WO2015080387A1 - 자성유체를 사용한 에너지 하베스트 장치 - Google Patents

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WO2015080387A1
WO2015080387A1 PCT/KR2014/010296 KR2014010296W WO2015080387A1 WO 2015080387 A1 WO2015080387 A1 WO 2015080387A1 KR 2014010296 W KR2014010296 W KR 2014010296W WO 2015080387 A1 WO2015080387 A1 WO 2015080387A1
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housing
magnet
energy harvesting
harvesting device
energy
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PCT/KR2014/010296
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Inventor
지창현
채송희
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이화여자대학교 산학협력단
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
    • H02K35/02—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving magnets and stationary coil systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/304—Beam type
    • H10N30/306—Cantilevers

Definitions

  • An energy harvesting apparatus using a magnetic fluid is disclosed, and more specifically, an energy harvesting apparatus using a magnetic fluid that can increase energy generation efficiency by reducing friction by using a lubricant.
  • Energy harvesting can be used to convert the energy that is thrown away in the surroundings into electrical energy that can be harvested and used. This is one of the fields of micro power production.
  • Energy harvesting can be applied to fields such as wireless sensor nodes and low power electronics.
  • the energy harvesting can utilize various energy such as heat, vibration, light, radio wave, etc. Vibration can be an excellent resource for various fields in that it is easy to use and exists enough among many energy sources.
  • application number 2009-0017773, filed March 2, 2009 discloses an energy harvester capable of greatly amplifying the amount of vibration energy converted into electrical energy.
  • An object according to an embodiment is to provide an energy harvesting device capable of producing power in a wide frequency range without being limited to the resonance frequency.
  • An object according to an embodiment is to provide an energy harvesting device for reducing the friction between the magnet portion and the support surface to increase the efficiency of power generation.
  • An object according to one embodiment is to provide an energy harvesting device capable of recovering energy lost by collision of a moving magnet portion.
  • the object of one embodiment as described above is achieved by providing an energy harvesting device that can increase energy generation efficiency by reducing frictional force using a lubricant.
  • a housing having an inner space, a magnet portion placed inside the housing, the harvesting portion and a magnet provided on the outside of the housing and capable of generating electric power by a change in the magnetic force of the magnet portion
  • a lubrication portion may be included to reduce friction between the portion and the housing, and the harvest portion may generate power according to the movement of the magnet portion by external vibration.
  • the lubrication unit may include a magnetic fluid.
  • the energy harvesting device may further include a magnetic flux reinforcing plate capable of increasing the magnetic flux of the magnet part, and the magnetic flux reinforcing plate may be disposed on an opposite side of the harvest part and attached to the magnet part.
  • the magnet part may include a plurality of magnets alternately arranged with different polarities.
  • the harvest unit may include a coil capable of generating power according to a change in the magnetic field.
  • the coil may be disposed above or below the housing.
  • the harvesting unit includes a cantilever member fixed at one end of the housing, a magnet member attached to the cantilever member, and a piezoelectric element attached to the cantilever member, and the magnet is changed by magnetic force change of the magnet part.
  • the member may cause vibration of the cantilever member.
  • the cantilever member may have one end fixed to the housing.
  • the other end of the cantilever member may be provided with a mass addition.
  • the energy harvesting device further includes a sidewall piezoelectric element attached to an inner wall of the housing, and may generate additional power when the magnet portion collides with the sidewall piezoelectric element.
  • the energy harvesting device may generate power in a wide frequency range without being limited to the resonance frequency.
  • Energy harvesting apparatus can increase the efficiency of power generation by reducing the friction between the magnet portion and the support surface.
  • the energy harvesting apparatus may recover energy lost by the collision of the moving magnet part.
  • FIG. 1 schematically illustrates a configuration of an energy harvesting device according to an embodiment.
  • Figure 2a is a graph showing the output voltage value according to the frequency of the energy harvesting device does not contain a magnetic fluid.
  • Figure 2b is a graph showing the output voltage value according to the frequency of the energy harvesting device including a magnetic fluid.
  • FIG. 3 is a graph comparing the experimental results of FIG. 2.
  • Figure 4a is a graph showing the output voltage value over time of the energy harvesting device containing no magnetic fluid.
  • Figure 4b is a graph showing the output voltage value over time of the energy harvesting device including a magnetic fluid.
  • 5A is a graph showing power and output voltage values according to load resistance of an energy harvesting device that does not include magnetic fluid.
  • 5B is a graph showing power and output voltage values according to load resistance of an energy harvesting device including a magnetic fluid.
  • FIG 6 schematically shows the configuration of an energy harvesting device according to another embodiment.
  • FIG. 1 schematically illustrates a configuration of an energy harvesting device according to an embodiment.
  • the energy harvesting device may include a housing 10 having an internal space, a magnet part 20, a lubrication part 30, and a harvest part 40.
  • the magnet part 20 may be disposed in the housing 10.
  • the harvest part 40 may be provided at an outer side of the housing 10 and generate power by a change in magnetic force of the magnet part 20.
  • a lubrication unit 30 may be provided between the magnet unit 20 and the housing 10 to reduce friction therebetween. According to the movement of the magnet part 20 by external vibration, the harvest part 40 may generate electric power.
  • the housing 10 may be in the form of a support surface or a side wall, and may be made of aluminum.
  • the magnet part 20 may include a plurality of magnets 212 alternately arranged with different polarities.
  • the magnet may for example be made of neodymium-iron-boron alloy (NdFeB) and may be made of four bar magnets.
  • the number, shape, and arrangement of the magnets are not necessarily limited thereto, and may be configured, for example, in the form of a bar magnet or a circular magnet.
  • the magnet part 20 may vibrate in the horizontal direction in the housing 10 and may collide with the side surface of the housing 10.
  • the magnet part 20 may include a piezoelectric element on the side wall which collides with the housing 10.
  • the piezoelectric element may produce energy by the collision of the magnet part 20, thereby increasing the energy production efficiency of the energy harvesting device.
  • the energy harvesting device may further include a magnetic flux reinforcing plate 211 capable of increasing the magnetic flux of the magnet part 20, and the magnetic flux reinforcing plate 211 is disposed on an opposite side of the harvest part 40 to the magnet. It may be attached to the portion 20.
  • the magnetic flux reinforcing plate 211 may be made of iron to increase the magnetic flux to increase the efficiency of energy generation.
  • the lubrication unit 30 may include a ferro-fluid.
  • the magnetic fluid may include a colloidal dispersion in which magnetic fine particles are dispersed in a liquid solution, that is, a liquid having a viscosity capable of reacting with a magnet by containing iron.
  • Magnetic fluid gathers at high magnetic flux density. Therefore, when the magnetic fluid is dropped on the magnet and turned upside down and placed in the inner space of the housing 10, the magnetic fluid forms a thin layer between the housing 10 and the magnet part 20.
  • the magnetic fluid layer may be formed as described above, and the friction coefficient between the housing 10 and the magnet part 20 may be reduced to increase the efficiency of energy generation.
  • the harvest part 40 may include a coil 41 capable of generating power according to a change in the magnetic field.
  • the harvest part 40 may include a bobbin (not shown) and the coil 41 may be wound around the bobbin (not shown).
  • the bobbin (not shown) may be disposed on the upper side or the lower side of the housing 10, but is not necessarily limited thereto, for example, may be disposed on the side of the housing 10 or the corner portion of the housing 10. have.
  • FIGS. 2A and 2B show output voltage values according to frequencies of an energy harvesting device including no magnetic fluid and an energy harvesting device including a magnetic fluid, respectively.
  • FIG. 3 is a graph comparing FIGS. 2A and 2B.
  • 4A and 4B are graphs showing output voltage values over time of an energy harvesting device including a magnetic fluid and an energy harvesting device including a magnetic fluid, respectively.
  • 5A and 5B are graphs showing power and output voltage values according to load resistance of an energy harvesting device including no magnetic fluid and an energy harvesting device including a magnetic fluid, respectively.
  • the size of the housing 10 may be configured as 23.05x18.7x4.5mm 3 and the size of the magnet 212 may be configured as 12.7x3.18.1.59mm 3 , respectively, and the size of the magnetic flux reinforcing plate 211 may be It can consist of 12.7x12.7x0.2mm 3 .
  • the diameter of the coil 41 may be composed of 0.1mm and may be configured to be wound 50 times every winding.
  • the coil pitch and the height of the coil 41 may be 3.07 mm and 2.1 mm, respectively.
  • the distance between the magnet part 20 and the coil 41 may be 0.2 mm.
  • the maximum value of the output voltage measured at an acceleration of 3g is 0.47V at 12 Hz for the energy harvesting device including the magnetic fluid, and 0.44 at 13 Hz for the energy harvesting device without the magnetic fluid. V is shown. From this, it can be seen that using a magnetic fluid can obtain a higher output voltage value. This can also be confirmed through FIG. 3 in which FIG. 2A and FIG. 2B are displayed in one graph.
  • the energy harvesting device including the magnetic fluid since the friction between the housing 10 and the magnet part 20 is reduced, the energy harvesting device including the magnetic fluid has a magnet portion every cycle than the energy harvesting device without the magnetic fluid. It can be seen that the moving distance of 20) and the speed of the magnet unit 20 increase, and the output voltage value is also high. From this, it can be seen that the energy harvesting device including the magnetic fluid can obtain a higher output voltage than the energy harvesting device without the magnetic fluid.
  • the maximum power value is 40.8 when using magnetic fluid. 71.26 in resistance 4.6, 24.6 without magnetic fluid 74.10 .
  • the power and output voltage values are generally high, and since the waveform shows a smooth curve, it can be seen that a constant and stable power and output voltage value can be obtained.
  • FIG. 6 illustrates an energy harvesting device according to another embodiment, and for brevity of description, a description will be given based on differences from the energy harvesting device according to the above-described embodiment.
  • the outer part of the housing 10 may include a harvest part 40 capable of generating electric power by a change in the magnetic force of the magnet part 20.
  • the harvest part 40 is fixed at one end thereof.
  • the piezoelectric element 422 may be attached to one side of the cantilever member 424 in the longitudinal direction.
  • the cantilever member 424 itself may be formed as the piezoelectric element 422 without providing a separate piezoelectric element 422.
  • One end of the cantilever member 424 may be fixed to the housing 10.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and may be fixed to the outside of the housing 10 without being directly connected to the housing 10, for example.
  • Vibration of the magnet part 20 in the housing 10 may affect the magnet member 423 attached to the cantilever member 424 so that the piezoelectric element 422 may convert vibration energy into electrical energy.
  • a mass weight 421 may be provided at the other end of the cantilever member 424.
  • the mass weight 421 may cause greater deformation of the cantilever member 424 to improve efficiency of power generation.
  • power may be generated in a wide frequency range, and the friction between the magnet and the support surface may be reduced, and energy generated by collision may be recovered to increase power generation efficiency.

Abstract

일 실시예에 따른 자성유체를 사용한 에너지 하베스트 장치가 개시되고, 보다 구체적으로는 윤활제를 사용하여 마찰력을 감소시킴으로써 에너지 생성 효율을 높일 수 있는 자성유체를 사용한 에너지 하베스트 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 에너지 하베스트 장치는, 내부공간을 구비한 하우징, 상기 하우징의 내부에 놓인 자석부, 상기 하우징의 외측에 구비되고 상기 자석부의 자력 변화에 의해 전력을 생성할 수 있는 하베스트부 및 자석부와 하우징 사이에서 마찰을 감소시키는 윤활부를 포함할 수 있고, 외부 진동에 의한 자석부의 이동에 따라 하베스트부가 전력을 생성할 수 있다. 상기 윤활부는 자성유체(ferro-fluid)를 포함할 수 있다. 상기 자성유체는 하우징과 자석부 사이의 마찰계수를 작게 하여 에너지 생성의 효율을 높일 수 있다.

Description

자성유체를 사용한 에너지 하베스트 장치
일 실시예에 따른 자성유체를 사용한 에너지 하베스트 장치가 개시되고, 보다 구체적으로는 윤활제를 사용하여 마찰력을 감소시킴으로써 에너지 생성 효율을 높일 수 있는 자성유체를 사용한 에너지 하베스트 장치가 개시된다.
에너지 하베스팅(Energy Harvesting)을 통해 주변에서 버려지는 에너지를 수확하여 사용할 수 있는 전기에너지로 변환하여 이용할 수 있다. 이것은 마이크로 전력 생산 분야 중 하나이다.
에너지 하베스팅은 무선 센서 노드 및 저전력 전자장치 등의 분야에 적용될 수 있다.
에너지 하베스팅에 열, 진동, 빛, 전파 등 다양한 에너지 등을 활용할 수 있는데 진동은 많은 에너지원 중에서도 쉽게 활용할 수 있고 충분히 존재한다는 점에서 다양한 분야에 적용할 수 있는 훌륭한 자원이 될 수 있다.
예를 들어, 2009년 3월 2일에 출원된 출원번호 제2009-0017773에는 진동 에너지가 전기 에너지로 변환되는 양을 크게 증폭시킬 수 있는 에너지 하베스터가 개시된다.
일 실시예에 따른 목적은 공진주파수에 한정되지 않고 넓은 주파수 범위에서 전력을 생산할 수 있는 에너지 하베스트 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 자석부와 지지면의 마찰을 감소시켜 전력 생성의 효율을 높이는 에너지 하베스트 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 이동하는 자석부의 충돌에 의해 손실되는 에너지를 회수할 수 있는 에너지 하베스트 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 일 실시예의 목적은, 윤활제를 사용하여 마찰력을 감소시킴으로써 에너지 생성 효율을 높일 수 있는 에너지 하베스트 장치를 제공함으로써 달성된다.
일 실시예에 따른 에너지 하베스트 장치는, 내부공간을 구비한 하우징, 상기 하우징의 내부에 놓인 자석부, 상기 하우징의 외측에 구비되고 상기 자석부의 자력 변화에 의해 전력을 생성할 수 있는 하베스트부 및 자석부와 하우징 사이에서 마찰을 감소시키는 윤활부를 포함할 수 있고, 외부 진동에 의한 자석부의 이동에 따라 하베스트부가 전력을 생성할 수 있다.
상기 윤활부는 자성유체를 포함할 수 있다.
상기 에너지 하베스트 장치는 상기 자석부의 자속을 높일 수 있는 자속 강화 플레이트를 더 포함할 수 있고, 상기 자속 강화 플레이트는 상기 하베스트부의 반대측에 배치되어 상기 자석부에 부착될 수 있다.
상기 자석부는 다른 극성을 가지고 교대로 배열되는 복수의 자석들을 포함할 수 있다.
상기 하베스트부는 자기장의 변화에 따라 전력을 발생시킬 수 있는 코일을 포함할 수 있다.
상기 코일은 하우징의 상측 또는 하측에 배치될 수 있다.
상기 하베스트부는, 상기 하우징의 외측에 구비되고, 일 단이 고정된 외팔보부재, 상기 외팔보부재에 부착된 자석부재 및 상기 외팔보부재에 부착된 압전소자를 포함하고, 상기 자석부의 자력변화에 의해 상기 자석부재가 상기 외팔보부재의 진동을 유발할 수 있다.
상기 외팔보부재는 상기 하우징에 일 단이 고정될 수 있다.
상기 외팔보부재의 타 단에는 질량추가 구비될 수 있다.
상기 에너지 하베스트 장치는 상기 하우징의 내측벽에 부착된 측벽 압전소자를 더 포함하고, 상기 자석부가 측벽 압전소자와 충돌할 때 추가 전력을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 에너지 하베스트 장치는 공진주파수에 한정되지 않고 넓은 주파수 범위에서 전력을 생산할 수 있다.
일 실시예에 따른 에너지 하베스트 장치는 자석부와 지지면의 마찰을 감소시켜 전력 생성의 효율을 높일 수 있다.
일 실시예에 따른 에너지 하베스트 장치는 이동하는 자석부의 충돌에 의해 손실되는 에너지를 회수할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 에너지 하베스트 장치의 구성을 대략적으로 도시한다.
도 2a는 자성유체를 포함하지 않은 에너지 하베스트 장치의 주파수에 따른 출력 전압값을 나타내는 그래프이다.
도 2b는 자성유체를 포함한 에너지 하베스트 장치의 주파수에 따른 출력 전압값을 나타내는 그래프이다.
도 3은 도 2의 실험결과를 비교한 그래프이다.
도 4a는 자성유체를 포함하지 않은 에너지 하베스트 장치의 시간에 따른 출력 전압값을 나타내는 그래프이다.
도 4b는 자성유체를 포함한 에너지 하베스트 장치의 시간에 따른 출력 전압값을 나타내는 그래프이다.
도 5a는 자성유체를 포함하지 않은 에너지 하베스트 장치의 부하 저항에 따른 전력 및 출력 전압값을 나타내는 그래프이다.
도 5b는 자성유체를 포함한 에너지 하베스트 장치의 부하 저항에 따른 전력 및 출력 전압값을 나타내는 그래프이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 에너지 하베스트 장치의 구성을 대략적으로 도시한다.
이하, 첨부 도면을 참조하면 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 여러 태양 중 하나이며, 하기의 기술은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룬다.
도 1은 일 실시예에 따른 에너지 하베스트 장치의 구성을 대략적으로 도시한다.
일 실시예에 따른 에너지 하베스트 장치는, 내부공간을 구비한 하우징(10), 자석부(20), 윤활부(30) 및 하베스트부(40)를 포함할 수 있다. 하우징(10)의 내부에는 자석부(20)가 배치될 수 있다. 하베스트부(40)는 하우징(10)의 외측에 구비되고 자석부(20)의 자력 변화에 의해 전력을 생성할 수 있다. 자석부(20)와 하우징(10) 사이에는 그 사이의 마찰을 감소시키는 윤활부(30)가 구비될 수 있다. 외부 진동에 의한 자석부(20)의 이동에 따라 하베스트부(40)가 전력을 생성할 수 있다.
하우징(10)은 지지면 또는 측벽을 구비하는 형태일 수 있으며 알루미늄 재질로 구성될 수 있다.
자석부(20)는 다른 극성을 가지고 교대로 배열되는 복수의 자석(212)들을 포함할 수 있다. 자석은 예를 들어 네오디움-철-붕소합금(NdFeB)로 이루어 질 수 있으며 네 개의 막대 자석으로 이루어 질 수 있다. 자석의 수, 형태 및 배치는 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 하나의 막대자석 또는 원형 자석 등의 형태로 구성될 수도 있다.
자석부(20)는 하우징(10)에서 수평 방향으로 진동할 수 있고 하우징(10)의 측면과 충돌할 수 있다. 이 때 자석부(20)가 하우징(10)과 충돌하는 측벽에 압전소자를 포함할 수 있다. 압전소자는 자석부(20)의 충돌에 의하여 에너지를 생산할 수 있고 이로 인하여 에너지 하베스트 장치의 에너지 생산 효율이 높아질 수 있다.
에너지 하베스트 장치는 상기 자석부(20)의 자속을 높일 수 있는 자속 강화 플레이트(211)를 더 포함할 수 있고, 상기 자속 강화 플레이트(211)는 상기 하베스트부(40)의 반대측에 배치되어 상기 자석부(20)에 부착될 수 있다. 예를 들어 자속 강화 플레이트(211)는 철로 구성될 수 있는데 자속을 강화하여 에너지 발생의 효율을 높일 수 있다.
상기 윤활부(30)는 자성유체(ferro-fluid)를 포함할 수 있다. 자성유체는 자성을 띄는 미세입자를 액체용액 속에 분산시킨 콜로이드(colloid) 형태의 분산액 즉, 철 성분이 함유되어 자석에 반응할 수 있는 점성을 가진 액체를 포함할 수 있다.
자성유체는 자속밀도가 높은 곳에 모이는 성질이 있다. 따라서 자석 위에 자성유체를 떨어뜨리고 그 상태로 뒤집어서 하우징(10)의 내부공간에 배치하면 자성유체가 하우징(10)과 자석부(20) 사이에서 얇은 층을 형성하게 된다. 자성유체층은 상기와 같이 형성될 수 있고 하우징(10)과 자석부(20) 사이의 마찰계수를 작게 하여 에너지 생성의 효율을 높이는 효과가 있다.
상기 하베스트부(40)는 자기장의 변화에 따라 전력을 발생시킬 수 있는 코일(41)을 포함할 수 있다. 하베스트부(40)는 보빈(미도시)을 포함할 수 있고 보빈(미도시)에 코일(41)이 감길 수 있다. 한편, 상기 보빈(미도시)은 하우징(10)의 상측 또는 하측에 배치될 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 예를 들어 하우징(10)의 측면이나 하우징(10)의 모서리 부분 등에 배치될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 각각 자성유체를 포함하지 않은 에너지 하베스트 장치 및 자성유체를 포함한 에너지 하베스트 장치의 주파수에 따른 출력 전압값을 나타내고, 도 3은 도 2a 및 도 2b를 비교한 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 자성유체를 포함하지 않은 에너지 하베스트 장치 및 자성유체를 포함한 에너지 하베스트 장치의 시간에 따른 출력 전압값을 나타낸 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 자성유체를 포함하지 않은 에너지 하베스트 장치 및 자성유체를 포함한 에너지 하베스트 장치의 부하 저항에 따른 전력 및 출력 전압값을 나타낸 그래프이다.
여기에서 하우징(10)의 크기는 23.05x18.7x4.5mm3으로 구성될 수 있고 자석(212)의 크기는 각각 12.7x3.18.1.59mm3로 구성될 수 있으며 자속 강화 플레이트(211)의 크기는 12.7x12.7x0.2mm3로 이루어 질 수 있다. 그리고 예를 들어, 코일(41)의 지름은 0.1mm로 구성될 수 있고 매 권선(winding)마다 50번 감기는 것으로 구성될 수 있다. 또한, 코일 피치(coil pitch) 및 코일(41)의 높이는 각각 3.07mm 및 2.1mm일 수 있다. 자석부(20)와 코일(41)의 간격은 0.2mm로 구성될 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 3g의 가속도에서 측정한 출력 전압의 최대값은 자성유체를 포함한 에너지 하베스트 장치는 12Hz일 때 0.47V를, 자성유체를 포함하지 않은 에너지 하베스트 장치는 13Hz일 때 0.44V를 나타냈다. 이로부터, 자성유체를 사용하면 더 높은 출력 전압 값을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 이는 도 2a, 도 2b를 하나의 그래프에 표시한 도 3을 통해서도 확인될 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 자성유체를 포함한 에너지 하베스트 장치는 하우징(10)과 자석부(20) 사이의 마찰이 감소하기 때문에 자성유체를 포함하지 않은 에너지 하베스트 장치보다 매 사이클마다 자석부(20)의 이동거리 및 자석부(20)의 속력이 증가한다는 것을 알 수 있으며 출력 전압값도 높게 나타난다. 이로부터, 자성유체를 포함한 에너지 하베스트 장치는 자성유체를 포함하지 않은 에너지 하베스트 장치보다 높은 출력 전압을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 최대 전력 값은 자성유체를 사용한 경우 40.8
Figure PCTKR2014010296-appb-I000001
저항에서 71.26
Figure PCTKR2014010296-appb-I000002
Ｗ이고, 자성유체를 사용하지 않은 경우 24.6
Figure PCTKR2014010296-appb-I000003
74.10
Figure PCTKR2014010296-appb-I000004
Ｗ이다. 다만, 자성유체를 사용한 경우 전반적으로 전력 및 출력 전압값이 높게 나타나며, 부드러운 곡선형태의 파형을 나타내므로 일정하고 안정적인 전력 및 출력 전압값을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 6은, 다른 실시예에 따른 에너지 하베스트 장치를 도시하며, 설명의 간략화를 위해서 앞서 설명한 일 실시예에 따른 에너지 하베스트 장치와의 차이점 위주로 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 하우징(10)의 외측에 자석부(20)의 자력 변화에 의해 전력을 생성할 수 있는 하베스트부(40)를 포함할 수 있는데 이러한 하베스트부(40)는 일 단이 고정된 외팔보부재(424), 외팔보부재(424)에 부착된 자석부재(423) 및 외팔보부재(424)에 부착된 압전소자(422)를 포함할 수 있다. 상기 압전소자(422)는 외팔보부재(424)의 길이방향 일측에 부착될 수 있다. 또는, 별도의 압전소자(422)를 구비하지 않고 외팔보부재(424) 자체를 압전소자(422)로 형성할 수 있다.
외팔보부재(424)는 하우징(10)에 일 단이 고정될 수 있다. 다만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 하우징(10)과 직접적으로 연결되지 않고 하우징(10) 외부에 고정될 수 있다.
하우징(10) 내부의 자석부(20)의 진동이 외팔보부재(424)에 부착된 자석부재(423)에 영향을 주어 압전소자(422)가 진동에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있다.
상기 외팔보부재(424)의 타 단에는 질량추(421)가 구비될 수 있는데, 상기 질량추(421)는 외팔보부재(424)의 더 큰 변형을 유발하여 전력발생의 효율을 향상 시킬 수 있다.
일 실시 예에 따른 에너지 하베스트 장치에 의하면 넓은 주파수 범위에서 전력을 생산할 수 있고, 자석부와 지지면의 마찰을 감소시키고 충돌에 의해 손실되는 에너지를 회수하여 전력 생성 효율을 높일 수 있다.
이상 설명한 본 발명은, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 고안에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정하여야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 내부공간을 구비한 하우징;
    상기 하우징의 내부에 놓인 자석부;
    상기 하우징의 외측에 구비되고, 상기 자석부의 자력 변화에 의해 전력을 생성할 수 있는 하베스트부; 및
    자석부와 하우징 사이에서 마찰을 감소시키는 윤활부를 포함하고,
    외부 진동에 의한 자석부의 이동에 따라 하베스트부가 전력을 생성할 수 있는 에너지 하베스트 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 윤활부는 자성유체를 포함하는 에너지 하베스트 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자석부의 자속을 높일 수 있는 자속 강화 플레이트를 더 포함하고,
    상기 자속 강화 플레이트는 상기 하베스트부의 반대측에 배치되어 상기 자석부에 부착되는 에너지 하베스트 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자석부는 다른 극성을 가지고 교대로 배열되는 복수의 자석들을 포함하는 에너지 하베스트 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하베스트부는 자기장의 변화에 따라 전력을 발생시킬 수 있는 코일을 포함하는 에너지 하베스트 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 코일은 하우징의 상측 또는 하측에 배치되는 에너지 하베스트 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하베스트부는,
    상기 하우징의 외측에 구비되고, 일 단이 고정된 외팔보부재;
    상기 외팔보부재에 부착된 자석부재; 및
    상기 외팔보부재에 부착된 압전소자;
    를 포함하고,
    상기 자석부의 자력변화에 의해 상기 자석부재가 상기 외팔보부재의 진동을 유발하는 에너지 하베스트 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 외팔보부재는 상기 하우징에 일 단이 고정되는 에너지 하베스트 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 외팔보부재의 타 단에는 질량추가 구비되는 에너지 하베스트 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 내측벽에 부착된 측벽 압전소자를 더 포함하고,
    상기 자석부가 측벽 압전소자와 충돌할 때 추가 전력을 생성할 수 있는 에너지 하베스트 장치.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101730259B1 (ko) 2015-10-13 2017-05-11 성균관대학교산학협력단 마찰 전기 발전 및 전자기 에너지 발전이 가능한 하이브리드 발전 장치

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102064906B1 (ko) * 2018-07-20 2020-02-11 한국철도기술연구원 에너지 하비스터

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100779053B1 (ko) * 2006-02-28 2007-11-27 록크웰 싸이언티픽 라이센싱, 엘엘씨 결합된 자석을 사용한 발전기 및 발전 방법
JP2009011149A (ja) * 2007-05-29 2009-01-15 Sanyo Electric Co Ltd エネルギ変換装置
JP2009529310A (ja) * 2006-03-08 2009-08-13 パーペトゥーム、リミテッド 機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械式発電機および方法
JP2009225650A (ja) * 2008-03-13 2009-10-01 Satoshi Fujimae 振動力を利用してｎ極・ｓ極の交互の磁石により発電する携帯用装置
JP2012191786A (ja) * 2011-03-11 2012-10-04 Casio Comput Co Ltd 発電装置
JP2013146172A (ja) * 2011-12-15 2013-07-25 Asahi Kasei Electronics Co Ltd 勾配型発電装置、擬餌針、浮子

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100779053B1 (ko) * 2006-02-28 2007-11-27 록크웰 싸이언티픽 라이센싱, 엘엘씨 결합된 자석을 사용한 발전기 및 발전 방법
JP2009529310A (ja) * 2006-03-08 2009-08-13 パーペトゥーム、リミテッド 機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械式発電機および方法
JP2009011149A (ja) * 2007-05-29 2009-01-15 Sanyo Electric Co Ltd エネルギ変換装置
JP2009225650A (ja) * 2008-03-13 2009-10-01 Satoshi Fujimae 振動力を利用してｎ極・ｓ極の交互の磁石により発電する携帯用装置
JP2012191786A (ja) * 2011-03-11 2012-10-04 Casio Comput Co Ltd 発電装置
JP2013146172A (ja) * 2011-12-15 2013-07-25 Asahi Kasei Electronics Co Ltd 勾配型発電装置、擬餌針、浮子

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101730259B1 (ko) 2015-10-13 2017-05-11 성균관대학교산학협력단 마찰 전기 발전 및 전자기 에너지 발전이 가능한 하이브리드 발전 장치

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