KR20130000311A - Piezoelectric harvesting system and vehicle having the same - Google Patents
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- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
Abstract
Description
압전 하베스팅 시스템 및 그를 구비한 이동 수단이 개시된다. 보다 상세하게는, 유체, 진동, 압력을 포함하는 여러 가지 외력으로부터 효율적으로 전기 에너지를 수확할 수 있어 배와 같은 이동체에 이용 가능한 압전 하베스팅 시스템 및 그를 구비한 이동 수단이 개시된다.
A piezoelectric harvesting system and a moving means having the same are disclosed. More specifically, the present invention discloses a piezoelectric harvesting system capable of efficiently harvesting electrical energy from various external forces including fluids, vibrations, and pressures, which can be used for moving bodies such as ships, and moving means having the same.
최근 배의 사용 비중이 꾸준히 늘어나고 있으며 배의 크기도 점점 대형화되고 있어 이를 위한 발전시스템의 용량도 늘어나고 있다. 일반적인 배의 경우 디젤발전시스템을 사용하여 배를 구동하게 되는데 그 경우 발전시스템의 무게가 엄청나서 배의 크기가 제한되며 연료에 따라 배의 운전 시간도 제한되고 있다.In recent years, the use of ships has been steadily increasing, and the size of ships is also getting larger. In general, the ship is driven by using a diesel power generation system. In this case, the weight of the power generation system is enormous and the size of the ship is limited, and the operation time of the ship is also limited by fuel.
이러한 문제점을 해결하기 위해 초전도 선재를 이용한 발전기를 비롯 여러 가지 컴팩트한 발전장치들의 개발이 이루어지고 있으며, 제한된 연료로 장시간 운전할 수 있는 고효율 발전기들의 개발이 진행 중이다.In order to solve this problem, various compact power generation apparatuses have been developed, including generators using superconducting wires, and high efficiency generators capable of operating for a long time with limited fuel are being developed.
배 등에 현재 사용되고 있는 발전기와 더불어 보조적으로 사용될 수 있는 보조 발전 장치로는 진동, 압력 등의 다양한 외력을 이용하여 발전할 수 있는 소형 발전 시스템이 있다.Auxiliary power generation devices that can be used in addition to the generator currently used in ships, etc. include a small power generation system that can generate power using various external forces such as vibration and pressure.
예를 들면, 일반적인 풍력발전의 형태는 산간지역 등 바람이 많이 부는 곳의 고정된 위치에서 대형 프로펠러를 설치하여 전기를 생산하고, 도시 지역으로 에너지를 전달하는 방식의 시스템을 구성한다. 또한, 태양광 발전의 형태는 산간지역이나 햇빛이 잘 드는 곳의 고정된 위치에서 대형 태양집광판을 설치하여 전기를 생산하고, 필요한 곳으로 전력을 전달하는 방식의 시스템을 구성한다. 진동이나 압력을 이용한 발전기술은 일반적으로 세라믹 압전소자를 사용하여, 인구 유동이 많은 전철이나 고속도로 등의 바닥에 설치하여 에너지를 수확한다.For example, the general form of wind power generation is to install a large propeller at a fixed location in a windy place, such as mountainous areas to produce electricity, and constitute a system of transmitting energy to urban areas. In addition, the form of photovoltaic power generation generates electricity by installing a large solar panel in a fixed location in a mountainous area or a sunny place, and constitutes a system of a method of delivering electric power to a required place. Power generation technology using vibration or pressure generally uses ceramic piezoelectric elements to install energy on the floor of trains or highways with high population flows to harvest energy.
하지만, 기존의 풍력발전기나 태양광발전기는 큰 사이즈 및 형태, 상대적인 구성의 복잡성 및 낮은 내구성으로 인해 휴대 및 이동에 한계가 있어 휴대기기로는 사용하기에 부적합하다. 또한, 이러한 풍력발전기는 난류에 의해 반복적으로 발생되거나 지속적이지 않은 랜덤(random)한 진동 혹은 유체의 흐름을 수확하기에는 굉장히 불리하다.However, conventional wind turbines or photovoltaic generators are not suitable for use as portable devices due to their limitations in carrying and moving due to their large size and shape, the complexity of the relative configuration and low durability. In addition, such wind turbines are extremely disadvantageous for harvesting random vibrations or fluid flows that are not repeatedly generated or sustained by turbulence.
또한, 세라믹 압전소자를 이용한 경우, 휴대 및 이동이 자유롭다 하더라도 소자의 물리적 유연성이 매우 낮아 바람, 즉 진동에 의해 일어나는 압전소자의 변형을 이용한 발전에 한계가 있다.
In addition, in the case of using the ceramic piezoelectric element, even if it is free to carry and move, the physical flexibility of the element is very low, there is a limit in power generation using the deformation of the piezoelectric element caused by wind, that is, vibration.
본 발명의 실시예에 따르면, 진동 및 압력뿐만 아니라 유체의 흐름, 파도의 진동, 파랑을 포함하는 다양한 외력을 받아 배와 같은 이동체의 효율적인 발전을 할 수 있는 압전 하베스팅 시스템 및 그를 구비한 이동 수단이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a piezoelectric harvesting system capable of efficiently developing a moving object such as a ship by receiving various external forces including fluid flow, wave vibration, and wave as well as vibration and pressure, and a moving means having the same This is provided.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 난류에 의한 변형이 용이한 세라믹과 폴리머 소재의 하이브리드 재질의 압전소자를 포함하여 해상 파도에 의해 최대한 많이 진동하게 하여 보다 에너지 발전 효율이 높은 압전 하베스팅 시스템 및 그를 구비한 이동 수단이 제공된다.In addition, according to an embodiment of the present invention, including a piezoelectric element of a hybrid material of a ceramic and a polymer material which is easily deformed by turbulence, the piezoelectric harvesting system having higher energy generation efficiency by vibrating as much as possible by sea waves and There is provided a means of movement having the same.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 여러 개의 압전소자를 직렬 혹은 병렬로 집적하는 구조를 구성하여 가해지는 외력이 모든 압전소자에 동시에 가해지게 할 수 있는 압전 하베스팅 시스템 및 그를 구비한 이동 수단이 제공된다.
In addition, according to an embodiment of the present invention, a piezoelectric harvesting system and a moving means having a structure that integrates a plurality of piezoelectric elements in series or parallel so that external force applied to all the piezoelectric elements can be applied simultaneously Is provided.
본 발명의 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단은, 변형이나 진동, 압력을 포함하는 외력에 의해 전기에너지를 발생시키는 압전 하베스팅 시스템이 구비되는 이동 수단으로서, 상기 압전 하베스팅 시스템은, 상기 이동 수단의 본체에 부착되어 상기 이동 본체에 가해지는 외력에 의해 진동되어 전기에너지를 발생시키는 복수 개의 압전소자;를 포함하며, 상기 복수 개의 압전소자는 상기 이동체의 내측면, 저면에 부착되거나 외측면에서 내측 방향으로 함몰 형성된 함몰 부분에 부착됨으로써, 진동 및 압력뿐만 아니라 유체의 흐름, 파도의 진동, 파랑을 포함하는 다양한 외력을 받아 배와 같은 이동 수단의 효율적인 발전을 할 수 있다.The piezoelectric harvesting system application moving means according to an embodiment of the present invention is a moving means provided with a piezoelectric harvesting system for generating electrical energy by an external force including deformation, vibration and pressure, the piezoelectric harvesting system, And a plurality of piezoelectric elements attached to the main body of the moving means and vibrating by an external force applied to the moving main body to generate electrical energy, wherein the plurality of piezoelectric elements are attached to the inner side, the bottom of the moving body, or the like. By being attached to the recessed portion formed in the inward direction from the side, it is possible to efficiently develop a moving means such as a ship by receiving a variety of external forces including the flow of the fluid, vibration of the wave, waves as well as vibration and pressure.
상기 복수 개의 압전소자는 단일층(single layer) 구조로 배치되거나 다층(multi layer) 구조로 배치될 수 있다.The plurality of piezoelectric elements may be arranged in a single layer structure or in a multi layer structure.
상기 압전소자는 대면적의 직사각 형상으로 형성되거나 배열 시 상호 대응되는 조각 구성으로 이루어질 수 있다.The piezoelectric element may be formed in a rectangular shape having a large area or in a piece configuration corresponding to each other when arranged.
상기 복수 개의 압전소자는 직렬 또는 병렬로 규칙적으로 집적되게 배열될 수 있다.The plurality of piezoelectric elements may be arranged to be regularly integrated in series or in parallel.
상기 압전소자는 세라믹소재, PZT, PLZT, NKN계, BZT-BCT계, BNT계, BSNN, BNBN계를 포함하는 무연(Lead-free) 압전소재, PVDF, P(VDF-TrFE), 압전현상을 나타내는 폴리머, 세라믹과 폴리머 소재의 하이브리드 중 적어도 어느 하나의 재료로 형성될 수 있다.The piezoelectric element is a lead-free piezoelectric material including a ceramic material, PZT, PLZT, NKN, BZT-BCT, BNT, BSNN, BNBN, PVDF, P (VDF-TrFE), piezoelectric phenomenon It may be formed of at least one of a polymer represented, a hybrid of a ceramic and a polymer material.
상기 압전 하베스팅 시스템은, 상기 압전소자와 전기적으로 연결되도록 상기 본체에 장착되며, 상기 압전소자로부터 발생된 전기에너지를 정류하는 정류부를 더 포함할 수 있다.The piezoelectric harvesting system may further include a rectifying unit mounted to the main body to be electrically connected to the piezoelectric element, and rectifying electric energy generated from the piezoelectric element.
상기 압전 하베스팅 시스템은, 상기 압전소자의 상부에 자유 이동 가능하게 장착되며, 상기 본체에 가해지는 외력에 따라 자유 이동함으로써 상기 압전소자에 의해 발생되는 전기에너지의 양을 증대시키는 보조부재를 더 포함할 수 있다.The piezoelectric harvesting system may further include an auxiliary member mounted on the upper portion of the piezoelectric element so as to be freely moved and increasing the amount of electrical energy generated by the piezoelectric element by freely moving according to an external force applied to the main body. can do.
상기 압전 하베스팅 시스템은, 상기 압전소자와 상기 본체의 사이에 개재되어 상기 보조부재의 자유 이동 동작을 도움으로써 상기 압전소자에 의해 발생되는 전기에너지의 양을 증대시키는 탄성부재를 더 포함할 수 있다.The piezoelectric harvesting system may further include an elastic member interposed between the piezoelectric element and the main body to increase the amount of electrical energy generated by the piezoelectric element by assisting free movement of the auxiliary member. .
상기 압전소자는 마주보도록 상기 본체에 장착되되 상기 본체와의 사이에 상기 탄성부재가 개재되며, 상기 압전소자 사이에 하나의 상기 보조부재가 자유 이동 가능하게 구비되어 상기 보조부재의 자유 이동에 의해 한 쌍의 상기 압전소자 중 적어도 하나에 외력이 가해져 전기에너지가 발생될 수 있다.The piezoelectric element is mounted on the main body so as to face each other, wherein the elastic member is interposed between the main body and one auxiliary member is provided to be freely movable between the piezoelectric elements. An external force may be applied to at least one of the piezoelectric elements of the pair to generate electrical energy.
상기 보조부재는 볼(ball) 타입으로 마련되고, 상기 탄성부재는 스프링 타입으로 마련될 수 있다.The auxiliary member may be provided in a ball type, and the elastic member may be provided in a spring type.
상기 이동 수단은 배를 포함하는 선박, 비행체, 오토바이를 포함하는 차량, 철도 또는 동물, 사람을 포함하는 생명체 중 어느 하나일 수 있다.The means of transportation may be any one of a ship including a ship, a vehicle, a vehicle including a motorcycle, a railroad, or a creature including an animal and a person.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템은, 이동 수단의 변형이나 진동, 압력을 포함하는 외력에 의해 전기에너지를 발생시키는 압전 하베스팅 시스템으로서, 상기 이동 수단의 본체에 부착되어 상기 본체에 가해지는 외력에 의해 진동되어 전기에너지를 발생시키는 복수 개의 압전소자; 및 상기 압전소자의 상부에 자유 이동 가능하게 장착되며, 상기 본체에 가해지는 외력에 따라 자유 이동함으로써 상기 압전소자에 의해 발생되는 전기에너지의 양을 증대시키는 보조부재;를 포함할 수도 있다.On the other hand, the piezoelectric harvesting system according to an embodiment of the present invention, a piezoelectric harvesting system for generating electrical energy by the external force including the deformation, vibration, pressure of the moving means, is attached to the main body of the moving means and the main body A plurality of piezoelectric elements vibrated by an external force applied to generate electrical energy; And an auxiliary member mounted on an upper portion of the piezoelectric element so as to be freely movable and increasing the amount of electrical energy generated by the piezoelectric element by freely moving according to an external force applied to the main body.
상기 압전소자와 상기 본체의 사이에 개재되어 상기 보조부재의 자유 이동 동작을 도움으로써 상기 압전소자에 의해 발생되는 전기에너지의 양을 증대시키는 탄성부재를 더 포함할 수 있다.It may further include an elastic member interposed between the piezoelectric element and the body to increase the amount of electrical energy generated by the piezoelectric element by assisting the free movement of the auxiliary member.
상기 압전소자는 마주보도록 상기 본체에 장착되되 상기 본체와의 사이에 상기 탄성부재가 개재되며, 상기 압전소자 사이에 하나의 상기 보조부재가 자유 이동 가능하게 구비되어 상기 보조부재의 자유 이동에 의해 한 쌍의 상기 압전소자 중 적어도 하나에 외력이 가해져 전기에너지가 발생할 수 있다.The piezoelectric element is mounted on the main body so as to face each other, wherein the elastic member is interposed between the main body and one auxiliary member is provided to be freely movable between the piezoelectric elements. An external force may be applied to at least one of the piezoelectric elements of the pair to generate electrical energy.
상기 보조부재는 볼(ball) 타입으로 마련되고, 상기 탄성부재는 스프링 타입으로 마련될 수 있다.
The auxiliary member may be provided in a ball type, and the elastic member may be provided in a spring type.
본 발명의 실시예에 따르면, 진동 및 압력뿐만 아니라 유체의 흐름을 포함하는 파도의 힘(파랑) 등 다양한 외력을 받아 배와 같은 이동체를 효율적으로 발전할 수 있으며, 또한 반영구적으로 사용이 가능하고 새로운 에너지 시대에 적합한 적용이 가능하다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to efficiently develop a moving body such as a ship by receiving various external forces such as vibration and pressure as well as the force (wave) of a wave including a flow of fluid, and also can be used semi-permanently and new. Applicable for the energy age is possible.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 휴대성이 좋고, 어디에든 장착할 수 있어 배를 비롯 지하철이나 자동차 등의 차량을 포함하는 이동체의 어느 곳에나 장착하여 효율적인 발전을 구현할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the portability is good, can be mounted anywhere, and can be mounted anywhere on the moving object including a vehicle such as a ship, subway or automobile, so that efficient power generation can be realized.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 바람, 특히 난류에 의한 변형이 용이한 하이브리드 재질의 압전소자를 포함함으로 인해 최대한 압력의 저항을 적게 받는 대신, 보다 에너지 손실이 적은 발전을 구현할 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, instead of being subjected to the resistance of the pressure as much as possible due to the piezoelectric element of a hybrid material that is easily deformed by wind, in particular turbulent flow, it is possible to implement a power generation with less energy loss.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 여러 개의 압전소자를 직렬 혹은 병렬로 연결하여 다양한 전력의 크기를 출력할 수 있다.
In addition, according to an embodiment of the present invention, a plurality of piezoelectric elements may be connected in series or in parallel to output various sizes of power.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 도 1의 압전 하베스팅 시스템에 구비 가능한 정류부를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 압전소자의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5은 본 발명의 제3 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단의 정면도이다.
도 7은 도 6의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 압전소자의 설치 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 변형예이다.
도 10는 도 8의 변형예이다.1 is a perspective view schematically showing a piezoelectric harvesting system application moving means according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view schematically illustrating a rectifier provided in the piezoelectric harvesting system of FIG. 1 of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a view schematically showing the configuration of the piezoelectric element shown in FIG. 1.
4 is a perspective view schematically showing a piezoelectric harvesting system application moving means according to a second embodiment of the present invention.
5 is a perspective view schematically showing a piezoelectric harvesting system application moving means according to a third embodiment of the present invention.
6 is a front view of a piezoelectric harvesting system application moving means according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view of FIG. 6.
8 is a view schematically illustrating an installation structure of a piezoelectric element according to embodiments of the present invention.
9 is a modification of FIG. 8.
10 is a modification of FIG. 8.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.Hereinafter, configurations and applications according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following description is one of several aspects of the patentable invention and the following description forms part of the detailed description of the invention.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위하여 생략하기로 한다.However, in describing the present invention, a detailed description of known functions or configurations will be omitted to clarify the gist of the present invention.
이하에서 설명할 본 발명의 실시예에 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단은 압전소자로부터 발생한 전기에너지를 정류 및 저장함으로써 이동을 위한 동력을 얻을 수 있다. 다만, 이하에서는 압전 하베스팅 시스템이 배에 부착되어 사용되는 경우에 대해 상술할 것이나, 고효율 소형의 발전 시스템으로서 소형 발전장치로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 지속적인 전력의 공급이 필요한 각종 휴대용 전자기기에 사용될 수도 있다. The piezoelectric harvesting system application moving means according to an embodiment of the present invention to be described below can obtain power for movement by rectifying and storing electric energy generated from the piezoelectric element. However, hereinafter, the piezoelectric harvesting system will be described in detail when the ship is attached to the ship, but as a high efficiency small power generation system, not only can be used as a small power generation device, but also can be used in various portable electronic devices that require continuous power supply. have.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 도 1의 압전 하베스팅 시스템에 구비 가능한 정류부를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 압전소자의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a perspective view schematically showing a piezoelectric harvesting system application moving means according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view schematically showing a rectifying unit provided in the piezoelectric harvesting system of Figure 1 of the present invention 3 is a view schematically showing the configuration of the piezoelectric element shown in FIG. 1.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단(100), 즉 배(100)는 복수 개의 압전소자(110)를 구비한 압전 하베스팅 시스템을 포함하는데, 이러한 복수 개의 압전소자(110)는 배(100)의 본체(130)의 내측면(132)에 규칙적으로 부착될 수 있다. As shown here, the piezoelectric harvesting system application moving means 100 according to the first embodiment of the present invention, that is, the
압전소자(110)는 압전 하베스팅 시스템의 기본 몸체를 형성하는 부분으로서, 시간당 보다 많은 발전량을 발생시킬 수 있도록 그 단면적이 넓게 형성될 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 압전소자(110)는 큰 면적을 갖는 직사각 형상으로 형성될 수 있다. 다만 압전소자(110)의 형상이 이에 한정되지는 않는다.The
압전소자(110)는 기본적으로 발전량이 우수한 세라믹(ceramic) 압전소자를 비롯하여 물리적 유연성이 뛰어난 폴리머(polymer)나 폴리머와 세라믹이 혼합된 하이브리드 압전소자가 사용될 수 있다. 따라서 뛰어난 물리적 유연성으로 인해 내구성을 가지며, 이에 따라 발전에 용이하다.The
또한, 압전소자(110)의 종류로는 PVDF의 사용이 기본적이고, 바륨 티타네이트, PZT 결정 또는 PZT 섬유를 포함할 수 있다. 그 외에 NKN계, BZT-BCT계, BNT계, BSNN, BNBN계 등의 무연(Lead-free) 압전소재, PLZT, P(VDF-TrFE), 수정, 전기석, 로셸염, 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민 등을 사용할 수 있다. 이러한 재료들로 인해 파도에 의한 배의 진동과 압전소자(110)가 부착되어 있는 배(100) 자체의 진동에 의한 발전이 원활하게 일어날 수 있다.In addition, as the type of
다만, 압전소자(110)의 종류 및 재질이 이에 한정되는 것은 아니며, 배(100)에 적용되는 외력에 의해 충분한 발전량을 발생시킬 수 있다면 다른 재질 등이 사용될 수 있음은 당연하다.However, the type and material of the
한편, 압전소자(110)는 여러 개로 구비되어 직렬 혹은 병렬 방향을 갖도록 본체(130)의 내측면에 규칙적으로 집적되어 부착될 수 있는다. 예를 들면, 압전소자(110)는, 도 1에 도시된 것처럼, 본체(130)의 길이 방향 및 높이 방향으로 배치되어 복수 개의 층상 구조를 가질 수 있다. 이러한 여러 개의 압전소자(110)의 배치로 인해 압전 하베스팅 시스템에 가해지는 모든 외력이 모든 압전소자(110)에 동시에 가해지는 환경을 제공할 수 있으며, 이로 인해, 최소한의 공간에서 최대한의 발전량을 얻을 수 있다.On the other hand, the
다만, 본 실시예에서는 압전소자(110)가 복수 개의 층상 구조, 즉 다층 구조로 배치될 수 있다고 상술하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 주위 환경, 용도, 획득하고자 하는 발전량 등에 따라 압전소자(110)는 단일층(single latyer)으로 형성될 수 있다. However, in the present embodiment, the
압전소자(110)가 파도의 진동, 유체의 흐름, 진동, 압력 등의 외력에 의해 전기 에너지를 발생시킨 경우 압전소자(110)로부터 발생한 전하는, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, +전극(111)과 -전극(112)을 통해 도선(113)을 거쳐 정류부(120)를 향한다. 이때 +전극(111)과 -전극(112)은 도체판으로 형성되어 압전소자(110)의 외면에 부착되는 것이 바람직하다. 이때, 전도성 접착제 등을 이용하여 압전소자(110)에 +전극(111)과 -전극(112)이 전도가 가능한 방법으로 부착될 수 있다. When the
여기서, +전극(111), -전극(112)의 재료로는 전도성이 뛰어나고 저항이 거의 없는 구리나 은, 금 또는 그와 유사한 특성을 갖는 금속이 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 압전소자(110)끼리 전기적으로 접촉되는 것을 방지하기 위해, 압전소자(110)는 전체적으로 절연성 폴리머를 이용하여 코팅될 수 있다. 도선(113)의 경우 전력의 발생 양을 고려하여 그에 맞게 길이 및 굵기를 선택할 수 있다.Here, as the material of the +
도선(113)을 통해 전하가 정류부(120)로 이동한다. 이때 정류부(120)는 압전소자(110)로부터 발생한 전기에너지를 가용 전기에너지로 정류할 수 있는 정류회로를 포함한다. 정류부(120)는 압전소자(110)와 전기적으로 연결될 수 있어야 하고, 그 위치 및 형상은 제한하지 않는다.The charge is moved to the
한편, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단을 개략적으로 도시한 사시도이다.Meanwhile, FIG. 4 is a perspective view schematically showing a piezoelectric harvesting system applying moving means according to a second embodiment of the present invention.
이에 도시된 것처럼, 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템 적용 수단(200)은 복수 개의 압전소자(210)를 구비한 압전 하베스팅 시스템을 포함하는데, 여기서 복수 개의 압전소자(210)는 본체(230)의 저면(231)에 규칙적으로 부착될 수 있다.As shown here, the piezoelectric harvesting system application means 200 according to the second embodiment of the present invention includes a piezoelectric harvesting system having a plurality of
즉, 본체(230)의 저면(231)의 전 영역을 따라 직사각 형상을 갖는 압전소자(210)가 규칙적으로 부착될 수 있다. 이러한 부착 구조에 의해, 압전 하베스팅 시스템에 가해지는 모든 외력이 모든 압전소자(210)에 실질적으로 동시에 가해질 수 있는 환경이 조성될 수 있으며, 따라서 최소한의 공간에서 최대한의 발전량을 얻을 수 있는 장점이 있다.That is, the
한편, 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단을 개략적으로 도시한 사시도이다.5 is a perspective view schematically showing a piezoelectric harvesting system application moving means according to a third embodiment of the present invention.
이에 도시된 것처럼, 본 발명의 제3 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템은 복수 개의 압전소자(310)를 구비하는데, 여기서 복수 개의 압전소자(310)는 본체(330)의 외측면으로부터 내측 방향으로 함몰 형성된 함몰 부분(335)에서 규칙적으로 형성될 수 있다.As shown therein, the piezoelectric harvesting system according to the third embodiment of the present invention includes a plurality of
이러한 함몰 부분(335)에 결합되는 압전소자(310)는 본체(330)에 가해지는 외력을 보다 직접적으로 받을 수 있으며 따라서 최소한의 공간에서 최대한의 발전량을 확보할 수 있다.The
한편, 도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단의 정면도이고, 도 7은 도 6의 평면도이다.6 is a front view of a piezoelectric harvesting system application moving means according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a plan view of FIG.
이들 도면에 도시된 것처럼, 본 발명의 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단(400)에 구비되는 압전 하베스팅 시스템을 이루는 압전소자(410)는 본체(430)의 전면에 걸쳐 부착될 수 있다. 즉, 본체((430)의 내측면(432)뿐만 아니라 저면(431), 그리고 배(430)의 외측부에 형성된 함몰 부분(435) 등에 압전소자(410)는 규칙적으로 부착될 수 있는 것이다.As shown in these drawings, the piezoelectric harvesting system applied to the piezoelectric harvesting system application moving means 400 of the present invention may be attached to the
이와 같이, 본체(430)의 전면에 걸쳐 압전소자(410)가 부착됨으로써 압전 하베스팅 시스템에 가해지는 모든 외력이 모든 압전소자(410)에 실질적으로 동시에 가해질 수 있는 환경이 조성될 수 있으며, 따라서 최대한의 발전량을 얻을 수 있다. 획득된 전기에너지는 전술한 것처럼 정류부(120, 도 2 참조)로 이동되어 저장될 수 있다.As such, by attaching the
부연 설명하면, 상기와 같은 구성을 가지는 압전 하베스팅 시스템은 진동, 압력 등 다양한 외력에 반응하여 전기에너지를 발생시킨다. 특히, 유체의 흐름에 반응하여 발전한다. 유연성이 큰 압전소자(410)를 배치함에 따라 파랑에 의한 압전소자(410)의 변형 혹은 진동에 의한 발전을 용이하게 할 수 있다. 특히 규칙적이지 않은 본체(430)의 진동이나 변형을 이용하여 폴리머 계열의 압전소자(410)의 전기, 물리적 성질에 맞는 발전을 할 수도 있다.In detail, the piezoelectric harvesting system having the above configuration generates electrical energy in response to various external forces such as vibration and pressure. In particular, it develops in response to the flow of the fluid. As the flexible
또한, 압전소자(410)의 면적량이 클수록 발전량이 증가할 수 있는데, 공간을 효과적으로 사용하기 위하여 본 실시예의 압전 하베스팅 시스템은 전술한 것처럼 하나의 압전소자(410)의 면적량을 늘리는 대신 여러 개의 압전소자(410)를 직렬 또는 병렬로 집적하는 구조를 구성하여 힘이 모든 압전소자(410)에 동시에 가해질 수 있다. 따라서 주어진 공간에 대하여 높은 발전량을 얻을 수 있는 것이다.In addition, as the area amount of the
또한 그 발전량을 향상시키기 위해 압전소자(410)를 다층(multi-layer) 구조로 형성할 수 있다.In addition, the
한편, 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 압전소자의 설치 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 9는 도 8의 변형예이며, 도 10는 도 8의 변형예이다.On the other hand, Figure 8 is a view schematically showing the installation structure of the piezoelectric element according to the embodiments of the present invention, Figure 9 is a modification of Figure 8, Figure 10 is a modification of FIG.
도 8에 도시된 것처럼, 압전소자(410)에는 발전량을 향상시키기 위한 볼(ball) 모양의 보조부재(440)가 설치될 수 있다. 이로 인해, 진동이나 변형 발생 시 보조부재(440)가 압전소자(410)로부터 튕기게 되어(자유 이동하게 되어) 높은 발전량을 얻을 수 있다. 다만, 여기서 도시하지는 않았지만, 압전소자(410) 및 보조부재(440)를 감싸는 케이스(미도시)가 더 구비될 수 있으며 이로 인해 보조부재(440)의 이탈을 방지할 수 있다.As shown in FIG. 8, the
한편, 보조부재(440a)의 상하 이동을 돕고자, 도 9에 도시된 것처럼, 보조부재(440a)가 결합된 압전소자(410a)는 예를 들면 본체의 내측면(430a) 등과 용수철과 같은 탄성부재(441a)에 의해 결합될 수 있다. 이러한 탄성부재(441a)로 인해 외력이 가해지는 경우 보조부재(440a)의 튕김 동작에 비례하여 압전소자(410a)의 이동량은 증가할 것이며, 따라서 큰 발전량을 얻을 수 있다.On the other hand, to help the vertical movement of the
또한, 도 10에 도시된 것처럼, 예를 들면 배의 일부 영역에서는 상호 대향되도록 한 쌍의 압전소자(410b)가 탄성부재(441b)에 의해 배에 결합될 수 있으며, 압전소자(410b)들 중 하나의 압전소자(410b)에 보조부재(440b)가 결합되어 외력 발생 시 보조부재(440b)가 압전소자(410b)에 부딪힘으로써 발전량을 얻을 수 있다.Also, as shown in FIG. 10, for example, a pair of
이와 같이, 압전소자(410a, 410b)는 탄성부재(441a, 441b)를 통해 배에 부착될 수 있고 또한 압전소자(410a, 410b)에는 보조부재(440a, 440b)가 구비되어 동일한 외력이 발생되더라도 발생되는 발전량을 상대적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.As such, the
다만, 전술한 보조부재의 모양은 볼 형상 이외에도 여러 형태로 제작할 수 있다. 여기서, 보조부재의 재질은 철부터 고무, 플라스틱, 세라믹 복합재 등 여러 재질이 가능하고 탄성부재의 형태도 스프링 형태의 용수철부터 판 스프링 등과 같이 다양한 타입이 선택적으로 적용될 수 있다.However, the shape of the above-described auxiliary member may be manufactured in various forms in addition to the ball shape. Here, the material of the auxiliary member may be a variety of materials, such as iron, rubber, plastic, ceramic composite material, and the elastic member may be selectively applied in various types, such as a spring-like spring and a leaf spring.
이와 같이, 본 실시예의 압전 하베스팅 시스템은 진동 및 압력뿐만 아니라 유체의 흐름, 파도의 진동, 파랑을 포함하는 다양한 외력을 받아 효율적인 발전을 할 수 있으며, 난류에 의한 변형이 용이한 세라믹과 폴리머 소재의 하이브리드 재질의 압전소자를 포함하여 해상 파도에 의해 최대한 많이 진동하게 하여 보다 높은 에너지를 발생시킬 수 있고, 아울러 여러 개의 압전소자를 직렬 혹은 병렬로 집적하는 구조를 구성하여 가해지는 외력이 모든 압전소자에 동시에 가해지게 할 수 있는 장점이 있다.As described above, the piezoelectric harvesting system of the present embodiment can efficiently generate power by receiving various external forces including fluid flow, wave vibration, and blue wave as well as vibration and pressure, and are easily deformed by turbulent flow. Including a piezoelectric element of hybrid material, it is possible to generate as much energy as possible by vibrating as much as possible by the ocean waves. In addition, the external force applied by constructing a structure in which several piezoelectric elements are integrated in series or in parallel is used. There is an advantage that can be applied at the same time.
또한, 각각의 압전소자가 소형으로 제작이 가능하여, 전술한 배 외에도 사람의 몸체, 휴대용 기기 등에 부착될 수 있다. 또한 철도, 오토바이 등의 이동체에 부착될 수도 있다. 따라서 이동 중 발생하는 진동 및 상대적인 대기의 흐름을 통해 발전을 할 수 있다.In addition, each piezoelectric element may be manufactured in a small size, and may be attached to a human body, a portable device, or the like, in addition to the above-described ship. It may also be attached to a moving object such as a railroad or a motorcycle. Therefore, it is possible to generate electricity through vibrations and relative air flow generated during movement.
아울러, 비행기 또는 선박의 경우에도 전술한 압전 하베스팅 시스템이 적용될 수 있다. 이 때, 비행기의 경우 속도가 자동차나 오토바이보다 빠르기 때문에 압전소자의 내구성을 더 높여 장착하는 것이 바람직하다. 또한, 선박의 경우 물은 공기보다 밀도가 높기 때문에 유체의 흐름에 의하여 압전소자가 파손되지 않도록 그 내구성을 더 높여 장착하는 것이 바람직하다.In addition, the aforementioned piezoelectric harvesting system may also be applied to an airplane or a ship. In this case, since the speed of the airplane is faster than that of a car or a motorcycle, it is desirable to mount the piezoelectric element with higher durability. In addition, in the case of ships, since water is denser than air, it is preferable that the durability is further increased so that the piezoelectric element is not damaged by the flow of fluid.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, such modifications or variations will have to be belong to the claims of the present invention.
110: 압전소자 120: 정류부
111: + 전극 112: - 전극
130: 배 140: 보조부재
141: 용수철110: piezoelectric element 120: rectifier
111: + electrode 112:-electrode
130: ship 140: auxiliary member
141 spring
Claims (15)
상기 압전 하베스팅 시스템은,
상기 이동 수단의 본체에 부착되어 상기 본체에 가해지는 외력에 의해 진동되어 전기에너지를 발생시키는 복수 개의 압전소자;
를 포함하며,
상기 복수 개의 압전소자는 상기 본체의 내측면, 저면에 부착되거나 외측면에서 내측 방향으로 함몰 형성된 함몰 부분에 부착되는 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단.
In the moving means is provided with a piezoelectric harvesting system for generating electrical energy by deformation, vibration, external force including pressure,
The piezoelectric harvesting system,
A plurality of piezoelectric elements attached to the main body of the moving unit and vibrated by an external force applied to the main body to generate electric energy;
Including;
And the plurality of piezoelectric elements are attached to an inner side and a bottom of the main body or attached to a recessed portion formed recessed inward from the outer side.
상기 복수 개의 압전소자는 단일층(single layer) 구조로 배치되거나 다층(multi layer) 구조로 배치되는 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단.
The method of claim 1,
And the plurality of piezoelectric elements are arranged in a single layer structure or in a multi layer structure.
상기 압전소자는 대면적의 직사각 형상으로 형성되거나 배열 시 상호 대응되는 조각 구성으로 이루어지는 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단.
The method of claim 1,
The piezoelectric element is a piezoelectric harvesting system applied movement means formed in a rectangular shape of a large area or made of a piece configuration corresponding to each other when arranged.
상기 복수 개의 압전소자는 직렬 또는 병렬로 규칙적으로 집적되게 배열되는 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단.
The method of claim 1,
And the plurality of piezoelectric elements are arranged to be regularly integrated in series or in parallel.
상기 압전소자는 세라믹소재, PZT, PLZT, NKN계, BZT-BCT계, BNT계, BSNN, BNBN계를 포함하는 무연(Lead-free) 압전소재, PVDF, P(VDF-TrFE), 압전현상을 나타내는 폴리머, 세라믹과 폴리머 소재의 하이브리드 중 적어도 어느 하나의 재료로 형성되는 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단.
The method of claim 1,
The piezoelectric element is a lead-free piezoelectric material including a ceramic material, PZT, PLZT, NKN, BZT-BCT, BNT, BSNN, BNBN, PVDF, P (VDF-TrFE), piezoelectric phenomenon A piezoelectric harvesting system applied moving means formed of at least one material of a polymer represented, a hybrid of a ceramic and a polymer material.
상기 압전소자와 전기적으로 연결되도록 상기 본체에 장착되며, 상기 압전소자로부터 발생된 전기에너지를 정류하는 정류부를 더 포함하는 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단.
The method of claim 1,
And a rectifier mounted on the main body to be electrically connected to the piezoelectric element, the rectifier configured to rectify the electric energy generated from the piezoelectric element.
상기 압전소자의 상부에 자유 이동 가능하게 장착되며, 상기 본체에 가해지는 외력에 따라 자유 이동함으로써 상기 압전소자에 의해 발생되는 전기에너지의 양을 증대시키는 보조부재를 더 포함하는 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단.
The method of claim 1,
The piezoelectric harvesting system application movement further comprises an auxiliary member which is mounted to the upper portion of the piezoelectric element freely moveable, and increases the amount of electrical energy generated by the piezoelectric element by freely moving according to the external force applied to the main body. Way.
상기 압전소자와 상기 본체의 사이에 개재되어 상기 보조부재의 자유 이동 동작을 도움으로써 상기 압전소자에 의해 발생되는 전기에너지의 양을 증대시키는 탄성부재를 더 포함하는 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단.
The method of claim 7, wherein
And an elastic member interposed between the piezoelectric element and the main body to increase the amount of electrical energy generated by the piezoelectric element by assisting the free movement operation of the auxiliary member.
상기 압전소자는 마주보도록 상기 본체에 장착되되 상기 본체와의 사이에 상기 탄성부재가 개재되며, 상기 압전소자 사이에 하나의 상기 보조부재가 자유 이동 가능하게 구비되어 상기 보조부재의 자유 이동에 의해 한 쌍의 상기 압전소자 중 적어도 하나에 외력이 가해져 전기에너지가 발생 가능한 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단.
9. The method of claim 8,
The piezoelectric element is mounted on the main body so as to face each other, wherein the elastic member is interposed between the main body and one auxiliary member is provided to be freely movable between the piezoelectric elements. Moving means applied to the piezoelectric harvesting system capable of generating electrical energy by applying an external force to at least one of the piezoelectric elements of the pair.
상기 보조부재는 볼(ball) 타입으로 마련되고, 상기 탄성부재는 스프링 타입으로 마련되는 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단.
9. The method of claim 8,
And the auxiliary member is provided in a ball type, and the elastic member is provided in a spring type.
상기 이동 수단은 선박, 비행체, 차량 또는 생명체를 포함하는 압전 하베스팅 시스템 적용 이동 수단.
The method of claim 1,
The moving means is a piezoelectric harvesting system applied moving means including a ship, a vehicle, a vehicle or a living being.
상기 이동 수단의 본체에 부착되어 상기 본체에 가해지는 외력에 의해 진동되어 전기에너지를 발생시키는 복수 개의 압전소자; 및
상기 압전소자의 상부에 자유 이동 가능하게 장착되며, 상기 본체에 가해지는 외력에 따라 자유 이동함으로써 상기 압전소자에 의해 발생되는 전기에너지의 양을 증대시키는 보조부재;
를 포함하는 압전 하베스팅 시스템.
In a piezoelectric harvesting system for generating electrical energy by the deformation, vibration, or external force of the moving means,
A plurality of piezoelectric elements attached to the main body of the moving unit and vibrated by an external force applied to the main body to generate electric energy; And
An auxiliary member mounted on an upper portion of the piezoelectric element so as to be freely movable and increasing an amount of electric energy generated by the piezoelectric element by freely moving according to an external force applied to the main body;
Piezoelectric harvesting system comprising a.
상기 압전소자와 상기 본체의 사이에 개재되어 상기 보조부재의 자유 이동 동작을 도움으로써 상기 압전소자에 의해 발생되는 전기에너지의 양을 증대시키는 탄성부재를 더 포함하는 압전 하베스팅 시스템.
The method of claim 12,
And an elastic member interposed between the piezoelectric element and the main body to increase the amount of electrical energy generated by the piezoelectric element by assisting the free movement of the auxiliary member.
상기 압전소자는 마주보도록 상기 본체에 장착되되 상기 본체와의 사이에 상기 탄성부재가 개재되며, 상기 압전소자 사이에 하나의 상기 보조부재가 자유 이동 가능하게 구비되어 상기 보조부재의 자유 이동에 의해 한 쌍의 상기 압전소자 중 적어도 하나에 외력이 가해져 전기에너지가 발생 가능한 압전 하베스팅 시스템.
The method of claim 13,
The piezoelectric element is mounted on the main body so as to face each other, wherein the elastic member is interposed between the main body and one auxiliary member is provided to be freely movable between the piezoelectric elements. A piezoelectric harvesting system capable of generating electrical energy by applying an external force to at least one of the pair of piezoelectric elements.
상기 보조부재는 볼(ball) 타입으로 마련되고, 상기 탄성부재는 스프링 타입으로 마련되는 압전 하베스팅 시스템.The method of claim 3,
The auxiliary member is provided in a ball (ball) type, the elastic member is provided in a spring type piezoelectric harvesting system.
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