KR20130033223A

KR20130033223A - Frequency up-conversion vibration energy harvesting device

Info

Publication number: KR20130033223A
Application number: KR1020110097179A
Authority: KR
Inventors: 정치환
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-04-03

Abstract

PURPOSE: A vibration energy collecting device of a frequency up-conversion method is provided to improve reliability and to reduce noise by converting mechanical energy into electric energy by using a magnetic force of a magnetic body. CONSTITUTION: An energy collecting device(100) includes a first magnetic material(110), a second magnetic material(120), and a first conversion unit(130). The first magnetic material is vibrated to a first direction in response to external movement and is supported by one surface of the housing. The second magnetic material is vibrated to a second direction based on the vibration of the first magnetic material. The first conversion unit converts mechanic energy into first electric energy based on the vibration. [Reference numerals] (110) First magnetic material; (120) Second magnetic material; (130) First conversion unit; (140) Second conversion unit;

Description

Frequency up-conversion vibration energy harvesting device

본 명세서는 에너지 수집소자에 관한 것으로 보다 자세하게는 낮은 주파수의 외부 진동을 높은 주파수로 변환하는 주파수 상승 변환(Frequency up-conversion)방식의 에너지 수집소자에 관한 것이다.The present specification relates to an energy collection device, and more particularly, to an energy collection device of a frequency up-conversion method for converting low frequency external vibrations into a high frequency.

에너지 수집장치(Energy harvester)는 주변에 산재 되어 있는 빛, 열, 압력 또는 진동 등의 에너지를 수집하여 다른 형태의 에너지로 변환하는 장치로서 특히 저장이 용이한 전기 에너지로 변환하는 장치이다. An energy harvester is a device that collects energy, such as light, heat, pressure, or vibration, scattered around, and converts it into other forms of energy.

에너지 변환 방식으로는 태양 광 에너지를 광전효과(光電效果)를 이용하여 전기 에너지로 변환하는 솔라 셀(Solar cell), 온도 차로부터 전기가 발생되는 열전효과(熱電效果)를 이용한 열전 발전기(TEG: Thermoelectric generator) 또는 진동, 회전, 충격 등과 같은 운동 에너지를 압전효과(壓電效果, Piezoelectric effect), 전자기 유도 등의 원리를 이용하여 전기 에너지로 변환하는 방식 등이 있다. In the energy conversion method, a solar cell converting solar energy into electrical energy using a photoelectric effect, and a thermoelectric generator using a thermoelectric effect in which electricity is generated from a temperature difference. Thermoelectric generator or a method of converting kinetic energy such as vibration, rotation, shock, etc. into electrical energy using the principle of piezoelectric effect, electromagnetic induction, and the like.

특히, 주변의 기계적인 진동을 전기 에너지로 변환하는 진동 에너지 수집 소자가 있어 교량, 건물, 철도 등의 구조물에 부착하여 구조물의 기계적인 진동을 압전효과 또는 전자기 유도를 이용하여 전기 에너지로 변환하여 수집하는 진동 에너지 수집소자가 다수 개발되는 추세이다. In particular, there is a vibration energy collection element that converts the mechanical vibrations of the surroundings into electrical energy, so it is attached to a structure such as a bridge, building, railway, etc. There is a trend that a number of vibration energy collection elements are developed.

진동에 의한 에너지는 외부 진동의 주파수가 높을수록 더 큰 에너지를 수집할 수 있어 인체의 움직임과 같은 낮은 주파수의 진동에는 적용하기 힘든 단점이 있었으나 최근 주파수 상승변환(Frequency up-conversion) 방식의 진동 에너지 수집소자가 개발되어 인체의 움직임에 의한 진동 에너지를 수집할 수 있는 휴대폰, 타블렛, mp3 플레이어 등의 휴대용 디지털 장치에도 적용하려는 노력을 하고 있다.Energy due to vibration can collect more energy as the frequency of external vibration is higher, which makes it difficult to apply to low frequency vibration such as human body movement, but recently, frequency up-conversion vibration energy. The collection device has been developed and is trying to apply to portable digital devices such as mobile phones, tablets, mp3 players that can collect the vibration energy by the movement of the human body.

도 1은 일반적인 주파수 상승변환(Frequency up-conversion) 방식의 진동 에너지 수집 장치의 원리를 나타내는 예시도이다.FIG. 1 is an exemplary view illustrating a principle of a vibration energy collecting device of a general frequency up-conversion method.

도 1을 참조하면, 강체(剛體:Rigid body)로 구성된 하우징(11)의 한쪽 면에 제 1 스프링(13)의 한 쪽 끝이 접합되어 있고 그 반대쪽 끝에 제 1 질량체(12)가 접합되어 x 방향으로 자유도를 갖도록 구성되며 상기 하우징(11)의 한쪽 면에는 제 2 질량체(14)와 제 2 스프링(15)이 접합되어 x 방향의 자유도를 갖도록 구성된다. 또한 상기 제 2 질량체(14)와 상기 하우징(11) 사이에는 상기 제 2 질량체(14)의 기계적 움직임을 전기적 에너지로 변환 시킬 수 있는 변환기(16)가 위치한다. 통상적으로 변환기(16)는 압전재료를 이용한 압전 방식, 코일과 자석을 이용한 전자기 유도 방식, 두 전극 사이의 정전용량 변화를 이용한 정전(electrostatic)방식의 변환기가 이용될 수 있다.Referring to FIG. 1, one end of the first spring 13 is joined to one side of the housing 11 made of a rigid body, and the first mass 12 is joined to the opposite end of the housing 11. Direction and the second mass 14 and the second spring 15 are joined to one surface of the housing 11 so as to have a degree of freedom in the x direction. In addition, a transducer 16 is positioned between the second mass 14 and the housing 11 to convert mechanical movement of the second mass 14 into electrical energy. Typically, the converter 16 may be a piezoelectric method using a piezoelectric material, an electromagnetic induction method using a coil and a magnet, an electrostatic converter using a change in capacitance between two electrodes.

질량체와 스프링을 포함하여 구성되는 기계적인 시스템은 시스템이 가진 고유 진동수와 외부에서 가해진 진동의 주파수가 일치할 때 공진(共振: resonance)하게 되며 이때, 주어진 힘 대비 변위가 최대로 되어 에너지 효율이 최대가 된다. 또한 시스템의 고유 진동수는 질량체의 무게와 스프링 상수의 관계에 의해 결정되므로 질량이 무겁고 스프링 상수가 작을수록 낮은 고유 진동수를 갖게 되어 낮은 주파수의 외부 진동에 대해서 공진 시킬 수 있다. Mechanical systems, including masses and springs, resonate when the natural frequency of the system coincides with the frequency of externally applied vibrations, with maximum displacement relative to a given force, resulting in maximum energy efficiency. Becomes In addition, the natural frequency of the system is determined by the relationship between the weight of the mass and the spring constant, so that the heavier the mass and the smaller the spring constant, the lower the natural frequency can be resonated with low frequency external vibration.

따라서 주파수 상승변환 방식의 진동 에너지 수집장치의 기본 원리는 제 1 질량체(12)와 제 1 스프링(13)은 외부의 낮은 주파수의 진동에 대해서 공진할 수 있도록 낮은 고유 진동수를 갖도록 구성되고 제 2 질량체(14)와 제 2 스프링(15)은 높은 고유 진동수를 갖도록 구성하여 낮은 주파수를 갖는 외부 진동에 의해 제 1 질량체(12)가 큰 변위로 진동하면서 제 2 질량체(14)에 충돌하게 되고 충돌에 의해 전달된 에너지에 의해 제 2 질량체(14)가 높은 주파수로 진동하면서 변환기(16)를 통해 기계적 진동을 전기 에너지로 변환하게 된다. Accordingly, the basic principle of the frequency energy conversion type vibration energy collecting device is that the first mass 12 and the first spring 13 are configured to have a low natural frequency so as to resonate with the external low frequency vibration and have a second mass. The 14 and the second spring 15 are configured to have a high natural frequency so that the first mass 12 vibrates at a large displacement by the external vibration having a low frequency, thereby colliding with the second mass 14 and causing collisions. The energy transmitted by the second mass 14 vibrates at a high frequency while converting mechanical vibrations into electrical energy through the transducer 16.

상술한 일반적인 주파수 상승변환 방식의 진동 에너지 수집장치는 낮은 주파수의 외부 진동을 전기 에너지로 변환하여 수집할 수 있는 효과적인 방식이나 질량체의 충돌에 의해 생기는 소음과 마모와 같은 문제점이 있을 수 있다.The vibration frequency collector of the general frequency rising conversion method described above may have problems such as noise and abrasion caused by collision of mass bodies or an effective manner in which low frequency external vibration is converted into electrical energy and collected.

본 명세서는 주파수 상승변환 방식으로 진동 에너지를 수집하는 방식에 있어서, 기계적인 변형 및 전기장 또는 자기장의 변화를 근거로 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 에너지 수집 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.An object of the present disclosure is to provide an energy collection device for converting mechanical energy into electrical energy based on mechanical deformation and change in electric or magnetic field in a method of collecting vibration energy in a frequency up-conversion method.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 명세서에 따른 에너지 수집장치는, 하우징의 일면에 의해 지지되고, 외부 움직임에 반응하여 제 1 방향으로 진동하는 제 1 자성체; 상기 제 1 자성체의 진동에 근거하여 제 2 방향으로 진동하는 제 2 자성체; 및 상기 제 2 자성체를 지지하되, 진동을 근거로 한 기계에너지를 제 1 전기에너지로 변환시키는 제 1 변환부를 포함하는 것일 수 있다.An energy collecting device according to the present specification for achieving the above object, the first magnetic body is supported by one surface of the housing, vibrating in a first direction in response to external movement; A second magnetic body vibrating in a second direction based on the vibration of the first magnetic body; And while supporting the second magnetic material, it may include a first conversion unit for converting the mechanical energy based on the vibration to the first electrical energy.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제 1 자성체 및 상기 제 2 자성체는 서로 근접하였을 때 척력이 발생되도록 하는 자성을 가지는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the first magnetic body and the second magnetic body may have magnetic properties such that repulsive force is generated when they are close to each other.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제 2 진동체는, 상기 제 1 진동체의 진동에 따른 상기 척력의 차이를 근거로 진동하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the second vibrating body may vibrate based on a difference in the repulsive force according to the vibration of the first vibrating body.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향은 서로 다른 방향인 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the first direction and the second direction may be different directions.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제 1 변환부는, 압전 소재를 포함하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the first conversion unit may include a piezoelectric material.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 제 2 변환부를 더 포함하되, 상기 제 2 변환부는, 상기 하우징의 일면에 의해 지지되고, 상기 제 2 자성체의 진동에 따른 전기장 또는 자기장의 변화를 근거로 상기 제 2 자성체의 기계에너지를 제 2 전기에너지로 변환시키는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, a second converter is further included, wherein the second converter is supported by one surface of the housing and is based on a change in an electric field or a magnetic field caused by vibration of the second magnetic body. It may be to convert the mechanical energy of the magnetic material to the second electrical energy.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제 2 변환부는, 코일을 포함하는 것일 수 있다.As an example related to the present specification, the second conversion unit may include a coil.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 주파수 상승변환 방식으로 외부 진동에 의한 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환함과 함께, 기계적인 변형 및 전기장 또는 자기장의 변화를 근거로 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 에너지 수집장치를 제공한다.According to one embodiment disclosed herein, while converting the mechanical energy due to external vibration into electrical energy in a frequency up-conversion method, and converting the mechanical energy into electrical energy based on the mechanical deformation and the change in the electric or magnetic field Provide an energy collector.

특히, 본 명세서에 개시된 에너지 수집장치에 따르면, 낮은 주파수의 외부 진동에 의한 에너지를 효율적으로 전기 에너지로 변환하여 수집할 수 있고, 자석을 이용한 자성체, 기계적인 변형을 전기 에너지로 변환하는 제 1 변환부 및 전기장 또는 자기장의 변화를 전기 에너지로 변환하는 제 2 변환부를 함께 사용함으로써 에너지 수집 효율을 높이고 기계적인 충돌 및 접촉 대신 상기 자성체의 자성을 이용하여 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환함으로써 소음을 줄이고 신뢰성을 개선할 수 있는 이점이 있다.In particular, according to the energy collector disclosed in the present specification, a first conversion for converting and collecting energy due to low frequency external vibration into electrical energy efficiently, and converting a magnetic material using a magnet, mechanical deformation into electrical energy The use of a second converter for converting negative and electric or magnetic field changes into electrical energy increases the energy collection efficiency and reduces mechanical noise and reliability by converting mechanical energy into electrical energy using the magnetism of the magnetic material instead of mechanical collision and contact. There is an advantage to improve.

도 1은 일반적인 주파수 상승변환(Frequency up-conversion) 방식의 진동 에너지 수집 장치의 원리를 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 에너지 수집장치의 구성을 보여주는 블럭도이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 제 1 실시예에 따른 에너지 수집장치를 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 제 1 실시예에 따른 제 1 변환부에 의한 진동에 기인한 기계 에너지를 수집하는 원리를 나타내는 예시도이다.
도 5는 본 명세서에 개시된 제 1 실시예에 따른 제 1 변환부의 구성을 나타내는 예시도이다.
도 6은 본 명세서에 개시된 변형된 제 1 실시예에 따른 자왜 변환기의 구성을 보여주는 예시도이다.
도 7은 본 명세서에 개시된 제 2 실시예에 따른 에너지 수집장치의 구성을 나타내는 예시도이다.
도 8은 본 명세서에 개시된 제 2 실시예에 따른 제 2 변환부의 동작 원리를 나타내는 예시도이다.
도 9는 본 명세서에 개시된 변형된 제 2 실시예에 따른 정전 변환기의 원리를 나타내는 예시도이다.
도 10은 본 명세서에 개시된 제 3 실시예에 따른 에너지 수집장치의 구성을 나타내는 예시도이다.
도 11은 본 명세서에 개시된 제 4 실시예에 따른 에너지 수집장치의 구성을 나타내는 예시도이다.FIG. 1 is an exemplary view illustrating a principle of a vibration energy collecting device of a general frequency up-conversion method.
2 is a block diagram illustrating a configuration of an energy collection device according to embodiments disclosed herein.
3 is an exemplary view showing an energy collection device according to a first embodiment disclosed herein.
4 is an exemplary view showing a principle of collecting mechanical energy due to vibration by the first converter according to the first embodiment disclosed herein.
5 is an exemplary view illustrating a configuration of a first conversion unit according to the first embodiment disclosed herein.
6 is an exemplary view showing a configuration of a magnetostrictive transducer according to a modified first embodiment disclosed herein.
7 is an exemplary view showing the configuration of an energy collection device according to a second embodiment disclosed herein.
8 is an exemplary diagram illustrating an operation principle of a second converter according to a second exemplary embodiment disclosed herein.
9 is an exemplary view showing the principle of the electrostatic converter according to the modified second embodiment disclosed herein.
10 is an exemplary view showing a configuration of an energy collection device according to a third embodiment disclosed herein.
11 is an exemplary view showing a configuration of an energy collection device according to a fourth embodiment disclosed herein.

본 명세서에 개시된 기술은 주파수 상승변환 방식의 에너지 수집장치하는데 적용될 수 있다. 그러나 본 명세서에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 상기 기술의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 에너지 수집 장치 및 그 방법, 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜야 하는 모든 응용분야에 적용될 수 있다.The technique disclosed herein may be applied to an energy harvesting device of frequency upconversion. However, the technology disclosed herein is not limited thereto, and may be applied to all energy collecting devices and methods thereof to which the technical spirit of the technology can be applied, and to all applications requiring mechanical energy to be converted into electrical energy.

상기 주파수 상승변환 방식의 에너지 수집장치는 주파수 상승 변환 방식을 사용하여 낮은 주파수의 외부 진동에 의한 에너지를 효율적으로 전기 에너지로 변환하여 수집할 수 있고, 자석을 이용한 자성체, 기계적인 변형을 전기 에너지로 변환하는 제 1 변환부 및 전기장 또는 자기장의 변화를 전기 에너지로 변환하는 제 2 변환부를 함께 사용하여 외부의 진동에 기인한 기계적 에너지를 전기적 에너지 형태로 에너지를 수집하는 장치에 관한 것이다.The frequency up-conversion type energy collection device may efficiently collect and convert energy from low frequency external vibration into electrical energy using a frequency up-conversion method, and convert magnetic material and mechanical deformation into electrical energy using magnets. The present invention relates to a device for collecting energy in the form of electrical energy by using a first converter for converting and a second converter for converting a change in an electric or magnetic field into electrical energy.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It is noted that the technical terms used herein are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the scope of the technology disclosed herein. Also, the technical terms used herein should be interpreted as being generally understood by those skilled in the art to which the presently disclosed subject matter belongs, unless the context clearly dictates otherwise in this specification, Should not be construed in a broader sense, or interpreted in an oversimplified sense. In addition, when a technical term used in this specification is an erroneous technical term that does not accurately express the concept of the technology disclosed in this specification, it should be understood that technical terms which can be understood by a person skilled in the art are replaced. Also, the general terms used in the present specification should be interpreted in accordance with the predefined or prior context, and should not be construed as being excessively reduced in meaning.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, the singular forms "as used herein include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprising ", or" comprising "and the like should not be construed as necessarily including the various elements or steps described in the specification, Or may be further comprised of additional components or steps.

또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.Further, the suffix "module" and "part" for the components used in the present specification are given or mixed in consideration of ease of description, and do not have their own meaning or role.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. Furthermore, terms including ordinals such as first, second, etc. used in this specification can be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.Further, in the description of the technology disclosed in this specification, a detailed description of related arts will be omitted if it is determined that the gist of the technology disclosed in this specification may be obscured. It is to be noted that the attached drawings are only for the purpose of easily understanding the concept of the technology disclosed in the present specification, and should not be construed as limiting the spirit of the technology by the attached drawings.

본 명세서에 개시된 The 실시예들에In embodiments 따른 에너지 수집장치에 대한 설명 Of energy collector according to

본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 에너지 수집장치는, 하우징의 일면에 의해 지지되고, 외부 움직임에 반응하여 제 1 방향으로 진동하는 제 1 자성체, 상기 제 1 자성체의 진동에 근거하여 제 2 방향으로 진동하는 제 2 자성체 및 상기 제 2 자성체를 지지하되, 진동을 근거로 한 기계에너지를 제 1 전기에너지로 변환시키는 제 1 변환부를 포함할 수 있다.The energy collecting device according to the embodiments disclosed in the present specification is a first magnetic body supported by one surface of a housing and vibrating in a first direction in response to an external movement, in a second direction based on vibration of the first magnetic body. The second magnetic body and the second magnetic body to support the vibration, but may include a first conversion unit for converting the mechanical energy based on the vibration to the first electrical energy.

또한, 상기 제 1 자성체 및 상기 제 2 자성체는 서로 근접하였을 때 척력이 발생되도록 하는 자성을 가지는 것일 수 있다.In addition, the first magnetic body and the second magnetic body may be a magnetic having a repulsive force is generated when close to each other.

또한, 상기 제 2 진동체는, 상기 제 1 진동체의 진동에 따른 상기 척력의 차이를 근거로 진동하는 것일 수 있다.The second vibrating body may vibrate based on a difference in the repulsive force according to the vibration of the first vibrating body.

또한, 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향은 서로 다른 방향일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향은 서로 수직하여 교차하는 것일 수 있다.In addition, the first direction and the second direction may be different directions. For example, the first direction and the second direction may cross each other perpendicularly.

또한, 상기 제 1 자성체는 제 1 주파수로 진동하고, 상기 제 2 자성체는 제 2 주파수로 진동하되, 상기 제 2 주파수는 상기 제 1 주파수보다 큰 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 자성체는 외부 진동에 기인하여 낮은 주파수인 제 1 주파수로 진동하고, 상기 제 2 자성체는 상기 제 1 진동체의 진동을 근거하여 높은 주파수인 제 2 주파수로 진동할 수 있다. 이러한 방식으로 상기 에너지 수집장치는 상술한 주파수 상승변환 기능을 수행할 수 있다.The first magnetic body may vibrate at a first frequency, and the second magnetic body may vibrate at a second frequency, but the second frequency may be greater than the first frequency. For example, the first magnetic body may vibrate at a first frequency having a low frequency due to external vibration, and the second magnetic body may vibrate at a second frequency having a high frequency based on the vibration of the first vibrating body. . In this manner, the energy collection device may perform the frequency upconversion function.

도 2는 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 에너지 수집장치의 구성을 보여주는 블럭도이다.2 is a block diagram illustrating a configuration of an energy collection device according to embodiments disclosed herein.

도 2를 참조하면, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 에너지 수집장치(100)는 제 1 자성체(110), 제 2 자성체(120) 및 제 1 변환부(130)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 에너지 수집장치(100)는 제 2 변환부(140)를 더 포함할 수 있다. 또한, 에너지 수집하기 위한 상기 구성요소들을 포함하고, 상기 구성요소들을 지지할 수 있는 하우징(150)을 더 포함할 수 있다. 이외에도, 상기 에너지 수집장치(100)는 외부 진동에 기인한 기계 에너지를 전기에너지로 변환시켜 에너지를 수집하기 위한 다양한 구성요소를 더 포함할 수 있다.2, the energy collection device 100 according to the embodiments disclosed herein may include a first magnetic body 110, a second magnetic body 120, and a first conversion unit 130. In addition, the energy collection device 100 may further include a second converter 140. In addition, it may further include a housing 150 including the components for energy collection and capable of supporting the components. In addition, the energy collecting device 100 may further include various components for collecting energy by converting mechanical energy due to external vibration into electrical energy.

이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.Hereinafter, the components will be described in order.

상기 제 1 자성체(110)는 상기 하우징(150)의 일면에 의해 지지되고, 외부 움직임에 반응하여 제 1 방향으로 할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 자성체(110)는 상기 제 1 방향으로의 진동을 근거로 기계적 에너지를 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 제 1 자성체(110)는 상기 제 2 자성체(120)에 상기 기계적 에너지를 전달할 수 있다.The first magnetic body 110 is supported by one surface of the housing 150 and may be in the first direction in response to external movement. Therefore, the first magnetic body 110 may generate mechanical energy based on the vibration in the first direction. In addition, the first magnetic body 110 may transfer the mechanical energy to the second magnetic body 120.

상기 기계적 에너지를 전달함에 있어서, 상기 제 1 자성체(110)는 주파수 상승 변환 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 주파수 상승 변환 기능은 상기 제 1 자성체(110)가 제 1 주파수로 진동하고, 상기 제 1 자성체(110)의 진동을 근거로 상기 제 2 자성체(120)가 상기 제 1 자성체(110)보다 상대적으로 높은 주파수인 제 2 주파수로 진동함에 의해 구현될 수 있다.In transmitting the mechanical energy, the first magnetic body 110 may perform a frequency rising conversion function. For example, the frequency rising conversion function may be performed by the first magnetic body 110 oscillating at a first frequency and the second magnetic body 120 having the first magnetic body based on the vibration of the first magnetic body 110. By vibrating at a second frequency, which is a relatively higher frequency than 110).

상기 제 2 자성체(120)는 상기 제 1 자성체(110)의 진동에 반응하여 진동함으로써 기계적 에너지를 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 제 2 자성체(120)는 상기 제 1 방향과 서로 다른 제 2 방향으로 진동할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향은 서로 수직하여 교차하는 것일 수 있다.The second magnetic body 120 may generate mechanical energy by vibrating in response to the vibration of the first magnetic body 110. In addition, the second magnetic body 120 may vibrate in a second direction different from the first direction. For example, the first direction and the second direction may cross each other perpendicularly.

또한, 상기 제 2 자성체(120)는 제 2 주파수로 진동할 수 있다. 상기 제 2 주파수는 상기 제 1 주파수보다 상대적으로 높은 주파수 있다. 높은 주파수의 진동의 경우, 기계 에너지의 전기에너지로의 변환 효율은 낮은 주파수의 경우보다 더 좋을 수 있다. 따라서, 상기 제 2 자성체(120)의 진동은 상기 제 1 변환부(130) 또는 제 2 변환부(140)에 의한 에너지 변환대상이 될 수 있다. In addition, the second magnetic body 120 may vibrate at a second frequency. The second frequency has a frequency that is relatively higher than the first frequency. For high frequency vibrations, the conversion efficiency of mechanical energy into electrical energy can be better than for low frequencies. Therefore, the vibration of the second magnetic body 120 may be an energy conversion target by the first converter 130 or the second converter 140.

상기 제 1 변환부(130)는 상기 하우징(150)의 일면에 연결되어 상기 제 2 자성체(120)를 지지하되, 진동을 근거로 한 기계에너지를 제 1 전기에너지로 변환시킬 수 있다.The first converter 130 may be connected to one surface of the housing 150 to support the second magnetic body 120, and convert mechanical energy based on vibration into first electrical energy.

구체적으로 상술하면, 상기 제 1 변환부(130)는 상기 제 2 자성체(120)의 진동에 근거하여 기계적인 변형이 발생되고, 상기 기계적인 변형을 근거로 상기 제 2 자성체의 기계에너지를 제 1 전기에너지로 변환시킬 수 있다.Specifically, the first transformation unit 130 is a mechanical deformation is generated based on the vibration of the second magnetic body 120, the mechanical energy of the second magnetic material based on the mechanical deformation of the first It can be converted into electrical energy.

이를 위해 상기 제 1 변환부(130)는 상기 기계적인 변형에 따라 전기적 에너지를 발생시키는 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 변환부(130)는, 압전 소재를 포함할 수 있다.To this end, the first conversion unit 130 may include a material for generating electrical energy in accordance with the mechanical deformation. For example, the first converter 130 may include a piezoelectric material.

압전 소재 또는 압전 소자를 포함한 제 1 변환부(130)에 대해서는 도 3 내지 도 6을 참조하여 후술 된다.The first converter 130 including the piezoelectric material or the piezoelectric element will be described later with reference to FIGS. 3 to 6.

상기 제 2 변환부(140)는 상기 하우징(150)의 일면에 의해 지지되고, 상기 제 2 자성체(120)의 진동에 따른 전기장 또는 자기장의 변화를 근거로 상기 제 2 자성체(120)의 기계에너지를 제 2 전기에너지로 변환할 수 있다.The second conversion unit 140 is supported by one surface of the housing 150, and the mechanical energy of the second magnetic body 120 based on the change in the electric or magnetic field caused by the vibration of the second magnetic body 120. May be converted into second electrical energy.

예를 들어, 상기 제 2 변환부(140)는 자기장의 변화를 근거로 전자기 유도(Electromagnetic induction) 방식으로 상기 기계 에너지를 제 2 전기에너지로 변환할 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 변환부(140)는 코일을 포함할 수 있다.For example, the second converter 140 may convert the mechanical energy into the second electrical energy by an electromagnetic induction method based on the change in the magnetic field. In this case, the second converter 140 may include a coil.

상기 전기장 또는 자기장의 변화를 근거로 전기 에너지를 발생시키는 제 2 변환부(140)에 대해서는 도 7 내지 도 8을 참조하여 후술된다.The second converter 140 generating electrical energy based on the change in the electric or magnetic field will be described later with reference to FIGS. 7 to 8.

제 1 1st 실시예Example

본 명세서에 개시된 제 1 실시예는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 제 1 실시예의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략할 수 있다.The first embodiment disclosed herein may be implemented as a part or a combination of the configurations or steps included in the above-described embodiments, or may be implemented as a combination of the embodiments. Hereinafter, a clear description of the first embodiment disclosed in this specification The overlapping part can be omitted.

본 명세서에 개시된 제 1 실시예에 따른 에너지 수집장치는, 하우징의 일면에 의해 지지되고, 외부 움직임에 반응하여 제 1 방향으로 진동하는 제 1 자성체, 상기 제 1 자성체의 진동에 근거하여 제 2 방향으로 진동하는 제 2 자성체 및 상기 제 2 자성체를 지지하되, 진동을 근거로 한 기계에너지를 제 1 전기에너지로 변환시키는 제 1 변환부를 포함할 수 있다.The energy collecting device according to the first embodiment disclosed in the present specification includes a first magnetic body supported by one surface of a housing and vibrating in a first direction in response to external movement, and in a second direction based on the vibration of the first magnetic body. The second magnetic body and the second magnetic body to vibrate may be supported, and may include a first conversion unit for converting the mechanical energy based on the vibration to the first electrical energy.

또한, 제 1 실시예에 따르면, 상기 제 1 자성체 및 상기 제 2 자성체는 서로 근접하였을 때 척력이 발생되도록 하는 자성을 가지는 것일 수 있다.In addition, according to the first embodiment, the first magnetic material and the second magnetic material may have a magnetic force such that repulsive force is generated when they are close to each other.

또한, 제 1 실시예에 따르면, 상기 제 2 진동체는, 상기 제 1 진동체의 진동에 따른 상기 척력의 차이를 근거로 진동하는 것일 수 있다.In addition, according to the first embodiment, the second vibrating body may vibrate based on the difference in the repulsive force according to the vibration of the first vibrating body.

또한, 제 1 실시예에 따르면, 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향은 서로 다른 방향일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향은 서로 수직하여 교차하는 것일 수 있다.In addition, according to the first embodiment, the first direction and the second direction may be different directions. For example, the first direction and the second direction may cross each other perpendicularly.

또한, 제 1 실시예에 따르면, 상기 제 1 변환부는, 압전 소재를 포함하는 것일 수 있다.In addition, according to the first embodiment, the first converter may include a piezoelectric material.

또한, 제 1 실시예에 따른 에너지 수집장치는 , 상기 제 1 자성체를 지지하는 적어도 하나의 제 1 스프링부 및 상기 제 2 자성체를 지지하는 제 2 스프링부를 더 포함하되, 상기 제 1 스프링부는 상기 제 1 자성체가 상기 외부 움직임에 따라 제 1 방향의 자유도를 가지도록 하고, 상기 제 2 스프링부는 상기 제 2 자성체가 상기 제 1 자성체의 진동에 따라 제 2 방향의 자유도를 가지도록 하는 것일 수 있다.The energy collection device according to the first embodiment may further include at least one first spring portion for supporting the first magnetic body and a second spring portion for supporting the second magnetic body, wherein the first spring portion is the first spring portion. The first magnetic body may have a degree of freedom in the first direction according to the external movement, and the second spring part may have the second magnetic body having a degree of freedom in the second direction according to the vibration of the first magnetic body.

또한, 제 1 실시예에 따르면, 상기 제 1 자성체는 제 1 주파수로 진동하고, 상기 제 2 자성체는 제 2 주파수로 진동하되, 상기 제 2 주파수는 상기 제 1 주파수보다 큰 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 주파수는 200 Hz이고, 상기 제 2 주파수는 2 kHz일 수 있다.In addition, according to the first embodiment, the first magnetic material may vibrate at a first frequency, and the second magnetic material may vibrate at a second frequency, but the second frequency may be greater than the first frequency. For example, the first frequency may be 200 Hz and the second frequency may be 2 kHz.

도 3은 본 명세서에 개시된 제 1 실시예에 따른 에너지 수집장치를 나타내는 예시도이다.3 is an exemplary view showing an energy collection device according to a first embodiment disclosed herein.

도 3을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 에너지 수집장치(100)는 제 1 자성체(110a), 제 2 자성체(120a) 및 제 1 변환부(130a)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the energy collection device 100 according to the first embodiment may include a first magnetic body 110a, a second magnetic body 120a, and a first converter 130a.

또한, 상기 에너지 수집장치(100)는 제 1 스프링부(160a)를 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 변환부(130a)는 제 2 스프링부의 역할을 할 수 있다.In addition, the energy collection device 100 may further include a first spring portion 160a. The first converter 130a may serve as a second spring part.

구체적으로 상기 에너지 수집장치(100)의 구성에 대해 상술하면, 하우징(150a)의 한쪽 면에 제 1 스프링부(160a)의 한쪽 끝이 고정될 수 있다. 또한, 상기 제 1 스프링부(160a)의 다른 쪽 끝에는 제 1 자성체(110a)가 부착될 수 있다. Specifically, the configuration of the energy collection device 100 in detail, one end of the first spring portion 160a may be fixed to one surface of the housing 150a. In addition, a first magnetic body 110a may be attached to the other end of the first spring portion 160a.

상기 제 1 자성체(110a)는 외부 진동을 근거로 상기 하우징(150a) 내에서 진동할 수 있다. 또한, 압전 재료(또는 소재)로 구성된 제 1 변환부(130a)의 한쪽 끝이 상기 하우징(150a)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 변환부(130a)는 압전 캔틸레버를 포함할 수 있다. The first magnetic body 110a may vibrate in the housing 150a based on external vibration. In addition, one end of the first conversion unit 130a made of a piezoelectric material (or material) may be attached to the housing 150a. For example, the first converter 130a may include a piezoelectric cantilever.

상기 제 1 변환부(130a)의 다른 쪽 끝에는 제 2 자성체(120a)가 부착될 수 있다. 이 경우, 제 1 스프링부(160a) 및 상기 제 1 변환부(130a)는 서로 수직하여, 교파하는 방향으로 움직이도록 배치될 수 있다.A second magnetic body 120a may be attached to the other end of the first converter 130a. In this case, the first spring portion 160a and the first converter 130a may be disposed to be perpendicular to each other and move in a cross direction.

상기 제 1 자성체(110a) 및 상기 제 2 자성체(120a)는 마주보는 면에서 같은 극성이 되도록 배치될 수 있고, 이로 인해 상기 제 1 자성체(110a) 및 상기 제 2 자성체(120a)는 서로 척력(斥力)을 갖도록 구성될 수 있다. The first magnetic body 110a and the second magnetic body 120a may be disposed to have the same polarity in the opposite surface, and thus, the first magnetic body 110a and the second magnetic body 120a may be repulsed with each other ( It can be configured to have a power.

또한, 상술한 주파수 상승 변환 방식의 이점을 이용하기 위해 상기 제 1 스프링부(160a) 및 상기 제 1 자성체(110a)로 이루어진 구동부 시스템의 고유 진동수는 상기 제 2 자성체(230) 및 상기 제 1 변환부(130a)로 이루어진 수집부 시스템의 고유 진동수보다 작을 수 있다. In addition, in order to take advantage of the above-described frequency rising conversion method, the natural frequency of the drive system including the first spring portion 160a and the first magnetic body 110a may include the second magnetic body 230 and the first conversion. It may be less than the natural frequency of the collector system consisting of a portion (130a).

도 4는 본 명세서에 개시된 제 1 실시예에 따른 제 1 변환부에 의한 진동에 기인한 기계 에너지를 수집하는 원리를 나타내는 예시도이다.4 is an exemplary view showing a principle of collecting mechanical energy due to vibration by the first converter according to the first embodiment disclosed herein.

도 4를 참조하면, 상기 제 1 자성체(110a)는 주변 진동(또는 외부 진동)에 따라 상기 하우징(150a)이 진동하면 위상 1, 위상 2, 위상 3을 반복하면서 제 1 방향으로 진동할 수 있다. Referring to FIG. 4, when the housing 150a vibrates according to ambient vibration (or external vibration), the first magnetic body 110a may vibrate in a first direction while repeating phase 1, phase 2, and phase 3. .

따라서, 상기 제 1 자성체(110a)가 진동하면서 상기 제 1 자성체(110a) 및 상기 제 2 자성체(120a) 간의 거리가 가까워지고 멀어지기를 반복할 수 있다.Therefore, while the first magnetic body 110a vibrates, the distance between the first magnetic body 110a and the second magnetic body 120a may be closer and farther away.

위상 2와 같이 상기 제 1 자성체(110a)가 상기 제 2 자성체(120a)에 근접하게 되면 상기 제 1 자성체(110a) 및 상기 제 2 자성체(120a) 사이에 척력이 발생하여 제 1 변환부(130a)가 휘어질 수 있다. When the first magnetic body 110a is close to the second magnetic body 120a as shown in phase 2, a repulsive force is generated between the first magnetic body 110a and the second magnetic body 120a so that the first converter 130a ) Can bend.

반대로 위상 1이나 위상 3과 같이 상기 제 1 자성체(110a)가 상기 제 2 자성체(120a)에서 멀어지면 척력이 약해지면서 상기 제 1 변환부(130a)의 복원력에 의해 상기 제 2 자성체(120a)가 진동하게 된다. 이 경우, 상기 제 1 변환부(130a)는 휘어짐에 의해 응력이 발생할 수 있고, 이로 인해, 전압이 유기되어 상기 에너지 수집장치(100)는 제 1 전기 에너지를 수집할 수 있다.On the contrary, when the first magnetic body 110a moves away from the second magnetic body 120a like the phase 1 or the phase 3, the repulsive force is weakened and the second magnetic body 120a is formed by the restoring force of the first conversion unit 130a. It will vibrate. In this case, the first converter 130a may be bent due to the bending, and as a result, the voltage is induced and the energy collection device 100 may collect the first electrical energy.

도 5는 본 명세서에 개시된 제 1 실시예에 따른 제 1 변환부의 구성을 나타내는 예시도이다.5 is an exemplary view illustrating a configuration of a first conversion unit according to the first embodiment disclosed herein.

도 5를 참조하면, 상기 제 1 변환부(130a)는 스프링의 역할(제 2 스프링부)을 하는 동시에 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 변환기의 역할을 할 수 있다.Referring to FIG. 5, the first converting unit 130a may serve as a spring (second spring unit) and at the same time serve as a converter for converting mechanical energy into electrical energy.

상기 제 1 변환부(130a)의 구성을 구체적으로 살펴보면, 상기 제 1 변환부(130a)는 제 1 전극(132a)과 제2전극(133a)사이에 평판 압전체(131a)가 위치하는 구성을 구비할 수 있다. 상기 제 1 변환부(130a)에 구부러지는 변형이 발생하면, 상기 평판 압전체(131a)에 응력(應力)이 발생하고 압전효과에 의해 상기 제 1전극(132a) 및 상기 제 2 전극(133a) 사이에 전압이 유기될 수 있다.Looking at the configuration of the first converter 130a in detail, the first converter 130a has a configuration in which the plate piezoelectric member 131a is positioned between the first electrode 132a and the second electrode 133a. can do. When a deformation occurs in the first converter 130a, a stress is generated in the flat plate piezoelectric member 131a and a piezoelectric effect is formed between the first electrode 132a and the second electrode 133a. The voltage can be induced at.

상기 에너지 수집장치(100)는 이러한 유기된 전압을 통하여 제 1 전기 에너지를 수집할 수 있다.The energy collection device 100 may collect the first electrical energy through the induced voltage.

상기 제 1전극(132a) 및 상기 제 2 전극(133a) 사이에 유기되는 전압 V_p은 다음과 같은 수식에 의해 결정될 수 있다.The voltage V _p induced between the first electrode 132a and the second electrode 133a may be determined by the following equation.

여기서, V_p는 평판 압전체에 유기된 전압이고, d₃₁은 압전계수이고, t_p는 압전체의 두께이고, σ_s는 응력이며, ε은 압전체의 유전율을 나타낸다.Where V _p is the voltage induced in the plate piezoelectric body, d ₃₁ is the piezoelectric coefficient, t _p is the thickness of the piezoelectric body, sigma _s is the stress, and ε represents the dielectric constant of the piezoelectric body.

변형된 제 2 실시예에 따르면, 상기 제 1 변환부(130a)는 자왜 변환기(Magnetostrictive)를 포함할 수 있다. According to the second modified embodiment, the first converter 130a may include a magnetostrictive converter.

도 6은 본 명세서에 개시된 변형된 제 1 실시예에 따른 자왜 변환기의 구성을 보여주는 예시도이다.6 is an exemplary view showing a configuration of a magnetostrictive transducer according to a modified first embodiment disclosed herein.

도 6을 참조하면, 자왜 변환기(170)는 자왜 물질(171), 상기 자왜 물질(171)을 감고 있는 코일부(172)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 자왜 변환기(170)는 상기 코일부(172)를 둘러싸고 있는 외피부(173)를 더 포함할 수 있다(도 6 (b)).Referring to FIG. 6, the magnetostrictive transducer 170 may include a magnetostrictive material 171 and a coil part 172 wound around the magnetostrictive material 171. In addition, the magnetostrictive transducer 170 may further include an outer shell portion 173 surrounding the coil portion 172 (FIG. 6B).

구체적으로 상기 자왜 변환기(170)의 원리에 대해 상술하면, 상기 자왜 변환기(170)에 기계적인 변형이 일어나면 상기 자왜 물질(171)이 포함하고 있는 강자성체(ferromagnetic material) 내부의 자화(magnetization) 상태가 변할 수 있다(도 6 (a)).Specifically, referring to the principle of the magnetostrictive transducer 170, when a mechanical deformation occurs in the magnetostrictive transducer 170, the magnetization state inside the ferromagnetic material included in the magnetostrictive material 171 may be reduced. May vary (FIG. 6 (a)).

상기 자화 상태가 변화되는 현상을 이용하여, 상기 자왜 물질(171) 외부에 상기 코일부(172)를 감고 상기 자왜 물질(171)에 변형을 가할 수 있다.By using the phenomenon in which the magnetization state is changed, the coil part 172 may be wound around the magnetostrictive material 171 and deformation may be applied to the magnetostrictive material 171.

상기 에너지 수집장치(100)는 상기 변형을 근거로 상기 코일부(172)에 유도되는 전류를 통하여 제 1 전기 에너지를 수집할 수 있다.The energy collection device 100 may collect the first electrical energy through the current induced in the coil unit 172 based on the deformation.

제 2 Second 실시예Example

본 명세서에 개시된 제 2 실시예는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 제 2 실시예의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략할 수 있다.The second embodiment disclosed herein may be implemented as a part or a combination of the configurations or steps included in the above-described embodiments, or may be implemented as a combination of the embodiments. Hereinafter, a clear description of the second embodiment disclosed in this specification The overlapping part can be omitted.

본 명세서에 개시된 제 2 실시예에 따른 에너지 수집장치는, 하우징의 일면에 의해 지지되고, 외부 움직임에 반응하여 제 1 방향으로 진동하는 제 1 자성체, 상기 제 1 자성체의 진동에 근거하여 제 2 방향으로 진동하는 제 2 자성체 및 상기 제 2 자성체를 지지하되, 진동을 근거로 한 기계에너지를 제 1 전기에너지로 변환시키는 제 1 변환부를 포함할 수 있다.The energy collection device according to the second embodiment disclosed in the present specification includes a first magnetic body supported by one surface of a housing and vibrating in a first direction in response to external movement, and in a second direction based on vibration of the first magnetic body. The second magnetic body and the second magnetic body to vibrate may be supported, and may include a first conversion unit for converting the mechanical energy based on the vibration to the first electrical energy.

또한, 제 2 실시예에 따른 에너지 수집장치는, 제 2 변환부를 더 포함하되, 상기 제 2 변환부는, 상기 하우징의 일면에 의해 지지되고, 상기 제 2 자성체의 진동에 따른 전기장 또는 자기장의 변화를 근거로 상기 제 2 자성체의 기계에너지를 제 2 전기에너지로 변환시키는 것일 수 있다.In addition, the energy collection device according to the second embodiment, further comprises a second conversion unit, the second conversion unit is supported by one surface of the housing, the change of the electric or magnetic field according to the vibration of the second magnetic body On the basis of this may be to convert the mechanical energy of the second magnetic material to the second electrical energy.

또한, 제 2 실시예에 따르면, 상기 제 2 변환부는 코일을 더 포함하는 것일 수 있다.In addition, according to the second embodiment, the second conversion unit may further include a coil.

도 7은 본 명세서에 개시된 제 2 실시예에 따른 에너지 수집장치의 구성을 나타내는 예시도이다.7 is an exemplary view showing the configuration of an energy collection device according to a second embodiment disclosed herein.

도 7을 참조하면, 제 2 실시예에 따른 에너지 수집장치(100)는 제 1 자성체(110a), 제 2 자성체(120a), 제 1 변환부(130a) 및 제 2 변환부(140a)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the energy collection device 100 according to the second embodiment includes a first magnetic body 110a, a second magnetic body 120a, a first converter 130a, and a second converter 140a. can do.

또한, 제 2 실시예에 따른 에너지 수집장치(100)는 상기 제 2 자성체(120a)와 근접한 위치에 배치되는 제 2 변환부(140a)를 포함할 수 있다. In addition, the energy collection device 100 according to the second embodiment may include a second conversion unit 140a disposed at a position close to the second magnetic body 120a.

상술한 바와 같이, 상기 제 2 변환부(140a)는 상기 제 2 자성체(120a)의 진동에 따른 전기장 또는 자기장의 변화를 근거로 상기 제 2 자성체(120a)의 기계에너지를 제 2 전기에너지로 변환시키는 역할을 할 수 있다. As described above, the second converter 140a converts the mechanical energy of the second magnetic body 120a into second electrical energy based on a change in the electric or magnetic field caused by the vibration of the second magnetic body 120a. It can play a role.

도 7은 상기 제 2 변환부(140a)는 상기 제 2 자성체(120a)의 진동에 따른 자기장의 변화를 근거로 기계 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 경우를 나타낸다. 따라서, 이 경우 상기 제 2 변환부(140a)는 코일을 포함할 수 있다.FIG. 7 illustrates a case in which the second converter 140a converts mechanical energy into electrical energy based on a change in a magnetic field caused by vibration of the second magnetic body 120a. Therefore, in this case, the second converter 140a may include a coil.

구체적으로 상술하면, 상기 에너지 수집장치(100)는 도 7과 같이 구성될 수 있고, 상기 제 2 변환부(140a)는 상기 제 2 자성체(120a)의 진동을 근거로 전자기 유도현상을 이용하여 전기적 에너지인 제 2 전기 에너지를 얻을 수 있다. In detail, the energy collection device 100 may be configured as shown in FIG. 7, and the second converter 140a may be electrically operated using an electromagnetic induction phenomenon based on the vibration of the second magnetic body 120a. Second electric energy which is energy can be obtained.

도 8은 본 명세서에 개시된 제 2 실시예에 따른 제 2 변환부의 동작 원리를 나타내는 예시도이다.8 is an exemplary diagram illustrating an operation principle of a second converter according to a second exemplary embodiment disclosed herein.

도 8을 참조하면, 상기 제 2 변환부(140a)는 상기 제 2 자성체(120a)의 진동에 기인한 자기장의 변화를 코일을 통하여 전기 에너지로 변환하는 기능을 할 수 있다.Referring to FIG. 8, the second converter 140a may function to convert a change in the magnetic field due to the vibration of the second magnetic body 120a into electrical energy through a coil.

상술한 바와 같이, 상기 제 1 자성체(110a)가 외부 움직임에 반응하여 제 1 방향(또는, 도 8에서는 y방향과 수직한 방향)으로 진동하면, 상기 제 2 자성체(120a)는 상기 제 1 자성체(110a)의 진동에 따른 척력의 차이에 따라 제 2 방향(도 8에서는 y방향)으로 진동할 수 있다.As described above, when the first magnetic body 110a vibrates in a first direction (or a direction perpendicular to the y direction in FIG. 8) in response to external movement, the second magnetic body 120a is the first magnetic body. In accordance with the difference in the repulsive force according to the vibration of 110a may vibrate in the second direction (y direction in FIG. 8).

이 경우, 상기 제 2 변환부(140a)의 코일을 통과하는 자속이 변할 수 있고, 이로 인해 상기 코일에 전압이 유기될 수 있다.In this case, the magnetic flux passing through the coil of the second converter 140a may be changed, thereby causing a voltage to be induced in the coil.

상기 제 2 변환부(140a)의 코일에 유기되는 전압은 코일의 형상과 배치에 따라 달라질 수 있다. The voltage induced in the coil of the second converter 140a may vary depending on the shape and arrangement of the coil.

일반적으로 상기 유기되는 전압 V_m은 코일을 통과하는 자속(磁束, magnetic flux)의 변화에 비례하므로 다음과 같은 수학식에 의해 결정될 수 있다.In general, the induced voltage V _m is proportional to a change in magnetic flux passing through the coil, and thus may be determined by the following equation.

여기서, Vm은 코일에 유기된 전압이고, ΦB는 자속(磁束, magnetic flux)이며, t는 시간이다.Where Vm is the voltage induced in the coil, Φ B is the magnetic flux, and t is the time.

따라서 상기 제 2 자성체(130a)가 상기 제 2 변환부(140a)의 코일(250) 주변에서 움직이는 경우, 상기 코일을 통과하는 자속이 시간에 따라 변화하고 상기 코일에 전압이 유기될 수 있다.Therefore, when the second magnetic body 130a moves around the coil 250 of the second converter 140a, the magnetic flux passing through the coil may change with time, and voltage may be induced in the coil.

따라서, 본 명세서에 개시된 제 2 실시예에 따른 에너지 수집장치(100)는 압전 효과를 이용한 상기 제 1 변환부(130a)의 제 1 전기에너지 및 전자기 유도 방식의 변환(Transduction)원리를 이용한 제 2 변환부(140a)의 제 2 전기에너지를 함께 수집할 수 있어 외부 진동에 기인한 기계적 진동으로부터 전기 에너지를 효율적으로 수집할 수 있다.Therefore, the energy collection device 100 according to the second embodiment disclosed in the present specification uses a piezoelectric effect of the first electrical energy and the electromagnetic induction transduction principle of the first conversion unit 130a. Since the second electrical energy of the conversion unit 140a may be collected together, the electrical energy may be efficiently collected from the mechanical vibration caused by the external vibration.

변형된 제 2 실시예에 따르면, 상기 제 2 변환부(140a)는 정전 변환기(Electrostatic)를 포함할 수 있다.According to the second modified embodiment, the second converter 140a may include an electrostatic converter.

즉, 상기 에너지 수집장치(100)는 전기장의 변화를 이용하여 기계에너지를 상기 제 2 전기에너지로 변환할 수 있다.That is, the energy collection device 100 may convert mechanical energy into the second electrical energy by using a change in the electric field.

도 9는 본 명세서에 개시된 변형된 제 2 실시예에 따른 정전 변환기의 원리를 나타내는 예시도이다.9 is an exemplary view showing the principle of the electrostatic converter according to the modified second embodiment disclosed herein.

도 9를 참조하면, 상기 정전 변환기(180)는 전압(V)이 인가되는 두 전극(181, 182)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, the electrostatic converter 180 may include two electrodes 181 and 182 to which a voltage V is applied.

상기 정전 변환기(180)의 원리에 대해 상술하면, 상기 두 전극(181, 182) 사이에 간격 또는 겹치는 면적이 변화하는 경우, 상기 두 전극(181, 182) 사이에 존재하는 정전용량(capacitance)가 변할 수 있다. 상기 두 전극(181, 182) 사이에 전하(electric charge)가 유기될 수 있고, 이로 인해, 상기 정전 변환기(180)는 상기 제 2 자성체(120a)의 진동에 따른 기계 에너지를 상기 제 2 전기에너지로 변환할 수 있다.Referring to the principle of the electrostatic converter 180, when the gap or overlapping area between the two electrodes (181, 182) changes, the capacitance existing between the two electrodes (181, 182) Can change. An electric charge may be induced between the two electrodes 181 and 182, and thus, the electrostatic converter 180 may convert the mechanical energy according to the vibration of the second magnetic body 120a into the second electrical energy. Can be converted to

제 3 Third 실시예Example

본 명세서에 개시된 제 3 실시예는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 제 3 실시예의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략할 수 있다.The third embodiment disclosed herein may be implemented as a part or a combination of the configurations or steps included in the above-described embodiments, or may be implemented as a combination of the embodiments, and a description of the third embodiment disclosed herein The overlapping part can be omitted.

본 명세서에 개시된 제 3 실시예에 따른 에너지 수집장치는, 하우징의 일면에 의해 지지되고, 외부 움직임에 반응하여 제 1 방향으로 진동하는 복수의 제 1 자성체, 상기 제 1 자성체의 진동에 근거하여 제 2 방향으로 진동하는 제 2 자성체 및 상기 제 2 자성체를 지지하되, 진동을 근거로 한 기계에너지를 제 1 전기에너지로 변환시키는 제 1 변환부를 포함할 수 있다.The energy collection device according to the third embodiment disclosed in the present specification includes a plurality of first magnetic bodies supported by one surface of a housing and vibrating in a first direction in response to external movement, and based on vibrations of the first magnetic bodies. A second magnetic body and a second magnetic body vibrating in two directions, but may include a first conversion unit for converting the mechanical energy based on the vibration to the first electrical energy.

도 10은 본 명세서에 개시된 제 3 실시예에 따른 에너지 수집장치의 구성을 나타내는 예시도이다.10 is an exemplary view showing a configuration of an energy collection device according to a third embodiment disclosed herein.

도 10을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 에너지 수집장치(100b)는 복수의 제 1 자성체(110b), 제 2 자성체(120b) 및 제 1 변환부(130b)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10, the energy collection device 100b according to the third embodiment may include a plurality of first magnetic bodies 110b, a second magnetic body 120b, and a first converter 130b.

상기 복수의 제 1 자성체(110b)는 특정한 형상을 구비하는 틀에 기결정된 간격을 두고 배치되어 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 특정한 형상은 원형일 수 있다.The plurality of first magnetic bodies 110b may be disposed and fixed at predetermined intervals in a mold having a specific shape. For example, the particular shape may be circular.

제 3 실시예에 따르면, 상기 복수의 제 1 자성체(110b)는 상기 특정한 형상이 왕복 운동을 하면서, 상기 복수의 제 1 자성체(110b)에 포함된 각각의 자성체들은 주기적으로 상기 제 2 자성체(120b)에 근접하거나 멀어질 수 있다.According to the third exemplary embodiment, the plurality of first magnetic bodies 110b are reciprocated in a specific shape, and each of the magnetic bodies included in the plurality of first magnetic bodies 110b is periodically the second magnetic body 120b. ) Or near.

이 경우, 상기 제 1 변환부(130b)는 상기 각각의 자성체들 및 상기 제 2 자성체(120b)간의 척력 차이에 근거하여 기계 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.In this case, the first converter 130b may convert mechanical energy into electrical energy based on the difference in repulsion between the respective magnetic bodies and the second magnetic body 120b.

제 4 Fourth 실시예Example

본 명세서에 개시된 제 4 실시예는 상술된 실시예들이 포함하고 있는 구성 또는 단계의 일부 또는 조합으로 구현되거나 실시예들의 조합으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 본 명세서에 개시된 제 4 실시예의 명확한 표현을 위해 중복되는 부분을 생략할 수 있다.The fourth embodiment disclosed herein may be implemented as a part or a combination of the configurations or steps included in the above-described embodiments, or may be implemented as a combination of the embodiments. Hereinafter, a clear representation of the fourth embodiment disclosed herein The overlapping part can be omitted.

본 명세서에 개시된 제 4 실시예에 따른 에너지 수집장치는, 하우징의 일면에 의해 연결된 스프링에 의해 지지되고, 외부 움직임에 반응하여 제 1 방향으로 진동하는 제 1 자성체, 상기 하우징의 일면에 지지되고, 상기 일면에 기결정된 간격으로 배치되어 있는 복수의 제 3 자성체, 상기 제 1 자성체의 진동 및 상기 복수의 제 3 자성체 간의 척력에 근거하여 제 2 방향으로 진동하는 제 2 자성체 및 상기 제 1 자성체의 일면에 연결되어 상기 제 2 자성체를 지지하되, 진동을 근거로 한 기계에너지를 제 1 전기에너지로 변환시키는 제 1 변환부를 포함할 수 있다.The energy collecting device according to the fourth embodiment disclosed in the present specification is supported by a spring connected by one surface of a housing, and is supported by a first magnetic body that vibrates in a first direction in response to external movement, and supported by one surface of the housing, A plurality of third magnetic bodies disposed on the one surface at predetermined intervals, a second magnetic body vibrating in a second direction based on vibration of the first magnetic body and repulsive force between the plurality of third magnetic bodies, and one surface of the first magnetic body Is connected to support the second magnetic material, may include a first conversion unit for converting the mechanical energy based on the vibration to the first electrical energy.

도 11은 본 명세서에 개시된 제 4 실시예에 따른 에너지 수집장치의 구성을 나타내는 예시도이다.11 is an exemplary view showing a configuration of an energy collection device according to a fourth embodiment disclosed herein.

도 11을 참조하면, 제 4 실시예에 따른 에너지 수집장치(100c)는 하우징(150c)의 일면에 의해 연결된 스프링(160c)에 의해 지지되고, 외부 움직임에 반응하여 제 1 방향으로 진동하는 제 1 자성체(110c), 상기 일면에 기결정된 간격으로 배치되어 있는 복수의 제 3 자성체(190c), 상기 제 1 자성체(110c)의 진동 및 상기 복수의 제 3 자성체(190c) 간의 척력에 근거하여 제 2 방향으로 진동하는 제 2 자성체(120c) 및 상기 제 1 자성체(110c)의 일면에 연결되어 상기 제 2 자성체(120c)를 지지하되, 진동을 근거로 한 기계에너지를 제 1 전기에너지로 변환시키는 제 1 변환부(130c)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11, the energy collecting device 100c according to the fourth embodiment is supported by a spring 160c connected by one surface of the housing 150c and vibrates in a first direction in response to external movement. Based on the magnetic body 110c, a plurality of third magnetic bodies 190c disposed at predetermined intervals on the one surface, vibration of the first magnetic body 110c, and a repulsive force between the plurality of third magnetic bodies 190c. A second magnetic body 120c oscillating in a direction and connected to one surface of the first magnetic body 110c to support the second magnetic body 120c, and converting mechanical energy based on vibration into first electrical energy 1 may include a conversion unit (130c).

상기 에너지 수집장치(100c)의 동작 원리에 대해 상술하면, 상기 스프링(160c)에 연결된 상기 제 1 자성체(110c)는 외부 움직임에 반응하여 제 1 방향으로 진동할 수 있다.Referring to the operating principle of the energy collection device 100c, the first magnetic body 110c connected to the spring 160c may vibrate in a first direction in response to external movement.

이 경우, 상기 제 1 자성체(110c)의 일면에 연결된 상기 제 2 자성체(120c)는 상기 하우징(150c)의 일면에 기결정된 간격으로 배치된 복수의 제 3 자성체(190c)의 각각의 자성체들과 근접하거나 멀어지기를 주기적으로 반복할 수 있고, 이로 인해, 상기 각각의 자성체들 및 상기 제 2 자성체(120c)간의 척력 차이로 인해 상기 제 2 자성체(120c)는 제 2 방향으로 진동할 수 있다.In this case, the second magnetic body 120c connected to one surface of the first magnetic body 110c may correspond to each of the magnetic bodies of the plurality of third magnetic bodies 190c disposed at predetermined intervals on one surface of the housing 150c. The proximity or distance may be periodically repeated, and thus, the second magnetic body 120c may vibrate in the second direction due to the difference in repulsion between the respective magnetic bodies and the second magnetic body 120c.

상기 제 2 자성체(120c)의 진동에 기인하여, 상기 제 1 변환부(130c)에는 기계적인 변형이 발생하고, 압전 효과등에 의해 상기 제 1 변환부(130c)는 기계 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.Due to the vibration of the second magnetic body 120c, mechanical deformation occurs in the first converter 130c, and the first converter 130c converts mechanical energy into electrical energy by a piezoelectric effect. Can be.

본 발명의 범위는 본 명세서에 개시된 실시 예들로 한정되지 아니하고, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.
The scope of the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein, and the present invention may be modified, changed, or improved in various forms within the scope of the spirit and claims of the present invention.

100: 에너지 수집장치 110: 제 1 자성체
120: 제 2 자성체 130: 제 1 변환부
140: 제 2 변환부100: energy collector 110: first magnetic material
120: second magnetic body 130: first conversion unit
140: second conversion unit

Claims

A first magnetic body supported by one surface of the housing and vibrating in a first direction in response to external movement;
A second magnetic body vibrating in a second direction based on the vibration of the first magnetic body; And
And a first converter configured to support the second magnetic material and convert mechanical energy based on vibration into first electrical energy.

The energy collecting device of claim 1, wherein the first magnetic material and the second magnetic material have magnetic properties such that repulsive force is generated when they are close to each other.

The method of claim 2, wherein the second vibrating body,
Energy collecting device that vibrates based on the difference in the repulsive force according to the vibration of the first vibrating body.

The method of claim 1,
And said first direction and said second direction are different directions.

The method of claim 1, wherein the first conversion unit,
An energy collector comprising a piezoelectric material.

The method of claim 1,
Further comprising a second converter,
The second converter,
Supported by one surface of the housing,
And an energy collection device for converting mechanical energy of the second magnetic material into second electrical energy based on a change in an electric field or a magnetic field caused by vibration of the second magnetic material.

The method of claim 6, wherein the second conversion unit,
An energy collector comprising a coil.

The method of claim 1,
At least one first spring portion supporting the first magnetic material; And
Further comprising a second spring portion for supporting the second magnetic material,
The first spring portion is such that the first magnetic material has a degree of freedom in the first direction according to the external movement,
The second spring unit is such that the second magnetic body has a degree of freedom in the second direction in accordance with the vibration of the first magnetic body energy collection device.

The method of claim 1,
The first magnetic material vibrates at a first frequency,
The second magnetic material vibrates at a second frequency,
And said second frequency is greater than said first frequency.