KR20150127460A

KR20150127460A - 전기발생장치

Info

Publication number: KR20150127460A
Application number: KR1020140054316A
Authority: KR
Inventors: 전재우
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2014-05-07
Publication date: 2015-11-17

Abstract

본 발명은 전기발생장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기발생장치는 피에조가 일면에 구비되는 텐션 플레이트, 상기 텐션 플레이트가 내부에 형성된 수용공간의 센터에 구비되는 케이스, 상기 피에조와 웨어러블 전자제품을 전기적으로 연결하여 검출된 전기를 상기 웨어러블 전자제품에 인가하는 연성회로기판 및 상기 케이스와 텐션 플레이트 사이의 수용공간에 구비된 탄성체를 포함한다. 따라서 웨어러블 전자제품의 움직임을 따라 텐션 플레이트가 진동하고, 탄성체가 진동을 증폭시켜 피에조의 굽힘 변형이 용이하게 발생하게 됨으로써, 이를 상기 피에조와 전기적으로 연결된 연성회로기판이 검출한 후 상기 웨어러블 전자제품에 인가하는 방식으로 소형동력원으로 사용하게 된다.

Description

전기발생장치{ELECTRICAL ENERGY GENERATOR}

본 발명은 전기발생장치에 관한 것이다.

자연에서 버려지는 에너지를 유용한 전기에너지로 변환하여 이용하는 에너지 하베스팅(harvesting)은 소형전자기기의 전원공급문제를 근본적으로 해결할 수 있는 방법으로 제시되고 있다. 이러한 에너지 하베스팅 방법에는 기계적인 운동과 전자기적 현상을 이용한 발전, 태양광을 이용한 태양 발전, 기계적인 에너지를 이용한 압전 발전, 폐열을 이용한 열전 발전 등이 있으며, 주어진 자연환경에 따라 적합한 방법을 선택하여 적용될 수 있다.

그러나 하기의 (특허문헌 1)을 포함하여 종래기술에 따른 전기발생장치는 전기를 발생시키는 인자인 마그넷(Magnet) 진동자가 단방향(X 방향)으로 움직이면서 코일(Coil)을 통과하여 유도 기전력을 얻고 있는바, 발전효율이 낮은 구조에 불과하다.

US

20120056499

A

본 발명은 (특허문헌 1)을 포함하여 종래기술에 따른 전기발생장치를 개선하여 발전효율이 낮은 문제점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명의 관점은, 피에조의 굽힘 변형이 있을 때 전기가 발생하는 원리를 이용해 최대한의 효율을 발생시킬 수 있도록 하고, 또한 이를 웨어러블 전자제품 등의 소형동력원으로 용이하게 활용할 수 있도록 한 전기발생장치를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해,

본 발명의 일 실시 예에 따른 전기발생장치는 피에조(Piezo)가 일면에 구비되는 텐션 플레이트(Tension plate);

상기 텐션 플레이트가 내부에 형성된 수용공간의 센터에 구비되는 케이스(Upper/Bottom case);

상기 피에조와 웨어러블(Wearable) 전자제품을 전기적으로 연결하여 검출된 전기를 상기 웨어러블 전자제품에 인가하는 연성회로기판(Flexible Printed Circuit Board); 및

상기 케이스와 텐션 플레이트 사이의 수용공간에 구비된 탄성체;

를 포함한다.

즉 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기발생장치는 피에조의 압전을 이용하여 기전력을 발생하기 위한 것으로서, 즉 상기 피에조의 굽힘 변형(Bending)이 있을 때 전기가 발생하는 원리를 이용하여 최대한의 발전효율을 발생시키고, 이를 웨어러블 전자제품의 소형동력원으로 사용토록 하게 된다.

여기서 상기 웨어러블 전자제품은 손으로 들고다니거나 손목에 착용할 수 있는 제품 등을 지칭하는 것으로서, 단일 제품이거나 복수의 제품을 조합한 구성일 수 있으므로, 이를 모두 포함하는 포괄적 개념으로 해석되어야 한다.

따라서 상기 전기발생장치에 따르면, 웨어러블 전자제품의 움직임에 따라 피에조의 굽힘 변형이 발생하게 되고, 이를 상기 피에조와 전기적으로 연결된 연성회로기판(PCB)이 검출하여 와이어(Wire)를 통해 상기 웨어러블 전자제품에 인가함으로써, 소형동력원으로 용이하게 사용할 수 있게 된다.

상기 전기발생장치는 피에조의 굽힘 변형이 용이하게 이루어질 수 있도록 진동하는 텐션 플레이트를 포함하고, 이러한 텐션 플레이트의 길이방향으로 피에조가 구비될 수 있다. 또한 이러한 텐션 플레이트와 피에조를 웨어러블 전자제품에 용이하게 적용할 수 있도록 케이스를 포함한다. 그리고 상기 텐션 플레이트의 진동을 증폭하여 전기를 더 많이 얻을 수 있도록 탄성체를 포함하며, 이에 부가하여 텐션 플레이트의 선단에 폭 방향으로 구비되어 진동 특성을 향상시키는 중량체(Weight)를 포함할 수 있다.

여기서 상기 케이스는 일례로써, 직사각형으로 형성된 텐션 플레이트를 내부에 형성되는 수용공간의 센터에 위치시킨 상태에서 상,하로 진동시켜 피에조의 변형이 발생토록 하게 되며, 이러한 진동에 의한 변형이 더욱 용이하게 발생할 수 있도록 상기 텐션 플레이트의 길이방향으로 피에조를 접착하여 구비하는 것이다.

또한 상기 케이스는 웨어러블 전자제품의 종류에 따라 용이하게 적용 가능하도록 다양한 형태로 형성되는데, 일례로써, 텐션 플레이트의 양단을 외부로 노출할 수 있는 구조의 개방형으로 구성되거나, 상기 텐션 플레이트 전체의 양단을 내부에 수용할 수 있는 구조의 밀폐형으로 구성할 수 있으며, 상기 케이스의 수용공간에 스프링, 고정플레이트, 쿠션 패드 및 텐션 플레이트를 관통하는 보스가 형성될 수 있다.

한편 상기 탄성체는 전술한 바와 같이, 텐션 플레이트의 진동을 증폭하기 위한 것으로서, 재질적 특성을 이용하는 상기 텐션 플레이트의 진동을 증폭시키는 쿠션 패드(Upper/Bottom cushion pad)로 구성될 수 있고, 또는 구조적 특성을 이용하여 상기 텐션 플레이트의 진동을 증폭시키는 스프링(Upper/Bottom spring)으로 구성될 수 있으며, 이들의 조합일 수 있다. 여기서 상기 탄성체는 구조적 강성을 뒷받침할 수 있도록 고정플레이트(Upper/Bottom plate)를 포함할 수 있다.

따라서 이러한 탄성체를 통해 텐션 플레이트의 진동이 증폭됨으로써, 이를 따라 움직이는 피에조의 굽힘 변형이 더욱 크게 발생하여 발전효율을 향상시키게 되고, 이로 인해 웨어러블 전자제품을 구동시키기 위한 소형동력원으로 더욱 용이하게 사용할 수 있게 된다.

이러한 해결 수단들은 첨부된 도면에 의거한 다음의 발명의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기발생장치를 분해하여 나타내 보인 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기발생장치의 조립과정을 나타내 보인 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기발생장치의 조립상태를 나타내 보인 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기발생장치를 통한 전기발생과정을 나타내 보인 단면도.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전기발생장치를 분해하여 나타내 보인 사시도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전기발생장치의 조립상태를 나타내 보인 사시도.

본 발명은 첨부된 도면들과 연관되어 지는 이하의 구체적인 내용과 실시 예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한 '제1', '제2', '일면', '타면' 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 3에서 보듯이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기발생장치(100)를 구성하는 텐션 플레이트(110)는 피에조(101)가 하면에 길이방향으로 접착 구비될 수 있도록 얇고 긴 직사각형 패널(Panel)의 형태로 형성되며, 선단에 진동 폭을 증가시키기 위한 중량체(111)가 폭 방향으로 접착된다. 그리고 상기 피에조(101)에 연성회로기판(120)을 납땜하여 전기적으로 연결하게 되고, 상기 연성회로기판(120)의 와이어(121)를 웨어러블 전자제품(미도시)에 전기적으로 연결하게 된다.

이러한 텐션 플레이트(110)가 센터에 구비되는 케이스(130)는 상부케이스(131)와 하부케이스(132)로 구성되고, 상기 상,하부케이스(131)(132)가 공유하는 수용공간(133)이 내부에 형성된다. 이러한 케이스(130)는 중량체(111)가 구비된 텐션 플레이트(110)의 선단 및 후단이 외부로 노출되는 개방형으로 구성된다.

여기서 상기 케이스(130)와 텐션 플레이트(110)는 서로 맞닿는 측면에 체결구조를 형성하게 된다. 즉 상기 텐션 플레이트(110)의 측면 양측에 돌출부(112)를 형성하고, 상기 돌출부(112)가 삽입되는 가이드 홈(134)을 케이스(130)의 측면 내측에 형성함으로써, 상기 케이스(130)에서 텐션 플레이트(110)가 분리되는 것을 용이하게 방지하게 된다.

또한 이러한 체결구조는 케이스(130)와 텐션 플레이트(110)가 서로 맞닿는 상,하면에도 형성될 수 있는데, 이는 상기 상,하부케이스(131)(132)의 중앙에 원형의 보스(Boss)를 형성하고, 상기 보스(135)가 관통할 수 있는 홀(Hole)을 텐션 플레이트(110)에 형성함으로써, 용이하게 실시 가능하다. 이때 상기 보스(135)가 관통하는 홀(Hole)은 탄성체(140)에도 형성하게 된다.

상기 탄성체(140)는 텐션 플레이트(110)의 양면에 각각 쿠션 패드(141)를 구비함으로써, 용이하게 실시 가능하다. 그리고 상기 텐션 플레이트(110)의 진동 특성을 더욱 향상시킬 수 있도록 상기 쿠션 패드(141)의 각 일면에 고정플레이트(142)를 결합하고, 상기 고정플레이트(142)와 케이스(130) 사이에 스프링(143)으로써 코일스프링(Coil spring)을 추가로 구비시켜 개재하게 되며, 상기 쿠션 패드(141)와 고정플레이트(142)에 보스(135)가 관통하는 홀(Hole)을 형성하게 된다.

즉 하부케이스(132)에 형성된 보스(135)에 스프링(143)을 끼운 후 재질적 변형이 없는 강성재질의 고정플레이트(142)를 상기 보스(135)에 끼우고, 다시 쿠션 패드(141)를 보스(135)에 끼워 하부의 탄성체(140)를 구성한 후 텐션 플레이트(110)를 상기 보스(135)에 끼우게 된다. 그리고 상기 텐션 플레이트(110) 위에 새로운 쿠션 패드(141), 고정플레이트(142) 및 스프링(143)을 다시 순차적으로 배치하여 상부의 탄성체(140)를 구성한 후 상부케이스(131)의 보스(135)를 관통시킴으로써, 전기발생장치(100)를 구성하게 된다.

여기서 상기 쿠션 패드(141) 및 고정플레이트(142)는 양단이 케이스(130)에 형성된 가이드 홈(134)에 삽입될 수 있는 크기의 직사각형으로 형성하게 된다. 또한 이러한 쿠션 패드(141), 고정플레이트(142), 텐션 플레이트(110) 및 스프링(143)을 수용하고 있는 상,하부케이스(131)(132)는 서로 맞닿는 접합면을 이용하여 조립하게 된다.

도 4에서 보듯이, 중량체(111)가 구비된 선단이 후단에 비해 길게 외부 노출되도록 케이스(130)에 구속되어 조립된 텐션 플레이트(110)는 웨어러블 전자제품의 움직임을 따라 상하 미세 탄성 동작을 수행하게 되며, 이러한 텐션 플레이트(110)의 진동에 의한 피에조(101)의 굽힘 변형(Bending)으로 전기가 발생하게 된다. 그리고 이를 연성회로기판(120)이 검출하여 와이어(121)를 통하여 웨어러블 전자제품에 인가하게 된다.

도 5 내지 6에서 보듯이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전기발생장치(200)는 피에조(201)가 하면에 길이방향으로 접착 구비될 수 있도록 얇고 긴 직사각형 패널(Panel)의 형태로 형성되며, 선단에 진동 폭을 증가시키기 위한 중량체(211)가 폭 방향으로 접착된 텐션 플레이트(210)를 포함한다. 그리고 상기 피에조(201)에 연성회로기판(220)을 납땜하여 전기적으로 연결하게 되고, 상기 연성회로기판(220)의 와이어(221)를 웨어러블 전자제품(미도시)에 전기적으로 연결하게 된다.

이러한 텐션 플레이트(210)가 내부에 형성된 수용공간(233)의 센터에 구비되는 케이스(230)는 상기 수용공간(233)을 공유하는 상부케이스(231)와 하부케이스(232)로 구성하되, 상기 텐션 플레이트(210)가 웨어러블 전자제품과 직접적으로 접촉(touch)하는 것을 방지하기 위해 밀폐형으로 구성되며, 이점이 앞선 실시 예 1과 차별되는 부분이다. 즉 상,하부케이스(231)(232)를 텐션 플레이트(210)보다 크게 형성한 후 수용공간(233)에 상기 텐션 플레이트(210)를 수납하게 된다.

여기서 상기 케이스(230)와 텐션 플레이트(210)는 서로 맞닿는 측면에 체결구조를 형성하게 된다. 즉 상기 텐션 플레이트(210)의 측면 양측에 돌출부(212)를 형성하고, 상기 돌출부(212)가 삽입되는 가이드 홈(234)을 케이스(230)의 측면 내측에 형성함으로써, 상기 케이스(230)가 텐션 플레이트(210)를 용이하게 수용할 수 있도록 안내하게 된다.

또한 이러한 체결구조는 케이스(230)와 텐션 플레이트(210)가 서로 맞닿는 상,하면에도 형성될 수 있는데, 이는 상기 상,하부케이스(231)(232)의 중앙에 원형의 보스(Boss)를 형성하고, 상기 보스(235)가 관통할 수 있는 홀(Hole)을 텐션 플레이트(210)에 형성함으로써, 용이하게 실시 가능하다. 이때 상기 보스(235)가 관통하는 홀(Hole)은 탄성체(240)에도 형성하게 된다.

상기 탄성체(240)는 텐션 플레이트(210)의 양면에 각각 쿠션 패드(241)를 구비함으로써, 용이하게 실시 가능하다. 그리고 상기 텐션 플레이트(210)의 진동 특성을 더욱 향상시킬 수 있도록 상기 쿠션 패드(241)의 각 일면에 고정플레이트(242)를 결합하고, 상기 고정플레이트(242)와 케이스(230) 사이에 스프링(243)으로써 코일스프링(Coil spring)을 추가로 구비시켜 개재하게 되며, 상기 쿠션 패드(241)와 고정플레이트(242)에 보스(235)가 관통하는 홀(Hole)을 형성하게 된다.

즉 하부케이스(232)에 형성된 보스(235)에 스프링(243)을 끼운 후 재질적 변형이 없는 강성재질의 고정플레이트(242)를 상기 보스(235)에 끼우고, 다시 쿠션 패드(241)를 보스(235)에 끼워 하부의 탄성체(240)를 구성한 후 텐션 플레이트(210)를 상기 보스(235)에 끼우게 된다. 그리고 상기 텐션 플레이트(210) 위에 새로운 쿠션 패드(241), 고정플레이트(242) 및 스프링(243)을 다시 순차적으로 배치하여 상부의 탄성체(240)를 구성한 후 상부케이스(231)의 보스(235)를 관통시킴으로써, 전기발생장치(200)를 구성하게 된다.

여기서 상기 쿠션 패드(241) 및 고정플레이트(242)는 양단이 케이스(230)에 형성된 가이드 홈(234)에 삽입될 수 있는 크기의 직사각형으로 형성하게 된다. 또한 이러한 쿠션 패드(241), 고정플레이트(242), 텐션 플레이트(210) 및 스프링(243)을 수용하고 있는 상,하부케이스(231)(232)는 서로 맞닿는 접합면을 이용하여 조립하게 된다.

따라서 상기 케이스(230)에 형성된 가이드 홈(234)을 따라 구속되어 조립된 고정플레이트(242) 및 쿠션 패드(241)는 케이스(230)의 내부에서 텐션 플레이트(210)의 상하 미세 탄성 동작을 증폭하게 되며, 이와 같이 증폭된 진동에 의한 피에조(201)의 굽힘 변형(Bending)으로 전기가 발생하게 된다. 그리고 이를 연성회로기판(220)이 검출하여 상기 케이스(230)의 외부로 노출되는 와이어(221)를 통하여 웨어러블 전자제품에 인가하게 된다.

이상 본 발명을 일 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전기발생장치는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100, 200 - 전기발생장치 101, 201 - 피에조
110, 210 - 텐션 플레이트 111, 211 - 중량체
112, 212 - 돌출부 120, 220 - 연성회로기판
121, 221 - 와이어 130, 230 - 케이스
131, 231 - 상부케이스 132, 232 - 하부케이스
133, 233 - 수용공간 134, 234 - 가이드 홈
135, 235 - 보스 140, 240 - 탄성체
141, 241 - 쿠션 패드 142, 242 - 고정플레이트
143, 243 - 스프링

Claims

피에조(Piezo)가 일면에 구비되는 텐션 플레이트(Tension plate);
상기 텐션 플레이트가 내부에 형성된 수용공간의 센터에 구비되는 케이스(Upper/Bottom case);
상기 피에조와 웨어러블(Wearable) 전자제품을 전기적으로 연결하여 검출된 전기를 상기 웨어러블 전자제품에 전기를 인가하는 연성회로기판(FPCB); 및
상기 케이스와 텐션 플레이트 사이의 수용공간에 구비된 탄성체;
를 포함하는 전기발생장치.
청구항 1에 있어서,
상기 피에조는 텐션 플레이트의 길이방향으로 구비된 전기발생장치.
청구항 1에 있어서,
상기 텐션 플레이트는 측면 양측에 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부가 삽입되어 체결되는 가이드 홈이 케이스의 측면 내측에 형성된 전기발생장치.
청구항 1에 있어서,
상기 텐션 플레이트의 선단에 폭 방향으로 구비되는 중량체(Weight);
를 더 포함하는 전기발생장치.
청구항 1에 있어서,
상기 케이스는 텐션 플레이트의 양단을 수용공간의 외부로 노출하는 개방형으로 형성된 전기발생장치.
청구항 1에 있어서,
상기 케이스는 텐션 플레이트 전체를 수용공간에 수용하는 밀폐형으로 형성된 전기발생장치.
청구항 1에 있어서,
상기 탄성체는 상기 텐션 플레이트의 양면에 구비된 쿠션 패드(Upper/Bottom cushion pad);
를 포함하는 전기발생장치.
청구항 7에 있어서,
상기 탄성체는 상기 쿠션 패드의 일면에 각각 구비된 고정플레이트(Upper/Bottom plate); 및
상기 고정플레이트와 케이스 사이에 개재된 스프링(Upper/Bottom spring);
을 더 포함하는 전기발생장치.
청구항 8에 있어서,
상기 케이스는 수용공간에 스프링, 고정플레이트, 쿠션 패드 및 텐션 플레이트를 관통하는 보스(Boss)가 형성된 전기발생장치.