KR20180098783A - 조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전소자를 이용하여 압력, 풍력, 수력 등과 같은 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 별도의 전원이 없이 조명 및 음향 기능을 구현할 수 있는 조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치에 관한 것으로 압전소자가 실장된 압전소자모듈 PCB 기판이 각각 마주보도록 삽입 고정된 상부케이스 및 하부케이스는 타격 스프링에 의하여 이격하여 결합되며, 탄성체에 의하여 타격 스프링 일 측에 결합되는 타격 볼이 상부케이스와 하부케이스 중앙에 위치하고 압전소자모듈과 FPCB 배선으로 각각 연결된 LED모듈과 음향모듈이 각각 적어도 하나 이상 내장되는 판 형상의 외부조형물로 구성되어 일회성 압력을 연속적인 압력으로 변환하는 압력소자 모듈을 이용하여 발전 효율을 극대화하고 전원이 없는 곳이나 환경이 척박한 곳에도 용이하게 조명 및 음향 기능을 수행하는 효과가 있다.

Description

조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치{Piezoelectric Generators Having LED Module and Speaker Module}
본 발명은 조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 압전소자를 이용하여 압력, 풍력, 수력 등과 같은 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 별도의 전원이 없이 조명 및 음향 기능을 구현할 수 있는 조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 압전 발전 장치는 압전소자에 가해지는 압력을 전기에너지로 변환한다. 이때, 압전소자에 반복적인 압력이 가해져야 연속적으로 전기에너지가 발생함으로 압전소자에 압력이 가해지지 않는 동안에는 발전이 이루어지지 않아 발전 효율이 현저히 저하되는 문제점이 있다.
특히, 종래의 공지된 압전 발전기에 경우, 자동차, 사람 등에 의하여 압전소자에 압력이 전달되는 순간에만 전력을 생성됨으로 압전소자가 인식할 수 없을 정도의 빠른 속도나 적은 압력이 가해지는 경우 전력 변환이 이루어지지 않으며, 연속적인 발전을 위한 구조나 별도의 수단이 필요함으로 별도의 시공 설치가 필요하며, 발전기의 전체적인 규모가 커짐으로 실효성이 떨어진다.
이를 해결하기 위하여 대한민국 특허공보 제10-2014-0065557호에서는 본 명세서의 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 두께가 얇은 매트 내부에 압전소자를 내장하여 사용자가 운동함에 따라 압전소자에 가해지는 에너지를 전기 에너지로 변환하여 운동량을 계산할 수 있는 압전소자를 이용한 운동량 측정 매트가 공지되어 있으나 이, 역시 사용자가 운동을 수행하지 않아 압전소자에 압력이 가해지지 않는 경우에는 발전이 이루어지지 않는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 압전소자가 인식할 수 없을 정도의 빠른 속도나 적은 압력이 가해지는 경우 전력 변환이 이루어지지 않는 문제점이 있다.
대한민국 공개 특허공보 제10-2014-0065557(2014.05.30)
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본원발명에서는 압전소자에 가해지는 일회성 압력을 연속적인 압력으로 변환하는 압력소자 모듈의 두께와 크기를 최소화하고 이를 통하여 발전하는 전력에 의하여 LED모듈을 점등하고 음향모듈을 작동시키는 조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
목적을 달성하기 위한 구성으로는 압전소자가 실장되는 압전소자모듈 PCB 기판이 각각 마주보도록 삽입 고정된 상부케이스 및 하부케이스와 상기의 상부케이스와 하부케이스는 타격 스프링에 의하여 이격되어 결합되며, 탄성체에 의하여 타격 스프링 일 측에 결합되는 타격 볼이 상부케이스와 하부케이스 중앙에 위치하는 압전소자모듈과 상기의 압전소자모듈과 FPCB 배선으로 각각 연결된 LED모듈과 음향모듈과 상기의 압전소자모듈과 LED모듈 및 음향모듈이 각각 적어도 하나 이상 내장되는 판 형상의 외부조형물로 구성된다.
본 발명의 다른 특징으로는 상기의 LED모듈에 내장되는 LED모듈 PCB기판 및 상기의 음향모듈에 내장되는 음향모듈 PCB기판 상단에 각각 수지부착용 프라이머 층과 연질성 수지 층과 중간 연질수지 층과 표면 경질수지 층을 차례로 쌓는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징으로는 상기의 외부조형물은 두께가 10mm 이하로 구성되어 휘어질 수 있도록 구성되며, 상기의 상부케이스 내측 상부에 구비되는 타격 돌기는 압전소자모듈에 압력이 가해지는 경우 상기의 탄성체에 접촉되고 타격 스프링은 상부케이스 상측 외부로 연장되어 외부조형물 외부로 돌출된다. 또한, 적어도 2개 이상의 압전소자모듈의 상부케이스가 각각 연결바에 의하여 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 전기나 배터리를 사용하지 않는 조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치로, 이를 구성하는 압전모듈의 두께가 비교적 얇아 매트, 도로, 건물 외벽 등과 같은 구조물에 적용 가능하며, 일회성 압력을 연속적인 압력으로 변환하는 압력소자 모듈을 이용하여 발전 효율을 극대화하여 전원이 없는 곳이나 환경이 척박한 곳에도 용이하게 조명 및 음향 기능을 수행하는 효과가 있다.
그리고, 일반적인 압전소자가 인식할 수 없을 정도의 빠른 속도나 적은 압력도 인식할 수 있으므로 발전 효율을 극대화할 수 있고, 방수 및 충격 완화 구조 형태로 되어 수중에도 적용 가능하고, 반복적인 압력에 의한 압전모듈의 손상을 최소화하여 비상 안내등, 유도등과 같은 조명과 음향이 동시에 필요한 구조물 등과 같은 다양한 분야에 적용할 수 있다.
또한, 풍력이나 수력 등과 같은 자연력을 압전소자에 가해지는 연속적인 압력으로 변환하여 자동차나 사람 등에 의하여 직접적으로 압전소자에 가해지는 압력이 없을 경우에도 발전을 수행하여 효율을 극대화하는 효과가 있다.
도 1은 기존의 압전소자를 이용한 운동량 측정 매트의 외관의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 압전소자모듈의 정 단면도.
도 3의 a, b는 각각 본 발명에 따른 압전소자모듈에 압력을 가하지 않은 상태와 압력을 가했을 때의 정 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 압전소자모듈과 LED모듈 및 음향모듈을 다량으로 연결했을 때의 상면도.
도 2는 본 발명에 따른 조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치의 압전소자모듈의 단면이고, 도 3의 a, b는 각각 본 발명에 따른 압전소자모듈에 압력을 가하지 않은 상태와 압력을 가했을 때의 정 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 압전소자모듈을 다량으로 연결했을 때의 상면도 이를 참고하여 본원발명의 상세 구성을 설명하면 하기와 같다.
조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치에 있어서, 압전소자가 실장되는 압전소자모듈 PCB 기판(11)이 각각 마주보도록 삽입 고정된 상부케이스(12) 및 하부케이스(13)와 상기의 상부케이스(12)와 하부케이스(13)는 타격 스프링(14)에 의하여 이격되어 결합하며, 탄성체(15)에 의하여 타격 스프링(14) 일 측에 결합되는 타격 볼(16)이 상부케이스(12)와 하부케이스(13) 중앙에 위치하는 압전소자모듈(10)과 상기의 압전소자모듈(10)과 FPCB 배선으로 각각 연결된 LED모듈(20)과 음향모듈(30)과 상기의 압전소자모듈(10)과 LED모듈(20) 및 음향모듈(30)이 각각 적어도 하나 이상 내장되는 판 형상의 외부조형물(40)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기의 타격 스프링(14)은 상부케이스(12) 상측 외부로 연장되어 외부조형물(40) 외부로 돌출될 수 있다. 돌출된 타격 스프링(14)의 끝부분에 풍력이나 수력 등에 의한 기초 동력을 가동시킬 수 있는 바람개비, 끈 등의 조형물을 연결시키면 풍력, 수력 등에 의하여 타격 스프링(14)에 압력이 전달되어 압전소자에 압력이 반복적으로 가해진다. 이 압력으로 인하여 타격 볼(16)에 진동이 일어나고 LED모듈(20)이 연속적으로 점등하거나 음향모듈(30)이 연속적으로 음향을 출력하게 된다.
상기의 상부케이스(12) 내측 상부에 구비되는 타격 돌기(17)는 압전소자모듈(10)에 압력이 가해지는 경우 상기의 탄성체(15)에 접촉되어 타격 볼(16)을 통하여 압전소자에 연속적으로 압력을 가한다.
본 발명의 동작원리는 외부조형물(40)의 표면에 발이나 손, 도구 등으로 압력을 가하면 압력 소자 모듈(10)의 상부케이스(12)와 하부케이스(13)에 압력이 전달되어 타격 돌기(17)에 1차 진동하여 압전소자 모듈(10)에 압력을 가하게 되어 LED모듈(20)이 점등하거나 음향모듈(30)이 음향을 출력한다. 그리고 타격 스프링(14)에 2차 진동이 전달되어 탄성체(15)에 의하여 타격볼(16)이 상하 반복으로 움직여 압전 소자 모듈(10)에 압력이 반복적으로 가해짐으로 인하여 LED모듈(20)이 반복 점등하거나 음향모듈(30)이 반복하여 음향을 출력하는 원리이다.
따라서, 일반적인 압전소자가 인식할 수 없을 정도의 빠른 속도나 적은 압력도 인식할 수 있으므로 발전 효율을 극대화할 수 있고, 방수 및 충격 완화 구조 형태로 되어 수중에도 적용 가능하고, 반복적인 압력에 의한 압전모듈의 손상을 최소화하여 비상 안내등, 유도등과 같은 조명과 음향이 동시에 필요한 구조물 등과 같은 다양한 분야에 적용할 수 있다.
또한, 압전소자모듈을 다량으로 연결했을 때 압전소자모듈(10)의 두께와 크기를 최소화하고, 상기의 외부조형물(40)은 두께가 10mm 이하로 구성되어 휘어질 수 있도록 구성하며 적어도 2개 이상의 압전소자모듈(10)의 상부케이스(12)가 각각 연결바(50)에 의하여 결합되어 한 곳을 밟아도 전체 압전소자모듈(10)이 작동하는 것을 특징으로 다양한 분야에 적용할 수 있도록 한다.
상기의 LED모듈(20)의 케이스 내부에 LED와 부품이 실장된 LED모듈 PCB기판(21) 및 상기의 음향 모듈(30)의 케이스 내부에 음량단자와 부품이 실장된 음향모듈 PCB기판(31)과 압전소자 모듈(10)이 FPCB로 연결되어 압력동작에 의해 점등한다.
그리고, 상기의 LED모듈(20)과 음향모듈(30)에 내장되는 LED모듈 PCB기판(21)과 음향모듈 PCB기판(31)은 상단에 각각 수지부착용 프라이머 층과 연질성 수지층과 중간 연질 수지층과 표면 경질 수지층을 차례로 쌓는 것을 특징으로 하며, 중간 연질 수지층이 있어 압력이 완화되어 LED 및 음량단자와 부품을 보호하고, 그 위에 표면 경질 수지층이 비교적 두껍게 형성되어 전체 LED모듈(20)과 음향모듈(30)을 보호한다. 이로써 환경이 척박한 곳에서도 적용이 가능하며 비와 바람 등의 자연적 동작에 의해서도 작동이 가능하다.
상기의 외부조형물(40)은 전기나 배터리를 사용하지 않는 조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치로, 이를 구성하는 압전모듈의 두께가 비교적 얇아 실내외의 매트,계단, 도로, 건물 외벽 등과 같은 구조물에 적용 가능하며 일회성 압력을 연속적인 압력으로 변환하는 압력소자 모듈을 이용하여 발전 효율을 극대화하여 전원이 없는 곳이나 환경이 척박한 곳에도 용이하게 조명 및 음향 기능을 수행하는 효과가 있다.
또한, 풍력이나 수력 등과 같은 자연력을 압전소자에 가해지는 연속적인 압력으로 변환하여 자동차나 사람 등에 의하여 직접적으로 압전소자에 가해지는 압력이 없을 경우에도 발전을 수행하여 효율을 극대화하는 효과가 있다.
본 발명은 상기한 특징의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10. 압전소자모듈 11. 압전소자모듈 PCB 기판
12. 상부케이스 13. 하부케이스
14. 타격 스프링 15. 탄성체
16. 타격볼 17. 타격돌기
20. LED 모듈 21. LED 모듈 PCB 기판
30. 음향 모듈 31. 음향 모듈 PCB 기판
40. 외부조형물 50. 연결바

Claims (7)

  1. 조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치에 있어서,
    압전소자가 실장되는 압전소자모듈 PCB 기판(11)이 각각 마주보도록 삽입 고정된 상부케이스(12) 및 하부케이스(13)와 상기의 상부케이스(12)와 하부케이스(13)는 타격 스프링(14)에 의하여 이격되어 결합되며, 탄성체(15)에 의하여 상부케이스(12) 일 측에 결합되는 타격 볼(16)이 상부케이스(12)와 하부케이스(13) 중앙에 위치하는 압전소자모듈(10);과
    상기의 압전소자모듈(10)과 FPCB 배선으로 각각 연결된 LED모듈(20);과 음향모듈(30);과
    상기의 압전소자모듈(10)과 LED모듈(20) 및 음향모듈(30)이 각각 적어도 하나 이상 내장되는 판 형상의 외부조형물(40);로 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기의 LED모듈(20)에 내장되는 LED모듈 PCB기판(21)은 상단에 수지부착용 프라이머 층과 연질성 수지 층과 중간 연질수지 층과 표면 경질수지 층을 차례로 쌓는 것을 특징으로 하는 조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기의 음향모듈(30)에 내장되는 음향모듈 PCB기판(31)은 상단에 수지부착용 프라이머 층과 연질성 수지 층과 중간 연질수지 층과 표면 경질수지 층을 차례로 쌓는 것을 특징으로 하는 조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기의 외부조형물(40)은 두께가 10mm 이하로 구성되어 휘어질 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기의 상부케이스(12) 내측 상부에 구비되는 타격 돌기(17)는 압전소자모듈(10)에 압력이 가해지는 경우 상기의 탄성체(15)에 접촉되는 것을 특징으로 하는 조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기의 타격 스프링(14)은 상부케이스(12) 상측 외부로 연장되어 외부조형물(40) 외부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    적어도 2개 이상의 압전소자모듈(10)의 상부케이스(12)가 각각 연결바(50)에 의하여 결합되는 것을 특징으로 하는 조명 및 음향 기능을 구비하는 압전 발전 장치.
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