KR20140001061A - 이동수단의 손잡이에 응용되는 압전 하베스팅 시스템 - Google Patents

이동수단의 손잡이에 응용되는 압전 하베스팅 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 이동수단의 손잡이에 응용되는 압전 하베스팅 시스템은, 압전체가 장착되는 복수 개의 플레이트가 적층되는 구조를 갖는 압전 구조물, 복수 개의 플레이트에 외력을 가하는 손잡이부, 및 상기 손잡이부에 장착되어 상기 손잡이부에 탄성력을 제공하는 탄성체를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 사람들이 이동수단의 손잡이를 당길 때 발생하는 인력을 효과적으로 재활용 할 수 있다.

Description

이동수단의 손잡이에 응용되는 압전 하베스팅 시스템{Piezoelectric harvesting system for using handle of vehicles}
아래의 실시예들은 이동수단의 손잡이에 응용 가능한 압전 하베스팅 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 버스 또는 지하철에 있는 손잡이에 하나 또는 다수의 압전체에 변형을 가할 수 있는 구조를 이용하여 승객이 손잡이 이용할 때 발전이 가능한 압전 하베스팅 시스템에 관한 것이다.
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 불안정하고 사람들로부터 멀리 떨어진 곳에 설치하여야 한다는 점에서 추가적인 발전시스템이 고려되고 있다.
최근 신재생 에너지 중에서도 비교적 미세한 에너지에서 재생 에너지로 사용할 수 있는 압전 에너지 하베스팅이 연구되고, 또한 산업화에 많은 관심이 모아지고 있다. 실제로 주위 환경에서 기계적 진동, 소수력, 바람, 파도, 사람이나 동물의 움직임 등 많은 에너지가 사용되지 못한 채 버려지고 있다. 압전 에너지 하베스팅으로 이와 같이 버려지는 에너지들을 효과적으로 재활용 할 수 있다.
따라서, 압전소자를 이용한 압전 에너지 하베스팅 시스템은, 일상에서 버려지는 ＇압력, 충격, 진동＇ 등의 에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 차세대 에너지원이라고 할 수 있으며, 에너지 손실을 최소화하여 발전 효율을 높이고, 사용에 용이한 압전 에너지 하베스팅 시스템 개발의 필요성이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 사람들이 이동수단의 손잡이를 당길 때 발생하는 인력을 효과적으로 재활용 할 수 있는 압전 하베스팅 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 사람이 당기는 힘을 최대한 여러 개의 단층 또는 다층 구조의 압전 소자에 분산시켜 보다 높은 에너지 발전 효율을 가지는 압전 하베스팅 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 비교적 간단한 구조를 구비하여 적은 비용으로 손쉽게 전기를 수확할 수 있는 압전 하베스팅 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 이동수단의 손잡이에 응용되는 압전 하베스팅 시스템에 있어서, 압전체가 장착되는 복수 개의 플레이트가 적층되는 구조를 갖는 압전 구조물, 상기 복수 개의 플레이트에 외력을 가하는 손잡이부, 및 상기 손잡이부에 장착되어 상기 손잡이부에 탄성력을 제공하는 탄성체를 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 손잡이부는 손잡이 및 상기 손잡이의 상부에 부착되고 상기 압전 구조물 내에 위치되는 이동체를 포함하고, 상기 이동체의 상하 이동과 연동하여 상기 플레이트의 탄성 변형을 유발함으로써 압전체를 변형시킬 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 플레이트의 일단은 상기 압전 구조물에 고정되고, 타단은 상기 이동체에 고정되게 연결되어, 상기 이동체의 상하 이동에 의하여 상기 플레이트의 타단이 변형될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 플레이트는 탄성 재질로 이루어질 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 손잡이부는 손잡이 및 상기 손잡이의 상부에 부착되고 상기 압전 구조물 내에 위치되며, 상기 플레이트와 마주보는 표면에 돌기를 구비하는 이동체를 포함하고, 상기 이동체의 상하 이동과 연동하여 상기 플레이트의 탄성 변형을 유발함으로써 압전체를 변형시킬 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 이동체와 상기 플레이트는 비접촉하여, 상기 돌기와 상기 플레이트는 서로 간섭되게 배치되며, 상기 돌기의 상하 이동에 의하여 상기 플레이트에 진동을 유발할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 손잡이부가 삽입되는 상기 압전 구조물의 하부 삽입구에 베어링이 배치되어, 상기 베어링에 의해 상기 압전 구조물에 대한 상기 손잡이부의 회전을 원활하게 할 수 있다.
일 실시예에 따른 이동수단의 손잡이에 응용되는 압전 하베스팅 시스템에 의하면, 사람들이 이동수단의 손잡이를 당길 때 발생하는 인력을 효과적으로 재활용 할 수 있다.
일 실시예에 따른 이동수단의 손잡이에 응용되는 압전 하베스팅 시스템에 의하면, 사람이 당기는 힘을 최대한 여러 개의 단층 또는 다층 구조의 압전 소자에 분산시켜 보다 높은 에너지 발전 효율을 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 이동수단의 손잡이에 응용되는 압전 하베스팅 시스템에 의하면, 비교적 간단한 구조를 구비하여 적은 비용으로 손쉽게 전기를 수확할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템의 구성을 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템의 구성을 도시한다.
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 일 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(100)의 구성을 도시한다.
도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(100)은, 압전 구조물(110), 손잡이부(120), 탄성체(130) 및 베어링(140)을 포함할 수 있다.
상기 압전 구조물(110)은 케이싱(112), 플레이트(114) 및 압전체(116)를 포함할 수 있다.
케이싱(112)은 지하철이나 버스 등의 손잡이에 장착될 수 있으며, 케이싱(112)의 크기는 케이싱(112)이 장착되는 대상체 및 사용 용도에 따라서 조절될 수 있다.
또한, 케이싱(112)의 하부에는 삽입구가 구비되어, 후술할 손잡이부(120)의 일부가 케이싱(112) 내에 삽입될 수 있다.
케이싱(112)의 내부에는 플레이트(114)가 배치되며, 상기 플레이트(114)는 복수 개를 포함할 수 있다. 플레이트(114)의 일단은 케이싱(112)에 고정되고 타단은 후술할 손잡이부(120)의 이동체(124)에 고정되어 연결될 수 있다.
또한, 플레이트(114)는 탄성 재질로 이루어져, 외력이 가해질 경우, 쉽게 변형될 수 있다. 구체적으로, 플레이트(114)의 타단에 고정된 손잡이부(120)의 이동체(124)가 상하 이동할 경우, 이에 연동하여 플레이트(114) 또한 상하로 구부러지는 등 변형될 수 있다.
플레이트(114)의 하단에는 압전체(116)가 배치될 수 있다.
상기 압전체(116)는 기계 진동을 받을 때 전하를 발생하거나 전하가 가해질 때 기계 진동을 발생시키는 역할을 할 수 있으며, 기본적으로 발전량이 우수한 세라믹(ceramic) 압전소자를 비롯하여 물리적 유연성이 뛰어난 폴리머(polymer)나 폴리머와 세라믹이 혼합된 하이브리드 압전체(116)가 사용될 수 있다. 따라서 뛰어난 물리적 유연성으로 인해 내구성을 가지며, 이에 따라 발전에 용이하다.
또한, 압전체(116)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, 압전체(116)의 종류 및 재질이 이에 한정되는 것은 아니며, 일 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(100)에 가해지는 외력에 의해 충분한 발전량을 발생시킬 수 있다면 다른 재질 등이 사용될 수 있음은 당연하다.
또한, 압전체는 도선(미도시)에 의해 정류부(미도시)와 연결되며, 따라서 압전체()의 진동 및 타격에 의해 발생되는 전기에너지는 도선을 따라 정류부로 이송되어 정류될 수 있다.
상기 압전체(116)의 개수가 많아질수록 더 많은 전기에너지의 수확할 수 있다. 즉, 플레이트(114)의 개수가 많아지면, 부착될 수 있는 압전체(116)의 개수도 많아지므로, 일 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(100)으로부터 더 큰 전기에너지를 얻을 수 있다.
본 실시예의 경우, 플레이트(114)의 하단에 압전체(116)가 장착되는 경우에 대해 도시하였고 이를 토대로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 플레이트(114)의 양단 또는 상단에도 장착될 수 있음은 당연하다.
압전 구조물(110)의 하부에는 손잡이부(120)가 결합되며, 상기 손잡이부(120)는 손잡이(122), 이동체(124) 및 연결부재(126)를 포함할 수 있다.
상기 손잡이(122)는 예를 들어 지하철이나 버스 등의 손잡이를 포함하며, 다양한 형상으로 구비될 수 있다.
또한, 손잡이(122)는 직접적으로 외력을 가해지는 부분으로, 손잡이(122)에 외력이 가해질 경우, 그 외력이 플레이트(114) 또는 압전체(116)에 전달될 수 있다. 예를 들어, 손잡이(122)에 외력이 아래방향으로 가해질 경우, 플레이트(114) 또는 압전체(116) 역시 아래방향으로의 외력에 의해 아래방향으로 변형될 수 있다.
손잡이(122)의 상부에는 이동체(124)가 부착될 수 있으며, 이동체(124)는 압전 구조물(110)의 케이싱(112) 내에 위치될 수 있다.
이동체(124)는 원기둥 또는 사각기둥을 포함하는 다각기둥의 형상을 구비할 수 있으며, 이동체(124)의 측면에는 앞서 설명한 플레이트(114)가 고정될 수 있다.
상기 이동체(124)는 손잡이(122)에 외력이 가해질 경우, 플레이트(114) 또는 압전체(116)에 그 외력을 전달할 수 있다. 특히, 이동체(124)와 플레이트(114)는 접촉된 상태이므로, 외력을 직접적으로 전달할 수 있다.
구체적으로, 이동체(124)의 상하 이동 시, 플레이트(114) 또한 이동체(124)의 이동과 연동하여 상하로 탄성 변형되어, 플레이트(114)에 장착된 압전체(116)를 변형시킬 수 있다. 그에 의하여 전기 에너지를 수확할 수 있다.
상기 손잡이(122) 및 이동체(124)의 사이에는 연결부재(126)가 배치될 수 있다. 상기 연결부재(126)는 압전 구조물(110)의 케이싱(112) 하부에 구비된 삽입구에 위치될 수 있다.
또한, 연결부재(126)에는 탄성체(130)가 장착될 수 있다.
상기 탄성체(130)는 손잡이부(120)에 탄성력을 제공하기 위한 것으로써, 스프링을 포함할 수 있으며, 스프링 이외에 탄성력을 제공할 수 있는 다른 요소를 포함할 수 있음은 당연하다.
구체적으로, 손잡이(122)를 아래로 당겼다가 놓으면 탄성체(130)가 압축되었다가 원상 복귀되면서, 탄성체(130)의 위치에너지가 운동에너지로 변환될 수 있다. 이러한 탄성체(130)의 운동에 의해 이동체(124)는 상하로 운동할 수 있고, 플레이트(114) 또한 탄성 변형되어 압전체(116)를 변형시켜 반복적으로 전기 에너지를 획득할 수 있다.
또한, 케이싱(112)의 하부 삽입구에는 베어링(140)이 구비될 수 있다. 베어링(140)에 손잡이부(120)의 연결부재(126)가 배치되어, 베어링(140)을 기준으로 케이싱(112) 내부에 손잡이부(120)의 이동체(124)가 위치되고, 케이싱(112) 외부에 손잡이부(120)의 손잡이(122)가 위치될 수 있다.
베어링(140)에 의해서, 손잡이부(120)는 압전 구조물(110)에 고정될 뿐만 아니라, 압전 구조물(110)에 대한 손잡이부(120)의 회전을 원활하게 할 수 있다. 즉, 베어링(140)은 고정 및 회전 요소로써 기능할 수 있다.
이러한 구조에 의하여, 일 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(100)은 다음과 같이 작동할 수 있다.
손잡이부(120)를 아래로 당기게 되면 손잡이부(120)의 이동체(124)가 아래 방향으로 이동하며 플레이트(114)를 하방으로 이동시키고 손잡이부(120)를 놓으면 탄성체(130)에 의해 이동체(124)가 위로 들리면서 플레이트(114) 역시 들리게 된다.
이러한 손잡이부(120)의 당김 및 탄성체(130)의 탄성력에 의해 플레이트(114)는 반복적으로 상하 진동하게 되며 이를 통해 플레이트(114)에 장착된 압전체(116) 역시 진동함으로써 전기에너지를 생성할 수 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(100)에 의하면, 이동수단의 손잡이부(120)를 당길 때 발생되는 인력을 효과적으로 재활용함으로써 압전 하베스팅을 할 수 있을 뿐만 아니라 압전체 구조가 다층 구조로 마련됨으로써 압전체(116)에 작용하는 힘을 분산시킬 수 있고 이를 통해 높은 에너지 발전 효율을 기대할 수 있는 장점이 있다.
한편, 이하에서는 다른 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(200)에 대해 설명하되 전술한 일 실시예의 압전 하베스팅 시스템(100)과 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(200)의 구성을 도시한다.
도 2를 참조하여, 다른 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(200)은, 압전 구조물(210), 손잡이부(220), 탄성체(230) 및 베어링(240)으로 구성되며, 일 실시예에 따른 압전 하베스팅 시스템(100)과 실질적으로 유사하되 손잡이부(220)에 있어서 차이가 있다.
상기 손잡이부(220)의 이동체(224)는 플레이트(214)와 마주보는 표면에 돌기(228)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 이동체(224)의 측면에 지그재그 식 또는 오목 볼록한 표면을 구비할 수 있다. 또한, 돌기(228)와 플레이트(214)가 서로 간섭되게 배치되어 있어, 보통은 이동체(224)와 플레이트(214)는 비접촉 상태이다. 그러나 손잡이부(220)에 외력이 가해질 경우, 이동체(224)와 플레이트(214)는 선택적으로 접촉하여 진동할 수 있다.
따라서, 손잡이부(220)를 아래로 당기게 되면 손잡이부(220)의 이동체(224)가 아래 방향으로 이동하면서 이동체(224)의 측면 상에 있는 돌기(228)가 플레이트(214)와 접촉하여 플레이트(214)를 하방으로 이동시키고, 반대로 손잡이부(220)를 놓으면 탄성체(230)에 의해 이동체(224)가 위로 들리면서 이동체(224)의 돌기(228)가 플레이트(214)와 접촉하여 플레이트(214) 역시 들리게 된다.
이러한 손잡이부(220)의 당김 및 탄성체(230)의 탄성력을 이동체(224)의 측면 돌기(228)로부터 전달받아 플레이트(214)는 반복적으로 상하 진동하게 되며 이를 통해 플레이트(214)에 장착된 압전체(216) 역시 진동함으로써 전기에너지를 생성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의해서도, 이동수단의 손잡이부(220)를 당길 때 발생되는 인력을 효과적으로 재활용함으로써 압전 하베스팅을 할 수 있다.
상기 실시예들에 따른 압전 하베스팅 시스템을 통하여, 실생활에서 쉽게 접할 수 있는 이동수단의 손잡이를 당길 때 발생하는 인력에 의해서 손쉽게 전기에너지를 얻을 수 있다. 특히, 탄성체를 구비하여 반복적으로 발전할 수 있고, 다층 구조를 구비하여 인력을 압전 소자에 분산시켜 에너지 발전 효율을 높일 수 있다는 점에서 큰 이점이 있다. 이러한 압전 하베스팅 시스템의 간단한 구조는 비용적인 측면에서 경제적이며, 상용화에 용이할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100, 200: 압전 하베스팅 시스템
110, 210: 압전 구조물
112, 212: 케이싱
114, 214: 플레이트
116, 216: 압전체
120, 220: 손잡이부
122, 222: 손잡이
124, 224: 이동체
126, 226: 연결부재
228: 돌기
130, 230: 탄성체
140, 240: 베어링

Claims (7)

  1. 압전체가 장착되는 복수 개의 플레이트가 적층되는 구조를 갖는 압전 구조물;
    상기 복수 개의 플레이트에 외력을 가하는 손잡이부; 및
    상기 손잡이부에 장착되어 상기 손잡이부에 탄성력을 제공하는 탄성체;
    을 포함하는, 이동수단의 손잡이에 응용되는 압전 하베스팅 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 손잡이부는,
    손잡이; 및
    상기 손잡이의 상부에 부착되고 상기 압전 구조물 내에 위치되는 이동체;
    를 포함하고, 상기 이동체의 상하 이동과 연동하여 상기 플레이트의 탄성 변형을 유발함으로써 압전체를 변형시키는, 이동수단의 손잡이에 응용되는 압전 하베스팅 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플레이트의 일단은 상기 압전 구조물에 고정되고, 타단은 상기 이동체에 고정되게 연결되어, 상기 이동체의 상하 이동에 의하여 상기 플레이트의 타단이 변형되는, 이동수단의 손잡이에 응용되는 압전 하베스팅 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트는 탄성 재질로 이루어지는, 이동수단의 손잡이에 응용되는 압전 하베스팅 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 손잡이부는,
    손잡이; 및
    상기 손잡이의 상부에 부착되고 상기 압전 구조물 내에 위치되며, 상기 플레이트와 마주보는 표면에 돌기를 구비하는 이동체;
    를 포함하고, 상기 이동체의 상하 이동과 연동하여 상기 플레이트의 탄성 변형을 유발함으로써 압전체를 변형시키는, 이동수단의 손잡이에 응용되는 압전 하베스팅 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이동체와 상기 플레이트는 비접촉하여, 상기 돌기와 상기 플레이트는 서로 간섭되게 배치되며, 상기 돌기의 상하 이동에 의하여 상기 플레이트에 진동을 유발하는, 이동수단의 손잡이에 응용되는 압전 하베스팅 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 손잡이부가 삽입되는 상기 압전 구조물의 하부 삽입구에 베어링이 배치되어, 상기 베어링에 의해 상기 압전 구조물에 대한 상기 손잡이부의 회전을 원활하게 할 수 있는, 이동수단의 손잡이에 응용되는 압전 하베스팅 시스템.
KR1020120084039A 2012-06-27 2012-07-31 이동수단의 손잡이에 응용되는 압전 하베스팅 시스템 KR101364352B1 (ko)

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