KR20220114988A - Energy Harvesting Insole With Multi Layer Structure - Google Patents

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KR20220114988A
KR20220114988A KR1020210018676A KR20210018676A KR20220114988A KR 20220114988 A KR20220114988 A KR 20220114988A KR 1020210018676 A KR1020210018676 A KR 1020210018676A KR 20210018676 A KR20210018676 A KR 20210018676A KR 20220114988 A KR20220114988 A KR 20220114988A
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Abstract

The present invention relates to an insole in which a piezoelectric element is disposed, wherein, when disposing the piezoelectric element, a foot pressure applied to the insole is considered. The present invention is configured such that various types of piezoelectric elements having different current generation efficiencies are differentially disposed, while being in consideration of an anatomical structure of a foot and a foot pressure applied to the insole due to the anatomical structure, thereby being able to improve energy collection efficiency. According to the present invention, which has a multilayer structure that is formed by stacking insoles having piezoelectric elements disposed therein, allows the total voltage to be increased, and thus enables the charging speed of a battery to be improved due to power generated from the piezoelectric elements.

Description

복층 구조를 가진 에너지 하베스팅 인솔{Energy Harvesting Insole With Multi Layer Structure}Energy Harvesting Insole With Multi Layer Structure

본 발명은 에너지 하베스팅 인솔에 관한 것으로, 에너지 수집 효율을 항샹시킬 수 있도록 복층 구조를 이룬 인솔에 관한 것이다.The present invention relates to an energy harvesting insole, and to an insole having a multi-layer structure to improve energy collection efficiency.

에너지 하베스팅(energy harvesting) 기술은 인체나 외부환경으로부터 에너지를 수집하여 전기에너지로 재활용하는 기술로 지속가능성(sustainability)과 유비쿼터스(ubiquitous) 이슈와 함께 차세대 에너지로 주목을 받고 있다. 에너지 하베스팅이 가능한 의류나 용품에는 여러 가지 형태의 발생 에너지를 전력으로 변환하는 기술이 활용될 수 있다. 자연으로부터 에너지를 얻을 수 있는 방식인 태양광을 전력으로 변환하여 얻는 광 에너지, 온도 차이에 의해 발생하는 전기에너지 모아 사용하는 열에너지, 사람이 신체를 움직일 때 발생하는 운동 에너지, 진동으로부터 전기에너지를 얻는 압전소자, 전자파를 전력으로 변환하여 에너지를 얻는 전자파 에너지, 옷에서 발생하는 정전기를 이용한 마찰전기 에너지 등 다양한 방식이 가능하다. 과거의 에너지 하베스팅 연구는 고효율로 많은 양의 전기에너지를 만들어내는데 주력했지만, 과학기술의 발전에 따라 에너지 하베스팅 소자가 소형의 유연한 형태로 개발이 가능해지면서 웨어러블 기기나 신발 등에 적용하고자 하는 노력이 더욱 가속화되고 있다.Energy harvesting technology is a technology that collects energy from the human body or the external environment and recycles it as electrical energy. A technology that converts various types of generated energy into electricity can be used for clothes or articles that can be harvested for energy. Photovoltaic energy obtained by converting sunlight into electric power, which is a method of obtaining energy from nature, thermal energy obtained by collecting electric energy generated by temperature difference, kinetic energy generated when a person moves the body, and electric energy obtained from vibration Various methods are possible, such as a piezoelectric element, electromagnetic wave energy that obtains energy by converting electromagnetic waves into electric power, and triboelectric energy using static electricity generated from clothes. In the past, energy harvesting research focused on generating a large amount of electrical energy with high efficiency, but with the development of science and technology, energy harvesting devices can be developed in a small and flexible form, and efforts to apply them to wearable devices and shoes are increasing. is accelerating further.

등록특허공보 제10-1823936호(2018.01.26.)Registered Patent Publication No. 10-1823936 (2018.01.26.)

최근 아웃도어 활동인구 증가와 더불어 스키, 스노보드와 같은 젊은 세대들도 아웃도어 의류의 주요 구매층으로 대두됨에 따라 스마트 의류와의 접목이 가속화되고 있다. 디지털 기기와 장비를 활용하며 하이킹(hiking), 트레킹(trekking), 등산(mountain-climbing) 등의 아웃도어 스포츠 활동을 할 때, 스마트 폰을 통해 촬영 및 야외활동 중 지도를 확인하거나 정보를 검색하면서 즐기는 경우가 많아졌다. 이처럼 야외활동 중에 스마트 폰이나 기타 전자 장비를 사용하는 경우가 많아 배터리의 잔량 부족으로 인한 전자기기의 사용이 불가능한 경우가 자주 발생하고 이로 인해 통신두절로 인한 조난 등의 사고가 종종 발생 된다.With the recent increase in the outdoor active population, younger generations such as skiing and snowboarding are also emerging as major purchasers of outdoor clothing, accelerating their integration with smart clothing. When performing outdoor sports activities such as hiking, trekking, and mountain-climbing using digital devices and equipment, while shooting and outdoor activities through a smartphone, checking maps or searching for information enjoyed more and more. As such, there are many cases of using smart phones or other electronic devices during outdoor activities, so it is often impossible to use electronic devices due to insufficient battery power, which often leads to accidents such as distress due to communication interruption.

이에, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자, 신발의 인솔에는 전력을 생산할 수 있는 압전소자를 배치하고, 상기 압전소자는 발이 인솔에 가하는 압력분포를 고려하여 배치하므로 에너지 수집의 효율성을 향상시킬 수 있는 에너지 하베스팅을 인솔을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention arranges a piezoelectric element capable of generating electric power in the insole of a shoe, and the piezoelectric element is arranged in consideration of the pressure distribution applied to the insole by the foot, so that the efficiency of energy collection can be improved. It aims to provide guidance for energy harvesting.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 신발에서 발 바닥이 가압하는 인솔부 및 상기 인솔부에 위치하는 압전 소자를 포함하고, 상기 인솔부는 복수개가 적층되어 복층 구조를 이루는 에너지 하베스팅 인솔을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an energy harvesting insole comprising an insole part pressed by the sole of the foot in a shoe and a piezoelectric element positioned in the insole part, wherein a plurality of the insole parts are stacked to form a multilayer structure. .

또한, 각각의 상기 인솔부는 복수의 상기 압전 소자들을 포함하고, 상기 복수의 압전 소자들은 병렬로 연결된 에너지 하베스팅 인솔을 제공한다.In addition, each of the insoles includes a plurality of the piezoelectric elements, and the plurality of piezoelectric elements provide an energy harvesting insole connected in parallel.

또한, 상기 복층 구조를 이루는 복수의 상기 인솔부들은 전기적으로 서로 직렬로 연결된 에너지 하베스팅 인솔을 제공한다.In addition, the plurality of insole units constituting the multi-layer structure provides an energy harvesting insole electrically connected in series to each other.

또한, 상기 복층 구조를 이루는 복수의 상기 인솔부들 중 하부에 위치한 인솔부에는 상부에 위치한 인솔부의 압전소자가 삽입될 수 있는 유동방지 홀이 형성된 에너지 하베스팅 인솔을 제공한다.In addition, there is provided an energy harvesting insole in which a flow prevention hole in which a piezoelectric element of an insole located at an upper portion can be inserted is formed in an insole located at a lower portion of the plurality of insole units constituting the multi-layer structure.

또한, 상기 유동방지 홀에는 상기 삽입된 압전소자에 압력을 가할 수 있는 누름 돌기가 형성된 에너지 하베스팅 인솔을 제공한다.In addition, the flow prevention hole provides an energy harvesting insole formed with a pressing protrusion capable of applying pressure to the inserted piezoelectric element.

또한, 상기 인솔은 상기 에너지 하베스팅 인솔이 수집한 에너지를 안정화하는 전력 안정화부 및 안정화된 에너지를 충전하는 충전지를 더 포함하는 에너지 하베스팅 인솔을 제공한다.In addition, the insole provides an energy harvesting insole further comprising a power stabilizing unit for stabilizing the energy collected by the energy harvesting insole and a rechargeable battery for charging the stabilized energy.

본 발명에 따른 에너지 하베스팅 인솔은 발의 해부학적 구조 및 발이 인솔에 가하는 압력 등을 고려하여 압전소자를 배치하므로 에너지 수집 효율을 향상시킬 수 있다.Energy harvesting insole according to the present invention can improve energy collection efficiency by disposing piezoelectric elements in consideration of the anatomical structure of the foot and the pressure applied by the foot to the insole.

또한, 에너지 하베스팅 인솔을 전기적으로 직렬로 연결하여 복층구조를 형성하고, 이를 통해 전체 전압을 증가시킬 수 있어 인솔과 전기적으로 연결된 배터리의 충전속도를 향상시킬 수 있다.In addition, the energy harvesting insole is electrically connected in series to form a multi-layered structure, thereby increasing the total voltage, thereby improving the charging speed of the battery electrically connected to the insole.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 인솔의 개략적인 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 인솔부에 가하는 발의 압력의 분포 및 세기를 발바닥 그림에 색깔을 통해 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 인솔부에 압력을 가하는 발바닥의 부위에 따라 인솔부를 나누어 나타낸 것이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 인솔의 실제 모습을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 인솔을 적층하여 복층 구조를 형성한 모습을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인솔부의 복층 구조에서 하부에 배치된 인솔에 형성된 유동방지 홈을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동방지 홈에 형성된 누름돌기를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미드솔 내부에 포함된 구성을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 미드솔 내부의 배터리와 신발의 설포가 전기적으로 연결된 것을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 안정화를 위한 브릿지 회로를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 신발의 설포에 포함된 구성을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 실제 신발의 설포에 포함된 디스플레이와 스위치를 나타낸 사진이다.
도 13은 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 인솔로부터 배터리에 충전되는 과정을 나타낸 것이다.1 shows a schematic configuration of an energy harvesting insole according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the distribution and strength of the foot pressure applied to the insole of the present invention through color on the sole of the foot.
3 is a view showing the insole portion divided according to the portion of the sole that applies pressure to the insole portion of the present invention.
4 shows an actual appearance of an energy harvesting insole according to an embodiment of the present invention.
5 shows a state in which a multi-layer structure is formed by stacking an energy harvesting insole according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a flow preventing groove formed in the insole disposed below in the multilayer structure of the insole part according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a pressing protrusion formed in the flow preventing groove according to an embodiment of the present invention.
8 shows a configuration included in the midsole according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating an electrical connection between the battery inside the midsole and the tongue of the shoe according to an embodiment of the present invention.
10 shows a bridge circuit for power stabilization according to an embodiment of the present invention.
11 shows a configuration included in the tongue of a shoe according to an embodiment of the present invention.
12 is a photograph showing a display and a switch included in the tongue of an actual shoe according to an embodiment of the present invention.
13 shows a process of charging the battery from the energy harvesting insole according to the present invention.

이하 설명하는 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The invention to be described below can be made various changes and can have various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the invention described below to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the technology described below.

도 1 내지 도 13에는 본 발명의 하나의 구현예에 따른 에너지 하베스팅을 위해 압전소자를 배치한 인솔의 구성이 도시되어 있다. 이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기의 구현예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위해 제공되는 것일 뿐, 하기 구현예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.1 to 13 show the configuration of an insole in which a piezoelectric element is disposed for energy harvesting according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings to help the understanding of the present invention. However, the following embodiments are provided for easier understanding of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following embodiments.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 에너지 하베스팅 인솔을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 상기 에너지 하베스팅을 위한 인솔(10)은 인솔부(100), 제1 압전소자(200), 제2 압전소자(300) 및 제3 압전소자(400)를 포함한다.1 schematically illustrates an energy harvesting insole according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , the insole 10 for energy harvesting includes an insole unit 100 , a first piezoelectric element 200 , a second piezoelectric element 300 , and a third piezoelectric element 400 . do.

인솔부(100)는 발바닥이 압력을 가하는 곳으로써 신발 내부에서 일면인 제1 면이 인체의 발바닥과 접하며 타면인 제2 면은 신발 내부 바닥면과 접하며 딱딱한 신발 내부 바닥면으로부터 발바닥을 보호하고 지지하기 위한 곳일 수 있다. 인솔은 가죽, 합성소재 등으로 형성될 수 있다.The insole unit 100 is a place where the sole of the foot applies pressure, and the first side of the shoe is in contact with the sole of the human body, and the other side, the second side, is in contact with the inner sole of the shoe, and protects and supports the sole from the hard inner sole of the shoe. This could be the place to do it. The insole may be formed of leather, synthetic material, or the like.

발바닥은 발가락을 제외한 발의 앞부분인 전족부, 중간 부부인 중족부, 발뒤꿈치 부분인 후족부 및 발가락으로 나눌 수 있다.The sole of the foot can be divided into the forefoot, which is the front part of the foot except the toes, the midfoot part, which is the middle couple, and the hindfoot, which is the heel part, and the toes.

도 3을 참조하면, 인솔부(100)는 발이 압력을 가하는 곳으로써 발의 전족부가 압력을 가하는 곳인 전족 가압부(110), 발의 중족부가 압력을 가하는 곳인 중족 가압부(120), 발의 후족부가 압력을 가하는 곳인 후족 가압부(130), 발가락이 압력을 가하는 곳인 발가락 가압부(140) 및 나머지 부(150)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the insole 100 includes a forefoot pressing unit 110 where the forefoot of the foot applies pressure as a place where the foot applies pressure, a midfoot pressurizing unit 120 where the midfoot of the foot applies pressure, and a hindfoot portion of the foot It may include a rear foot pressing part 130 where the pressure is applied, the toe pressing part 140 where the toe applies pressure, and the remaining part 150 .

인솔부(100)의 일면인 제1 면은 발바닥이 접하는 면이고, 타면인 제2 면에는 제1 압전소자, 제2 압전소자 및 제3 압전소자가 위치될 수 있다. 타면에 배치된 제1 압전소자(200), 제2 압전소자(300) 및 제3 압전소자(400)는 발의 압력에 의해 반복적으로 변형되면서 전류를 발생시킬 수 있다. 발생된 전류는 압전소자(200, 300, 400)과 전기적으로 연결된 배터리를 충전할 수 있다. The first surface that is one surface of the insole part 100 may be a surface in contact with the sole, and the first piezoelectric element, the second piezoelectric element, and the third piezoelectric element may be positioned on the second surface that is the other surface. The first piezoelectric element 200 , the second piezoelectric element 300 , and the third piezoelectric element 400 disposed on the other surface may generate a current while being repeatedly deformed by the pressure of the foot. The generated current may charge a battery electrically connected to the piezoelectric elements 200 , 300 , and 400 .

도 2는 발바닥의 압력분포를 나타낸 것이다. 도 2를 참조하여 설명하면, 발바닥은 인솔부(100)의 모든 면에 균일하게 압력을 가하는 것이 아닌 해부학적 구조에 따라 가하는 부위별로 압력의 크기를 달리할 수 있다. 따라서 발바닥이 인솔부(100)에 가하는 압력분포를 고려하여 인솔부(100)에 복수개의 압전소자를 배치할 수 있다.Figure 2 shows the pressure distribution of the sole. Referring to FIG. 2 , the sole may vary the amount of pressure for each part to be applied according to an anatomical structure rather than uniformly applying pressure to all surfaces of the insole unit 100 . Accordingly, a plurality of piezoelectric elements may be disposed on the insole part 100 in consideration of the pressure distribution applied by the sole to the insole part 100 .

제1 압전소자(200), 제2 압전소자(300) 및 제3 압전소자(400)는 전류 발생 효율 및 크기에 따라 분류한 것으로써, 제1 압전소자(200), 제2 압전소자(300) 및 제3 압전소자(400)의 순서대로 전류 발생효율이 크고, 크기가 큰 압전소자일 수 있다.The first piezoelectric element 200 , the second piezoelectric element 300 , and the third piezoelectric element 400 are classified according to current generation efficiency and size, and the first piezoelectric element 200 , the second piezoelectric element 300 . ) and the third piezoelectric element 400 may be a piezoelectric element having a large current generation efficiency and a large size in the order of the piezoelectric element 400 .

제1 압전소자(200)는 제2 압전소자(300) 및 제3 압전소자(400) 보다 발이 가하는 압력이 더 센 부분에 배치할 수 있다. 도 2를 참조하면 전족부와 후족부가 인솔부(100)에 가하는 압력이 다른 곳에 비해 더 강하고, 범위가 더 넓으므로 인솔부(100)에는 전족부 또는 후족부에 상응하는 부분인 전족 가압부(110) 및 후족 가압부(130)에 제1 압전소자(200)가 배치될 수 있다.The first piezoelectric element 200 may be disposed in a portion where the pressure applied by the foot is greater than that of the second piezoelectric element 300 and the third piezoelectric element 400 . Referring to FIG. 2 , since the pressure applied to the insole 100 by the forefoot and hindfoot is stronger and has a wider range compared to other places, the insole 100 has a forefoot pressing unit 110 that is a portion corresponding to the forefoot or hindfoot. ) and the first piezoelectric element 200 may be disposed in the rear foot pressing part 130 .

전족 가압부(110)에는 제1 압전소자(200), 제2 압전소자(300) 및 제3 압전소자(400)가 위치될 수 있다. 압전소자의 배치는 전류 발생효율과 발의 압력의 세기 및 분포를 고려하여 배치할 수 있다. 크기가 큰 제1 압전소자(200)를 인솔부(100)에서 한쪽에만 편향되게 배치하는 경우 인솔이 수평을 유지할 수 없어 사용자의 걸음걸이 자세에 영향을 줄 수 있다. 따라서 인솔부(100) 또는 전족 가압부(110)를 길이 방향 가상 중심선으로 나누면 상기 길이 방향 가상 중심선을 기준으로 두 영역으로 분할될 수 있고, 각각의 상기 영역에 위치하는 제1 압전소자(200)는 동일한 개수로 배치되어 인솔의 수평균형을 유지하게 할 수 있다.The first piezoelectric element 200 , the second piezoelectric element 300 , and the third piezoelectric element 400 may be positioned in the forefoot pressing unit 110 . The arrangement of the piezoelectric element may be arranged in consideration of the current generation efficiency and the intensity and distribution of the pressure of the foot. If the first piezoelectric element 200 having a large size is disposed to be biased on only one side of the insole part 100 , the insole may not be able to maintain a horizontal level, which may affect a user's gait posture. Therefore, if the insole part 100 or the forefoot pressing part 110 is divided by the virtual center line in the longitudinal direction, it can be divided into two regions based on the virtual center line in the longitudinal direction, and the first piezoelectric element 200 positioned in each of the regions. can be arranged in the same number to maintain the number average shape of the insole.

또한, 도 2를 참조하면 전족 가압부(110)에서의 발의 압력의 분포는 엄지발가락이 위치하는 방향으로 치우친 압력분포를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이를 고려하면 길이 방향 가상 중심선을 기준으로 나뉜 두 영역에 배치된 복수개의 제1 압전소자(200) 중 엄지발가락이 위치하는 영역에 배치된 제1 압전소자(200)는 다른 영역에 배치된 제1 압전소자(200)보다 엄지발가락에 더 인접하게 배치하여 발의 압력의 압력분포 방향에 상응하도록 배치될 수 있다.Also, referring to FIG. 2 , it can be seen that the pressure distribution of the foot in the forefoot pressurizing unit 110 represents the pressure distribution biased in the direction in which the big toe is located. Considering this, the first piezoelectric element 200 arranged in the region where the big toe is located among the plurality of first piezoelectric elements 200 arranged in two regions divided based on the virtual center line in the longitudinal direction is the first piezoelectric element 200 arranged in another region. By disposing more adjacent to the big toe than the piezoelectric element 200, it may be arranged to correspond to the pressure distribution direction of the foot pressure.

발가락 가압부(140)에는 5개의 발가락 각각이 가하는 압력에 상응하도록 제3 압전소자(400)가 5개 발가락의 위치에 각각 상응하는 위치에 배치될 수 있다.The third piezoelectric element 400 may be disposed on the toe pressing unit 140 to correspond to the pressure applied by each of the five toes, respectively, at positions corresponding to the positions of the five toes.

발가락 가압부(140)에서의 발의 압력의 세기는 전족 가압부(110) 또는 후족 가압부(130)에서의 세기보다 약하므로 제3 압전소자(400)를 배치할 수 있다. 다만, 발가락 가압부(140)에서 엄지발가락의 압력을 받는 곳은 제3 압전소자 대신 제1 압전소자(200) 또는 제2 압전소자(300)가 배치될 수 있다.Since the strength of the foot pressure in the toe pressing unit 140 is weaker than the strength in the forefoot pressing unit 110 or the rear foot pressing unit 130 , the third piezoelectric element 400 may be disposed. However, the first piezoelectric element 200 or the second piezoelectric element 300 may be disposed instead of the third piezoelectric element where the big toe is pressed in the toe pressing unit 140 .

전족 가압부(110)에서 제2 압전소자(300)는 제1 압전소자(200)보다 엄지발가락에 가까운 위치에 배치될 수 있다. 제2 압전소자(300)는 발가락 가압부(140)의 제3 압전소자(400)와 전족 가압부(110)의 제1 압전소자(200)의 사이에 배치될 수 있다. 제2 압전소자(300)는 전족 가압부(100)에 복수개 배치될 수 있고, 복수개의 제2 압전소자(300)는 전족 가압부(100)에서 발의 압력분포를 고려하여 발안쪽으로 갈수록 엄지발가락이 위치한 방향으로 치우치도록 배치될 수 있다.In the forefoot pressing unit 110 , the second piezoelectric element 300 may be disposed at a position closer to the big toe than the first piezoelectric element 200 . The second piezoelectric element 300 may be disposed between the third piezoelectric element 400 of the toe pressing unit 140 and the first piezoelectric element 200 of the forefoot pressing unit 110 . A plurality of second piezoelectric elements 300 may be disposed in the forefoot pressing unit 100 , and the plurality of second piezoelectric elements 300 become the big toe toward the inside of the foot in consideration of the pressure distribution of the foot in the forefoot pressing unit 100 . It may be arranged so as to be biased in the direction in which it is located.

전족 가압부(110)에서 가장 발의 압력의 세기가 큰 곳은 제1 압전소자(200)가 배치되고, 제1 압전소자가(200) 배치된 후 다음으로 발의 압력의 세기가 큰 곳에 제2 압전소자(300)이 배치될 수 있다. 발의 압력의 세기가 큰 곳일수록 전류 발생효율 및 크기가 큰 압전소자를 배치하여 에너지를 효과적으로 수집할 수 있다.The first piezoelectric element 200 is disposed where the intensity of the foot pressure is greatest in the forefoot pressing unit 110, and the second piezoelectric element 200 is disposed where the intensity of the foot pressure is next highest after the first piezoelectric element 200 is disposed. The device 300 may be disposed. Where the strength of the foot pressure is greater, energy can be effectively collected by arranging a piezoelectric element having a large current generation efficiency and size.

전족 가압부(110)에서 제3 압전소자(400)는 복수개의 제1 압전소자(200) 사이에 배치될 수 있다. 제3 압전소자(400)는 길이 방향 가상 중심선 상에 배치될 수 있다. 제3 압전소자(400)는 제1 압전소자(200) 사이에 배치되어 빈 공간을 점유하므로 같은 면적에서 생산 가능한 에너지의 양을 증가시킬 수 있다.In the forefoot pressing unit 110 , the third piezoelectric element 400 may be disposed between the plurality of first piezoelectric elements 200 . The third piezoelectric element 400 may be disposed on a virtual center line in the longitudinal direction. Since the third piezoelectric element 400 is disposed between the first piezoelectric elements 200 and occupies an empty space, the amount of energy that can be produced in the same area can be increased.

중족 가압부(120)에는 제2 압전소자(300)와 제3 압전소자(400)가 배치될 수 있다. 제2 압전소자(300)는 복수개 배치될 수 있고, 제2 압전 소자(400)가 배치된 위치에 가해지는 압력은 상기 제3 압전 소자(400)가 배치된 위치에 가해지는 압력에 비하여 클 수 있다. 중족 가압부(120)에서의 발의 압력은 전족 가압부(110) 및 후족 가압부(130)에서의 발의 압력의 세기보다 약하고, 분포 면적이 작아 제1 압전소자(200)을 배치하는 것보다 제2 압전소자(300)를 더 많은 개수로 배치하는 것이 에너지 수집효율을 향상시킬 수 있다.The second piezoelectric element 300 and the third piezoelectric element 400 may be disposed in the midfoot pressing part 120 . The second piezoelectric element 300 may be disposed in plurality, and the pressure applied to the position where the second piezoelectric element 400 is disposed may be greater than the pressure applied to the position where the third piezoelectric element 400 is disposed. have. The pressure of the foot in the midfoot pressing unit 120 is weaker than the strength of the foot pressure in the forefoot pressing unit 110 and the rear foot pressing unit 130, and the distribution area is smaller than that of disposing the first piezoelectric element 200. It is possible to improve the energy collection efficiency by disposing a larger number of the two piezoelectric elements 300 .

중족 가압부(120)에는 제2 압전소자(300) 배치되고 남은 빈 공간에 제3 압전소자(400)를 배치하여 동일한 면적대비 에너지 수집효율을 향상시킬 수 있다.By disposing the third piezoelectric element 400 in the empty space remaining after the second piezoelectric element 300 is disposed in the midfoot pressing part 120 , energy collection efficiency can be improved compared to the same area.

후족 가압부(130)에는 제1 압전소자(200)를 1개 이상 배치할 수 있다. 후족 가압부(130)는 발 뒤꿈치가 가하는 압력을 받는 곳으로써 발의 압력의 세기가 전족 가압부(110)만큼 강하며, 압력의 분포 면적이 넓어 제1 압전소자(200)를 1개 이상 배치할 수 있다.One or more first piezoelectric elements 200 may be disposed in the rear foot pressing unit 130 . The rear foot pressing unit 130 is a place that receives the pressure applied by the heel, and the strength of the foot pressure is as strong as the forefoot pressing unit 110, and the pressure distribution area is wide so that one or more first piezoelectric elements 200 can be disposed. can

후족 가압부(130)에 제1 압전소자가 복수개 배치되는 경우 발의 안쪽에 상응하는 부분에는 발가락과 가깝게 배치하되 바깥쪽에 상응하는 부분에는 발가락과 멀게 배치될 수 있다. When a plurality of first piezoelectric elements are disposed in the rear foot pressing unit 130 , the first piezoelectric element may be disposed close to the toes at a portion corresponding to the inside of the foot, but may be disposed away from the toes at a portion corresponding to the outside thereof.

후족 가압부(130)에는 제1 압전소자(110)을 배치하고 남은 빈 공간에는 빈 공간의 크기에 따라 제2 압전소자(120) 또는 제3 압전소자(130)가 배치될 수 있다. 남은 빈공간에도 제2 압전소자(120) 또는 제3 압전소자(130)를 배치하여 에너지 수집효율을 향상시킬 수 있다.The second piezoelectric element 120 or the third piezoelectric element 130 may be arranged in the empty space remaining after the first piezoelectric element 110 is disposed in the rear foot pressing part 130 according to the size of the empty space. Energy collection efficiency may be improved by disposing the second piezoelectric element 120 or the third piezoelectric element 130 in the remaining empty space.

제1 압전소자(200)의 지름은 30mm 내지 43mm일 수 있고, 제2 압전소자(300)의 지름은 17mm 내지 30mm일 수 있으며, 제3 압전소자(400)의 지름은 5mm 내지 17mm일 수 있다. 제1 압전소자(200), 제2 압전소자(300) 및 제3 압전소자(400)의 지름이 클수록 전류 발생효율이 증가할 수 있다. The first piezoelectric element 200 may have a diameter of 30 mm to 43 mm, the second piezoelectric element 300 may have a diameter of 17 mm to 30 mm, and the third piezoelectric element 400 may have a diameter of 5 mm to 17 mm. . As the diameters of the first piezoelectric element 200 , the second piezoelectric element 300 , and the third piezoelectric element 400 increase, the current generation efficiency may increase.

인솔부(100)는 한정된 면적을 가지므로 한정된 면적에서 전력 발생효율을 향상시킬 수 있도록 발의 압력이 가장 강한 곳에는 제1 압전소자(200)을 배치하고, 그 다음 강한 곳에는 제2 압전소자(300)을 배치할 수 있다. 제2 압전소자(200)와 제3 압전소자(300) 사이의 남은 공간에는 크기가 작은 제3 압전소자(400)를 배치하여 공간 활용의 효율성도 향상시킬 수 있다. 상기와 같이 인솔부(100)에 복수개 배치된 다수개의 압전소자(200, 300, 400)는 발의 모든 부분을 활용하여 에너지 발전에 활용하도록 할 수 있다.Since the insole unit 100 has a limited area, the first piezoelectric element 200 is disposed where the foot pressure is strongest, and the second piezoelectric element ( 300) can be placed. In the remaining space between the second piezoelectric element 200 and the third piezoelectric element 300 , the small third piezoelectric element 400 may be disposed to improve the efficiency of space utilization. As described above, the plurality of piezoelectric elements 200 , 300 , 400 disposed in plurality in the insole part 100 can be utilized for energy generation by utilizing all parts of the foot.

단일층의 인솔부(100)에 배치된 복수개의 제1 압전소자(200)는 서로 병렬로 연결되고, 복수개의 제2 압전소자(300)도 서로 병렬로 연결되며, 복수개의 제3 압전소자(400)도 서로 병렬로 연결되어 압전소자에서 발생되는 전류의 수집효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 복수개의 제1 압전소자(200), 제2 압전소자(300) 및 제3 압전소자(400)도 전류의 수집효율을 향상시킬 수 있도록 서로 병렬로 연결될 수 있다.The plurality of first piezoelectric elements 200 disposed on the single-layer insole part 100 are connected in parallel to each other, the plurality of second piezoelectric elements 300 are also connected to each other in parallel, and the plurality of third piezoelectric elements ( 400) may also be connected in parallel to improve the collection efficiency of the current generated by the piezoelectric element. In addition, the plurality of first piezoelectric elements 200 , second piezoelectric elements 300 , and third piezoelectric elements 400 may also be connected in parallel to each other to improve current collection efficiency.

도 5를 참조하면, 압전소자(200, 300 및 400)가 배치된 인솔부(100)는 복수개가 적층되어 복층 구조를 이루어 전기적으로 연결될 수 있다. 인솔부(100)의 제1 면은 발바닥과 접하는 면이고, 제2 면은 상면과 접하는 발바닥이 누르는 압력에 따라 제1 압전소자(200), 제2 압전소자(300) 및 제3 압전소자(400)가 배치된 면일 수 있다. 상부에 위치한 인솔부(100)의 하면은 하부에 위치한 인솔부(100)의 상면과 접하도록 적층하여 복층구조를 형성할 수 있다. 상기 하부에 위치한 인솔부(100)의 하면에도 제1 압전소자(200), 제2 압전소자(300) 및 제3 압전소자(400)가 배치될 수 있다. 복층구조를 이루는 복수개의 인솔부(100)들은 서로 전기적으로 직렬로 연결될 수 있고, 이처럼 직렬로 연결되면 전체 전압이 증가하여 배터리의 충전속도를 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 5 , a plurality of insole units 100 on which the piezoelectric elements 200 , 300 , and 400 are disposed may be stacked to form a multilayer structure and may be electrically connected. The first surface of the insole part 100 is a surface in contact with the sole, and the second surface is a first piezoelectric element 200, a second piezoelectric element 300 and a third piezoelectric element ( 400) may be disposed. The lower surface of the insole unit 100 located at the upper portion may be laminated so as to be in contact with the upper surface of the insole unit 100 located at the lower portion to form a multi-layered structure. The first piezoelectric element 200 , the second piezoelectric element 300 , and the third piezoelectric element 400 may also be disposed on the lower surface of the insole part 100 located at the lower portion. The plurality of insole units 100 constituting the multi-layer structure may be electrically connected to each other in series, and when they are connected in series as described above, the total voltage may increase to improve the charging speed of the battery.

또한, 도 6을 참조하면, 복수개의 인솔부(100)가 정렬되고 적층 배치되어 신발 내부에 안착된 상태에서 사용자의 활동으로 복수개의 인솔부(100) 간에 유동이 발생하여 복층구조의 정렬에 이격이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 하부에 배치된 인솔부(100) 상면에는 상부에 배치된 인솔부(100)의 압전소자(200, 300, 400)들이 삽입되어 복수의 인솔부(100)간에 유동을 방지할 수 있는 유동방지 홈(160)이 형성될 수 있다. 인솔부(100)에 홈이 형성되어 복수개의 인솔부(100)가 중첩되어 복층 구조를 형성하더라도 두께 증가를 최소화할 수 있다.In addition, referring to FIG. 6 , in a state in which the plurality of insole units 100 are aligned and stacked and seated inside the shoe, flow occurs between the plurality of insole units 100 due to the user's activity, and is spaced apart from the alignment of the multi-layer structure. In order to prevent this from occurring, the piezoelectric elements 200 , 300 , 400 of the insole part 100 disposed on the upper surface are inserted on the upper surface of the insole part 100 disposed on the lower side, and flow between the plurality of insole parts 100 . A flow prevention groove 160 that can prevent the flow may be formed. Even if a groove is formed in the insole part 100 so that a plurality of insole parts 100 are overlapped to form a multilayer structure, an increase in thickness can be minimized.

도 7을 참조하면, 유동방지 홈(160)의 내측면에는 압전소자(200, 300, 400)의 안착을 돕는 경사가 형성될 수 있다. 유동방지 홈(160)의 바닥면은 압전소자(200, 300, 400)의 접촉면에 상응하는 형태로 형성되어 접하는 압전소자(200, 300, 400)가 유동방지 홈(160)에 삽입되면 압전소자(200, 300, 400)의 유동을 최소화할 수 있도록 형성될 수 있다.Referring to FIG. 7 , a slope may be formed on the inner surface of the flow prevention groove 160 to help the piezoelectric elements 200 , 300 , and 400 sit. The bottom surface of the flow prevention groove 160 is formed in a shape corresponding to the contact surface of the piezoelectric element 200 , 300 , and when the contacting piezoelectric element 200 , 300 , 400 is inserted into the flow prevention groove 160 , the piezoelectric element (200, 300, 400) may be formed to minimize the flow.

압전소자(200, 300, 400)의 높이는 유동방지 홈(160)의 깊이보다 높을 수 있다.The height of the piezoelectric elements 200 , 300 , and 400 may be higher than the depth of the flow preventing groove 160 .

유동방지 홈(160)의 바닥면에는 누름돌기(161)가 부착 또는 형성될 수 있다. 누름돌기(161)는 단단한 금속 또는 플라스틱 등의 소재로 형성되어 발이 인솔부(100)에 압력을 가하면 누름돌기(161)는 압전소자(200, 300, 400)에 압력을 가해 압전소자(200, 300, 400)를 용이하게 변형시킬 수 있다.A pressing protrusion 161 may be attached or formed on the bottom surface of the flow prevention groove 160 . The pressing protrusion 161 is formed of a material such as hard metal or plastic, and when the foot applies pressure to the insole part 100, the pressing protrusion 161 applies pressure to the piezoelectric elements 200, 300, and 400 to apply pressure to the piezoelectric element 200, 300, 400) can be easily modified.

도 8 내지 도 12를 참조하면, 신발의 미드솔(midsole) 내부에는 충전지 및 전력 안정화 부 등이 포함될 수 있다. 전력 안정화 부는 역전압을 방지하고, 인솔부(100)에 배치되어 결합된 압전소자와 전기적으로 연결되어 압전소자에서 생성되는 전력을 안정화하여 충전지로 유입시킬 수 있다. 충전지는 유입되는 안정화된 전력을 저장하며 충전될 수 있다. 전력 안정화 부는 다이오드 및 캐패시터 등으로 구성된 브릿지 회로(bridge circuit)를 포함할 수 있다. 충전지는 신발의 설포와 전기적으로 연결되어 설포에 형성된 표시부에 충전지의 충전량이 표시될 수 있다.8 to 12 , a rechargeable battery and a power stabilizing unit may be included in the midsole of the shoe. The power stabilization unit may prevent reverse voltage, and may be disposed on the insole unit 100 and electrically connected to the coupled piezoelectric element to stabilize the power generated by the piezoelectric element and introduce it into the rechargeable battery. The rechargeable battery can be charged while storing the incoming stabilized power. The power stabilization unit may include a bridge circuit including a diode and a capacitor. The rechargeable battery may be electrically connected to the tongue of the shoe, and the amount of charge of the rechargeable battery may be displayed on a display unit formed on the tongue.

도 13을 참조하면, 신발을 신은 사용자가 활동을 하면 인솔부(100)에 발의 압력을 가할 수 있고, 인솔부(100)에 배치된 압전소자는 발의 압력에 의해 변형이 발생하며 전력이 생성되고, 생성된 전력은 브릿지 회로를 통해 안정화 되어 충전지에 충전될 수 있다. 충전지의 충전량은 신발의 설포에 형성된 디스플레이 부에서 확인할 수 있다.Referring to FIG. 13 , when a user wearing shoes engages in an activity, foot pressure may be applied to the insole unit 100 , and the piezoelectric element disposed in the insole unit 100 deforms due to the pressure of the foot and power is generated. , the generated power is stabilized through the bridge circuit and can be charged in a rechargeable battery. The amount of charge of the rechargeable battery can be checked on the display unit formed on the tongue of the shoe.

이상 실시예를 통해 본 기술을 설명하였으나, 본 기술은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 기술의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 기술에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present technology has been described through the above embodiments, the present technology is not limited thereto. The above embodiments may be modified or changed without departing from the spirit and scope of the present technology, and those skilled in the art will recognize that such modifications and changes also belong to the present technology.

10 : 에너지 하베스팅 인솔 100 : 인솔부
110 : 전족 가압부 120 : 중족 가압부
130 : 후족 가압부 140 : 발가락 가압부
200 : 제1 압전소자 300 : 제2 압전소자
400 : 제3 압전소자 10: energy harvesting insole 100: insole part
110: forefoot pressing unit 120: midfoot pressing unit
130: hindfoot pressing part 140: toe pressing part
200: first piezoelectric element 300: second piezoelectric element
400: third piezoelectric element

Claims (6)

신발에서 발 바닥이 가압하는 인솔부(insole unit) 및
상기 인솔부에 위치하는 압전소자를 포함하고,
상기 인솔부는 복수개가 적층되어 복층 구조를 이루는 에너지 하베스팅 인솔.An insole unit that presses the sole of the foot in the shoe, and
It includes a piezoelectric element located in the insole,
The energy harvesting insole forming a multilayer structure by stacking a plurality of the insole part. 제1항에 있어서,
각각의 상기 인솔부는 복수의 상기 압전소자들을 포함하고,
상기 복수의 압전 소자들은 병렬로 연결된 에너지 하베스팅 인솔.According to claim 1,
Each of the insoles includes a plurality of the piezoelectric elements,
The plurality of piezoelectric elements are connected in parallel to the energy harvesting insole. 제1항에 있어서,
상기 복층 구조를 이루는 복수의 상기 인솔부들은 전기적으로 서로 직렬로 연결된 에너지 하베스팅 인솔.According to claim 1,
The plurality of insole parts constituting the multi-layer structure are electrically connected to each other in series. 제1항에 있어서,
상기 복층 구조를 이루는 복수의 상기 인솔부들 중 하부에 위치한 인솔부에는 상부에 위치한 인솔부의 압전소자가 삽입될 수 있는 유동방지 홀이 형성된 에너지 하베스팅 인솔.According to claim 1,
An energy harvesting insole having a flow prevention hole in which the piezoelectric element of the insole located at the upper portion can be inserted into the insole portion located at the lower portion of the plurality of insole portions constituting the multi-layer structure. 제4항에 있어서,
상기 유동방지 홀에는 상기 삽입된 압전소자에 압력을 가할 수 있는 누름 돌기가 형성된 에너지 하베스팅 인솔.5. The method of claim 4,
An energy harvesting insole formed with a pressing protrusion capable of applying pressure to the inserted piezoelectric element in the flow prevention hole. 제1항에 있어서,
상기 인솔은
상기 에너지 하베스팅 인솔이 수집한 에너지를 안정화하는 전력 안정화부 및
안정화된 에너지를 충전하는 충전지를 더 포함하는 에너지 하베스팅 인솔.According to claim 1,
The insole is
a power stabilization unit for stabilizing the energy collected by the energy harvesting insole; and
The energy harvesting insole further includes a rechargeable battery that charges the stabilized energy.
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