KR20150091822A - Piezoelectric energy harvesting apparatus and self generating sensor using the same - Google Patents

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KR20150091822A
KR20150091822A KR1020140012504A KR20140012504A KR20150091822A KR 20150091822 A KR20150091822 A KR 20150091822A KR 1020140012504 A KR1020140012504 A KR 1020140012504A KR 20140012504 A KR20140012504 A KR 20140012504A KR 20150091822 A KR20150091822 A KR 20150091822A
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정영훈
백종후
조정호
김창일
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한국세라믹기술원
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Abstract

Disclosed is a piezoelectric energy harvesting apparatus which is attached to the surface of a vibrator under a poor vibration condition and collects required electric energy, and a self generating sensor using the same. According to an embodiment of the present invention, a piezoelectric energy harvesting apparatus has a plurality of piezoelectric layers arranged in the shape of a matrix, includes a piezoelectric layer array attached to the surface of a vibrator, and generates electric energy through the piezoelectric layer by applying an impact to the piezoelectric layers individually or simultaneously in association with the micro-displacement vibration of the vibrator.

Description

진동체 표면 부착형 압전 에너지 하베스팅 장치 및 이를 이용한 자가 발전식 센싱 장치{PIEZOELECTRIC ENERGY HARVESTING APPARATUS AND SELF GENERATING SENSOR USING THE SAME} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a piezo-electric energy harvesting device having a vibrating body surface, and a self-generating sensing device using the piezoelectric energy harvesting device. [0002]

본 발명의 실시예들은 열악한 진동 조건을 가지는 진동체 표면에 부착한 상태로 진동에너지를 전기에너지로 변화하여 전기에너지를 수집할 수 있는 압전 에너지 하베스팅 장치 및 이를 이용한 자가 발전식 센싱 장치에 관한 것이다.
Embodiments of the present invention relate to a piezoelectric energy harvesting device capable of collecting electric energy by changing vibration energy to electric energy in a state of being attached to a surface of a vibrating body having a poor vibration condition and a self-powered sensing device using the same .

압전 에너지 하베스팅은 외부로부터 기계적 변형을 가하면 전기분극이 나타나는 현상을 이용한 압전 재료(piezoelectric materials)를 매개체로 하여, 외부의 기계적 에너지를 압전 재료의 변형에 의하여 전기 에너지로 변환시키는 것을 말한다. Piezoelectric energy Harvesting refers to the conversion of external mechanical energy into electrical energy by the deformation of piezoelectric materials, using piezoelectric materials as a medium through which electric polarization appears when mechanical deformation is applied from the outside.

특히, 진동이 발생되는 구조물(이하, '진동체'이라 함)에 설치되어 압전 에너지 하베스팅을 수행하는 장치를 생각해 볼 수 있다. Particularly, a device installed in a structure (hereinafter, referred to as a vibrating body) where vibrations are generated to perform piezoelectric energy harvesting can be considered.

하지만, 주변에서 흔히 볼 수 있는 대부분의 진동체의 경우 100 Hz 이하의 비교적 낮은 주파수를 가지거나 약한 힘(낮은 가속도 조건)을 가지는 열악한 조건의 진동환경을 가지고, 또한 진동 방향이 단일 축으로 진동 하기 때문에 자연적인 진동을 외부 에너지 요인으로 작동하는 전통적인 캔틸레버형 압전 에너지 하베스팅 장치의 경우 진동체와 공진을 위한 캔틸레버의 구조설계가 용이하지 않으며 에너지 변환을 이용한 전기에너지 수집량이 미미하여 보다 큰 에너지를 수집하기에는 어려움이 따른다.However, most of the vibrating members, which are commonly seen in the vicinity, have a vibration condition of a poor condition having a relatively low frequency of 100 Hz or less or a weak force (low acceleration condition) Therefore, in the case of a conventional cantilever-type piezoelectric energy harvesting device that operates natural vibration as an external energy factor, it is not easy to design a cantilever for vibrating body and resonance. In order to collect a larger amount of energy by energy conversion, There are difficulties.

따라서, 열악한 진동환경 조건하에서, 상기 진동체의 미세 변위 진동을 증가시켜 필요한 양의 전기 에너지를 손쉽게 획득해 낼 수 있는 새로운 방안이 모색되고 있다.
Therefore, a new method is being sought for easily obtaining a necessary amount of electric energy by increasing the micro displacement vibration of the vibrating body under a poor vibration environment condition.

압전소자를 이용한 발전장치(대한민국 공개특허공보 제2011-0018586호)A power generation device using a piezoelectric element (Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0018586)

본 발명은 다수 개의 압전막으로 구성된 압전막 어레이를 진동체의 표면에 부착한 후 미세한 진동으로도 압전막 어레이를 효과적으로 타격하여 필요한 양의 전기에너지를 수집할 수 있는 압전 에너지 하베스팅 장치 및 이를 이용한 자가 발전식 센싱 장치를 제공한다.
The present invention relates to a piezoelectric energy harvesting device capable of collecting a necessary amount of electric energy by effectively hitting a piezoelectric film array even with a fine vibration after attaching a piezoelectric film array composed of a plurality of piezoelectric films to a surface of a vibrating body, Self-powered sensing device.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제들로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned here can be understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 다수 개의 압전막이 매트릭스 형태로 배열되며, 진동체의 표면에 부착되는 압전막 어레이를 포함하며, 상기 진동체의 미세 변위 진동에 연동하여 상기 다수 개의 압전막에 대해 개별 또는 동시에 타격을 가하여 상기 압전막을 통해 전기에너지를 생성하는 압전 에너지 하베스팅 장치를 제공한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric actuator comprising: a plurality of piezoelectric films arranged in a matrix; and a piezoelectric film array attached to a surface of the vibrating body, Or at the same time a piezoelectric energy hubbing device for generating electric energy through the piezoelectric film.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 다수 개의 압전막이 매트릭스 형태로 배열되며, 진동체의 표면에 부착되는 압전막 어레이와, 상기 압전막을 통해 전기에너지를 생성시키는 압전막 타격구조물;을 포함하고, 상기 압전막 타격구조물은 상기 진동체의 표면에 고정되는 다수 개의 지지대; 상기 지지대와의 사이에 탄성부재를 개재하여 연결되며, 상기 진동체의 미세 변위 진동에 연동하여 진동하는 연결플레이트; 및 상기 연결플레이트로부터 상기 다수 개의 압전막을 향해 돌출되는 타격돌기;를 포함하는 압전 에너지 하베스팅 장치를 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric actuator comprising: a piezoelectric film array having a plurality of piezoelectric films arranged in a matrix and attached to a surface of a vibrating body; and a piezoelectric film hitting structure for generating electric energy through the piezoelectric film, The piezoelectric film striking structure includes a plurality of supports fixed to a surface of the vibrating body; A connecting plate which is connected to the support via an elastic member and oscillates in conjunction with the micro displacement vibration of the oscillator; And a striking protrusion protruding from the connection plate toward the plurality of piezoelectric films.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 다수 개의 압전막이 매트릭스 형태로 배열되며, 진동체의 표면에 부착되는 압전막 어레이와, 상기 압전막을 통해 전기에너지를 생성시키는 압전막 타격구조물;을 포함하고, 상기 압전막 타격구조물은 상기 진동체의 표면에 고정되는 다수 개의 지지대; 상기 지지대에 연결되어 횡 방향으로 이동 가능하게 구비되는 연결플레이트; 상기 연결플레이트로부터 상기 다수 개의 압전막 각각을 향해 개재된 다수 개의 탄성부재; 및 상기 다수 개의 탄성부재 각각으로부터 상기 다수 개의 압전막 각각을 향해 돌출되는 타격돌기;를 포함하는 압전 에너지 하베스팅 장치를 제공한다.
According to still another aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric actuator comprising: a piezoelectric film array having a plurality of piezoelectric films arranged in a matrix and attached to a surface of a vibrating body; and a piezoelectric film hitting structure for generating electric energy through the piezoelectric film The piezoelectric film striking structure includes a plurality of supports fixed to a surface of the vibrating body; A connecting plate connected to the support and movable in a lateral direction; A plurality of elastic members interposed between the connection plate and the plurality of piezoelectric films; And a striking protrusion protruding from each of the plurality of elastic members toward each of the plurality of piezoelectric films.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 다수 개의 압전막이 매트릭스 형태로 배열되며, 진동체의 표면에 부착되는 압전막 어레이와, 상기 압전막을 통해 전기에너지를 생성시키는 압전막 타격구조물;을 포함하고, 상기 압전막 타격구조물은 상기 진동체의 표면에 부착되는 하우징; 및 상기 하우징과의 사이에 탄성부재를 개재하여 내장되며, 상기 다수 개의 압전막을 향해 다수 개의 타격 핀이 일체로 돌출되는 타격플레이트;를 포함하는 압전 에너지 하베스팅 장치를 제공한다.
According to still another aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric actuator comprising: a piezoelectric film array having a plurality of piezoelectric films arranged in a matrix and attached to a surface of a vibrating body; and a piezoelectric film hitting structure for generating electric energy through the piezoelectric film A piezoelectric film striking structure attached to a surface of the vibrating body; And a striking plate built in between the housing and an elastic member and having a plurality of striking fins integrally protruded toward the plurality of piezoelectric films.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 다수 개의 압전막이 매트릭스 형태로 배열되며, 진동체의 표면에 부착되는 압전막 어레이와, 상기 압전막을 통해 전기에너지를 생성시키는 압전막 타격구조물;을 포함하고, 상기 압전막 타격구조물은 상기 진동체의 표면에 부착되는 하우징; 및 상기 다수 개의 압전막을 향해 개별적으로 돌출되는 다수의 타격 핀과, 상기 다수의 타격 핀을 수납하는 전면 조립부와, 상기 전면 조립부에 결합하는 후면 조립부와, 상기 다수의 타격 핀과 후면 조립부 사이에 개재되는 탄성부재를 포함하는 타격플레이트;를 포함하는 압전 에너지 하베스팅 장치를 제공한다.
According to still another aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric actuator comprising: a piezoelectric film array having a plurality of piezoelectric films arranged in a matrix and attached to a surface of a vibrating body; and a piezoelectric film hitting structure for generating electric energy through the piezoelectric film A piezoelectric film striking structure attached to a surface of the vibrating body; And a plurality of striking pins individually protruding toward the plurality of piezoelectric films, a front assembly part for housing the plurality of striking pins, a rear assembly part coupled to the front assembly part, And a striking plate including an elastic member interposed between the parts.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 압전 에너지 하베스팅 장치와, 상기 압전 에너지 하베스팅 장치를 이용하여 발생된 전기에너지를 통해 상기 진동체의 내외부의 환경 조건을 검출하는 센싱유닛을 포함하는 자가 발전식 센싱 장치를 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric energy harvesting apparatus including a piezoelectric energy harvesting apparatus and a sensing unit for detecting environmental conditions inside and outside the vibrating body through electric energy generated by using the piezoelectric energy harvesting apparatus Self-powered sensing device.

본 발명의 일 실시예에 의하면 열악한 진동 조건을 갖는 진동체의 표면에 다수 개의 압전막으로 구성된 압전막 어레이를 부착함으로써, 구조물의 미세변위 진동을 이용하여 압전막을 효과적으로 타격할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, by attaching a piezoelectric film array composed of a plurality of piezoelectric films on the surface of a vibrating body having a poor vibration condition, it is possible to effectively strike the piezoelectric film using the micro displacement vibration of the structure.

그 결과, 열악한 진동 조건을 갖는 진동체에서도 필요한 양의 전기에너지를 수집할 수 있는 압전 하베스팅이 가능해 질 수 있다.
As a result, piezoelectric resonance capable of collecting a necessary amount of electric energy in a vibrating body having a poor vibration condition can be made possible.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치를 간략히 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치의 구성 중에서 압전막 어레이를 간략히 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치 중 타격돌기가 반구 형상을 갖는 모습을 나타낸 개념도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치에서, 압전막과 타격돌기 간의 위치 및 구조를 간략히 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치를 간략히 도시한 개념도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치를 이용한 자가 발전식 센싱 장치의 개념도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치의 압전막 타격구조물의 일 예를 나타낸 분해사시도.
도 9는 도 8에 도시된 압전막 타격구조물의 배면 사시도.
도 10은 도 8에 도시된 압전막 타격구조물이 설치된 압전 에너지 하베스팅 장치를 간략히 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치의 압전막 타격구조물의 또 다른 예를 나타낸 분해사시도.
도 12는 도 11에 도시된 압전막 타격구조물이 설치된 압전 에너지 하베스팅 장치를 간략히 도시한 도면.
1 is a conceptual view schematically showing a piezoelectric energy harvesting apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view schematically showing a piezoelectric film array in a piezoelectric energy harvesting apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a conceptual view showing a hemispherical shape of the impact protrusion in the piezoelectric energy harvesting apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG.
4 is a view schematically showing a position and a structure between a piezoelectric film and a hitting projection in a piezoelectric energy harvesting apparatus according to a first embodiment of the present invention.
5 is a conceptual view schematically showing a piezoelectric energy harvesting apparatus according to a second embodiment of the present invention.
6 and 7 are conceptual diagrams of a self-powered sensing device using a piezoelectric energy harvesting device according to an embodiment of the present invention.
8 is an exploded perspective view showing an example of a piezoelectric film hitting structure of a piezoelectric energy harvesting apparatus according to an embodiment of the present invention.
9 is a rear perspective view of the piezoelectric film hitting structure shown in Fig.
10 is a view schematically showing a piezoelectric energy harvesting apparatus provided with the piezoelectric film hitting structure shown in Fig.
11 is an exploded perspective view showing still another example of a piezoelectric film hitting structure of a piezoelectric energy harvesting apparatus according to an embodiment of the present invention.
12 is a view schematically showing a piezoelectric energy harvesting apparatus provided with the piezoelectric film hitting structure shown in Fig.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

그리고 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions in the embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the intention or the custom of the operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 진동체 표면 부착형 압전 에너지 하베스팅 장치 및 이를 이용한 자가 발전식 센싱 장치에 관하여 구체적으로 살펴보기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

압전 에너지 하베스팅은, 외부로부터 기계적 변형을 가하면 전기분극이 나타나는 현상을 이용한 압전 재료(piezoelectric materials)(이하, '압전부재'라 함)를 매개체로 하여, 외부의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 방식을 의미한다.
Piezoelectric energy harvesting is a process of converting external mechanical energy into electric energy using piezoelectric materials (hereinafter, referred to as "piezoelectric members") that utilize the phenomenon of electric polarization when mechanical deformation is applied from the outside .

제1실시예First Embodiment

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치를 간략히 도시한 개념도이다. 1 is a conceptual view briefly showing a piezoelectric energy harvesting apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치(100)는, 압전막 어레이(110)와 상기 압전막 어레이에 구비된 다수 개의 압전막(111)에 대해 타격을 가해주는 압전막 타격구조물(130)을 포함한다.
As shown in the figure, the piezoelectric energy harvesting apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention applies a blow to a piezoelectric film array 110 and a plurality of piezoelectric films 111 provided in the piezoelectric film array Includes a piezoelectric film striking structure (130).

압전막 어레이(110)는 다수 개의 압전막(111) 매트릭스 형태로 배열되어 진동체(1)의 표면에 부착되는 형태로 제공될 수 있다. The piezoelectric film array 110 may be provided in the form of a plurality of piezoelectric films 111 arranged in a matrix form and attached to the surface of the vibrating body 1.

상기 압전막 어레이(110)의 평면 형상은 도 2를 참조하여 구체적으로 확인할 수 있다. The planar shape of the piezoelectric film array 110 can be specifically confirmed with reference to FIG.

도 2는 압전막 어레이를 간략히 도시한 평면도이다. 2 is a plan view schematically showing a piezoelectric film array.

도시된 바와 같이, 상기 압전막 어레이(110)는 다수의 압전막(111)을 설정된 형태, 즉 행과 열을 따라 규칙적으로 배열된 매트릭스 형태로 구비할 수 있다. As shown in the figure, the piezoelectric film array 110 may include a plurality of piezoelectric films 111 in a matrix in which the piezoelectric films 111 are regularly arranged in a predetermined shape, that is, in rows and columns.

상기 다수 개의 압전막(111)은 먼저 대면적 시트 형태로 제조한 후 다이싱을 통해 설정된 매트릭스 형태로 분할되어 제공될 수 있다. 또한, 이와 다른 방식으로서, 상기 다수 개의 압전막(111)은 각각이 개별적으로 제조된 후 설정된 매트릭스 형태로 규칙적으로 배열된 후 제공될 수 있다. The plurality of piezoelectric films 111 may be first formed into a large-area sheet shape, and then divided into a predetermined matrix shape through dicing. Alternatively, the plurality of piezoelectric films 111 may be provided after being individually fabricated and then regularly arranged in a predetermined matrix form.

또한, 상기 압전막 어레이(110)에서 다수 개의 압전막(111) 각각의 상, 하면 중 적어도 일면에는 전극(113)이 구비될 수 있다.In the piezoelectric film array 110, an electrode 113 may be provided on at least one of the upper and lower surfaces of the plurality of piezoelectric films 111.

바람직한 예로서, 상기 압전막은 Pb(Zr,Ti)O3, Pb(Zr,Ti)O3+Pb(Zn,Nb)O3, (Ba,Bi,Na)TiO3, Pb(Zr,Ti)O3+Pb(Ni,Nb)O3, (Na,K)NbO3-(Li,Na,K)TaO3, Pb(Zr,Ti)O3+PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3+실리콘 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머 중 하나의 소재로 이루어지거나, 또는 이들 중 하나 이상의 소재를 포함하는 복합소재로 이루어질 수 있다. As a preferred example, the piezoelectric film may be formed of a material selected from the group consisting of Pb (Zr, Ti) O3, Pb (Zr, Ti) O3 + Pb (Zn, Nb) O3, Pb (Zr, Ti) O3 + silicon polymer, and Pb (Zr, Ti) O3 + epoxy polymer as the material of the (Na, K) NbO3- (Li, Na, K) TaO3, Pb (Zr, Ti) O3 + PVDF polymer, , Or a composite material comprising one or more of these materials.

또한, 바람직한 예로서, 상기 전극은, 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 동(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 탄탈륨 질화물(TaN) 및 티타늄 질화물(TiN) 중 선택된 1종 이상으로 형성될 수 있다. As a preferred example, the electrode may be formed of at least one of platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), tantalum (Ta), titanium (Ti), palladium Ruthenium (Ru), tantalum nitride (TaN), and titanium nitride (TiN).

또한, 상기 압전막 어레이(110)는 다수 개의 압전막(111)을 진동체의 표면에 부착시키도록 접착 필름(115)을 더 구비할 수 있다. The piezoelectric film array 110 may further include an adhesive film 115 to attach a plurality of piezoelectric films 111 to the surface of the vibrating body.

여기서, 상기 접착 필름(115)의 재질 및 종류는 특별히 제한할 필요가 없으며, 진동체의 표면과의 접착력이 우수하고, 내구성, 내마모성이 좋은 재질이라면 이용 가능하다. Here, the material and type of the adhesive film 115 are not particularly limited and can be used as long as the adhesive film 115 has good durability and abrasion resistance.

또한, 상기 압전막 어레이(110) 내에 구비된 다수 개의 압전막(111)의 크기 및 개수 역시 제한될 필요가 없다. Also, the size and number of the plurality of piezoelectric films 111 provided in the piezoelectric film array 110 need not be limited.

또한, 상기 다수 개의 압전막(111) 각각의 형상 역시 정방형 이외의 다른 형상으로 제공되어도 무방하다.
Also, the shape of each of the plurality of piezoelectric films 111 may be provided in a shape other than a square shape.

다음으로, 압전막 타격구조물(130)에 관하여 살펴보기로 한다. Next, the piezoelectric film hitting structure 130 will be described.

상기 압전막 타격구조물(130)은 도 1에 도시된 바와 같이, 진동체(1)의 미세 변위 진동에 연동하여 상기 다수 개의 압전막(111)을 효과적으로 타격할 수 있도록 구성될 수 있다. 그 결과 상기 압전막 타격구조물(130)에 의해 타격을 받은 압전막(111)은 전기에너지를 생성해 낼 수 있다. The piezoelectric film striking structure 130 may be configured to effectively strike the plurality of piezoelectric films 111 in conjunction with the micro displacement vibration of the vibrating body 1, as shown in FIG. As a result, the piezoelectric film 111, which is hit by the piezoelectric film striking structure 130, can generate electric energy.

상기 압전막 타격구조물(130)은 다수 개의 지지대(131)와, 연결플레이트(133) 및 타격돌기(135)를 포함할 수 있다. The piezoelectric film striking structure 130 may include a plurality of supports 131, a connection plate 133, and a strike protrusion 135.

상기 지지대(131)는 상기 진동체(1)의 표면에 고정되는 형태로 제공될 수 있다. 상기 지지대(131)는 상기 진동체(1)의 표면에 교차되는 방향으로 돌출될 수 있다. The support 131 may be provided on a surface of the vibrating body 1. The support base 131 may protrude in a direction crossing the surface of the vibrating body 1.

상기 연결플레이트(133)는 상기 지지대(131)와의 사이에 탄성부재(132)를 개재하여 연결될 수 있다. 이로써, 상기 지지대(131)로 전달된 진동체(1)의 미세 변위 진동은 상기 연결플레이트(133)까지 자연스럽게 전달될 수 있다. The connection plate 133 may be connected to the support base 131 via an elastic member 132. Accordingly, the micro displacement vibration of the vibrating body 1 transmitted to the support base 131 can be naturally transmitted to the connection plate 133.

그리고 상기 연결플레이트(133)에는 다수 개의 타격돌기(135)가 구비될 수 있다. 상기 타격돌기(135)는 상기 다수 개의 압전막(111)을 향해 돌출되어 구비될 수 있다. The connection plate 133 may be provided with a plurality of striking projections 135. The striking projections 135 may protrude toward the plurality of piezoelectric films 111.

도 1을 참조하면, 상기 타격돌기(135)의 형상이 정방형 또는 장방형의 단면 형상을 갖는 것으로 나타나 있으며, 이와 달리 도 3의 변형 예를 참조하면, 상기 타격돌기(135)의 형상은 반구 형상을 갖는 것으로 나타나 있다. Referring to FIG. 1, the shape of the striking protrusion 135 is shown to have a square or rectangular cross-sectional shape. Alternatively, referring to the modification of FIG. 3, the shape of the striking protrusion 135 may be a hemispherical shape .

여기서, 상기 타격돌기(135)와 상기 다수 개의 압전막(111) 사이의 구조를 도 4를 참조하여 더욱 구체적으로 살펴보기로 한다.
Here, the structure between the strike protrusion 135 and the plurality of piezoelectric films 111 will be described in more detail with reference to FIG.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치에서, 압전막과 타격돌기 간의 위치 및 구조를 간략히 도시한 도면이다. 4 is a view schematically showing the position and structure between the piezoelectric film and the impact protrusion in the piezoelectric energy harvesting apparatus according to the first embodiment of the present invention.

도 4의 (a)를 참조하면, 도시된 필름 형태의 압전막(111)의 평탄한 면을 향해 정방형 또는 장방형 단면 형상을 갖는 타격돌기(135)가 타격방향을 향해 충격을 가해줄 수 있도록 구성되어 있다.Referring to FIG. 4A, a strike protrusion 135 having a square or rectangular cross-sectional shape toward the flat surface of the illustrated piezoelectric film 111 is configured to apply an impact toward the strike direction have.

도 4의 (b)를 참조하면, 반구형 몸체를 갖는 타격돌기(135)가 개시되어 있다. 이때, 압전막(111)은 필름 형태로 이루어질 수 있다. Referring to Fig. 4 (b), a striking projection 135 having a hemispherical body is disclosed. At this time, the piezoelectric film 111 may be formed in a film form.

도 4의 (c)를 참조하면, 상기 타격돌기(135)는 반구형 몸체를 가지되, 상기 압전막(111) 각각의 대면부위 형상이 상기 타격돌기의 돌출된 전면(135a)에 밀착 가능하도록 원호 면(111a)을 구비하는 형태로 이루어져 있다.Referring to FIG. 4C, the striking protrusion 135 has a hemispherical body, and a shape of a facing surface of each of the piezoelectric films 111 is formed so as to be in contact with a protruding front surface 135a of the striking protrusion, And has a surface 111a.

이와 같이, 상기 압전막(111)과 타격돌기(135)의 형상은 조금씩 다르게 구성될 수 있으며, 진동체로부터 전달된 미세 변위 진동을 이용하여 상기 타격돌기(135)가 상기 압전막(111)을 보다 효과적으로 타격해 줄 수 있는 구조라면 어떠한 형태로도 이용 가능하다. As described above, the shape of the piezoelectric film 111 and the shape of the strike protrusion 135 may be slightly different, and the strike protrusion 135 may be formed on the piezoelectric film 111 using the micro displacement vibration transmitted from the vibrating body. Any structure capable of hitting more effectively can be used.

또한, 상기 다수의 압전막(111) 각각에 대해 상기 타격돌기(135) 각각이 미리 접촉 가압될 수 있도록 프리스트레스(Pre-Stress)가 인가된 상태로 제공될 수도 있다. In addition, a plurality of piezoelectric films 111 may be provided in a state where a pre-stress is applied so that each of the impact protrusions 135 may be contact-pressed beforehand.

그리고 도 1에서 미 설명된 도면부호 v1과 v2는 미세 변위 진동의 방향을 나타낸 것이다. In FIG. 1, reference numerals v1 and v2 denote directions of micro displacement vibration.

상술한 본 발명의 제1실시예에 의하면, 열악한 진동 조건을 갖는 진동체의 표면에 다수 개의 압전막으로 구성된 압전막 어레이를 부착함으로써, 구조물의 미세변위 진동을 이용하여 다수 개의 압전막을 동시에 타격해 줄 수 있다. 이로써, 필요한 양의 전기에너지를 보다 효과적으로 수집할 수 있는 장점이 있다.
According to the first embodiment of the present invention described above, by attaching a piezoelectric film array composed of a plurality of piezoelectric films on the surface of a vibrating body having a poor vibration condition, a plurality of piezoelectric films can be simultaneously hit by using the micro displacement vibration of the structure You can give. This has the advantage of being able to more efficiently collect the required amount of electrical energy.

제2실시예Second Embodiment

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치를 간략히 도시한 개념도이다. 5 is a conceptual view briefly showing a piezoelectric energy harvesting apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치(200)는 다수 개의 압전막(211)이 매트릭스 형태로 배열되며, 진동체(1)의 표면에 부착되는 압전막 어레이(210)와, 상기 압전막(211)을 통해 전기에너지를 생성시키는 압전막 타격구조물(230)을 포함한다. Referring to FIG. 5, a piezoelectric energy harvesting apparatus 200 according to a second embodiment of the present invention includes a plurality of piezoelectric films 211 arranged in a matrix form and attached to a surface of a vibrating body 1 And a piezoelectric film striking structure 230 for generating electrical energy through the piezoelectric film 211. [

여기서, 상기 압전막 타격구조물(230)은, 다수 개의 지지대(231)와, 연결플레이트(233), 다수 개의 탄성부재(232) 및 타격돌기(235)를 포함한다. The piezoelectric film striking structure 230 includes a plurality of supporting members 231, a connecting plate 233, a plurality of elastic members 232 and a plurality of striking projections 235.

상기 지지대(231)는 진동체(1)의 표면에 고정될 수 있다. The support 231 may be fixed to the surface of the vibrating body 1.

그리고 상기 연결플레이트(233)는 상기 지지대(231)에 연결되어 횡 방향으로 이동 가능하게(즉, 횡 방향으로 진동이 가능하게) 구비될 수 있다. The connection plate 233 may be connected to the support 231 so as to be transversely movable (i.e., oscillatable in the lateral direction).

특히, 본 발명의 제2실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치(200)의 경우, 다수 개의 탄성부재(232)가 상기 연결플레이트(233)로부터 상기 다수 개의 압전막(211) 각각을 향해 동일한 개수로 개재될 수 있다. Particularly, in the case of the piezoelectric energy harvesting apparatus 200 according to the second embodiment of the present invention, a plurality of elastic members 232 are provided from the connection plate 233 toward the plurality of piezoelectric films 211 in the same number As shown in FIG.

그리고 상기 다수 개의 탄성부재(232) 각각으로부터 상기 다수 개의 압전막(211) 각각을 향해 타격돌기(235)가 돌출되는 형태로 제공될 수 있다. The striking protrusions 235 protrude from the plurality of elastic members 232 toward the plurality of piezoelectric films 211, respectively.

이와 같은 구성은, 압전막 어레이(210)에 사전에 힘이 인가될 수 있도록 한 구조로서, 압전막 어레이(210)를 구성하는 다수 개의 압전막(211) 각각에 대해 개별적으로 진동을 인가해 줄 수 있도록 연결플레이트(233)에 탄성부재(232)를 다수 개로 구비시킨 형태에 해당한다. Such a structure has a structure in which a force can be applied to the piezoelectric film array 210 in advance and applies vibration to each of the plurality of piezoelectric films 211 constituting the piezoelectric film array 210 individually A plurality of elastic members 232 are provided on the connection plate 233 so that the elastic members 232 are provided.

특히, 상기 연결플레이트(233)의 경우 상하 길이 방향을 따라 질량이 비대칭 되는 단면 형상을 가질 수 있는데, 일 예로서 중력의 영향을 극대화시켜 평형 진동을 유도할 수 있도록 아래로 갈수록 질량이 커지는 직삼각형 단면 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 진동체(1)가 설치된 다양한 조건 등을 고려하여 상기 연결플레이트(233)의 단면 형상은 조금씩 다른 모습으로 제공될 수 있다.
In particular, the connecting plate 233 may have a cross-sectional shape in which the mass is asymmetric along the longitudinal direction. For example, in order to maximize the influence of gravity and induce a balanced vibration, Shape. Alternatively, the cross-sectional shape of the connecting plate 233 may be slightly different in consideration of various conditions in which the vibrating body 1 is installed.

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치를 이용한 자가 발전식 센싱 장치의 개념도이고, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치를 이용한 자가 발전식 센싱 장치의 개념도이다. FIG. 6 is a conceptual view of a self-powered sensing device using a piezoelectric energy harvesting device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a schematic view of a self-powered sensing device using a piezoelectric energy harvesting device according to a second embodiment of the present invention. Fig.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제1, 2실시예에 따른 진동체(1)의 자가 발전식 센싱 장치는 전술한 압전막 어레이(110, 210)와, 압전막 타격구조물(130, 230)의 구성 이외에 진동체(1)에 장착되어 필요한 정보를 검출하는 센싱유닛(300)을 포함한다. 여기서, 상기 센싱유닛(300)이 검출하는 정보는 상기 진동체의 내외부의 온도, 습도, 가스 등의 환경 조건이 포함될 수 있다. The self-powered sensing device of the vibrating body 1 according to the first and second embodiments of the present invention includes the piezoelectric film arrays 110 and 210 and the piezoelectric film striking structures 130 and 230 And a sensing unit 300 mounted on the vibrating body 1 for detecting necessary information. Here, the information detected by the sensing unit 300 may include environmental conditions such as temperature, humidity, and gas inside and outside the vibrating body.

상기 센싱유닛(300)은 본 발명의 제1, 2실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치(100, 200)에 의해 생성된 전기 에너지를 공급받아 상기 진동체(1)의 다양한 정보를 검출할 수 있도록 구성될 수 있다. The sensing unit 300 receives electric energy generated by the piezoelectric energy harvesting apparatuses 100 and 200 according to the first and second embodiments of the present invention to detect various information of the vibrating body 1 . ≪ / RTI >

상기 센싱유닛(300)을 통해 검출된 다양한 정보는 무선송수신부(400)를 이용하여 전송될 수 있으며, 이러한 진동체(1)의 다양한 정보는 별도의 통합서버(500)로 무선 전송될 수 있다. 그 결과, 진동체의 해석 및 진단에 필요한 모든 정보를 사용자는 원격 상에서 모니터링 할 수 있다.
Various information detected through the sensing unit 300 can be transmitted using the wireless transceiver 400 and various information of the vibrating body 1 can be wirelessly transmitted to a separate integration server 500 . As a result, the user can remotely monitor all information necessary for the analysis and diagnosis of the vibrating body.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제공될 수 있는 압전막 타격구조물의 구체적인 예로서, 도 8 내지 도 12를 참조할 수 있다. As a concrete example of the piezoelectric film hitting structure that can be provided according to a preferred embodiment of the present invention, reference is made to Figs. 8 to 12.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치의 압전막 타격구조물의 일 예를 나타낸 분해사시도 이고, 도 9는 배면 사시도 이다. FIG. 8 is an exploded perspective view showing an example of a piezoelectric film hitting structure of a piezoelectric energy harvesting apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a rear perspective view.

도 8과 도 9를 참조하면, 도시된 압전막 타격구조물(330)은 상기 진동체의 표면에 부착되는 하우징(331)과, 상기 하우징과의 사이에 소정의 탄성부재(333)를 개재하여 내장되며, 다수 개의 압전막을 향해 타격 핀이 일체로 돌출되는 타격플레이트(335)를 포함한다. 8 and 9, the piezoelectric film striking structure 330 includes a housing 331 attached to a surface of the vibrating body, and a plurality of piezoelectric actuators 333 interposed between the housing and the piezoelectric actuating structure 333 via a predetermined elastic member 333. [ And a striking plate 335 integrally projecting the striking pin toward the plurality of piezoelectric films.

그리고, 상기 타격플레이트(335)가 상기 하우징(331) 내에서 탄성부재(333)의 탄성에 의해 외측으로 분리되지 않도록 복수 개(예: 4개)의 끼움 부재(337)가 더 구비될 수 있다.A plurality of (e.g., four) shim members 337 may be further provided to prevent the striking plate 335 from being separated outwardly by the elasticity of the elastic member 333 in the housing 331 .

이러한 형상은 하나의 바람직한 예시적 형상으로서, 반드시 이에 제한될 필요는 없다.Such a shape is one preferred exemplary shape and need not necessarily be limited thereto.

도 10을 참조하면, 도 8 및 도 9를 통해 예시적으로 살펴본 압전막 타격구조물(310)이 설치된 압전 에너지 하베스팅 장치의 단면 구조를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10, the cross-sectional structure of the piezoelectric energy harvesting apparatus having the piezoelectric film hitting structure 310 exemplified in FIGS. 8 and 9 can be confirmed.

즉, 진동체(1)의 표면에 부착된 다수 개의 압전막(311)에 대해 타격플레이트(335)가 효과적으로 타격을 가할 수 있도록 배치된 모습을 확인할 수 있다. That is, it can be seen that the striking plate 335 is disposed so as to effectively strike the plurality of piezoelectric films 311 attached to the surface of the vibrating body 1.

또 하나의 예시적 형상으로서, 도 11을 참조하면 압전막 타격구조물의 형상 및 구조를 확인할 수 있다. As another exemplary embodiment, referring to FIG. 11, the shape and structure of the piezoelectric film striking structure can be confirmed.

도 11을 참조하면, 도시된 압전막 타격구조물(430)은 상기 진동체의 표면에 부착되는 하우징(431)과, 상기 다수 개의 압전막에 타격을 줄 수 있는 타격플레이트(435)를 포함한다. Referring to FIG. 11, the piezoelectric film striking structure 430 includes a housing 431 attached to a surface of the vibrating body, and a striking plate 435 capable of striking the plurality of piezoelectric films.

특히, 상기 타격플레이트(435)는 상기 다수 개의 압전막을 향해 개별적으로 돌출되는 다수의 타격 핀(435b)과, 상기 다수의 타격 핀을 수납하는 전면 조립부(435c)와, 상기 전면 조립부에 결합하는 후면 조립부(435a)와, 상기 다수의 타격 핀과 후면 조립부 사이에 개재되는 탄성부재(433)를 포함한다. Particularly, the striking plate 435 includes a plurality of striking pins 435b individually projecting toward the plurality of piezoelectric films, a front assembling portion 435c accommodating the plurality of striking pins, And an elastic member 433 interposed between the plurality of striking fins and the rear assembly part.

도 12는 도 11에 도시된 압전막 타격구조물이 설치된 압전 에너지 하베스팅 장치를 간략히 도시한 도면으로서, 진동체(1)의 표면에 부착된 다수 개의 압전막(411)에 대해 타격플레이트(435), 더 구체적으로는 다수 개의 타격 핀(435b)이 효과적으로 타격을 가할 수 있도록 배치된 모습을 확인할 수 있다.
12 is a view schematically showing a piezoelectric energy harvesting apparatus provided with the piezoelectric film striking structure shown in Fig. 11, in which a striking plate 435 is attached to a plurality of piezoelectric films 411 attached to the surface of the vibrating body 1, , More specifically, a plurality of the impact pins 435b are disposed so as to effectively apply impact.

상기한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 열악한 진동 조건 하의 진동체의 표면에 다수 개의 압전막으로 구성된 압전막 어레이를 부착하고, 상기 구조물의 미세변위 진동을 이용하여 상기 압전막 어레이를 동시 또는 개별적으로 타격하여 필요한 양의 전기에너지를 수집할 수 있는 효과를 가져온다. As described above, according to the structure and the function of the present invention, a piezoelectric film array composed of a plurality of piezoelectric films is attached to the surface of a vibrating body under poor vibration conditions, and the piezoelectric film array The effect can be obtained by collecting the necessary amount of electric energy simultaneously or individually.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치를 이용하여 열악한 진동 조건을 가지는 구조물에 대한 필요한 정보를 자가 발전식으로 검출할 수 있다.
Further, by using the piezoelectric energy harvesting apparatus according to an embodiment of the present invention, necessary information on a structure having a poor vibration condition can be detected by a self-generating method.

지금까지 본 발명에 따른 진동체 표면 부착형 압전 에너지 하베스팅 장치 및 이를 이용한 자가 발전식 센싱 장치에 관한 구체적인 실시예들에 관하여 살펴보았으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, This is obvious.

그리고 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary, and are not to be construed in a limiting sense, and the scope of the present invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description, It is intended that all changes and modifications derived from the equivalent concept be included within the scope of the present invention.

1: 진동체
100(200): 압전 에너지 하베스팅 장치
110(210): 압전막 어레이
111(211,311, 411): 압전막
111a: 원호 면
113(213): 전극
115(215): 접착 필름
130(230, 330, 430): 압전막 타격구조물
131(231): 지지대
132(232): 탄성부재
133(233): 연결플레이트
135(235): 타격돌기
135a: 타격돌기 전면
500: 센싱유닛
600: 무선송수신부
700: 통합서버
1: oscillating body
100 (200): Piezoelectric energy harvesting device
110 (210): Piezoelectric film array
111 (211, 311, 411): piezoelectric film
111a:
113 (213): electrode
115 (215): Adhesive film
130 (230, 330, 430): piezoelectric film hitting structure
131 (231): Support
132 (232): elastic member
133 (233): connecting plate
135 (235): striking projection
135a: front of striking projection
500: sensing unit
600: wireless transmitting /
700: Integration Server

Claims (28)

다수 개의 압전막이 매트릭스 형태로 배열되며, 진동체의 표면에 부착되는 압전막 어레이를 포함하며,
상기 진동체의 미세 변위 진동에 연동하여 상기 다수 개의 압전막에 대해 개별 또는 동시에 타격을 가하여 상기 압전막을 통해 전기에너지를 생성하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
A plurality of piezoelectric films arranged in a matrix form and including a piezoelectric film array attached to a surface of the vibrating body,
Wherein piezoelectric energy is generated through the piezoelectric film by applying blows to the plurality of piezoelectric films individually or simultaneously in conjunction with the micro displacement vibration of the vibrating body.
제1항에 있어서,
상기 다수 개의 압전막은,
대면적 시트 형태로 제조한 후 다이싱을 통해 설정된 매트릭스 형태로 제공되거나 또는 각각의 압전막이 개별적으로 제조된 후 설정된 매트릭스 형태로 다수 배열되어 제공되는 압전 에너지 하베스팅 장치.
The method according to claim 1,
The plurality of piezoelectric films may be formed of,
The piezoelectric energy harvesting device is provided in a matrix form prepared by dicing after being manufactured in a large area sheet form or in a plurality of arrangements in a set matrix form after each piezoelectric film is individually manufactured.
제1항에 있어서,
상기 다수 개의 압전막은,
상, 하면 중 적어도 일면에 구비되는 전극을 포함하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
The method according to claim 1,
The plurality of piezoelectric films may be formed of,
And an electrode provided on at least one side of the upper and lower surfaces of the piezoelectric energy harvesting device.
제1항에 있어서,
상기 압전막 어레이는,
상기 다수 개의 압전막을 상기 진동체의 표면에 부착시키도록 접착 필름을 구비하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
The method according to claim 1,
The piezoelectric film array includes:
And an adhesive film to adhere the plurality of piezoelectric films to the surface of the vibrating body.
다수 개의 압전막이 매트릭스 형태로 배열되며, 진동체의 표면에 부착되는 압전막 어레이와, 상기 압전막을 통해 전기에너지를 생성시키는 압전막 타격구조물;을 포함하고,
상기 압전막 타격구조물은 상기 진동체의 표면에 고정되는 다수 개의 지지대;
상기 지지대와의 사이에 탄성부재를 개재하여 연결되며, 상기 진동체의 미세 변위 진동에 연동하여 진동하는 연결플레이트; 및
상기 연결플레이트로부터 상기 다수 개의 압전막을 향해 돌출되는 타격돌기;를 포함하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
A plurality of piezoelectric films arranged in a matrix form and attached to a surface of a vibrating body; and a piezoelectric film striking structure for generating electrical energy through the piezoelectric film,
The piezoelectric film striking structure includes a plurality of supports fixed to a surface of the vibrating body;
A connecting plate which is connected to the support via an elastic member and oscillates in conjunction with the micro displacement vibration of the oscillator; And
And a striking protrusion protruding from the connection plate toward the plurality of piezoelectric films.
다수 개의 압전막이 매트릭스 형태로 배열되며, 진동체의 표면에 부착되는 압전막 어레이와, 상기 압전막을 통해 전기에너지를 생성시키는 압전막 타격구조물;을 포함하고,
상기 압전막 타격구조물은 상기 진동체의 표면에 고정되는 다수 개의 지지대;
상기 지지대에 연결되어 횡 방향으로 이동 가능하게 구비되는 연결플레이트;
상기 연결플레이트로부터 상기 다수 개의 압전막 각각을 향해 개재된 다수 개의 탄성부재; 및
상기 다수 개의 탄성부재 각각으로부터 상기 다수 개의 압전막 각각을 향해 돌출되는 타격돌기;를 포함하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
A plurality of piezoelectric films arranged in a matrix form and attached to a surface of a vibrating body; and a piezoelectric film striking structure for generating electrical energy through the piezoelectric film,
The piezoelectric film striking structure includes a plurality of supports fixed to a surface of the vibrating body;
A connecting plate connected to the support and movable in a lateral direction;
A plurality of elastic members interposed between the connection plate and the plurality of piezoelectric films; And
And a striking protrusion protruding from each of the plurality of elastic members toward each of the plurality of piezoelectric films.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 타격돌기는,
반구 형상을 갖는 압전 에너지 하베스팅 장치.
The method according to claim 5 or 6,
The striking projection
A piezoelectric energy harvesting device having a hemispherical shape.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 타격돌기는 반구 형상을 가지되,
상기 다수 개의 압전막 각각의 대면부위 형상은 상기 타격돌기의 돌출된 전면에 밀착 가능하도록 원호 면을 구비하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
The method according to claim 5 or 6,
The impact protrusion has a hemispherical shape,
Wherein the facing surfaces of the plurality of piezoelectric films have arcuate surfaces so as to be in close contact with protruding front surfaces of the impact protrusions.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 타격돌기는,
정방형 또는 장방형 단면 형상을 갖는 압전 에너지 하베스팅 장치.
The method according to claim 5 or 6,
The striking projection
A piezoelectric energy harvesting device having a square or rectangular cross-sectional shape.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 다수 개의 압전막은,
대면적 시트 형태로 제조한 후 다이싱을 통해 설정된 매트릭스 형태로 제공되거나 또는 각각의 압전막이 개별적으로 제조된 후 설정된 매트릭스 형태로 다수 배열되어 제공되는 압전 에너지 하베스팅 장치.
The method according to claim 5 or 6,
The plurality of piezoelectric films may be formed of,
The piezoelectric energy harvesting device is provided in a matrix form prepared by dicing after being manufactured in a large area sheet form or in a plurality of arrangements in a set matrix form after each piezoelectric film is individually manufactured.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 다수 개의 압전막은,
상, 하면 중 적어도 일면에 구비되는 전극을 포함하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
The method according to claim 5 or 6,
The plurality of piezoelectric films may be formed of,
And an electrode provided on at least one side of the upper and lower surfaces of the piezoelectric energy harvesting device.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 다수 개의 압전막은,
Pb(Zr,Ti)O3, Pb(Zr,Ti)O3+Pb(Zn,Nb)O3, (Ba,Bi,Na)TiO3, Pb(Zr,Ti)O3+Pb(Ni,Nb)O3, (Na,K)NbO3-(Li,Na,K)TaO3, Pb(Zr,Ti)O3+PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3+실리콘 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머 중 하나의 소재로 이루어지거나, 또는 이들 중 하나 이상의 소재를 포함하는 복합소재인 압전 에너지 하베스팅 장치.
The method according to claim 5 or 6,
The plurality of piezoelectric films may be formed of,
Pb (Zr, Ti) O3, Pb (Zr, Ti) O3, Pb (Zr, Ti) O3 + Pb (Zn, Nb) O3, (Ba, Bi, (Zr, Ti) O 3 + silicone polymer, Pb (Zr, Ti) O 3 + epoxy polymer, or a material selected from the group consisting of NbO 3 - (Li, Na, K) TaO 3, Pb (Zr, Ti) O 3 + PVDF polymer, A piezoelectric energy harvesting device which is a composite material comprising one or more materials.
제11항에 있어서,
상기 전극은,
백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 동(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 탄탈륨 질화물(TaN) 및 티타늄 질화물(TiN) 중 선택된 1종 이상으로 형성되는 압전 에너지 하베스팅 장치.
12. The method of claim 11,
The electrode
(Pt), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), tantalum (Ta), titanium (Ti), palladium (Pd), ruthenium (Ru), tantalum nitride And titanium nitride (TiN).
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 압전막 어레이는,
상기 다수 개의 압전막을 상기 진동체의 표면에 부착시키도록 접착 필름을 구비하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
The method according to claim 5 or 6,
The piezoelectric film array includes:
And an adhesive film to adhere the plurality of piezoelectric films to the surface of the vibrating body.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 다수의 압전막 각각에 대해 상기 타격돌기 각각이 미리 접촉하여 가압될 수 있도록 프리스트레스(Pre-Stress)가 인가된 상태로 제공되는 압전 에너지 하베스팅 장치.
The method according to claim 5 or 6,
Wherein each of the plurality of piezoelectric films is provided in a state in which a pre-stress is applied so that each of the impact protrusions can be contacted and pressed in advance.
다수 개의 압전막이 매트릭스 형태로 배열되며, 진동체의 표면에 부착되는 압전막 어레이와, 상기 압전막을 통해 전기에너지를 생성시키는 압전막 타격구조물;을 포함하고,
상기 압전막 타격구조물은 상기 진동체의 표면에 부착되는 하우징; 및
상기 하우징과의 사이에 탄성부재를 개재하여 내장되며, 상기 다수 개의 압전막을 향해 다수 개의 타격 핀이 일체로 돌출되는 타격플레이트;를 포함하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
A plurality of piezoelectric films arranged in a matrix form and attached to a surface of a vibrating body; and a piezoelectric film striking structure for generating electrical energy through the piezoelectric film,
The piezoelectric film striking structure includes: a housing attached to a surface of the vibrating body; And
And a striking plate which is embedded with an elastic member between the striking plate and the housing and in which a plurality of striking fins are integrally protruded toward the plurality of piezoelectric films.
다수 개의 압전막이 매트릭스 형태로 배열되며, 진동체의 표면에 부착되는 압전막 어레이와, 상기 압전막을 통해 전기에너지를 생성시키는 압전막 타격구조물;을 포함하고,
상기 압전막 타격구조물은 상기 진동체의 표면에 부착되는 하우징; 및
상기 다수 개의 압전막을 향해 개별적으로 돌출되는 다수의 타격 핀과, 상기 다수의 타격 핀을 수납하는 전면 조립부와, 상기 전면 조립부에 결합하는 후면 조립부와, 상기 다수의 타격 핀과 후면 조립부 사이에 개재되는 탄성부재를 포함하는 타격플레이트;를 포함하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
A plurality of piezoelectric films arranged in a matrix form and attached to a surface of a vibrating body; and a piezoelectric film striking structure for generating electrical energy through the piezoelectric film,
The piezoelectric film striking structure includes: a housing attached to a surface of the vibrating body; And
A plurality of striking pins individually protruding toward the plurality of piezoelectric films, a front assembly part for housing the plurality of striking pins, a rear assembly part coupled to the front assembly part, and a plurality of striking pins, And a striking plate including an elastic member interposed between the striking plate and the striking plate.
제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 타격돌기는,
반구 형상을 갖는 압전 에너지 하베스팅 장치.
18. The method according to claim 16 or 17,
The striking projection
A piezoelectric energy harvesting device having a hemispherical shape.
제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 타격돌기는 반구 형상을 가지되,
상기 다수 개의 압전막 각각의 대면부위 형상은 상기 타격돌기의 돌출된 전면에 밀착 가능하도록 원호 면을 구비하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
18. The method according to claim 16 or 17,
The impact protrusion has a hemispherical shape,
Wherein the facing surfaces of the plurality of piezoelectric films have arcuate surfaces so as to be in close contact with protruding front surfaces of the impact protrusions.
제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 타격돌기는,
정방형 또는 장방형 단면 형상을 갖는 압전 에너지 하베스팅 장치.
18. The method according to claim 16 or 17,
The striking projection
A piezoelectric energy harvesting device having a square or rectangular cross-sectional shape.
제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 다수 개의 압전막은,
대면적 시트 형태로 제조한 후 다이싱을 통해 설정된 매트릭스 형태로 제공되거나 또는 각각의 압전막이 개별적으로 제조된 후 설정된 매트릭스 형태로 다수 배열되어 제공되는 압전 에너지 하베스팅 장치.
18. The method according to claim 16 or 17,
The plurality of piezoelectric films may be formed of,
The piezoelectric energy harvesting device is provided in a matrix form prepared by dicing after being manufactured in a large area sheet form or in a plurality of arrangements in a set matrix form after each piezoelectric film is individually manufactured.
제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 다수 개의 압전막은,
상, 하면 중 적어도 일면에 구비되는 전극을 포함하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
18. The method according to claim 16 or 17,
The plurality of piezoelectric films may be formed of,
And an electrode provided on at least one side of the upper and lower surfaces of the piezoelectric energy harvesting device.
제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 다수 개의 압전막은,
Pb(Zr,Ti)O3, Pb(Zr,Ti)O3+Pb(Zn,Nb)O3, (Ba,Bi,Na)TiO3, Pb(Zr,Ti)O3+Pb(Ni,Nb)O3, (Na,K)NbO3-(Li,Na,K)TaO3, Pb(Zr,Ti)O3+PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3+실리콘 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머 중 하나의 소재로 이루어지거나, 또는 이들 중 하나 이상의 소재를 포함하는 복합소재인 압전 에너지 하베스팅 장치.
18. The method according to claim 16 or 17,
The plurality of piezoelectric films may be formed of,
Pb (Zr, Ti) O3, Pb (Zr, Ti) O3, Pb (Zr, Ti) O3 + Pb (Zn, Nb) O3, (Ba, Bi, (Zr, Ti) O 3 + silicone polymer, Pb (Zr, Ti) O 3 + epoxy polymer, or a material selected from the group consisting of NbO 3 - (Li, Na, K) TaO 3, Pb (Zr, Ti) O 3 + PVDF polymer, A piezoelectric energy harvesting device which is a composite material comprising one or more materials.
제22항에 있어서,
상기 전극은,
백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 동(Cu), 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 탄탈륨 질화물(TaN) 및 티타늄 질화물(TiN) 중 선택된 1종 이상으로 형성되는 압전 에너지 하베스팅 장치.
23. The method of claim 22,
The electrode
(Pt), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), tantalum (Ta), titanium (Ti), palladium (Pd), ruthenium (Ru), tantalum nitride And titanium nitride (TiN).
제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 압전막 어레이는,
상기 다수 개의 압전막을 상기 진동체의 표면에 부착시키도록 접착 필름을 구비하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
18. The method according to claim 16 or 17,
The piezoelectric film array includes:
And an adhesive film to adhere the plurality of piezoelectric films to the surface of the vibrating body.
제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 다수의 압전막 각각에 대해 상기 타격돌기 각각이 미리 접촉하여 가압될 수 있도록 프리스트레스(Pre-Stress)가 인가된 상태로 제공되는 압전 에너지 하베스팅 장치.
18. The method according to claim 16 or 17,
Wherein each of the plurality of piezoelectric films is provided in a state in which a pre-stress is applied so that each of the impact protrusions can be contacted and pressed in advance.
제1항, 제5항, 제6항, 제16항 및 제17항 중 어느 한 항의 압전 에너지 하베스팅 장치와, 상기 압전 에너지 하베스팅 장치를 이용하여 발생된 전기에너지를 통해 상기 진동체의 내외부의 환경 조건을 검출하는 센싱유닛을 포함하는 자가 발전식 센싱 장치.
A piezoelectric energy harvesting apparatus as claimed in any one of claims 1, 5, 6, 16, and 17, and a piezoelectric energy harvesting apparatus using electric energy generated by the piezoelectric energy harvesting apparatus, And a sensing unit which detects an environmental condition of the sensing unit.
제27항에 있어서,
상기 센싱유닛에서 검출된 신호를 외부로 무선 전송하는 무선송수신부를 더 포함하는 자가 발전식 센싱 장치.
28. The method of claim 27,
And a wireless transmission / reception unit for wirelessly transmitting the signal detected by the sensing unit to the outside.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101722937B1 (en) * 2016-02-04 2017-04-04 동아대학교 산학협력단 Piezo electric block structure, and method for fabricating of piezo electric block structure, and energy havesting system using the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08140369A (en) * 1994-11-08 1996-05-31 Toyo Kako Kk Generator
JP2010153777A (en) * 2008-11-28 2010-07-08 East Japan Railway Co Power generation member and power generation device using the same, and power generation system
KR20110018586A (en) 2009-08-18 2011-02-24 서울메트로 Power generation apparatus using piezoelectric element
JP2012117448A (en) * 2010-11-30 2012-06-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Lightning strike detector for hollow structure, and wind turbine rotor blade and wind turbine generator equipped with the same
KR20130057062A (en) * 2011-11-23 2013-05-31 삼성중공업 주식회사 Power generating apparatus using maritime impact for ship

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08140369A (en) * 1994-11-08 1996-05-31 Toyo Kako Kk Generator
JP2010153777A (en) * 2008-11-28 2010-07-08 East Japan Railway Co Power generation member and power generation device using the same, and power generation system
KR20110018586A (en) 2009-08-18 2011-02-24 서울메트로 Power generation apparatus using piezoelectric element
JP2012117448A (en) * 2010-11-30 2012-06-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Lightning strike detector for hollow structure, and wind turbine rotor blade and wind turbine generator equipped with the same
KR20130057062A (en) * 2011-11-23 2013-05-31 삼성중공업 주식회사 Power generating apparatus using maritime impact for ship

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101722937B1 (en) * 2016-02-04 2017-04-04 동아대학교 산학협력단 Piezo electric block structure, and method for fabricating of piezo electric block structure, and energy havesting system using the same

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