KR20110093033A - A generating apparatus using the vibration - Google Patents

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KR20110093033A
KR20110093033A KR1020100012818A KR20100012818A KR20110093033A KR 20110093033 A KR20110093033 A KR 20110093033A KR 1020100012818 A KR1020100012818 A KR 1020100012818A KR 20100012818 A KR20100012818 A KR 20100012818A KR 20110093033 A KR20110093033 A KR 20110093033A
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김성곤
최성옥
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김성곤
최성옥
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Abstract

PURPOSE: An oscillation generating device is provided to increase the lifetime of the oscillation generating device by preventing the abrasion of a piezoelectric device or operator. CONSTITUTION: An oscillation member(10) is composed of an elastic body(13) and a piezoelectric element(12,14). A housing(11) fixes one end of the elastic body. An operation unit(21) relatively moves with regard to a housing. An operator(20) is formed on the operation unit. The operator applies or releases force which causes the displacement in the other end of the elastic body.

Description

진동 발전장치{A generating apparatus using the vibration}A generating apparatus using the vibration}

본 발명은 압전소자를 이용한 진동 발전장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a vibration generating apparatus using a piezoelectric element.

압전물질은 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 변환기로서 다양한 응용분야에서 사용되고 있다. 압전현상을 일으키는 재료로서는, 예컨대 PZT, BaTio3, Ba2TiO3, PVDF 등과 같은 재료들이 압전물질로 흔히 사용된다.Piezoelectric materials are used in a variety of applications as transducers to convert mechanical energy into electrical energy. As the material causing the piezoelectric phenomenon, for example, materials such as PZT, BaTio 3 , Ba 2 TiO 3 , PVDF, and the like are commonly used as piezoelectric materials.

이와 같은 압전물질로 제조된 압전소자는 그 압전소자에 가해지는 힘에 의해 전압을 발생시키며, 그 인가된 힘의 크기에 따라 발생되는 전압의 양이 변화된다.The piezoelectric element made of such a piezoelectric material generates a voltage by the force applied to the piezoelectric element, and the amount of the generated voltage varies according to the magnitude of the applied force.

이와 같은 압전소자를 이용하여 압전 발전기를 제작하는 데 있어서는 외부의 충격 또는 진동에 대하여 압전소자에 손실을 최소화하여 효과적으로 전달하는 것이 중요하다.In manufacturing a piezoelectric generator using such a piezoelectric element, it is important to effectively reduce the loss to the piezoelectric element against external shock or vibration.

또한 과도한 충격이 압전소자에 전달되어 압전소자가 파손될 수 있으므로 외부의 기계적 에너지는 효과적으로 전달하면서 과도한 충격이 전달되는 것을 방지할 수 있는 구조가 요구된다.In addition, since the excessive shock may be transmitted to the piezoelectric element and the piezoelectric element may be broken, a structure capable of preventing excessive impact while transmitting external mechanical energy is required.

이 PZT는 넓은 범위의 조성비 및 첨가물을 선택할 수 있어, 다양한 분야에서 사용되고 있다.This PZT can be selected from a wide range of composition ratios and additives, and is used in various fields.

이러한 압전소자를 이용한 진동 발전장치로서, 서로 반대의 극성으로 적층되고 결합된 2개의 판 형상의 압전 세라믹스 소자로 이루어진 압전 세라믹스 판을 단단한 타격구로 타격하여 압전판에 파형진동을 일으켜서 전기에너지를 생성하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).A vibration generator using such a piezoelectric element, which generates electric energy by striking a piezoelectric ceramic plate made of two plate-shaped piezoelectric ceramic elements stacked and coupled with opposite polarities with a hard blow hole to generate a wave vibration on the piezoelectric plate. The technique is proposed (refer patent document 1).

그러나, 특허문헌 1에서는, 압전 세라믹스 판을 단단한 타격구로 타격하여, 즉 압전 세라믹스 판에 타격구를 접촉 및 분리시켜서 압전판에 파형진동을 일으키기 때문에, 압전 세라믹스 판이나 타격구가 접촉에 의한 마모 등이 발생하여 파손될 우려가 있다.However, in Patent Literature 1, the piezoelectric ceramic plate is hit by a hard blow hole, that is, the piezoelectric ceramic plate and the blow hole are caused by contact or the like because the piezoelectric plate causes a wave vibration to the piezoelectric plate. This may occur and break.

한편, 사람, 자동차, 기차 등에서 발생하는 이동하중을 이용하여, 발전공간 내에 전해지는 압력을 받아 전력을 발생시키는 구조의 압전발전기(특허문헌 2 참조)가 공지되어 있지만, 이러한 구성에서도 압전체에 직접 압력체가 접촉 및 분리되어 진동을 발생시키는 구조이기 때문에, 특허문헌 1과 마찬가지로 압전체가 접촉에 의해 마모될 우려가 있으며, 또한, 압전체의 진동폭이 발전공간 내로 제한되기 때문에, 전기에너지의 생성에 제약이 따른다는 문제점이 있다.
On the other hand, piezoelectric generators (see Patent Document 2) having a structure that generates electric power by receiving pressure transmitted in a power generation space using moving loads generated by people, automobiles, trains, and the like are known. Since the sieves are in contact with and separated from each other to generate vibrations, the piezoelectric body may be worn out by contact as in Patent Literature 1, and the vibration width of the piezoelectric body is limited to the power generation space. Has a problem.

특허문헌1:등록특허공보제10-0720141호Patent Document 1: Registered Patent Publication No. 10-0720141 특허문헌2:등록특허공보제10-0909255호Patent Document 2: Registered Patent Publication No. 10-0909255

본 발명은, 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 압전소자가 직접 접촉하지 않아도 파형진동을 일으켜 전기에너지를 생성할 수 있는 진동 발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a vibration generating device capable of generating electric energy by causing waveform vibration even without directly contacting piezoelectric elements.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, In order to solve the above problems, the present invention,

탄성체와, 이에 고정 구비되는 압전소자로 이루어지는 진동부재와, An oscillating member comprising an elastic body and a piezoelectric element fixed thereto;

상기 탄성체의 일단을 고정하는 하우징과, A housing fixing one end of the elastic body;

상기 하우징에 대하여 상대운동하는 작동부와, An actuating part relative to the housing;

상기 작동부에 구비되어 상기 탄성체의 타단에 변위를 야기하는 힘을 비접촉으로 작용 및 작용해제하는 작용체 Actuator which is provided in the operating portion for acting and releasing a non-contact action of the force causing the displacement on the other end of the elastic body

를 구비하는 것을 특징으로 한다.Characterized in having a.

또한, 상기 작용체와 상기 탄성체 중 어느 하나는 자석이고, 다른 하나는 자석 또는 강자성체인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that any one of the working body and the elastic body is a magnet, and the other is a magnet or a ferromagnetic body.

또는, 상기 탄성체의 타단에는 선단체가 구비되고, 상기 작용체와 상기 선단체 중 어느 하나는 자석이고, 다른 하나는 자석 또는 강자성체인 것으로 해도 된다.Alternatively, a line member may be provided at the other end of the elastic body, one of the working body and the line member may be a magnet, and the other may be a magnet or a ferromagnetic body.

또한, 상기 탄성체는 상기 작용체의 운동방향에 대하여 평행방향으로 진동하거나 수직방향으로 진동하는 것이 바람직하다.In addition, the elastic body is preferably oscillated in a parallel direction or a vertical direction with respect to the movement direction of the working body.

또한, 상기 작동부는 바람에 의하여 회전하는 풍차의 축인 것이 바람직하다.In addition, the operating unit is preferably the axis of the windmill to rotate by the wind.

또는, 상기 하우징에는 바람에 의하여 회전하는 풍차가 일체로 형성되어 있고, 상기 작동부가 고정되어 있는 것으로 해도 된다.
Alternatively, the windmill may be integrally formed in the housing, and the operation part may be fixed.

본 발명은, 하우징에 일단이 고정되는 탄성체와 압전소자로 이루어지는 진동부재에 대하여 작동부에 구비된 작용체를 비접촉으로 작용 및 작용해제시킴으로써, 탄성체의 타단에 변위를 야기하여 진동이 발생하여 전기에너지를 생성할 수 있어, 압전소자 내지는 작용체의 마모가 없이 장기간에 걸쳐서 발전장치를 사용할 수 있다. 즉, 진동 발전장치의 수명 장기화를 도모할 수 있고, 진동주파수도 늘릴 수 있다.
According to the present invention, by non-contacting and releasing an actuating body provided in the operating unit with respect to a vibrating member comprising an elastic body and a piezoelectric element, one end of which is fixed to the housing, vibration is generated by causing displacement at the other end of the elastic body to generate electrical energy. The generator can be used for a long time without abrasion of the piezoelectric element or the working body. In other words, the service life of the vibration generating device can be extended, and the vibration frequency can be increased.

도 1은 본 발명의 진동 발전장치의 동작상태를 나타내는 개략 구성도.
도 2는 도 1(a)에 나타낸 진동부재가 수평배치되어 있을 때에 척력을 이용한 동작원리를 나타내는 도면.
도 3은 도 1(b)에 나타낸 진동부재가 수평배치되어 있을 때에 인력을 이용한 동작원리를 나타내는 도면.
도 4는 도 1(c)에 나타낸 진동부재가 수직 배치되어 있을 때에 척력을 이용한 동작원리를 나타내는 상면도.
도 5는 도 1(c)에 나타낸 진동부재가 수직 배치되어 있을 때에 인력을 이용한 동작원리를 나타내는 상면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력장치를 이용한 진동 발전장치를 나타내는 개략 구성도.
도 7은 도 6에 나타낸 진동 발전장치의 분해 사시도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력장치를 이용한 진동 발전장치를 나타내는 개략 구성도.
도 9는 도 8에 나타낸 진동 발전장치의 분해 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 압전소자의 출력부분에 연결된 정전압 출력 회로도.
도 11은 도 1에 나타낸 진동부재의 다른 예를 나타내는 개략 구성도.1 is a schematic configuration diagram showing an operating state of the vibration generating apparatus of the present invention.
2 is a view showing the operation principle using the repulsive force when the vibration member shown in Figure 1 (a) is arranged horizontally.
3 is a view showing the principle of operation using the attraction force when the vibration member shown in Figure 1 (b) is horizontally arranged.
Fig. 4 is a top view showing the principle of operation using repulsive force when the vibration member shown in Fig. 1 (c) is disposed vertically.
Fig. 5 is a top view showing the operation principle using attraction force when the vibrating member shown in Fig. 1 (c) is vertically arranged.
Figure 6 is a schematic configuration diagram showing a vibration generating device using a wind power device according to a first embodiment of the present invention.
7 is an exploded perspective view of the vibration generating device shown in FIG.
8 is a schematic configuration diagram showing a vibration generating device using a wind power device according to a second embodiment of the present invention.
9 is an exploded perspective view of the vibration generating device shown in FIG.
10 is a constant voltage output circuit connected to an output portion of a piezoelectric element according to the present invention.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing another example of the vibration member shown in FIG. 1. FIG.

이하, 본 발명의 진동 발전장치의 바람직한 실시예에 대하여, 첨부도면을 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 다만, 동일구조에 의하여 동일기능을 가지는 부분에 대해서는, 도면이 달라지더라도 동일부호를 유지함으로써, 상세한 설명을 생략하는 경우가 있다.Best Mode for Carrying Out the Invention Preferred embodiments of the vibration generating apparatus of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, for the parts having the same function by the same structure, the detailed description may be omitted by keeping the same reference numerals even if the drawings are different.

도 1은 본 발명의 진동 발전장치의 동작상태를 나타내는 개략 구성도로서, 도 1(a)는 진동부재(10)가 수평으로 배치된 경우에 척력을 이용한 동작상태를 나타내며, 도 1(b)는 진동부재(10)가 수평으로 배치된 경우에 인력을 이용한 동작상태를 나타내고, 도 1(c)는 진동부재(10)가 수직으로 배치된 경우에 척력 또는 인력을 이용한 동작상태를 나타낸다.Figure 1 is a schematic configuration diagram showing an operating state of the vibration generating apparatus of the present invention, Figure 1 (a) shows the operating state using the repulsive force when the vibration member 10 is arranged horizontally, Figure 1 (b) Denotes an operating state using attraction force when the vibrating member 10 is disposed horizontally, and FIG. 1 (c) illustrates an operating state using repulsive force or attraction force when the vibrating member 10 is disposed vertically.

본 발명의 진동 발전장치는, 탄성체와, 이에 고정 구비되는 압전소자로 이루어지는 진동부재와, 상기 탄성체의 일단을 고정하는 하우징과, 상기 하우징에 대하여 상대운동하는 작동부와, 상기 작동부에 구비되어 상기 탄성체의 타단에 변위를 야기하는 힘을 비접촉으로 작용 및 작용해제하는 작용체를 구비하는 것을 특징으로 한다.The vibration power generator of the present invention includes an oscillation member comprising an elastic body and a piezoelectric element fixed thereto, a housing for fixing one end of the elastic body, an operating part relative to the housing, and the operating part. The other end of the elastic body is characterized in that it is provided with an actuating agent that acts and releases the force causing the displacement in a non-contact.

즉, 본 발명의 진동 발전장치는, 도 1을 참조하면, 탄성체(13)의 표리에 압전소자(12, 14)가 부착되어 있는 진동부재(10)의 일단(탄성체(13)의 일단)이 하우징(11) 내주에 고정되어 있고, 작동부(21)가 하우징에 대하여 상대운동하도록 형성되며, 이 작동부(21)에는 진동부재(10)의 타단(탄성체(13)의 타단)에 변위를 야기하는 힘을 비접촉으로 인가 및 해제하는 작용체(20)가 구비되어 있다.That is, in the vibration generator of the present invention, referring to FIG. 1, one end (one end of the elastic body 13) of the vibration member 10 having the piezoelectric elements 12 and 14 attached to the front and back of the elastic body 13 is provided. It is fixed to the inner circumference of the housing 11, and the operating part 21 is formed to move relative to the housing, and the operating part 21 has a displacement on the other end of the vibrating member 10 (the other end of the elastic body 13). An actuator 20 is provided for applying and releasing the resulting force in a non-contact manner.

단, 압전소자(12, 14)는 어느 하나 또는 적층으로 구비되어도 좋으며, 그 길이나 형상이 반드시 탄성체(13) 전체를 커버할 필요는 없다. 탄성체(13)가 변형되면 이에 따라서 압전소자(12, 14)도 변형되도록 구성되면 족하다.However, the piezoelectric elements 12 and 14 may be provided in any one or laminated | stacked, and the length or shape does not necessarily need to cover the elastic body 13 whole. When the elastic body 13 is deformed, the piezoelectric elements 12 and 14 may be deformed accordingly.

여기서, 상기 작용체(20)는 자석 또는 강자성체이고, 상기 탄성체(13)는 강자성체 또는 자석으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 상기 탄성체(13)의 타단에는 선단체(13')가 구비되고, 상기 작용체(20)와 상기 선단체(13') 중 어느 하나는 자석이고, 다른 하나는 자석 또는 강자성체로 이루어질 수도 있다.Here, the working body 20 is a magnet or a ferromagnetic material, the elastic body 13 is preferably made of a ferromagnetic material or a magnet. Alternatively, as shown in FIG. 11, a line member 13 ′ is provided at the other end of the elastic body 13, and either one of the actuator 20 and the line member 13 ′ is a magnet, and the other. May be made of a magnet or a ferromagnetic material.

그리고, 이러한 구성으로 이루어진 진동 발전장치에서 생성된 전기에너지, 즉, 압전소자(12, 14)의 진동에 의하여 생성된 전기에너지는 도 10에 나타낸 정전압 출력 회로를 통하여 외부로 출력(또는 축전기에 충전)되도록 구성되어 있다. Then, the electrical energy generated by the vibration generating device having such a configuration, that is, the electrical energy generated by the vibration of the piezoelectric elements 12 and 14 is output to the outside (or charged in the capacitor) through the constant voltage output circuit shown in FIG. It is configured to

이하에서는, 도 10을 참조하여 전원조정회로의 구성에 대하여 간략하게 설명한다.Hereinafter, the configuration of the power supply adjusting circuit will be briefly described with reference to FIG.

도 10은 본 발명에 따른 압전소자의 출력부분에 연결된 정전압 출력 회로도이다. 도 10에 나타낸 바와 같이 압전소자(12, 14)의 도전성 전극(62)을 통해서 출력되어 나오는 전압은 통상 수 ㎸에 이르는 고압이므로 이러한 고전압이 외부회로에 전달되면 회로가 파손될 수 있다. 따라서, 상기 압전소자(12, 14)로부터 트랜스포머(91)로 전달되는 고전압은 트랜스포머(91)에 의해 감압 된다. 상기 트랜스포머(91)를 통해서 출력되어서 나오는 전류는 정류기(92)에서 직류전류로 변환된다. 그러나, 압전소자(12, 14)의 출력전류는 미세한 양이므로 레귤레이터(95)를 바로 구동할 수 없다. 따라서, 도 10에 나타낸 바와 같이, 먼저 일정량의 전하를 콘덴서(93)에 저장한 후 레귤레이터(95)로 보내주는 회로인 비교기, 또는 배터리 모니터링 칩(94)이 필요하다. 배터리 모니터링 칩(94)에 부착한 외부저항 값을 조절하면 저장 콘덴서(93)의 전압에 따라 레귤레이터(95)의 가동여부를 결정하여 전기에너지를 사용하는 외부회로의 입력전압에 맞도록 조정하여 외부로 출력된다.10 is a constant voltage output circuit diagram connected to an output portion of a piezoelectric element according to the present invention. As shown in FIG. 10, the voltage output through the conductive electrodes 62 of the piezoelectric elements 12 and 14 is typically a high voltage of several kilowatts, and thus, when such a high voltage is transmitted to an external circuit, the circuit may be damaged. Therefore, the high voltage transmitted from the piezoelectric elements 12 and 14 to the transformer 91 is reduced by the transformer 91. The current output through the transformer 91 is converted into a direct current in the rectifier 92. However, since the output current of the piezoelectric elements 12 and 14 is a minute amount, the regulator 95 cannot be driven directly. Therefore, as shown in FIG. 10, a comparator or a battery monitoring chip 94, which is a circuit that first stores a certain amount of charge in the capacitor 93 and sends it to the regulator 95, is required. By adjusting the value of the external resistance attached to the battery monitoring chip 94, it is determined whether the regulator 95 is operated according to the voltage of the storage capacitor 93 and adjusted to match the input voltage of the external circuit using electric energy. Is output.

이하에서는, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 진동부재(10)가 수평 또는 수직으로 배치된 경우에 있어서, 탄성체(13)와 작용체(20) 간의 인력 또는 척력을 이용하여 탄성체를 변형시키는 동작관계에 대하여 설명한다. 한편, 설명의 편의상, 작용체(20)가 부착 설치된 작동부(21)가 하우징(11)에 대하여 상대회전하는 것으로 하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 후술하는 도 8 및 도 9와 같이, 하우징(11)이 작동부(21)에 대하여 상대회전하는 구성으로 하는 것도 가능함은 물론이다. 여기서, 「진동부재(10)가 수평 또는 수직으로 배치」된다 함은, 가늘고 긴 판 형상의 진동부재(10)에 있어서, 표면적이 가장 큰 표리면이 수평 또는 수직으로 배치됨을 의미하는 것이다.Hereinafter, referring to FIGS. 1 to 5, when the vibrating member 10 is disposed horizontally or vertically, an operation of deforming the elastic body by using attraction force or repulsive force between the elastic body 13 and the working body 20. Describe the relationship. On the other hand, for convenience of explanation, the operating unit 21 to which the actuator 20 is attached is supposed to rotate relative to the housing 11, but the present invention is not limited thereto. As shown in FIGS. 8 and 9 to be described later, the housing It goes without saying that the structure 11 can be rotated relative to the operating part 21. Here, "the vibration member 10 is arranged horizontally or vertically" means that the front and rear surfaces having the largest surface area are arranged horizontally or vertically in the thin long plate-like vibration member 10.

우선, 진동부재(10)가 수평으로 배치되고, 또한 탄성체(13)와 작용체(20) 간의 척력을 이용한 경우에 대하여 설명한다.First, the case where the vibrating member 10 is arranged horizontally and the repulsive force between the elastic body 13 and the working body 20 is used is demonstrated.

도 1(a) 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 진동부재(10)가 수평으로 배치되고, 또한 탄성체(13)와 작용체(20) 간의 척력을 이용한 경우(여기서, 상기 탄성체(13)와 작용체(20)는 마주보는 쪽이 서로 극성이 같은 자석으로 이루어짐)에 있어서는, 작동부(21)가 회전하여 작용체(20)가 후면에서 하우징(11)에 수평으로 고착된 진동부재(10)에 접근하게 되면(도 2(a)), 가장 근접한 상태에서는 탄성체(13)와 작용체(20) 간의 척력에 의하여 진동부재(10)가 최대로 하향(또는 상향)으로 기울어지게 되고(도 2(b)), 작동부가(21)가 더욱 회전하여 작용체(20)가 탄성체(13)로부터 이격되면, 이들 간의 척력이 해제되어 진동부재(10)가 상하방향(즉, 작용체(20)의 운동방향과 수직방향)으로 최대 진폭으로 진동하게 되며(도 2(c)), 작동부(21)의 회전에 의하여 작용체(20)가 탄성체(13)로부터 가장 이격된 상태가 되면, 진동부재의 진동 진폭이 작아지게 된다(도 2(d)). 이러한 일련의 동작을 반복함으로써, 작동부(21)의 회전만으로 작용체(20)와 탄성체(13) 간의 척력 작용에 의하여 압전소자(12, 14)를 진동시켜 전기에너지를 생성할 수 있게 된다.As shown in Figs. 1A and 2, when the vibrating member 10 is arranged horizontally and the repulsive force between the elastic body 13 and the working body 20 is used (here, the working body and the elastic body 13) In the sieve 20, the opposing sides are made of magnets having the same polarity, the vibrating member 10 in which the actuator 21 is rotated so that the actuator 20 is horizontally fixed to the housing 11 at the rear surface thereof. 2 (a), the vibration member 10 is inclined downward (or upward) to the maximum by the repulsive force between the elastic body 13 and the actuator 20 in the closest state (Fig. 2 (a)). (b)), when the actuator 21 is further rotated so that the actuator 20 is spaced apart from the elastic body 13, the repulsive force between them is released so that the vibrating member 10 moves up and down (that is, the actuator 20). Vibration in the maximum amplitude in the direction of movement of the vertical direction (Fig. 2 (c)), by the rotation of the operating unit 21 the actuator 20 is most elastic from the elastic body (13) When it is in a separated state, the vibration amplitude of the vibrating member is reduced (Fig. 2 (d)). By repeating such a series of operations, the piezoelectric elements 12 and 14 can be vibrated by the repulsive force between the actuator 20 and the elastic body 13 only by the rotation of the operating unit 21 to generate electric energy.

한편, 도 1(a) 및 도 2에서는, 작용체(20)와 탄성체(13) 간의 척력이 최대한으로 작용하도록 하기 위하여, 상기 작용체(20)가 탄성체(13)보다 약간 높은 위치에 배치되는 것으로 나타내었으나, 작용체(20)가 탄성체(13)와 같거나 낮은 위치에 배치될 수 있음은 물론이다.
Meanwhile, in FIGS. 1A and 2, the actuator 20 is disposed at a position slightly higher than the elastic body 13 in order to maximize the repulsive force between the actuator 20 and the elastic body 13. Although shown, the actuating body 20 may be disposed at the same or lower position as the elastic body 13.

다음으로, 진동부재(10)가 수평으로 배치되고, 또한 탄성체(13)와 작용체(20) 간의 인력을 이용한 경우에 대하여 설명한다.Next, the case where the vibrating member 10 is arranged horizontally and the attractive force between the elastic body 13 and the working body 20 is used is demonstrated.

도 1(b) 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 진동부재(10)가 수평으로 배치되고, 또한 탄성체(13)와 작용체(20) 간의 인력을 이용한 경우(여기서, 상기 탄성체(13)와 작용체(20) 중 하나 이상은 자석으로 이루어짐)에 있어서는, 작동부(21)가 회전하여 작용체(20)가 후면에서 하우징(11)에 수평으로 고착된 진동부재(10)에 접근하게 되면(도 3(a)), 가장 근접한 상태에서는 탄성체(13)와 작용체(20) 간의 인력에 의하여 진동부재(10)가 최대로 하향(또는 상향)으로 기울어지게 되고(도 3(b)), 작동부(21)가 더욱 회전하여 작용체(20)가 탄성체(13)로부터 이격되면, 이들 간의 인력이 해제되어 진동부재(10)가 상하방향으로 최대 진폭으로 진동하게 되며(도 3(c)), 작동부(21)의 회전에 의하여 작용체(20)가 탄성체(13)로부터 가장 이격된 상태가 되면, 진동부재의 진동 진폭이 작아지게 된다(도 3(d)). 이러한 일련의 동작을 반복함으로써, 작동부(21)의 회전만으로 작용체(20)와 탄성체(13) 간의 인력 작용에 의하여 압전소자(12, 14)를 진동시켜 전기에너지를 생성할 수 있게 된다.As shown in Fig. 1 (b) and Fig. 3, when the vibrating member 10 is arranged horizontally and the attraction force between the elastic body 13 and the working body 20 is used (here, the working body and the elastic body 13) At least one of the sieves 20 is made of a magnet), when the actuating portion 21 rotates to approach the vibrating member 10 fixed horizontally to the housing 11 at the rear ( 3 (a)), in the closest state, the vibrating member 10 is inclined downward (or upward) to the maximum by an attractive force between the elastic body 13 and the working body 20 (FIG. 3 (b)). When the operating part 21 is further rotated so that the actuator 20 is spaced apart from the elastic body 13, the attraction force between them is released so that the vibration member 10 vibrates at the maximum amplitude in the vertical direction (Fig. 3 (c)). When the actuator 20 is most spaced apart from the elastic body 13 by the rotation of the operating part 21, the vibration amplitude of the vibrating member is reduced (FIG. 3 (d)). By repeating such a series of operations, the piezoelectric elements 12 and 14 can be vibrated by the attractive force between the actuator 20 and the elastic body 13 only by the rotation of the operating unit 21 to generate electric energy.

한편, 도 1(b) 및 도 3에서는, 상기 작용체(20)가 탄성체(13)보다 약간 낮은 위치에 배치되는 것으로 나타내었으나, 작용체(20)와 탄성체(13) 간의 인력이 최대한으로 작용할 수 있는 위치라면, 작용체(20)가 탄성체(13)보다 높은 위치에 배치될 수 있음은 물론이다.
On the other hand, in Figures 1 (b) and 3, although the actuator 20 is shown to be disposed at a position slightly lower than the elastic body 13, the attraction force between the actuator 20 and the elastic body 13 is to act to the maximum. As long as it is possible, the actuator 20 may be disposed at a position higher than the elastic body 13.

다음으로, 진동부재(10)가 수직으로 배치되고, 또한 탄성체(13)와 작용체(20) 간의 척력을 이용한 경우에 대하여 설명한다.Next, the case where the vibrating member 10 is vertically arranged and the repulsive force between the elastic body 13 and the working body 20 is used is demonstrated.

도 1(c) 및 도 4(상면도)에 나타낸 바와 같이, 진동부재(10)가 수직으로 배치되고, 또한 탄성체(13)와 작용체(20) 간의 척력을 이용한 경우(여기서, 상기 탄성체(13)와 작용체(20)는 마주보는 쪽이 서로 극성이 같은 자석으로 이루어짐)에 있어서는, 작동부(21)가 회전하여 작용체(20)가 우면에서 하우징(11)에 수직으로 고착된 진동부재(10)에 접근하게 되면(도 4(a)), 가장 근접한 상태에서는 탄성체(13)와 작용체(20) 간의 척력에 의하여 진동부재(10)가 최대로 좌향으로 기울어지게 되고(도 4(b)), 작동부(21)가 더욱 회전하여 작용체(20)가 탄성체(13)로부터 이격되면, 이들 간의 척력이 해제되어 진동부재(10)가 좌우방향(즉, 작용체(20)의 운동방향과 평행방향)으로 최대 진폭으로 진동하게 되며(도 4(c)), 작동부(21)의 회전에 의하여 작용체(20)가 탄성체(13)로부터 가장 이격된 상태가 되면, 진동부재의 진동 진폭이 작아지게 된다(도 4(d)). 이러한 일련의 동작을 반복함으로써, 작동부(21)의 회전만으로 작용체(20)와 탄성체(13) 간의 척력 작용에 의하여 압전소자(12, 14)를 진동시켜 전기에너지를 생성할 수 있게 된다.As shown in Figs. 1 (c) and 4 (top view), when the vibrating member 10 is disposed vertically, and the repulsive force between the elastic body 13 and the working body 20 is used (here, the elastic body ( 13) and the actuator 20 are made of magnets having the same polarity as each other), the operating part 21 is rotated so that the actuator 20 is vertically fixed to the housing 11 on the right side. Approaching the member 10 (Fig. 4 (a)), in the closest state the vibrating member 10 is inclined to the maximum by the repulsive force between the elastic body 13 and the actuator 20 (Fig. 4) (b)), when the actuator 21 is further rotated so that the actuator 20 is spaced apart from the elastic body 13, the repulsive force between them is released so that the vibrating member 10 moves in the horizontal direction (ie, the actuator 20). Vibration in the maximum amplitude in the direction of movement of (Fig. 4 (c)), the actuator 20 is the most spaced apart from the elastic body 13 by the rotation of the operating portion (21) In the state, the vibration amplitude of the vibration member becomes small (Fig. 4 (d)). By repeating such a series of operations, the piezoelectric elements 12 and 14 can be vibrated by the repulsive force between the actuator 20 and the elastic body 13 only by the rotation of the operating unit 21 to generate electric energy.

한편, 작용체(20)는, 이 작용체(20)와 탄성체(13) 간의 척력이 최대한으로 작용할 수 있도록, 탄성체(13)에 가장 근접할 수 있는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
On the other hand, the actuator 20 is preferably disposed at a position that can be closest to the elastomer 13 so that the repulsive force between the actuator 20 and the elastic body 13 can act as much as possible.

다음으로, 진동부재(10)가 수직으로 배치되고, 또한 탄성체(13)와 작용체(20) 간의 인력을 이용한 경우에 대하여 설명한다.Next, the case where the vibrating member 10 is vertically arranged and the attractive force between the elastic body 13 and the working body 20 is used is demonstrated.

도 1(c) 및 도 5(상면도)에 나타낸 바와 같이, 진동부재(10)가 수직으로 배치되고, 또한 탄성체(13)와 작용체(20) 간의 인력을 이용한 경우(여기서, 상기 탄성체(13)와 작용체(20) 중 하나 이상은 자석으로 이루어짐)에 있어서는, 탄성체(13)와 작용체(20)가 가장 근접한 상태(도 5(a))에서, 작동부(21)가 좌면으로 회전하면서 작용체(20)가 탄성체(13)로부터 이격되면, 탄성체(13)와 작용체(20) 간의 인력에 의하여 진동부재(10)가 최대로 좌향으로 기울어지게 되고(도 5(b)), 작동부(21)가 더욱 회전하여 작용체(20)가 탄성체(13)로부터 가장 이격된 상태가 되면, 이들 간의 인력이 해제되어 진동부재(10)가 좌우방향으로 최대 진폭으로 진동하게 되며(도 5(c)), 작동부(21)의 회전에 의하여 작용체(20)가 우면에서 접근하는 상태가 되면, 진동부재의 진동 진폭이 작아지게 된다(도 5(d)). 이러한 일련의 동작을 반복함으로써, 작동부(21)의 회전만으로 작용체(20)와 탄성체(13) 간의 인력 작용에 의하여 압전소자(12, 14)를 진동시켜 전기에너지를 생성할 수 있게 된다.As shown in Figs. 1 (c) and 5 (top view), when the vibrating member 10 is vertically arranged and the attractive force between the elastic body 13 and the working body 20 is used (here, the elastic body ( At least one of 13) and the actuator 20 is made of a magnet, and in the state where the elastic body 13 and the actuator 20 are closest to each other (Fig. 5 (a)), the operating portion 21 moves to the seat surface. When the actuator 20 is spaced apart from the elastic body 13 while rotating, the vibrating member 10 is tilted to the maximum by the attractive force between the elastic body 13 and the actuator 20 (Fig. 5 (b)). When the operating unit 21 is further rotated so that the actuator 20 is most spaced apart from the elastic body 13, the attraction force between them is released to vibrate the vibration member 10 at the maximum amplitude in the left and right directions ( 5 (c)), when the actuator 20 approaches from the right surface by the rotation of the operating part 21, the vibration amplitude of the vibrating member is reduced (FIG. 5 (d)). . By repeating such a series of operations, the piezoelectric elements 12 and 14 can be vibrated by the attractive force between the actuator 20 and the elastic body 13 only by the rotation of the operating unit 21 to generate electric energy.

한편, 작용체(20)는, 이 작용체(20)와 탄성체(13) 간의 인력이 최대한으로 작용할 수 있도록, 탄성체(13)에 가장 근접할 수 있는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.On the other hand, the actuator 20 is preferably disposed at a position that can be closest to the elastic member 13 so that the attractive force between the actuator 20 and the elastic body 13 can act as much as possible.

도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 상기 예에서는, 탄성체(13)와 작용체(20) 중 어느 한쪽이 자석으로 이루어지고, 다른쪽이 자석 또는 강자성체로 이루어진 경우에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 도 11에 나타낸 바와 같이, 탄성체(13)의 타단에 자석 또는 강자성체로 이루어진 선단체(13')를 고정 구비하는 구성으로 할 수도 있다. 이는, 후술하는 제1 및 제2 실시예에서도 마찬가지로 적용될 수 있음은 물론이다.
In the above-described example described with reference to FIGS. 1 to 5, a case in which one of the elastic body 13 and the working body 20 is made of a magnet and the other is made of a magnet or a ferromagnetic material has been described, but is not limited thereto. As shown in FIG. 11, the other end of the elastic body 13 may be provided with a structure including a line member 13 'made of a magnet or a ferromagnetic body. This is, of course, also applicable to the first and second embodiments described later.

이하에서는, 상기한 진동 발전장치의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
In the following, specific embodiments of the above-mentioned vibration generating apparatus will be described.

(제1 실시예)(First embodiment)

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력장치를 이용한 진동 발전장치를 나타내는 개략 구성도이고, 도 7은 도 6에 나타낸 진동 발전장치의 분해 사시도이다.FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a vibration power generator using the wind power device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an exploded perspective view of the vibration power generator shown in FIG. 6.

본 실시예에서는, 풍차(41)가 작동부(21)로서의 회전축에 고정 내지 일체로 형성되어 있고, 나머지의 구성은 도 1의 구성과 동일하다.In this embodiment, the windmill 41 is fixedly or integrally formed on the rotating shaft as the operating portion 21, and the rest of the configuration is the same as that of FIG.

이러한 구성에 의하면, 바람에 의하여 풍차(41)가 회전하게 되면, 회전축(21)에 부착 설치된 작용체(20)로서의 자석이 함께 회전하여, 압전소자(12, 14) 및 탄성체(13)로서의 자성체(또는 자석)로 이루어진 진동부재(10)를 비접촉으로 상하방향(또는 좌우방향)으로 진동하게 하여 전기에너지를 생성하도록 하고 있다. 이와 같이 생성된 전기 에너지는 도전성 전극선을 통하여 도 10에 나타낸 정전압 출력회로로 보내진다.According to this configuration, when the windmill 41 is rotated by the wind, the magnets as the working body 20 attached to the rotating shaft 21 rotate together, and the magnetic body as the piezoelectric elements 12 and 14 and the elastic body 13. The vibrating member 10 made of (or magnet) is vibrated in the vertical direction (or the horizontal direction) in a non-contact manner to generate electrical energy. The electrical energy thus generated is sent to the constant voltage output circuit shown in FIG. 10 via the conductive electrode line.

이로써, 탄성체(13)와 작용체(20)가 비접촉으로 탄성체(13)의 타단에 변위를 야기시켜 진동하게 하여 전기에너지를 생성하도록 하고 있으므로, 탄성체(13)나 작용체(20)가 마모될 염려가 없어, 진동 발전장치의 수명 장기화를 도모할 수 있고, 진동주파수도 늘릴 수 있다.
As a result, the elastic body 13 and the working body 20 are caused to vibrate by causing displacement at the other end of the elastic body 13 in a non-contact manner to generate electrical energy. Thus, the elastic body 13 or the working body 20 may be worn. There is no concern, and the life of a vibration power generator can be extended, and a vibration frequency can also be extended.

(제2 실시예)(2nd Example)

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력장치를 이용한 진동 발전장치를 나타내는 개략 구성도이고, 도 9는 도 8에 나타낸 진동 발전장치의 분해 사시도이다.FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a vibration generating apparatus using a wind power apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is an exploded perspective view of the vibration generating apparatus shown in FIG. 8.

본 실시예는, 풍차(42)가 하우징(11)에 일체로 형성되며, 또한 이 하우징(11)이 풍차(42)의 회전에 의하여 함께 회전되고, 작동부(21)는 고정되어 있는 구성을 채택하고 있다는 점에서 상기 제1 실시예와 다르나, 그 외의 구성은 제1 실시예와 동일 내지는 유사하다.In this embodiment, the windmill 42 is integrally formed in the housing 11, and the housing 11 is rotated together by the rotation of the windmill 42, and the operating portion 21 is fixed. Although it differs from the said 1st Embodiment in the point of adopting, the other structure is the same as or similar to 1st Embodiment.

이러한 구성에 의하면, 바람에 의하여 풍차(42)가 회전하게 되면, 하우징(11)이 함께 회전하게 되어, 압전소자(12, 14) 및 탄성체(13)로서의 자성체(또는 자석)로 이루어진 진동부재(10)가 작동부(21)의 작용체(20)로서의 자석과의 사이에서 인력 또는 척력에 의하여 비접촉으로 상하방향(또는 좌우방향)으로 진동하게 되어 전기에너지를 생성하도록 하고 있다. 이와 같이 생성된 전기 에너지는 접촉자(15) 및 접촉부(22), 도전성 전극선을 통하여 도 10에 나타낸 정전압 출력회로로 보내진다.According to this configuration, when the windmill 42 is rotated by the wind, the housing 11 is rotated together, the vibration member (made of a magnetic body (or a magnet) as the piezoelectric elements (12, 14) and the elastic body 13 ( 10) vibrates in the vertical direction (or the left and right directions) in a non-contact manner by the attraction force or the repulsive force between the magnet as the working body 20 of the operating portion 21 to generate electric energy. The generated electrical energy is sent to the constant voltage output circuit shown in FIG. 10 through the contactor 15, the contact portion 22, and the conductive electrode line.

이로써, 탄성체(13)와 작용체(20)가 비접촉으로 탄성체(13)의 타단에 변위를 야기시켜 진동하게 하여 전기에너지를 생성하도록 하고 있으므로, 탄성체(13)나 작용체(20)가 마모될 염려가 없어, 진동 발전장치의 수명 장기화를 도모할 수 있고, 진동주파수도 늘릴 수 있다.
As a result, the elastic body 13 and the working body 20 are caused to vibrate by causing displacement at the other end of the elastic body 13 in a non-contact manner to generate electrical energy. Thus, the elastic body 13 or the working body 20 may be worn. There is no concern, and the life of a vibration power generator can be extended, and a vibration frequency can also be extended.

압전소자를 이용한 발전장치에서 출력되는 전기에너지를 주전원 또는 보조전원으로서 이용 가능하므로, 자동차, 오토바이, 자전거, 가로등, 도로나 등산로 등의 안내용 표시장치의 전력공급장치 분야에 적극적으로 이용할 수 있다.
Since the electric energy output from the power generator using the piezoelectric element can be used as a main power source or an auxiliary power source, it can be actively used in the field of power supply of a display device for guiding display such as a car, a motorcycle, a bicycle, a street lamp, a road or a hiking trail.

10 : 진동부재 11 : 하우징
12, 14 : 압전소자 13 : 탄성체
20 : 작용체 21 : 작동부
41, 42 : 풍차10 vibrating member 11 housing
12, 14: piezoelectric element 13: elastic body
20: Agent 21: Actuator
41, 42: windmill

Claims (6)

탄성체와, 이에 고정 구비되는 압전소자로 이루어지는 진동부재와,
상기 탄성체의 일단을 고정하는 하우징과,
상기 하우징에 대하여 상대운동하는 작동부와,
상기 작동부에 구비되어 상기 탄성체의 타단에 변위를 야기하는 힘을 비접촉으로 작용 및 작용해제 하는 작용체
를 구비함을 특징으로 하는 진동 발전장치.An oscillating member comprising an elastic body and a piezoelectric element fixed thereto;
A housing fixing one end of the elastic body;
An actuating part relative to the housing;
Actuator which is provided in the operating portion for acting and releasing a non-contact force to cause a displacement on the other end of the elastic body
Vibration generation device characterized in that it comprises a. 청구항 1에 있어서,
상기 작용체와 상기 탄성체 중 어느 하나는 자석이고, 다른 하나는 자석 또는 강자성체임을 특징으로 하는 진동 발전장치.The method according to claim 1,
Any one of the working body and the elastic body is a magnet, the other is a magnet or a ferromagnetic device. 청구항 1에 있어서,
상기 탄성체의 타단에는 선단체가 구비되고,
상기 작용체와 상기 선단체 중 어느 하나는 자석이고, 다른 하나는 자석 또는 강자성체임을 특징으로 하는 진동 발전장치.The method according to claim 1,
The other end of the elastic body is provided with a line group,
Any one of the working body and the line member is a magnet, the other is a magnet or a ferromagnetic material. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄성체는 상기 작용체의 운동방향에 대하여 평행방향으로 진동하거나 수직방향으로 진동함을 특징으로 하는 진동 발전장치.The method according to any one of claims 1 to 3,
And the elastic body vibrates in a parallel direction or in a vertical direction with respect to the movement direction of the working body. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작동부는 바람에 의하여 회전하는 풍차의 축임을 특징으로 하는 진동 발전장치.The method according to any one of claims 1 to 3,
The operating unit is a vibration generator, characterized in that the axis of the windmill to rotate by the wind. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징에는 바람에 의하여 회전하는 풍차가 일체로 형성되어 있고, 상기 작동부가 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 발전장치.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The wind turbine which is rotated by the wind is integrally formed in the housing, and the operation unit is fixed, characterized in that the vibration generator.
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