KR20120093680A - 압전물질을 이용한 나노전력발전소자 및 비 감지형 와이퍼 제어장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압전물질을 이용한 나노전력발전소자에 관한 것으로, 차량의 프론트 윈도우에 설치되어 우적량 또는 풍량에 따라 전류를 발생시키는 압전소자; 압전소자로부터의 리드선과 일단이 접속되는 다이오드; 및 다이오드의 타단과 접속되어 압전소자에서 발생된 전류를 충전하는 배터리를 포함하는 나노전력발전소자를 제공한다.
또한, 본 발명은 압전물질을 이용한 비 감지형 와이퍼 제어장치에 관한 것으로, 차량의 프론트 윈도우에 설치되어 우적량에 따라 전류를 발생시키는 압전소자; 압전소자에서 발생되는 전류의 양을 감지하는 전류감지부; 전류감지부에서 감지된 전류의 양과 설정값을 비교하여 특정신호를 선택하여 출력하는 비교기; 및 비교기에서 출력된 값과 설정값을 비교하여 와이퍼의 속도를 제어하는 와이퍼속도제어부를 포함하는 와이퍼 제어장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 압전물질을 이용한 비 감지형 와이퍼 제어장치에 관한 것으로, 차량의 프론트 윈도우에 설치되어 우적량에 따라 전류를 발생시키는 압전소자; 압전소자에서 발생되는 전류의 양을 감지하는 전류감지부; 전류감지부에서 감지된 전류의 양과 설정값을 비교하여 특정신호를 선택하여 출력하는 비교기; 및 비교기에서 출력된 값과 설정값을 비교하여 와이퍼의 속도를 제어하는 와이퍼속도제어부를 포함하는 와이퍼 제어장치를 제공한다.
Description
본 발명은 차량에서 압전물질을 이용하여 비나 바람으로부터 전기를 생산하는 나노전력발전소자에 관한 것이며, 또한 차량에서 압전물질을 이용하여 우적량을 감지하여 와이퍼의 속도를 제어하는 장치에 관한 것이다.
대용량화, 다기능화, 초소형화, 초고속화되고 있는 요즘, 넓은 분야에서 “self-powered electronics”에 대한 관심이 폭발하고 있으며, 전원 공급에 관련된 이슈는 미래 산업 발전에 있어서 중요한 문제 중의 하나이다. 최근 다양한 형태의 에너지 기술들이 연구되고 있는데, 특히 압전(piezoelectric), 광전지(photovoltaics), 열전(thermoelectric) 에너지와 같은 차세대 신재생에너지에 대한 관심이 집중되고 있다. 하지만 이들 개별 특성들을 이용한 소자의 경우 아직까지 낮은 출력을 나타내고 있다. 고효율의 에너지 하베스팅 소자 구현을 위한 연구는 전 세계적으로 초기단계로서 전무한 상태이다.
현재 자동차는 휘발유를 통하여 구동하는 방식이 많으며, 이는 자원의 고갈의 문제와 환경오염 문제를 안고 있다. 이에 개발되고 있는 전기자동차의 경우에도 한번 충전으로 구동 가능한 시간이 짧아 잦은 충전을 요한다.
본 발명의 목적은 전기적 에너지를 이용하여 구동하는 차량에 적용할 수 있는 압전 물질을 이용한 전력발생소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 압전물질을 이용한 와이퍼 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 차량의 프론트 윈도우에 설치되어 우적량에 따라 전류를 발생시키는 압전소자; 압전소자에서 발생되는 전류의 양을 감지하는 전류감지부; 전류감지부에서 감지된 전류의 양과 설정값을 비교하여 특정신호를 선택하여 출력하는 비교기; 및 비교기에서 출력된 값과 설정값을 비교하여 와이퍼의 속도를 제어하는 와이퍼속도제어부를 포함하는 와이퍼 제어장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 압전소자는 아래로부터 기판, 하부전극, 1차원 압전물질 및 상부전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전소자는 아래로부터 기판, 하부전극, 2차원 압전물질 및 상부전극을 포함할 수 있다. 2차원 압전물질의 경우 휨강도 및 감도 측면에서 유리하다.
본 발명의 와이퍼 장치는 압전소자로부터의 리드선과 일단이 접속되는 다이오드; 및 다이오드의 타단과 접속되어 압전소자에서 발생된 전류를 충전하는 배터리를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 차량의 프론트 윈도우에 설치되어 우적량 또는 풍량에 따라 전류를 발생시키는 압전소자; 압전소자로부터의 리드선과 일단이 접속되는 다이오드; 및 다이오드의 타단과 접속되어 압전소자에서 발생된 전류를 충전하는 배터리를 포함하는 나노전력발전소자를 제공한다.
또한, 본 발명은 차량의 프론트 윈도우에 설치되어 우적량에 따라 전류를 발생시키는 압전소자; 압전소자에서 발생되는 전류의 양을 감지하여 출력신호로 변환하여 출력하는 전류감지부; 전류감지부로부터 출력되는 신호를 카운트하여 출력하는 카운트 레지스터; 카운트 레지스터로부터 출력되는 신호를 입력받아 필요로 하는 출력신호를 선택하여 출력하는 멀티플렉서; 멀티플렉서로부터 출력되는 신호를 입력받아 특정신호를 선택하여 출력하는 디멀티플렉서; 및 디멀티플렉서로부터의 출력신호에 의해 우적량에 따라 와이퍼의 구동속도를 제어하는 와이퍼 퍼지제어부를 포함하는 와이퍼 제어장치를 제공한다.
본 발명에 따라 압전물질을 이용하여 우적, 바람을 통한 물리적 에너지로부터 전기적 에너지로 변환함으로써, 차량 자체적으로 에너지를 생산하여 자동차의 동력에너지원으로써 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 차량의 우적 감지형 와이퍼 장치에 관한 것으로, 차량의 프론트 윈도우에 압전물질을 이용한 나노전력발전소자를 설치하여 빗물의 양에 따라 발생하는 전기의 양을 검출하여 와이퍼의 속도를 적절하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 와이퍼 제어장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 나노전력발전소자의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 와이퍼 제어장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 압전소자의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전소자의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 나노전력발전소자의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 와이퍼 제어장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 압전소자의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전소자의 구성도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 와이퍼 제어장치의 구성도로서, 압전소자(10), 전류감지부(20), 비교기(30), 와이퍼 속도제어부(40) 등으로 구성된다.
압전소자(10)는 차량의 프론트 윈도우에 설치되어 우적량에 따라 전류를 발생시킨다. 압전소자(10)의 설치 위치 및 면적은 특별히 제한되지 않으며, 필요에 따라 다양하게 조절할 수 있다. 압전소자(10)는 투명하게 제작할 수도 있다.
압전물질은 물리적 에너지(본 발명에서는 우적 에너지)가 가해지면 전기적 포텐셜이 생기는 물질로서, 그 포텐셜에 의해 전기에너지 발생이 가능하다. 이와 같은 원리를 이용하여 압전물질을 사이에 두고 상하부에 전극물질이 증착되어 있으면, 빗물(물리적 에너지)이 상부전극에 떨어질 경우 이 에너지에 의해 전류가 발생하게 된다. 이 전류를 측정하는 센서를 통하여 빗물의 양을 측정한다. 예를 들어 비가 많이 내리면 이로부터 발생하는 전류량이 많을 것이고, 비가 적게 내리면 이로부터 발생하는 전류량이 적을 것이다.
전류감지부(20)는 압전소자(10)에서 발생되는 전류의 양을 감지한다. 전류감지부로는 일반적인 AC/DC 전류 센서 등을 사용할 수 있으며, 압전물질의 형태에 따라 바뀌는 전류 발생 모드(AC/DC)에 따라 결정된다.
비교기(30)는 전류감지부(200에서 감지된 전류의 양과 설정값을 비교하여 특정신호를 선택하여 출력한다.
와이퍼 속도제어부(40)는 비교기(30)에서 출력된 값과 설정값을 비교하여 와이퍼의 속도를 제어한다.
차량의 프론트 윈도우에 설치된 압전소자(10)에서 우적량에 따라 발생되는 전류의 양이 달라지고, 전류감지부(20)에서는 압전소자(10)에서 발생한 전류의 양을 감지한다. 발생되는 전류의 양을 비교기(30)에서 설정값과 비교하여 특정신호를 다른 출력 값으로 출력하며, 와이퍼 속도 제어부(40)에서 상기에서 출력된 값과 설정값을 비교하여 와이퍼의 속도를 제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 나노전력발전소자의 구성도로서, 압전소자(10), 다이오드(50) 및 배터리(60) 등으로 구성된다.
압전소자(10)는 차량의 프론트 윈도우에 설치되어 우적량 또는 풍량에 따라 전류를 발생시킨다.
다이오드(50)는 압전소자(50)로부터의 리드선과 일단이 접속된다.
배터리(60)는 다이오드(50)의 타단과 접속되어 압전소자(10)에서 발생된 전류를 충전한다.
압전소자(10)로부터의 리드선과 역류방지 다이오드(50)의 일단이 접속되고, 상기 역류방지 다이오드(50)의 타단과 충전부인 배터리(60)가 접속되어 상기 압전소자(10)로부터 발생된 전력이 충전될 수 있다.
이러한 나노전력발전소자를 적용하면, 자동차 주행시 혹은 주차시에 외부로부터의 우적, 바람에 의한 물리적 에너지에 의해 전압이 발생되어 전기적 에너지를 발생시키며, 이를 통하여 전기자동차의 전기 충전 배터리의 용량에 한계를 넘어설 수 있는 자가 에너지 발전 자동차를 제공할 수 있다.
압전물질은 물리적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 특성을 가지고 있다. 압전소자에 외부로부터 물리적 에너지를 가하면 압전물질에 strain이 걸리고, 이 strain에 의해서 발생하는 압전 포텐셜에 의해 전기를 발생시키게 된다. 압전물질의 형태에 따라 발생하는 전기모드(AC/DC)가 결정되며, 면적에 따라 발생하는 전류량이 변한다.
전력발전소자는 차량의 프론트 윈도우를 포함하여 차량 전부분에 설치 가능하며, 이를 통하여 발생하는 전기적 에너지를 자동차 배터리에 연결하여 저장할 수 있다. 이와 같이, 우적, 바람으로부터의 물리적 에너지를 차량의 구동을 위한 전기적 에너지로 전환하여 저장할 수 있다.
저장된 전기에너지는 와이퍼 제어장치의 에너지원으로도 활용 가능하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 와이퍼 제어장치의 구성도이다. 압전소자(10), 전류감지부(20), 카운터 레지스터(31), 멀티플렉서(32), 디멀티플렉서(33), 와이퍼 퍼지제어부(41), 속도센서(42) 등으로 구성된다.
압전소자(10)에서 발생하는 전류를 전류감지부(20)로 측정하고, 이를 출력신호로 변환하여 출력하면, 이 출력신호를 카운터레지스터(31)에서 카운트한다. 즉 비의 양에 따라 달라지는 전류의 양을 카운트하여 이를 출력신호로서 출력한다. 멀티플렉서(32)에서는 이러한 출력신호를 입력받아 필요로 하는 출력신호를 선택하여 출력한다. 즉, 카운터레지스터(31)로부터 입력받은 출력신호에 따라 출력하는 신호의 종류가 달라진다. 디멀티플렉서(33)에서는 멀티플렉서(32)로부터 출력되는 신호를 입력받아 특정 신호를 선택하여 출력한다. 와이퍼 퍼지제어부(41)에서는 디멀티플렉서(33)로부터의 출력 신호에 의해 우적량에 따라 와이퍼의 구동 속도를 제어한다.
와이퍼 퍼지 제어부(41)에 연결된 속도 센서(42)는 차량이 정격 속도를 유지할 경우에만 와이퍼가 제어되도록 하고, 만약 차량이 일정 속도 이상으로 주행할 경우에는 운전자의 시야를 생각해서 와이퍼의 속도를 자동 제어하지 않고, 운전자의 조작에만 대응하도록 한다. 즉, 고속에서는 시야가 좁고, 눈이 민감하므로 와이퍼의 속도가 변하는 것이 위험할 수도 있기 때문이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 압전소자의 구성도로서, 아래로부터 아래로부터 기판(11), 하부전극(12), 1차원 압전물질(13) 및 상부전극(14)을 포함한다.
기판(11)은 압전소자에 사용 가능한 것이라면 어느 것을 사용해도 무방하나, 바람직하게는 투명하고 물리적으로 안정한 폴리머, 예를 들어 PEN(polyethylene naphthalate), PES(polyethylene sulfonate), PET(polyethylene terephthalate) 등을 사용하는 것이 좋다.
하부전극(12) 및 상부전극(14)은 압전 물질에 스트레스가 가해졌을 때 발생하는 포텔셜에 의하여 발생하는 전류 및 전압을 전달하는 역할을 하며, 그래핀(Graphene), ITO(Indium Tin Oxide) 등의 얇은 투명 전도성 물질 및 Au, Ag, Pt 등의 얇은 비투명 전도성 물질이 사용 가능하나, 이에 제한되지 않는다.
압전물질(13)로는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 ZnO, BN, PVDF(Polyvinylidene Fluoride), GaN, PZT(납-지르코늄-티타늄 산화물), BTO(바륨-티타늄 산화물) 등을 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전소자의 구성도로서, 아래로부터 기판(11), 하부전극(12), 2차원 압전물질(15) 및 상부전극(14)을 포함한다. 2차원 압전물질(15)의 경우 휨강도 및 감도 측면에서 1차원 압전물질(13)보다 유리하다.
10: 압전소자
11: 기판
12: 하부전극
13: 1차원 압전물질
14: 상부전극
15: 2차원 압전물질
20: 전류감지부
30: 비교기
31: 카운터 레지스터
32: 멀티플렉서
33: 디멀티플렉서
40: 와이퍼 속도제어부
41: 와이퍼 퍼지제어부
42: 속도센서
50: 다이오드
60: 배터리
11: 기판
12: 하부전극
13: 1차원 압전물질
14: 상부전극
15: 2차원 압전물질
20: 전류감지부
30: 비교기
31: 카운터 레지스터
32: 멀티플렉서
33: 디멀티플렉서
40: 와이퍼 속도제어부
41: 와이퍼 퍼지제어부
42: 속도센서
50: 다이오드
60: 배터리
Claims (10)
- 차량의 프론트 윈도우에 설치되어 우적량에 따라 전류를 발생시키는 압전소자;
압전소자에서 발생되는 전류의 양을 감지하는 전류감지부;
전류감지부에서 감지된 전류의 양과 설정값을 비교하여 특정신호를 선택하여 출력하는 비교기; 및
비교기에서 출력된 값과 설정값을 비교하여 와이퍼의 속도를 제어하는 와이퍼속도제어부를 포함하는 와이퍼 제어장치.
- 제1항에 있어서,
압전소자는 아래로부터 기판, 하부전극, 1차원 압전물질 및 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이퍼 제어장치.
- 제1항에 있어서,
압전소자는 아래로부터 기판, 하부전극, 2차원 압전물질 및 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이퍼 제어장치.
- 제1항에 있어서,
압전소자로부터의 리드선과 일단이 접속되는 다이오드; 및
다이오드의 타단과 접속되어 압전소자에서 발생된 전류를 충전하는 배터리를 추가로 포함하는 와이퍼 제어장치.
- 차량의 프론트 윈도우에 설치되어 우적량 또는 풍량에 따라 전류를 발생시키는 압전소자;
압전소자로부터의 리드선과 일단이 접속되는 다이오드; 및
다이오드의 타단과 접속되어 압전소자에서 발생된 전류를 충전하는 배터리를 포함하는 나노전력발전소자.
- 제5항에 있어서,
압전소자는 아래로부터 기판, 하부전극, 1차원 압전물질 및 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노전력발전소자.
- 제5항에 있어서,
압전소자는 아래로부터 기판, 하부전극, 2차원 압전물질 및 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노전력발전소자.
- 차량의 프론트 윈도우에 설치되어 우적량에 따라 전류를 발생시키는 압전소자;
압전소자에서 발생되는 전류의 양을 감지하여 출력신호로 변환하여 출력하는 전류감지부;
전류감지부로부터 출력되는 신호를 카운트하여 출력하는 카운트 레지스터;
카운트 레지스터로부터 출력되는 신호를 입력받아 필요로 하는 출력신호를 선택하여 출력하는 멀티플렉서;
멀티플렉서로부터 출력되는 신호를 입력받아 특정신호를 선택하여 출력하는 디멀티플렉서; 및
디멀티플렉서로부터의 출력신호에 의해 우적량에 따라 와이퍼의 구동속도를 제어하는 와이퍼 퍼지제어부를 포함하는 와이퍼 제어장치.
- 제8항에 있어서,
압전소자는 아래로부터 기판, 하부전극, 1차원 압전물질 및 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이퍼 제어장치.
- 제8항에 있어서,
압전소자는 아래로부터 기판, 하부전극, 2차원 압전물질 및 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이퍼 제어장치.
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ID=46885031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110013386A KR20120093680A (ko) | 2011-02-15 | 2011-02-15 | 압전물질을 이용한 나노전력발전소자 및 비 감지형 와이퍼 제어장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20120093680A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105337560A (zh) * | 2014-08-04 | 2016-02-17 | 北京纳米能源与***研究所 | 一种复合能源装置和发电方法 |
-
2011
- 2011-02-15 KR KR1020110013386A patent/KR20120093680A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105337560A (zh) * | 2014-08-04 | 2016-02-17 | 北京纳米能源与***研究所 | 一种复合能源装置和发电方法 |
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