation apparatus capable of increasing power generation efficiency in a narrow space by stacking a piezoelectric module composed of a piezoelectric element and a cantilever that supports it mechanically.

이러한 본 발명의 압전발전장치는 외부의 충격에 의해 진동하는 진동판과 ; 상기 진동판을 일측면을 탄성적으로 지지하는 하나 이상의 탄성지지수단과 ; 상기 진동판의 일측에 고정된 탄성이 우수한 켄틸레버(cantilever)에 얇은 압전소자를 설치하여 구성되며, 상기 캔틸레버의 자유 단부에는 진동추가 설치된 압전모듈을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. The piezoelectric power generator of the present invention includes a vibration plate vibrating by an external impact; One or more elastic support means for elastically supporting one side of the diaphragm; It is configured by installing a thin piezoelectric element in a high elastic cantilever (cantilever) fixed to one side of the diaphragm, characterized in that the free end of the cantilever comprises a piezoelectric module provided with a vibration added.

본 발명은 압전소자에 기계적인 변형이 가해지게 하는 수단으로 진동판과 캔틸레버 및 진동추를 구성하여 진동판의 진동에 의해 진동 및 변형되는 캔틸레버의 변형이 진동추에 의해 연장되게 함으로써 압전소자의 기계적 변형이 지속되게 함으로써 압전소자로부터 발생되는 전기의 효율일 수 있는 효과가 있다. The present invention constitutes a diaphragm, a cantilever, and a vibration weight as a means for applying mechanical deformation to the piezoelectric element, so that the deformation of the cantilever, which is vibrated and deformed by the vibration of the vibration plate, is extended by the vibration weight, thereby reducing the mechanical deformation of the piezoelectric element. By continuing, there is an effect that can be the efficiency of electricity generated from the piezoelectric element.

또한, 압전소자와 캔틸레버를 포함하는 압전모듈을 다층으로 적층하여 좁은 공간에서 많은 양의 전기를 얻을 수 있게 하였으며, 다층으로 적층된 캔틸레버의 자유단부에 설치된 진동추를 서로에 대하여 반작용하는 자석으로 구성하여 캔틸레버의 자유단부의 진동 시간이 연장되게 하여 압전소자의 기계적인 변형시간을 연장시킴으로써 발전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다. In addition, by stacking a piezoelectric module including a piezoelectric element and a cantilever in multiple layers, a large amount of electricity can be obtained in a narrow space, and the vibration weights installed at the free ends of the cantilever stacked in multiple layers are composed of magnets that react with each other. By extending the vibration time of the free end of the cantilever to extend the mechanical deformation time of the piezoelectric element has an effect that can increase the power generation efficiency.

이하, 본 발명에 따른 압전발전장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a piezoelectric generator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 압전발전장치의 일예를 도시한 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압전발전장치의 일예를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 압전발전장치의 일예를 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 압전발전장치의 일예를 도시한 측면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 압전발전장치를 구성하는 압전모듈의 다른 일예를 도시한 측면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 압전발전장치를 구성하는 압전모듈의 또 다른 일예를 도시한 측면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 압전발전장치의 다른 일예를 도시한 분해사시도이다. 1 is an exploded perspective view showing an example of a piezoelectric generator according to the present invention, Figure 2 is a perspective view showing an example of a piezoelectric generator according to the present invention, Figure 3 is an example of a piezoelectric generator according to the present invention 4 is a side view showing an example of a piezoelectric power generator according to the present invention, FIG. 5 is a side view showing another example of a piezoelectric module constituting the piezoelectric power generator according to the present invention, and FIG. FIG. 7 is a side view showing another example of a piezoelectric module constituting the piezoelectric power generator according to the present invention, and FIG. 7 is an exploded perspective view showing another example of the piezoelectric power generator according to the present invention.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 압전발전장치의 특징은 안전소자판(31)에 기계적인 변형을 제공하는 캔틸레버(32)의 자유 단부에 진동추(34)가 설치된 것이다. As shown, the piezoelectric generator according to the present invention is characterized in that the oscillating weight 34 is installed at the free end of the cantilever 32 providing a mechanical deformation to the safety device plate 31.

이러한 본 발명의 압전발전장치는 외부의 충격에 의해 진동하는 진동판(1)과 ; 상기 진동판(1)을 일측면을 탄성적으로 지지하는 하나 이상의 탄성지지수단(2)과 ; 상기 진동판(2)의 일측에 고정된 탄성이 우수한 켄틸레버(cantilever)(32)에 얇은 압전소자(31)을 설치하여 구성되며, 상기 캔틸레버(32)의 자유 단부에는 진동추(34)가 설치된 압전모듈(3)을 포함하여 구성된다. The piezoelectric power generator of the present invention includes a diaphragm (1) vibrating by an external impact; One or more elastic support means (2) for elastically supporting one side of the diaphragm (1); A thin piezoelectric element 31 is installed on the cantilever 32 having excellent elasticity fixed to one side of the diaphragm 2, and a vibrating weight 34 is installed at the free end of the cantilever 32. It comprises a piezoelectric module (3).

위와 같이 구성된 발전장치에서 전기를 집진하거나 변형시키는 회로의 구성은 종래의 기술과 동일 유사하므로 그 구성과 작용에 대한 설명은 생략한다. Since the configuration of the circuit for collecting or transforming electricity in the power generation device configured as described above is similar to the conventional art, the description of the configuration and operation will be omitted.

상기 진동판(1)은 외부에서 작용하는 힘에 의해 상하로 이동하여 캔틸레버(32)를 흔들어주는 수단으로 그 저면이 탄성지지수단(2)에 의해 지지된다. The diaphragm 1 is a means for rocking the cantilever 32 by moving up and down by a force acting from the outside, and its bottom surface is supported by the elastic support means 2.

상기 진동판(1)이 이동 가능하게 지지하는 탄성지지수단(2)은 도 1내지 도 4에 도시한 바와 같이 스프링(21)으로 구성되거나 도 7에 도시한 바와 같이 탄성이 우수한 고무 또는 합성수지 재질의 탄성봉(24)으로 구성될 수 있다. The elastic support means 2 to which the diaphragm 1 is movably supported is composed of a spring 21 as shown in FIGS. 1 to 4 or a rubber or synthetic resin material having excellent elasticity as shown in FIG. 7. It may be composed of an elastic rod 24.

상기 탄성지지수단(2)을 스프링으로 구성할 경우에는 도 1내지 도 4에 도시한 바와 같이 스프링(21)은 압축스프링이 사용되고, 이 스프링(21)의 상하로 신축될 수 있게 하기 위해 스프링(21)의 내부에는 지지봉(22a)이 설치되어 있으며, 상기 지지봉(22a)은 평판인 지지판(22)의 상부에 설치 고정된다. When the elastic support means 2 is formed of a spring, as shown in FIGS. 1 to 4, the spring 21 uses a compression spring, and the spring 21 may be stretched up and down of the spring 21. 21, a support rod 22a is installed, and the support rod 22a is fixed to the upper portion of the support plate 22, which is a flat plate.

상기 진동판(1)의 상기 지지봉(22a)과 대향되는 부분에는 관통홀(1a)이 형성되어 스프링(21)의 신축에 따라 진동판(1)이 상하로 왕복운동할 수 있다. A through hole 1a is formed in a portion of the diaphragm 1 opposite to the supporting rod 22a, and the diaphragm 1 may reciprocate up and down according to the expansion and contraction of the spring 21.

상기 탄성지지수단(2)의 다른 일예는 도 6에 도시하고 상기한 바와 같이 고무 또는 합성수지 재질의 탄성봉(24)을 사용할 수 있으며, 탄성봉(24)의 내부에는 강도가 강한 지지봉(미도시)이 매설되어 있고 이 지지봉은 진동판(1)을 관통하여 설치되어 진동판(1)의 왕복운동을 방해하기 않게 된다. Another example of the elastic support means (2) is shown in Figure 6 and can be used as the elastic rod 24 of the rubber or synthetic resin material as described above, a strong support rod (not shown) inside the elastic rod 24 ) Is embedded and the supporting rod is installed through the diaphragm 1 so as not to interfere with the reciprocating motion of the diaphragm 1.

상기와 같이 외부의 힘에 의해 진동하는 진동판(1)의 저면에는 상기 언급한 압전모듈(3)이 설치되어 있다. The above-described piezoelectric module 3 is installed on the bottom of the diaphragm 1 vibrating by an external force as described above.

상기 압전모듈(3)은 압전소자(31)에 기계적인 변형을 제공할 수 있는 구조를 갖추어야 하며, 이를 위해 압전소자(31)는 캔틸레버(32)에 설치되며 상기 캔틸레버(32)의 일측 단부는 고정구(33)에 의해 상기 진동판(1)에 고정된다. The piezoelectric module 3 should have a structure capable of providing a mechanical deformation to the piezoelectric element 31. For this purpose, the piezoelectric element 31 is installed in the cantilever 32, and one end of the cantilever 32 is It is fixed to the diaphragm 1 by the fixture 33.

또한, 진동판(1)의 진동에 의해 캔틸레버(32)에 발생된 변형이 보다 오래 지속되게 하기 위한 수단으로 상기 캔틸레버(32)의 자유단부에 진동추(34)를 더 설치하였다. In addition, a vibration weight 34 was further provided at the free end of the cantilever 32 as a means for making the deformation generated in the cantilever 32 due to the vibration of the diaphragm 1 last longer.

상기 진동추(34)는 상기한 바와 같이 진동판(1)의 진동에 의해 캔틸레버(32)가 진동하면 진동추(34)가 진동하고 이렇게 진동하는 진동추(34)는 관성에 의해 수차 진동하여 캔틸레버(32)의 진동시간을 보다 지속시킬 수 있는 것이다. When the cantilever 32 vibrates by the vibration of the diaphragm 1 as described above, the vibrating weight 34 vibrates, and the vibrating weight 34 vibrates several times by inertia. The vibration time of (32) can be continued more.

이러한 진동추(34)의 크기나 무게 등은 캔틸레버의 탄성 등을 고려하여 조절될 수 있다. The size and weight of the vibrating weight 34 may be adjusted in consideration of the elasticity of the cantilever.

상기와 같이 구성된 압전발전장치를 구성하는 상기 압전모듈(3)은 다층으로 적층하여 구성할 수 있다.The piezoelectric module 3 constituting the piezoelectric power generator configured as described above may be laminated in multiple layers.

도 1내지 도 4에 도시한 바와 같이 단일 압전모듈(3) 만으로 구성할 경우 하나의 압전발전장치에서 얻을 수 있는 전기의 양이 적으므로 압전모듈(3)을 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 다층으로 적층하여 구성하여 좁은 면적에서도 많은 양의 전기를 얻을 수 있게 하였다. As shown in FIGS. 1 to 4, when the piezoelectric module 3 is composed of only a single piezoelectric module 3, the piezoelectric module 3 is shown in FIGS. As a result, a large amount of electricity can be obtained even in a small area by stacking a multilayer.

위와 같이 다층으로 압전모듈(3)을 설치할 경우 진동추(34)는 도 5에 도시한 바와 같이, 다수의 캔틸레버(32)들의 자유 단부에 하나의 진동추(34)로 연결하여 구성하거나 도 6에 도시한 바와 같이 각 캔틸레버(32)에 각각 진동추(34)를 설치하여 구성할 수 있다. When the piezoelectric module 3 is installed in a multi-layer as described above, as shown in FIG. 5, the vibration weight 34 is configured by connecting one vibration weight 34 to the free ends of the plurality of cantilevers 32 or FIG. 6. As shown in the figure, each cantilever 32 may be provided with a vibrating weight 34, respectively.

상기 진동추(34)는 영구자석으로 구성할 수 있다. The vibration weight 34 may be configured as a permanent magnet.

특히, 도 6에 도시한 바와 같이 캔틸레버(32)마다 따로 진동추(34)를 설치할 경우 진동추(34)를 영구자석으로 구성하되 이웃하는 캔틸레버(32)에 설치된 것과 같은 극끼리 대향되게 배치하여 서로 반작용을 하게 함으로써 캔틸레버의 진동을 한층 증폭시킬 수 있는 것이다. In particular, when the oscillating weight 34 is installed separately for each cantilever 32 as shown in FIG. 6, the oscillating weight 34 is configured as a permanent magnet, but the poles are disposed to face each other such as those installed in the neighboring cantilever 32. By reacting with each other, the vibration of the cantilever can be further amplified.

상기와 같이 구성된 본 발명의 압전발전장치는 압전소자에 기계적 변형을 제공하는 수단이 진동판, 캔틸레버, 진동추로 구성되어 압전소자의 기계적인 변형 시간을 연장시켜 발전효율을 높일 수 있는 것이다.In the piezoelectric generator of the present invention configured as described above, the means for providing mechanical deformation to the piezoelectric element may include a diaphragm, a cantilever, and a vibration weight, thereby extending the mechanical deformation time of the piezoelectric element, thereby increasing power generation efficiency.

도 1은 본 발명에 따른 압전발전장치의 일예를 도시한 분해사시도이고, 1 is an exploded perspective view showing an example of a piezoelectric power generator according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 압전발전장치의 일예를 도시한 사시도이고, 2 is a perspective view showing an example of a piezoelectric power generator according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 압전발전장치의 일예를 도시한 평면도이고, 3 is a plan view showing an example of a piezoelectric power generator according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 압전발전장치의 일예를 도시한 측면도이고, 4 is a side view showing an example of a piezoelectric power generator according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 압전발전장치를 구성하는 압전모듈의 다른 일예를 도시한 측면도이고, 5 is a side view showing another example of a piezoelectric module constituting a piezoelectric power generator according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 압전발전장치를 구성하는 압전모듈의 또 다른 일예를 도시한 측면도이고, Figure 6 is a side view showing another example of a piezoelectric module constituting a piezoelectric generator according to the present invention,

도 7은 본 발명에 따른 압전발전장치의 다른 일예를 도시한 분해사시도이다. 7 is an exploded perspective view showing another example of a piezoelectric power generator according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>Description of the Related Art [0002]

1 : 진동판 1a : 관통홀1: Diaphragm 1a: Through Hole

2 : 탄성지지수단2: elastic support means

21 : 스프링 22 : 지지판 22a : 지지봉  21: spring 22: support plate 22a: support rod

24 : 탄성봉  24: elastic rod

3 : 압전모듈3: piezoelectric module

31 : 압전소자 32 : 캔틸레버 33 : 고정구  31: piezoelectric element 32: cantilever 33: fixture

34 : 진동추  34: vibrating weight

Claims (6)

외부의 충격에 의해 진동하는 진동판(1)과 ; A diaphragm 1 vibrating by an external impact; 상기 진동판(1)을 일측면을 탄성적으로 지지하는 하나 이상의 탄성지지수단(2)과 ; One or more elastic support means (2) for elastically supporting one side of the diaphragm (1); 상기 진동판(2)의 일측에 고정된 탄성이 우수한 켄틸레버(cantilever)(32)에 얇은 압전소자(31)을 설치하여 구성되며, 상기 캔틸레버(32)의 자유 단부에는 진동추(34)가 설치된 압전모듈(3)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 압전발전장치.A thin piezoelectric element 31 is installed on the cantilever 32 having excellent elasticity fixed to one side of the diaphragm 2, and a vibrating weight 34 is installed at the free end of the cantilever 32. Piezoelectric generator characterized in that it comprises a piezoelectric module (3). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 탄성지지수단(2)은 압축코일 스프링(21)임을 특징으로 하는 압전발전장치.The elastic support means (2) is a piezoelectric generator characterized in that the compression coil spring (21). 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 스프링(21)은 지지판(22)의 상부에 설치된 지지봉(22a)에 끼워져 설치되고, 상기 진동판(1)의 상기 지지봉(22a)와 대향되는 부분에는 관통홀(1a)이 형성되어 스프링(21)의 신축에 따라 진동판(1)이 왕복 운동함을 특징으로 하는 압전발전장치.The spring 21 is fitted to the support rod 22a installed on the upper side of the support plate 22, and a through hole 1a is formed at a portion of the diaphragm 1 facing the support rod 22a to form the spring 21. Piezoelectric generator characterized in that the diaphragm (1) reciprocates according to the expansion and contraction of the. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 탄성지지수단(2)은 압축코일 지지판(22)과 진동판(1) 사이에 설치된 탄성이 우수한 고무 또는 합성수지 재질의 탄성봉(24)임을 특징으로 하는 압전발전장치.The elastic support means (2) is a piezoelectric generator characterized in that the elastic rod 24 made of excellent rubber or synthetic resin material provided between the compression coil support plate 22 and the vibration plate (1). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 압전모듈(3)은 다층으로 적층됨을 특징으로 하는 압전발전장치.The piezoelectric module (3) is a piezoelectric generator characterized in that the multilayered. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 진동추(34)는 영구자석이고, 이웃하는 캔틸레버(32)에 설치된 것과 같은 극끼리 대향됨을 특징으로 하는 압전발전장치.The vibration weight (34) is a permanent magnet, the piezoelectric generator characterized in that the poles facing each other, such as installed in the adjacent cantilever (32).
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