KR20130009583A - 유체의 흐름을 이용한 압전 하베스팅 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템은, 유체의 흐름에 의해 회전할 수 있도록 외면에는 적어도 하나의 날개부재가 장착되고, 내면에는 적어도 하나의 타격부재가 구비되는 회전몸체; 및 회전몸체의 내측에서 회전몸체의 길이 방향을 따라 형성되며 외면에는 타격부재에 의해 타격되어 전기에너지를 생성하는 압전소자가 구비되는 압전부;를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 유체의 세기에 비례하여 회전몸체가 회전함으로써 압전부의 압전소자에 타격을 가할 수 있으며, 이에 따라 전기에너지의 발전량을 증대시킬 수 있다. 이 때, 회전몸체로부터 압전부로의 힘 전달이 효율적으로 이루어져 전기에너지 발생량을 향상시킬 수 있다.
Description
유체의 흐름을 이용한 압전 하베스팅 시스템이 개시된다. 보다 상세하게는, 유체의 흐름이나 진동, 압력을 포함하는 여러 가지 외력으로부터 효율적으로 전기 에너지를 수확할 수 있는 유체의 흐름을 이용한 압전 하베스팅 시스템이 개시된다.
최근 자연의 에너지 사용 비중이 꾸준히 늘어나고 있으며 발전량의 크기도 점점 대형화되고 있어 이를 위한 발전시스템의 용량도 늘어나고 있다. 일반적인 신재생의 에너지 발전, 태양광이나 풍력 발전의 경우 불규칙한 자연에너지로 인하여 발전량이 안정적이지 못하고 사람들로부터 멀리 떨어진 곳에 설치하여야 되는 문제가 있어 추가적인 발전시스템이 고려되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 여러 형태의 분산전원으로서 발전 시스템이초전도 고려되고 있으나, 신재생에너지의 발전효율 등을 고려할 때, 압전발전시스템의 개발이 진행 중이다.
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 고속도록 등의 바닥에 설치하여 에너지를 수확한다.
하지만, 기존의 풍력발전기나 태양광발전기는 그 크기와 형태, 상대적인 구성의 복잡성 및 낮은 내구성에 의해 휴대 및 이동에 그 한계가 있어 사용하기 어렵다. 또한, 이러한 풍력발전기는 난류에 의해 발생되는 반복 및 지속적이지 않은 랜덤(random)한 진동 혹은 유체의 흐름을 수확하기에는 굉장히 불리하다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 유체의 세기에 비례하여 회전몸체가 회전함으로써 압전부의 압전소자에 타격을 가할 수 있으며, 이에 따라 전기에너지의 발전량을 증대시킬 수 있다. 이 때, 회전몸체로부터 압전부로의 힘 전달이 효율적으로 이루어져 전기에너지 발생량을 향상시킬 수 있는 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 바람의 속도가 예를 들면 7 m/s의 속도가 아닌 낮은 속도의 바람뿐만 아니라 유체의 흐름을 포함하는 다양한 외력을 받아 효율적인 발전을 할 수 있는 유체의 흐름을 이용한 압전 하베스팅 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 유체의 흐름에 의한 변형이 용이한 세라믹과 폴리머 소재의 하이브리드 재질의 압전소자를 포함하여 풍력에 의해 최대한 많이 진동하게 하여 보다 에너지 발전 효율이 높은 압전 하베스팅 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 여러 개의 압전소자를 직렬 혹은 병렬로 집적하는 구조를 구성하여 주어진 힘이 모든 압전소자에 동시에 가해지게 할 수 있는 압전 하베스팅 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 수류를 이용한 압전 하베스팅 시스템은, 유체의 흐름에 의해 회전할 수 있도록 외면에는 적어도 하나의 날개부재가 장착되고, 내면에는 적어도 하나의 타격부재가 구비되는 회전몸체; 및 상기 회전몸체의 내측에서 상기 회전몸체의 길이 방향을 따라 형성되며 외면에는 상기 타격부재에 의해 타격되어 전기에너지를 생성하는 압전소자가 구비되는 압전부;를 포함하며, 이러한 구성에 의해서, 유체의 세기에 비례하여 회전몸체가 회전함으로써 압전부의 압전소자에 타격을 가할 수 있으며, 이에 따라 전기에너지의 발전량을 증대시킬 수 있다. 이 때, 회전몸체로부터 압전부로의 힘 전달이 효율적으로 이루어져 전기에너지 발생량을 향상시킬 수 있다.
상기 압전부는 외면의 둘레를 따라 형성되는 복수 개의 상기 압전소자를 구비하되 상기 압전소자 각각은 방사 방향으로 배치되며, 상기 타격부재는 상기 압전소자의 단부와 일부 중첩되도록 상기 회전몸체의 내면에서 둘레를 따라 형성될 수 있다.
상기 압전부는 고정 구조를 가지며, 상기 회전몸체는 상기 압전부에 대해 상대 회전하는 구조를 가질 수 있다.
상기 회전몸체의 하부에는 초전도체를 구비하는 부상부가 구비되고, 상기 회전몸체에는 상기 초전도체와의 전자기적인 상호 작용에 의해 상기 부상부로부터 상기 회전몸체를 부상시키는 영구자석이 구비될 수 있다.
상기 회전몸체의 하부에는 상기 회전몸체를 지지하면서도 상기 압전부에 대한 상기 회전몸체의 회전이 가능하도록 하는 볼 베어링 구조의 지지부가 마련될 수 있다.
상기 날개부재는 복수 개 구비되어 상기 회전몸체의 외면에서 둘레 방향을 따라 규칙적으로 구비되면서도 상기 회전몸체의 길이 방향을 따라 복수의 열로 배치될 수 있다.
상기 날개부재는 복수 개 구비되어 상기 회전몸체의 선단의 둘레 방향을 따라 프로펠러 형상으로 마련될 수 있다.
상기 압전부와 도선에 의해 연결되어 상기 압전소자로부터 발생된 전기에너지를 정류시키는 정류부를 더 포함할 수 있다.
상기 회전몸체의 내부에서 상기 압전소자들 사이사이에 자유 이동 가능하게 장착되며, 상기 회전몸체에 가해지는 외력에 따라 자유 이동함으로써 상기 압전소자에 의해 발생되는 전기에너지의 양을 증대시키는 보조부재를 더 포함할 수 있다.
상기 보조부재는 볼(ball) 타입으로 마련되며, 상기 보조부재에는 상기 압전소자에 대한 상기 보조부재의 이동을 강화하기 위한 탄성부재가 장착 가능하다.
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.
상기 회전몸체는 복수 개 마련되어 길이 방향을 따라 배치 가능하고, 상기 압전부가 상기 회전몸체들의 축을 따라 길게 배치될 수 있다.
상기 압전 하베스팅 시스템은 이동체의 이동 시 구동되어 전기에너지를 생성할 수 있도록 상기 이동체의 이동 경로를 따라 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템은, 유체의 흐름에 의해 회전할 수 있도록 외면에는 적어도 하나의 날개부재가 장착되고, 내면에는 적어도 하나의 타격부재가 구비되는 회전몸체; 상기 회전몸체의 내측에서 상기 회전몸체의 길이 방향을 따라 형성되며 외면에는 상기 타격부재에 의해 타격되어 전기에너지를 생성하는 압전소자가 구비되는 압전부; 및 상기 압전부에 대한 상기 회전부의 상대 회전을 가능하도록 하는 회전 허용부;를 포함할 수 있다.
상기 회전몸체에는 영구자석이 구비되고, 상기 회전 허용부에는 초전도체가 구비되어 상기 회전 허용부에 대해 상기 회전몸체를 부상시킬 수 있다.
상기 회전 허용부에는 상기 회전몸체를 지지하면서도 상기 압전부에 대한 상기 회전몸체의 회전이 가능하도록 하는 복수 개의 볼 베어링이 구비될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유체의 세기에 비례하여 회전몸체가 회전함으로써 압전부의 압전소자에 타격을 가할 수 있으며, 이에 따라 전기에너지의 발전량을 증대시킬 수 있다. 이 때, 회전몸체로부터 압전부로의 힘 전달이 효율적으로 이루어져 전기에너지 발생량을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 진동 및 압력뿐만 아니라 유체의 흐름을 포함하는 바람의 힘(풍력) 등 다양한 외력을 받아 효율적으로 발전할 수 있는 압전 하베스팅 시스템이 제공됨으로써, 반 영구적으로 사용이 가능하고 새로운 에너지 시대에 적합한 발전장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 또한, 휴대성이 좋고, 수류 위에 설치되어 있는 물체에는 어디에든 장착할 수 있어 강가 등 수류가 있는 어느 곳에나 바람이 부는 육지에 장착하여 효율적인 발전이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 유체 특히 난류에 의한 변형이 용이한 하이브리드 재질의 압전소자를 포함함으로 인해 최대한 압력의 저항을 적게 받는 대신, 보다 에너지 손실이 적은 발전이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 여러 개의 압전소자를 직렬 혹은 병렬로 연결하여 다양한 전력의 크기를 출력할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 적용되는 보조부재의 일 예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템이 직렬로 배치되는 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템이 철도가 통과하는 레일 상에 장착된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 적용되는 보조부재의 일 예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템이 직렬로 배치되는 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템이 철도가 통과하는 레일 상에 장착된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
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.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 측면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템(100)은 압전소자(135)로부터 발생한 전기에너지를 정류 및 저장할 수 있다. 이러한 압전소자(135)를 포함하는 압전 하베스팅 시스템(100)은 고효율 소형의 발전 시스템으로서 소형 발전장치로 사용될 수 있다. 특히 압전 하베스팅 시스템(100)은 유체가 이동하는 예를 들면, 강에 설치하여 수류가 이동 중에 발생하는 진동이나 바람이 지나가는 통로에 설치하여 발생하는 진동에 의해 발전이 이루어질 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 압전 하베스팅 시스템(100)은, 타격부재(115)를 구비한 회전몸체(110)와, 타격부재(115)의 타격에 의해 전기에너지를 생성하는 압전소자(135)가 구비되는 압전부(130)와, 압전부(130)에 대한 회전몸체(110)의 회전이 가능하도록 회전몸체(110)를 부상시키는 부상부(150)를 포함할 수 있다.
각각의 구성에 대해 설명하면, 먼저 회전몸체(110)는, 원통형으로 마련되며, 그 외면에는 복수 개의 날개부재(111)가 구비되고, 내면에는 방사형으로 복수 개의 타격부재(115)가 구비된다.
따라서, 유체의 흐름이 도 1에 도시된 바와 같이 형성되는 경우, 날개부재(111)에 유체의 흐름이 전달되어 회전몸체(110)는 일방향(또는 타방향)으로 회전할 수 있으며 따라서 타격부재(115)에 의해 후술할 압전부(130)에 타격을 가할 수 있다.
부연 설명하면, 본 실시예의 경우 복수 개의 날개부재(111)는, 회전몸체(110)의 외면에서 둘레 방향을 따라 규칙적으로 장착되면서도 회전몸체(110)의 길이 방향을 따라 복수의 열로 배치될 수 있다. 따라서 바람과 같은 유체의 흐름이 복수 개의 날개부재(111)에 효율적으로 전달될 수 있으며, 이에 따라 회전몸체(110)의 회전이 발생될 수 있다.
또한, 타격부재(115)는 회전몸체(110)의 내면에서 둘레 방향을 따라 배치되되, 각각이 회전몸체(110)의 중심을 향하도록 마련된다. 이러한 타격부재(115)는 회전몸체(110)의 회전 시 압전부(130)의 압전소자(135)를 직접적으로 타격함으로써 진동이 발생될 수 있도록 한다.
한편, 본 실시예의 압전부(130)는, 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 회전몸체(110)의 중심에서 회전몸체(110)의 길이 방향을 따라 길게 배치되며, 그 외면에는 전기에너지를 생성하는 복수 개의 압전소자(135)가 둘레 방향을 따라 배치되어 있다.
여기서, 복수 개의 압전소자(135)는 방사 방향으로 배치되는데, 이는 전술한 타격부재(115)의 배치 구조에 대응된다. 그리고, 압전소자(135)의 단부와 타격부재(115)의 단부는 일부 중첩되는 길이를 가짐으로써 유체의 흐름에 의해 회전몸체(110)가 회전 시 타격부재(115)가 압전소자(135)를 타격할 수 있으며 이에 따라 전기에너지가 생성될 수 있다.
다만, 시간당 보다 많은 발전량을 발생시킬 수 있도록 압전소자(135)는 회전몸체(110) 내에서 거의 회전몸체(110)의 내면에 닿는 길이를 가질 수 있으며, 이에 대응하여 타격부재(115)의 길이가 결정될 수 있다.
압전소자(135)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.
또한, 압전소자(135)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.
다만, 압전소자(135)의 종류 및 재질이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 압전 하베스팅 시스템(100)에 가해지는 외력에 의해 충분한 발전량을 발생시킬 수 있다면 다른 재질 등이 사용될 수 있음은 당연하다.
또한, 압전부(130)는 도선(미도시)에 의해 정류부(미도시)와 연결되며, 따라서 압전소자(135)의 타격에 의해 발생되는 전기에너지는 도선을 따라 정류부로 이송되어 정류될 수 있다.
한편, 고정 구조의 압전부(130)에 대해 회전몸체(110)가 회전하기 위해서는, 회전몸체(110)가 회전 가능한 구조를 가져야 한다. 즉, 바람과 같은 유체가 회전몸체(110)에 제공되면 회전몸체(110)는 유체의 흐름 세기에 비례하여 자유 회전할 수 있어야 하는 것이다.
이에 본 실시예의 압전 하베스팅 시스템(100)은, 회전몸체(110)를 허공으로 띄우기 위한 부상부(150)를 구비하는데, 본 실시예의 부상부(150)는 자기부상원리를 이용하여 회전몸체(110)를 부상시킬 수 있다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전몸체(110)의 외면에는 복수 개의 영구자석(120)이 구비되고 부상부(150)에는 초전도체(155)가 구비됨으로써, 전자기적인 상호 작용에 의해 회전몸체(110)는 부상부(150)에 대해 부상 상태를 유지할 수 있으며, 이에 따라 유체의 흐름이 회전몸체(110)에 제공되는 경우 회전몸체(110)는 압전부(130)에 대해 회전할 수 있는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 유체의 세기에 비례하여 회전몸체(110)가 회전함으로써 압전부(130)의 압전소자(135)에 타격을 가할 수 있으며, 이에 따라 전기에너지의 발전량을 증대시킬 수 있다. 이 때, 회전몸체(110)로부터 압전부(130)로의 힘 전달이 효율적으로 이루어져 전기에너지 발생량을 향상시킬 수 있는 것이다.
한편, 이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템에 대해 설명하되 전술한 제1 실시예의 압전 하베스팅 시스템과 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 개략적인 사시도이고, 도 4는 도 3의 측면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(200)은, 제1 실시예의 압전 하베스팅 시스템(100, 도 1 참조)과 실질적으로 유사하되 날개부재(211)에 있어서 차이가 있다.
본 실시예의 날개부재(211)는 복수 개 마련되어 회전몸체(210)의 선단의 둘레 방향을 따라 프로펠러 형상으로 마련될 수 있다. 이에 따라 유체의 흐름이 발생되는 경우 날개부재(211)에 힘이 효율적으로 전달되어 회전몸체(210)는 원활하게 회전할 수 있다.
그리고, 회전몸체(210)의 외면에는 영구자석(220)이 부착되어 부상부(250)의 초전도체(255)와의 전자기적인 상호 작용에 의해 회전몸체(210)는 부상 상태를 유지할 수 있고, 또한 유체의 흐름 발생 시 압전부(230)에 대해 회전할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시예의 경우도 역시, 유체의 세기에 비례하여 회전몸체(210)가 회전함으로써 압전부(230)에 타격을 가할 수 있으며, 이에 따라 전기에너지의 발전량을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템에 대해 설명하되 전술한 실시예들의 압전 하베스팅 시스템과 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예의 압전 하베스팅 시스템(300)은, 제2 실시예의 회전몸체(210, 도 4 참조)와 실질적으로 동일한 회전몸체(310)를 구비하되, 이러한 회전몸체(310)를 압전부(330)에 대해 회전시키기 위해, 복수 개의 볼 베어링(355)을 갖는 지지부(350)를 포함할 수 있다.
다시 말해, 회전몸체(310)는 지지부(350)에 구비되는 복수 개의 볼 베어링(355)과 접촉하도록 배치됨으로써 유체의 흐름이 발생되는 경우 회전몸체(310)는 고정 구조의 압전부(330)에 대해 원활하게 회전할 수 있다. 다만, 여기서, 날개부재(311)는 회전몸체(310)의 선단부에 구비됨으로써 회전몸체(310)의 회전 시 볼 베어링(355)과 날개부재(311)가 상호 간섭되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 볼 베어링 구조를 갖는 지지부(350)에 의해 압전부(330)에 대한 회전몸체(310)의 회전이 원활하게 이루어질 수 있으며, 따라서 유체의 세기에 비례하여 회전몸체(310)가 회전함으로써 압전부(330)에 타격을 가할 수 있으며, 이에 따라 전기에너지의 발전량을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템에 대해 설명하되 전술한 실시예들의 압전 하베스팅 시스템과 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템의 구성을 도시한 도면이고, 도 7은 도 6에 적용되는 보조부재의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(400)은, 전술한 제1 실시예의 압전 하베스팅 시스템(100, 도 2 참조)과 실질적으로 동일하되, 본 실시예의 압전 하베스팅 시스템(400)의 경우, 회전몸체(410)의 내부에서 압전소자(435)들 사이사이에 자유 이동 가능하게 장착되어 회전몸체(410)에 가해지는 외력에 따라 자유 이동함으로써 압전소자(435)에 의해 발생되는 전기에너지의 양을 증대시키는 보조부재(460)를 더 포함한다.
따라서, 회전몸체(410)의 회전 시 타격부재(415)가 압전소자(435)를 타격함으로써 전기에너지를 발생시키는 것과 아울러 볼 형상의 보조부재(460)가 압전소자(435)를 타격함으로써 전기에너지 발생량을 증대시킬 수 있다.
도 6에 도시된 보조부재(460)는, 도 7에 도시된 것처럼, 그 외측에 탄성부재(465)가 결합될 수 있으며, 따라서 보조부재(460)는 압전소자(435)들 사이에서 활발하게 이동할 수 있어 압전소자(435)에 대한 타격 세기 또는 타격수를 높일 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 탄성력을 구비한 볼 형상의 보조부재(460)가 압전소자(435)들 사이에서 이동 가능하도록 구비됨으로써 회전몸체(410)의 회전 시 압전소자(435)를 보다 많이 또 세게 타격할 수 있으며, 이에 따라 전기에너지의 발전량을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 이하에서는 본 발명의 제5 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템에 대해 설명하되 전술한 실시예들의 압전 하베스팅 시스템과 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템이 직렬로 배치되는 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
이에 도시된 것처럼, 본 발명의 제5 실시예의 압전 하베스팅 시스템은, 길이 방향을 따라 길게 마련되는 단일의 압전부(630)와, 압전부(630)를 따라 직렬로 배치되는 복수 개의 회전몸체(610) 그리고 회전몸체(610)에 대응되게 구비되어 회전몸체(610)를 부상시키는 부상부(650)를 포함할 수 있다.
따라서, 유체의 흐름이 회전몸체(610)에 가해지는 경우 복수 개의 회전몸체(610)는 각각의 속도로 회전할 수 있으며, 이로 인해 압전부(630)에 타격이 가해져 전기에너지를 생성할 수 있다.
여기서, 본 실시예의 경우 회전몸체(610)가 복수 개로 구비되어 압전부(630)에 대한 회전몸체(610)의 타격 정도를 상대적으로 많게 할 수 있으며, 이로 인해 전기에너지의 발전량을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 이하에서는 본 발명의 제6 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템에 대해 설명하되 전술한 실시예들의 압전 하베스팅 시스템과 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템이 철도가 통과하는 레일 상에 장착된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
이에 도시된 것처럼, 철도가 지나는 레일(701)의 양측에 압전 하베스팅 시스템(700)이 복수 개 배치될 수 있으며, 따라서 철도가 통과할 때 발생되는 유체의 흐름에 의해서 부상부로부터 부상된 회전몸체는 회전할 수 있으며 따라서 압전부에 외력을 가해 전기에너지를 생성할 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템(700)이 레일(701)의 양측에서 길이 방향을 따라 복수 개 배치되는 경우에 대해 설명하고 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 철도 통과 시 발생되는 유체의 흐름에 영향 받는 영역, 예를 들면 레일(701)의 사이사이에 배치될 수도 있음은 당연하다.
한편, 철도의 레일을 따라 배치되는 압전 하베스팅 시스템은, 도시하지는 않았지만, 지면에 대해 기립되어 고정되는 압전부와, 압전부에 대해 회전할 수 있는 회전몸체로 구성될 수도 있다. 이 경우 압전 하베스팅 시스템은 회전몸체를 부상시키기 위한 별도의 부상부를 구비하지 않는다. 이는, 철도의 이동 시 발생되는 유체의 흐름에 의해서, 압전부에 대해 회전몸체는 회전할 수 있으며, 따라서 회전몸체가 압전부를 타격하여 전기에너지를 생성할 수 있기 때문이다.
한편, 철도의 레일을 따라 배치되는 압전 하베스팅 시스템은, 회전몸체의 외면에 형성된 플렉서블 재질의 날개부재가 이동체의 일부분 예를 들면 휠(wheel)에 간섭되도록 배치될 수 있다. 따라서 이동체의 이동 시 날개부재가 이동체의 이동 속도에 비례하여 회전할 수 있으며 따라서 회전몸체의 타격부재가 압전부의 압전소자를 타격하여 전기에너지를 생성할 수 있다.
한편, 전술한 실시예에들에서는, 압전부에 대해 회전몸체의 회전을 가능케 하기 위해, 초전도체를 구비한 부상부 또는 볼 베어링 구조를 갖는 지지부가 적용된다고 상술하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 압전부에 대해 회전몸체의 회전을 가능케 하는 회전 허용부라면 어떠한 구성이든지 적용될 수 있음은 당연하다.
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.
100 : 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템
110 : 회전몸체 111 : 날개부재
115 : 타격부재 120 : 영구자석
130 : 압전부 135 : 압전소자
150 : 부상부 155 : 초전도체
110 : 회전몸체 111 : 날개부재
115 : 타격부재 120 : 영구자석
130 : 압전부 135 : 압전소자
150 : 부상부 155 : 초전도체
Claims (17)
- 유체의 흐름에 의해 회전할 수 있도록 외면에는 적어도 하나의 날개부재가 장착되고, 내면에는 적어도 하나의 타격부재가 구비되는 회전몸체; 및
상기 회전몸체의 내측에서 상기 회전몸체의 길이 방향을 따라 형성되며 외면에는 상기 타격부재에 의해 타격되어 전기에너지를 생성하는 압전소자가 구비되는 압전부;
를 포함하는 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 압전부는 외면의 둘레를 따라 형성되는 복수 개의 상기 압전소자를 구비하되 상기 압전소자 각각은 방사 방향으로 배치되며,
상기 타격부재는 상기 압전소자의 단부와 일부 중첩되도록 상기 회전몸체의 내면에서 둘레를 따라 형성되는 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 압전부는 고정 구조를 가지며,
상기 회전몸체는 상기 압전부에 대해 상대 회전하는 구조를 갖는 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 회전몸체의 하부에는 초전도체를 구비하는 부상부가 구비되고, 상기 회전몸체에는 상기 초전도체와의 전자기적인 상호 작용에 의해 상기 부상부로부터 상기 회전몸체를 부상시키는 영구자석이 구비되는 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 회전몸체의 하부에는 상기 회전몸체를 지지하면서도 상기 압전부에 대한 상기 회전몸체의 회전이 가능하도록 하는 볼 베어링 구조의 지지부가 마련되는 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 날개부재는 복수 개 구비되어 상기 회전몸체의 외면에서 둘레 방향을 따라 규칙적으로 구비되면서도 상기 회전몸체의 길이 방향을 따라 복수의 열로 배치되는 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 날개부재는 복수 개 구비되어 상기 회전몸체의 선단의 둘레 방향을 따라 프로펠러 형상으로 마련되는 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 압전부와 도선에 의해 연결되어 상기 압전소자로부터 발생된 전기에너지를 정류시키는 정류부를 더 포함하는 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 회전몸체의 내부에서 상기 압전소자들 사이사이에 자유 이동 가능하게 장착되며, 상기 회전몸체에 가해지는 외력에 따라 자유 이동함으로써 상기 압전소자에 의해 발생되는 전기에너지의 양을 증대시키는 보조부재를 더 포함하는 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 보조부재는 볼(ball) 타입으로 마련되며, 상기 보조부재에는 상기 압전소자에 대한 상기 보조부재의 이동을 강화하기 위한 탄성부재가 장착 가능한 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
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.
- 제1항에 있어서,
상기 회전몸체는 복수 개 마련되어 길이 방향을 따라 배치 가능하고, 상기 압전부가 상기 회전몸체들의 축을 따라 길게 배치되는 압전 하베스팅 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 압전 하베스팅 시스템은 이동체의 이동 시 구동되어 전기에너지를 생성할 수 있도록 상기 이동체의 이동 경로를 따라 배치되는 압전 하베스팅 시스템.
- 제13항에 있어서,
상기 이동체의 이동 시 상기 회전몸체의 상기 날개부재가 상기 이동체와 직접 접촉함으로써 상기 회전몸체가 회전할 수 있도록 상기 이동 경로 상에 배치되는 압전 하베스팅 시스템.
- 유체의 흐름에 의해 회전할 수 있도록 외면에는 적어도 하나의 날개부재가 장착되고, 내면에는 적어도 하나의 타격부재가 구비되는 회전몸체;
상기 회전몸체의 내측에서 상기 회전몸체의 길이 방향을 따라 형성되며 외면에는 상기 타격부재에 의해 타격되어 전기에너지를 생성하는 압전소자가 구비되는 압전부; 및
상기 압전부에 대한 상기 회전부의 상대 회전을 가능하도록 하는 회전 허용부;
를 포함하는 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템.
- 제15항에 있어서,
상기 회전몸체에는 영구자석이 구비되고, 상기 회전 허용부에는 초전도체가 구비되어 상기 회전 허용부에 대해 상기 회전몸체를 부상시키는 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템.
- 제15항에 있어서,
상기 회전 허용부에는 상기 회전몸체를 지지하면서도 상기 압전부에 대한 상기 회전몸체의 회전이 가능하도록 하는 복수 개의 볼 베어링이 구비되는 유체를 이용한 압전 하베스팅 시스템.
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|---|---|---|---|---|
| CN107244500A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-10-13 | 成都协恒科技有限公司 | 一种长途列车动物集装箱 |
| CN109768736A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-05-17 | 河海大学常州校区 | 一种管道液体流量无源检测装置及方法 |
| CN110078157A (zh) * | 2019-03-21 | 2019-08-02 | 周楚新 | 一种太阳能与风能协同发电的超声蓝藻控制装置及方法 |
| CN109113936B (zh) * | 2018-10-09 | 2023-10-27 | 西南交通大学 | 一种隧道活塞风发电装置 |
-
2012
- 2012-02-03 KR KR1020120011083A patent/KR20130009583A/ko not_active Application Discontinuation
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