KR20170017565A - Piezoelectric energy harvester and battery charging device having thereof - Google Patents

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KR20170017565A
KR20170017565A KR1020150111695A KR20150111695A KR20170017565A KR 20170017565 A KR20170017565 A KR 20170017565A KR 1020150111695 A KR1020150111695 A KR 1020150111695A KR 20150111695 A KR20150111695 A KR 20150111695A KR 20170017565 A KR20170017565 A KR 20170017565A
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piezoelectric energy
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KR1020150111695A
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정인화
성재석
김희욱
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삼성전기주식회사
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/183—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators using impacting bodies
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

Provided are a piezoelectric energy harvester and a battery charging device including the same, capable of collecting energy wasted in a natural environment. According to one embodiment of the present invention, the piezoelectric energy harvester includes: a housing member formed therein with a hollow; a support member having both ends coupled to the housing member and provided in the hollow of the housing member; a piezoelectric member disposed in the support member; and a magnet member provided in the housing member, such that when a position of a center portion of the support member is changed by an external force, the center portion of the support member is continuously vibrated by a magnetic force. In addition, according to another embodiment of the present invention, the battery charging device includes: a seating member on which a battery is seated; a cover member having one end hinged to the seating member; and a piezoelectric energy harvester provided on at least one of the seating member and the cover member.

Description

압전 에너지 하베스터 및 이를 포함하는 배터리 충전장치{Piezoelectric energy harvester and battery charging device having thereof}Technical Field [0001] The present invention relates to a piezoelectric energy harvester and a battery charging device including the piezoelectric energy harvester,

본 발명은 압전 에너지 하베스터 및 이를 포함하는 배터리 충전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압전부재를 활용하여 에너지를 수집하는 발명에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a piezoelectric energy harvester and a battery charging apparatus including the same, and more particularly, to an invention for collecting energy using a piezoelectric member.

최근 주목받고 있는 에너지 하베스팅(harvesting) 기술은 다양한 에너지원을 수확하여 전기 에너지로 변환하는 기술이다. Energy harvesting technology, which has recently attracted attention, is a technology that harvests various energy sources and converts them into electrical energy.

이와 같은 에너지 하베스팅 기술은 이용되지 않고 낭비되는 에너지를 수집 대상으로 하고 있기 때문에, 발전량은 미미하다. 따라서, 에너지 하베스팅 기술은 주로 센서 구동용 전원 또는 데이터 전송용 전자 기기의 전원을 보조하는 역할을 수행하고 있다.Since such energy harvesting technology is not used and waste energy is collected, the amount of generated electricity is insignificant. Therefore, the energy harvesting technology plays a role of assisting the power supply of the sensor driving power source or the data transmission electronic equipment.

현재 개발 중인 에너지 하베스팅 기술은 크게 전자파 에너지 하베스팅, 역학적 에너지 하베스팅, 열 에너지 하베스팅 기술로 나뉠 수 있다. 이 중에서 역학적 에너지 하베스팅 기술은 자전거 페달에 의한 힘이나 외부 압력에 의한 힘 등을 이용하는 기술이다.Energy harvesting technology currently under development can be divided into electromagnetic energy harvesting, mechanical energy harvesting, and thermal energy harvesting technology. Among these, mechanical energy harvesting technology is a technique that utilizes the force by the bicycle pedal or the force by the external pressure.

특히, 종전의 스마트워치(smart watch) 등의 웨어러블 기기(wearable device)의 경우에는 외부 전원에 의한 충전 등의 방법을 사용하였는데, 이러한 방법은 웨어러블 기기의 자유도를 저해하는 한계가 있었다.Particularly, in the case of a wearable device such as a conventional smart watch, a method of charging by an external power source is used. However, such a method has a limitation in hindering the degree of freedom of the wearable device.

따라서, 웨어러블 기기는 신체의 움직임에 의해 낭비되는 에너지를 수집하여 전력원으로 활용할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하게 되었다.Therefore, it is necessary to study the method of collecting the energy wasted by the movement of the wearable device and utilizing it as a power source.

더하여, 웨어러블 기기 이외의 스마트 폰(smart phone) 등의 휴대용 기기(portable device)의 경우에도, 외부 전원에 의존하는 경우에는 기기의 사용 시간 및 공간의 제한 등의 자유도를 저해하는 문제가 있었다. In addition, even in the case of a portable device such as a smart phone other than a wearable device, there is a problem that the degree of freedom such as limitation of the use time and space of the device is deteriorated when the device is dependent on the external power source.

따라서, 이와 같은 휴대용 기기의 경우에도 자연 환경에서 낭비되는 에너지를 활용하여 전력원으로 확보하는 연구가 필요하게 되었다.Therefore, even in the case of such a portable device, it is necessary to research to utilize waste energy in a natural environment to secure it as a power source.

본 발명의 목적은 자연 환경에서 낭비되는 에너지를 수집할 수 있는 압전 에너지 하베스터 및 이를 포함하는 배터리 충전장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a piezoelectric energy harvester capable of collecting energy wasted in a natural environment and a battery charging device including the same.

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터는 내부에 중공이 형성된 하우징부재, 양단부가 상기 하우징부재에 결합되어, 상기 하우징부재의 내부 중공에 구비되는 지지부재, 상기 지지부재에 배치되는 압전부재 및 외력에 의해 상기 지지부재의 중앙부 위치가 변동되면, 자기력에 의해 상기 지지부재 중앙부의 진동을 지속시키게 상기 하우징부재에 구비되는 자석부재를 포함할 수 있다.A piezoelectric energy harvester according to an embodiment of the present invention includes a housing member having a hollow inside, a support member having both ends connected to the housing member and provided in the hollow of the housing member, a piezoelectric member disposed on the support member, And a magnet member provided on the housing member to sustain the vibration of the central portion of the support member by a magnetic force when the central position of the support member is changed by an external force.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터의 상기 자석부재는, 상기 하우징부재의 내부면에 결합되는 고정자석을 포함할 수 있다.Further, the magnet member of the piezoelectric energy harvester according to an embodiment of the present invention may include a stationary magnet coupled to the inner surface of the housing member.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터의 상기 고정자석은, 상기 지지부재의 중앙부와 대면하는 위치에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.Further, the fixed magnet of the piezoelectric energy harvester according to an embodiment of the present invention may be provided at a position facing the center of the support member.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터의 상기 자석부재는, 상기 고정자석과 대면하는 상기 지지부재의 부분에 결합되는 보조자석을 더 포함할 수 있다.The magnet member of the piezoelectric energy harvester according to an embodiment of the present invention may further include an auxiliary magnet coupled to a portion of the support member facing the stationary magnet.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터의 상기 지지부재는, 형상 변형시에 탄성 회복되는 전도체인 금속소재로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the support member of the piezoelectric energy harvester according to an embodiment of the present invention may be formed of a metal material, which is a conductor that is resiliently restored when the shape is deformed.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터의 상기 압전부재는, 상기 지지부재에 일단부가 고정되고, 타단부는 자유단으로 제공될 수 있다.Further, the piezoelectric member of the piezoelectric energy harvester according to an embodiment of the present invention may have one end fixed to the support member and the other end provided as a free end.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터의 상기 압전부재는, 상기 지지부재의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the piezoelectric member of the piezoelectric energy harvester may include a plurality of piezoelectric members on at least one of the upper surface and the lower surface of the support member.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 충전장치는 배터리가 안착되는 안착부재, 상기 안착부재에 일단부가 힌지결합되는 커버부재 및 상기 안착부재 및 상기 커버부재 중 적어도 하나에 구비되는, 상기 압전 에너지 하베스터를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a battery charging apparatus including: a seating member on which a battery is mounted; a cover member hinged to the seating member at one end thereof; Harvesters may be included.

본 발명의 압전 에너지 하베스터 및 이를 포함하는 배터리 충전장치는 외력에 의해 발생하는 에너지를 수집할 수 있다.The piezoelectric energy harvester of the present invention and the battery charging device including the same can collect energy generated by an external force.

더하여, 본 발명의 압전 에너지 하베스터 및 이를 포함하는 배터리 충전장치는 외력에 의한 에너지 수집을 압전부재에 의해 구현하며, 이와 같은 압전부재에 의한 에너지 수집 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.In addition, the piezoelectric energy harvester of the present invention and the battery charging device including the piezoelectric energy harvester realize the energy collection by external force by the piezoelectric member, and the energy collection efficiency by the piezoelectric member can be improved.

도 1은 본 발명의 압전 에너지 하베스터를 도시한 정면도이다.
도 2는 본 발명의 압전 에너지 하베스터가 보조자석을 포함하는 실시예를 도시한 정면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 압전 에너지 하베스터의 압전부재에 압력이 인가되는 작동상태를 도시한 정면도이다.
도 4는 본 발명의 압전 에너지 하베스터에서 압전부재가 배치된 상태로 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 배터리 충전장치의 회로 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 배터리 충전장치를 도시한 사시도이다.1 is a front view showing a piezoelectric energy harvester of the present invention.
2 is a front view showing an embodiment in which the piezoelectric energy harvester of the present invention includes an auxiliary magnet.
3A and 3B are front views showing an operating state in which pressure is applied to the piezoelectric member of the piezoelectric energy harvester of the present invention.
4 is a front view of the piezoelectric energy harvester of the present invention in a state in which the piezoelectric member is disposed.
5 is a diagram showing the circuit configuration of the battery charging device of the present invention.
6 is a perspective view showing the battery charging apparatus of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventive concept. Other embodiments falling within the scope of the inventive concept may readily be suggested, but are also considered to be within the scope of the present invention.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
The same reference numerals are used to designate the same components in the same reference numerals in the drawings of the embodiments.

도 1은 본 발명의 압전 에너지 하베스터(100)를 도시한 정면도로써, 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터(100)는 내부에 중공이 형성된 하우징부재(110), 양단부가 상기 하우징부재(110)에 결합되어, 상기 하우징부재(110)의 내부 중공에 구비되는 지지부재(120), 상기 지지부재(120)에 배치되는 압전부재(130) 및 외력에 의해 상기 지지부재(120)의 중앙부 위치가 변동되면, 자기력에 의해 상기 지지부재(120) 중앙부의 진동을 지속시키게 상기 하우징부재(110)에 구비되는 자석부재(140)를 포함할 수 있다.1 is a front view of a piezoelectric energy harvester 100 according to the present invention. Referring to FIG. 1, a piezoelectric energy harvester 100 according to an embodiment of the present invention includes a housing member 110 having a hollow therein, A support member 120 coupled to the housing member 110 and provided in the hollow of the housing member 110, a piezoelectric member 130 disposed on the support member 120, 120 may include a magnet member 140 provided on the housing member 110 to continuously vibrate the center of the support member 120 by a magnetic force when the center position of the support member 120 varies.

이와 같이 본 발명의 압전 에너지 하베스터(100)는 하우징부재(110), 지지부재(120), 압전부재(130), 자석부재(140) 등을 포함함으로써, 외력에 의해 발생하는 에너지의 수집 효율을 높일 수 있다.
As described above, the piezoelectric energy harvester 100 of the present invention includes the housing member 110, the support member 120, the piezoelectric member 130, the magnet member 140, and the like, so that the energy collection efficiency .

상기 하우징부재(110)는 상기 지지부재(120), 압전부재(130), 자석부재(140) 등이 구비되는 바디와 같은 역할을 하게 된다.The housing member 110 functions as a body having the support member 120, the piezoelectric member 130, the magnet member 140, and the like.

그리고, 상기 하우징부재(110)는 내부에 상기 지지부재(120) 등을 구비하기 위해서, 내부에 중공이 형성되어 제공될 수 있다. 이와 같은 하우징부재(110)는 후술할 배터리 충전장치(1) 등의 일부 구성 부재 중에 하나와 일체로 형성될 수도 있다. In addition, the housing member 110 may be provided with a hollow inside thereof in order to provide the support member 120 and the like therein. Such a housing member 110 may be integrally formed with one of some constituent members of a battery charging apparatus 1 or the like to be described later.

즉, 상기 배터리 충전장치(1)의 안착부재(200), 커버부재(300) 등에 구비되어 제공될 수 있는 것이다.
That is, it can be provided in the seating member 200, the cover member 300, and the like of the battery charging apparatus 1.

상기 지지부재(120)는 외력에 의한 영향을 압전부재(130)로 전달하는 역할을 하게 된다. 이를 위해서, 상기 지지부재(120)는 상기 하우징부재(110)에 구비될 수 있으며, 상기 압전부재(130)가 구비될 수 있다.The support member 120 serves to transmit the influence of the external force to the piezoelectric member 130. To this end, the support member 120 may be provided on the housing member 110, and the piezoelectric member 130 may be provided.

특히, 상기 지지부재(120)는 상기 자석부재(140)에 의해서 진동이 지속됨으로써, 외력에 의한 에너지 수집 효율을 높일 수 있게 된다.In particular, since the vibration of the support member 120 is sustained by the magnet member 140, energy collection efficiency due to external force can be increased.

이를 위해서, 상기 지지부재(120)는 상기 지지부재(120)의 양단부만이 상기 하우징부재(110)의 내부에 결합되고, 상기 지지부재(120)의 중앙부는 자유롭게 진동될 수 있게 구비될 수 있다.To this end, the support member 120 may include only the opposite ends of the support member 120 coupled to the inside of the housing member 110, and a central portion of the support member 120 may be freely oscillated .

상기 지지부재(120)의 양단부가 상기 하우징부재(110)와 결합되는 것은 본딩(bonding) 또는 볼팅(bolting)에 의할 수도 있나, 이에 한정되는 것은 아니다.Both ends of the support member 120 may be coupled to the housing member 110 by bonding or bolting, but the present invention is not limited thereto.

더하여, 상기 지지부재(120)는 외력에 의한 진동을 지속할 수 있기 위해서, 탄성 회복될 수 있는 금속소재로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the support member 120 is formed of a metal material that can be resiliently restored in order to sustain vibration by an external force.

다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터(100)의 상기 지지부재(120)는, 형상 변형시에 탄성 회복되는 전도체인 금속소재로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In other words, the support member 120 of the piezoelectric energy harvester 100 according to an embodiment of the present invention may be formed of a metal material, which is a conductor that is resiliently restored when the shape is deformed.

그리고, 상기 지지부재(120)는 금속소재로 형성됨으로써, 전도체로 제공될 수 있다. 이는 상기 자석부재(140)에 의해서 상기 지지부재(120)의 진동을 지속하기 위한 것이다.Further, the support member 120 may be formed of a metal material, thereby being provided as a conductor. This is for sustaining the vibration of the support member 120 by the magnet member 140.

즉, 상기 지지부재(120)의 일부가 외력에 의해서 위치 변경되면 상기 자석부재(140)와의 상호 인력 또는 척력에 의해서 상기 지지부재(120)의 위치 변경된 부분에 자기력을 부가할 수 있기 때문에, 상기 지지부재(120)의 진동을 지속할 수 있게 되는 것이다.That is, when a part of the support member 120 is displaced by an external force, a magnetic force can be applied to the position-changed portion of the support member 120 due to mutual attraction or repulsion with the magnet member 140, The vibration of the support member 120 can be continued.

여기서 상기 지지부재(120)가 전도체 소재로 제공되어야 하는 경우는, 상기 자석부재(140)가 상기 지지부재(120)의 외부만 제공되는 경우이고, 상기 지지부재(120)가 후술할 보조자석(142)이 구비되는 경우에는 그러한 제한 사항이 없다. 이에 대한 자세한 설명은 도 2를 참조하여 후술한다.
Here, when the support member 120 is to be provided as a conductive material, the magnet member 140 is provided only outside the support member 120. When the support member 120 is provided on the auxiliary magnet 120 142 are provided, there is no such restriction. A detailed description thereof will be described later with reference to Fig.

상기 압전부재(130)는 변위가 발생하는 경우에 압전효과에 의해서 전위차를 발생시켜 전기 에너지를 발생시키는 역할을 하게 된다. 이를 위해서, 상기 압전부재(130)는 상기 지지부재(120)에 배치된다. When the displacement occurs, the piezoelectric member 130 generates a potential difference by a piezoelectric effect to generate electric energy. To this end, the piezoelectric member 130 is disposed on the support member 120.

그리고, 상기 압전부재(130)는 티탄산 지르콘산 연(Lead zirconate titanate), 티탄산바륨(BaTiO₃), 티탄산연(PbTiO₃), 니오브산리튬(LiNbO₃) 또는 수정(SiO₂) 등으로 형성될 수 있다.The piezoelectric member 130 may be formed of Lead zirconate titanate, BaTiO 3, PbTiO 3, LiNbO 3, or SiO 2.

상기 압전부재(130)가 전기 에너지를 발생시키기 위해 변위를 발생시키는 작동상태에 대하여는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 후술한다.
An operation state in which the piezoelectric member 130 generates displacement to generate electric energy will be described later with reference to FIGS. 3A and 3B.

상기 자석부재(140)는 상기 지지부재(120)가 외력에 의해서 위치가 변동되었을 때, 이러한 위치 변동의 상태를 진동으로 지속시키는 역할을 하게 된다.The magnet member 140 serves to sustain the state of the positional fluctuation when the position of the support member 120 is changed by an external force.

여기서, 상기 지지부재(120)가 외력에 의해서 일측으로 위치 변동되었을 때, 상기 압전부재(130)가 전기 에너지를 발생시키기 때문에, 상기 지지부재(120)의 위치 변동 횟수가 증가할수록 상기 압전부재(130)에 의한 전기 에너지 발생의 횟수도 증가하게 된다.Since the piezoelectric member 130 generates electric energy when the support member 120 is displaced to one side by an external force, as the number of position changes of the support member 120 increases, The number of times of generation of electric energy by the electric power generating unit 130 is also increased.

따라서, 발생하는 전기 에너지를 증가시키기 위해서, 상기 자석부재(140)는 상기 지지부재(120)의 위치 변동 횟수를 증가시키는 역할을 하는 것이다.Therefore, in order to increase the electric energy generated, the magnet member 140 serves to increase the number of positional fluctuations of the support member 120. [

이를 위해서, 상기 자석부재(140)는 고정자석(141), 보조자석(142) 등을 포함할 수 있다. 여기서는 상기 고정자석(141)에 대하여 설명하고, 상기 보조자석(142)에 대하여는 도 2를 참조하여 후술한다.For this purpose, the magnet member 140 may include a stationary magnet 141, an auxiliary magnet 142, and the like. Here, the fixed magnet 141 will be described, and the auxiliary magnet 142 will be described later with reference to Fig.

상기 고정자석(141)은 상기 지지부재(120)에 외력이 작용하였을 때, 자기력에 의한 상기 지지부재(120)와의 상호 작용으로 상기 지지부재(120)에 진동을 지속시키게 된다.When the external force is applied to the support member 120, the stationary magnet 141 vibrates the support member 120 by interaction with the support member 120 by magnetic force.

이를 위해, 상기 고정자석(141)은 상기 하우징부재(110)에 결합될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터(100)의 상기 자석부재(140)는, 상기 하우징부재(110)의 내부면에 결합되는 고정자석(141)을 포함할 수 있다.For this purpose, the stationary magnet 141 may be coupled to the housing member 110. That is, the magnet member 140 of the piezoelectric energy harvester 100 according to an embodiment of the present invention may include a stationary magnet 141 coupled to the inner surface of the housing member 110.

여기서, 상기 자석부재(140)가 상기 고정자석(141)만을 구비하는 경우에는, 상기 고정자석(141)과 상기 지지부재(120) 사이의 상호 작용을 위해서, 상기 지지부재(120)는 전도체로 제공되는 것이 바람직하다.Here, when the magnet member 140 includes only the stationary magnet 141, the support member 120 may be formed of a conductive material so as to interact with the stationary magnet 141 and the support member 120, .

즉, 상기 고정자석(141)에 의한 자기력에 영향을 받기 위해서, 상기 지지부재(120)는 전도체로 제공되어야 하는 것이다. 이러한 경우에, 균형된 상태로 정지되어 있던 상기 지지부재(120)가 외력에 의해서 일부분의 위치가 변동되게 되면, 상기 고정자석(141)에서 발생시키는 자기력과 상기 지지부재(120) 사이에는 작용힘의 불균형이 발생하여 상기 지지부재(120)는 상기 고정자석(141)과 척력 또는 인력이 작용하며 진동을 지속할 수 있게 된다.That is, in order to be affected by the magnetic force of the fixed magnet 141, the support member 120 must be provided as a conductor. In this case, when the position of a part of the support member 120 which has been stopped in a balanced state is changed by the external force, a magnetic force generated by the fixed magnet 141 and an action force So that the support member 120 can continue to vibrate due to repulsive force or attractive force acting on the fixed magnet 141.

이를 위해서, 상기 지지부재(120)의 일면에 대면하여 구비되는 일 고정자석(141)과 상기 지지부재(120)의 타면에 대면하게 구비되는 다른 고정자석(141)은 서로 극성이 다르거나 같게 구비될 수 있다.To this end, one fixed magnet 141 provided on one side of the supporting member 120 and the other fixed magnet 141 provided on the other side of the supporting member 120 have different polarities or the same polarity .

더하여, 상기 고정자석(141)은 상기 지지부재(120)에 작용하는 자기력을 좀 더 증가시키기 위해서, 상기 고정자석(141)은 상기 지지부재(120)의 중앙부와 대면하게 구비될 수도 있다. The fixed magnet 141 may be provided to face the central portion of the support member 120 to further increase the magnetic force acting on the support member 120. [

다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터(100)의 상기 고정자석(141)은, 상기 지지부재(120)의 중앙부와 대면하는 위치에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.In other words, the fixed magnet 141 of the piezoelectric energy harvester 100 according to the embodiment of the present invention may be provided at a position facing the central portion of the support member 120.

이는 상기 지지부재(120)의 양단부는 상기 하우징부재(110)에 고정되어 있어서, 상기 지지부재(120)에서 위치 변경의 변위가 가장 큰 부분은 상기 지지부재(120)의 중앙부이기 때문에, 상기 고정자석(141)도 상기 지지부재(120)의 중앙부에 대면하는 부분에 구비되는 것이다.This is because the both ends of the support member 120 are fixed to the housing member 110 so that the displacement of the support member 120 having the greatest displacement is the center of the support member 120, The magnet 141 is also provided at a portion facing the center of the support member 120.

이에 의하면, 상기 고정자석(141)이 발생하는 자기력은 상기 지지부재(120)의 다른 부분에 비하여 중앙부에 더 크게 작용하기 때문에, 상기 지지부재(120)의 중앙부의 변위를 더 크게 형성할 수 있게 된다.
Since the magnetic force generated by the fixed magnet 141 is greater at the center portion than at the other portions of the support member 120, the displacement of the center portion of the support member 120 can be made larger do.

도 2는 본 발명의 압전 에너지 하베스터(100)가 보조자석(142)을 포함하는 실시예를 도시한 정면도로써, 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터(100)의 상기 자석부재(140)는, 상기 고정자석(141)과 대면하는 상기 지지부재(120)의 부분에 결합되는 보조자석(142)을 더 포함할 수 있다.FIG. 2 is a front view illustrating an embodiment in which the piezoelectric energy harvester 100 of the present invention includes an auxiliary magnet 142. Referring to FIG. 2, the piezoelectric energy harvester 100 according to the embodiment of the present invention includes: The member 140 may further include an auxiliary magnet 142 coupled to a portion of the support member 120 facing the stationary magnet 141.

이는 상기 지지부재(120)의 일부가 외력에 의해서 위치 변경되면 상기 자석부재(140)와의 상호 인력 또는 척력에 의해서 상기 지지부재(120)의 위치 변경된 부분의 진동을 지속하기 위한 것이다.This is to sustain the vibration of the position-changed portion of the support member 120 due to mutual attraction or repulsion between the support member 120 and the magnet member 140 when a part of the support member 120 is displaced by an external force.

다시 말해, 상기 하우징부재(110)에 결합되어 제공되는 상기 자석부재(140)의 고정자석(141)이 발생키는 자기력과의 상호 작용을 위해서, 상기 지지부재(120)는 상기 자기력에 영향을 받는 구성으로 제공되어야 한다.In other words, in order to interact with the magnetic force generated by the fixed magnet 141 of the magnet member 140 coupled to the housing member 110, the support member 120 may affect the magnetic force It should be provided as a receiving configuration.

여기서, 상기 지지부재(120)가 직접 전도체의 소재로 제공되어 상기 자기력에 의한 영향을 받을 수도 있으나, 상기 보조자석(142)에 의해서 간접적으로 영향을 받을 수도 있다. Here, the support member 120 may be directly provided as a conductor to be affected by the magnetic force, but may be indirectly affected by the auxiliary magnet 142.

즉, 상기 지지부재(120)에 결합된 상기 보조자석(142)은 상기 지지부재(120)가 외력에 의해 위치 변동되면 함께 위치 변동되며, 이에 따라 상기 고정자석(141)과의 사이에 작용하는 자기력의 불균형이 발생하게 된다. 이때 상기 보조자석(142)은 상기 고정자석(141)과의 사이에 척력 또는 인력을 발생시키며 상기 지지부재(120)의 진동을 지속시키게 된다.
That is, the auxiliary magnet 142 coupled to the support member 120 is displaced together with the support member 120 when the support member 120 is displaced by an external force, An unbalance of the magnetic force occurs. At this time, the auxiliary magnet 142 generates a repulsive force or attraction force with the fixed magnet 141, and the vibration of the support member 120 is continued.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 압전 에너지 하베스터(100)의 압전부재(130)에 압력이 인가되는 작동상태를 도시한 정면도이다. 여기서, 도 3a는 외력이 작용하지 않은 상태를 도시한 것이고, 도 3b는 외력이 작용하여 상기 지지부재(120)가 변형된 경우를 도시한 것이다.3A and 3B are front views showing an operating state in which pressure is applied to the piezoelectric member 130 of the piezoelectric energy harvester 100 of the present invention. 3A shows a state in which no external force is applied, and FIG. 3B shows a case in which the support member 120 is deformed by an external force.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터(100)의 상기 압전부재(130)는, 상기 지지부재(120)에 일단부가 고정되고, 타단부는 자유단으로 제공될 수 있다.3A and 3B, the piezoelectric member 130 of the piezoelectric energy harvester 100 according to the embodiment of the present invention has one end fixed to the support member 120 and the other end fixed at a free end Can be provided.

이와 같이, 상기 압전부재(130)의 일단부만을 고정시킨 것은 상기 지지부재(120)가 외력에 의해서 일부분(대부분 중앙부)의 위치가 변경되면, 상기 압전부재(130)의 타단부가 가압되게 하기 위한 것이다.When only one end of the piezoelectric member 130 is fixed by the external force, the other end of the piezoelectric member 130 is pressed .

일례로, 상기 압전부재(130)는 강체(rigid body)로 제공되고, 상기 지지부재(120)는 탄성 회복 가능한 소재로 제공되고, 양단부가 고정된 상기 지지부재(120)가 외력을 받으면 상기 지지부재(120)의 중앙부는 위나 아래로 위치가 변동된다.For example, the piezoelectric member 130 is provided as a rigid body, the support member 120 is provided as a material capable of elastic recovery, and when the support member 120 to which both ends are fixed receives an external force, The central portion of the member 120 is shifted up or down.

이와 같은 경우에 상기 지지부재(120)는 일측으로 밴딩된 곡선을 형성하게 되며, 일단부가 고정된 상기 압전부재(130)는 타단부가 상기 지지부재(120)에 의해 가압되게 된다.In this case, the support member 120 forms a curve bent to one side, and the other end of the piezoelectric member 130 to which one end is fixed is pressed by the support member 120.

즉, 도 3a의 상태에서 도 3b의 상태가 되면, 상기 압전부재(130)는 타단부가 가압되어 압전효과에 의해서 전기 에너지를 발생시키게 되는 것이다.That is, when the state shown in FIG. 3A is changed to the state shown in FIG. 3B, the other end of the piezoelectric member 130 is pressed to generate electric energy by the piezoelectric effect.

다시 말해, 상기 압전부재(130)의 타단부에서는 변위가 발생하게 되고, 전기적 분극이 일어나게 된다. 이에 따라, 상기 압전부재(130)에 구비된 전극에서 전압이 발생하게 된다.
In other words, displacement occurs at the other end of the piezoelectric member 130, and electrical polarization occurs. Accordingly, a voltage is generated at the electrode of the piezoelectric member 130.

도 4는 본 발명의 압전 에너지 하베스터(100)에서 압전부재(130)가 배치된 상태로 도시한 정면도로써, 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스터(100)의 상기 압전부재(130)는, 상기 지지부재(120)의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.4 is a front view of the piezoelectric energy harvester 100 according to the present invention in a state where the piezoelectric member 130 is disposed. Referring to FIG. 4, the piezoelectric energy harvester 100 according to the embodiment of the present invention, (130) may include a plurality of support members on at least one of an upper surface and a lower surface of the support member (120).

다시 말해, 외력에 의해서 발생되는 전기 에너지의 양을 증가시키기 위해서, 상기 압전부재(130)를 상기 지지부재(120)에 복수 개 구비시킬 수 있는 것이다.In other words, in order to increase the amount of electric energy generated by the external force, a plurality of the piezoelectric members 130 may be provided in the support member 120.

특히, 상기 지지부재(120)의 일면뿐만 아니라 양면 모두에 상기 압전부재(130)를 구비시킬 수도 있다.
In particular, the piezoelectric member 130 may be provided on both sides of the support member 120 as well as on one side.

도 5는 본 발명의 배터리 충전장치(1)의 회로 구성을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 배터리 충전장치(1)를 도시한 사시도이다.Fig. 5 is a diagram showing a circuit configuration of the battery charging apparatus 1 of the present invention, and Fig. 6 is a perspective view showing the battery charging apparatus 1 of the present invention.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 충전장치(1)는 배터리(2)가 안착되는 안착부재(200), 상기 안착부재(200)에 일단부가 힌지결합되는 커버부재(300) 및 상기 안착부재(200) 및 상기 커버부재(300) 중 적어도 하나에 구비되는, 상기 압전 에너지 하베스터(100)를 포함할 수 있다.5 and 6, a battery charging apparatus 1 according to another embodiment of the present invention includes a seating member 200 on which a battery 2 is seated, a cover 200 having one end hinged to the seating member 200, And the piezoelectric energy harvester 100 provided on at least one of the member 300 and the seating member 200 and the cover member 300. [

다시 말해, 전술한 압전 에너지 하베스터(100)가 구비될 수 있는 일례로써, 배터리 충전장치(1)를 제시한 것이다. 그리고, 상기 압전 에너지 하베스터(100)는 상기 안착부재(200) 또는 커버부재(300)의 내부에 구비될 수 있다.In other words, the battery charging device 1 is shown as an example in which the above-described piezoelectric energy harvester 100 can be provided. The piezoelectric energy harvester 100 may be installed in the seating member 200 or the cover member 300.

특히, 상기 커버부재(300)는 열리고 닫히는 등으로 그 위치 변동이 심하기 때문에, 상기 압전 에너지 하베스터(100)에 외력이 작용하는 기회가 크므로, 전기 에너지 수집에 유리할 수 있다.Particularly, since the position of the cover member 300 is greatly changed due to the opening and closing of the cover member 300, an external force acts on the piezoelectric energy harvester 100, which is advantageous for electric energy collection.

더하여, 상기 안착부재(200)는 상기 배터리(2)가 안착되는 안착홈 주변에 상기 압전 에너지 하베스터(100)를 구비시킴으로써, 상기 배터리(2)와의 사이의 충돌에 의한 외력을 발생시켜 전기 에너지를 수집할 수 있다.In addition, the seating member 200 includes the piezoelectric energy harvester 100 around the seating groove where the battery 2 is seated, thereby generating an external force due to the collision with the battery 2, Can be collected.

여기서, 상기 안착홈과 상기 배터리(2) 사이에 일정 간격이 구비되게 상기 안착홈을 형성함으로써, 상기 배터리(2)와 상기 압전 에너지 하베스터(100) 사이의 충격력(상기 압전 에너지 하베스터(100) 입장에서는 외력)을 증가시킬 수도 있다.Since the seating groove is formed at a predetermined distance between the seating groove and the battery 2, the impact force between the battery 2 and the piezoelectric energy harvester 100 (the position of the piezoelectric energy harvester 100) May be increased.

그리고, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 압전 에너지 하베스터(100)에서 발생된 에너지는 정류기(3)를 거쳐 상기 캐패시터(4)에 저장되며, 상기 컨버터(5)를 통해 안정된 전압으로 변환되어 상기 배터리(2)로 전달된다.
5, the energy generated in the piezoelectric energy harvester 100 is stored in the capacitor 4 via the rectifier 3, converted into a stable voltage through the converter 5, And is transmitted to the battery 2.

이와 같이, 본 발명의 압전 에너지 하베스터(100) 및 이를 포함하는 배터리 충전장치(1)는 압전부재(130)를 활용하여 에너지를 수집하는 발명에 관한 것이다.As described above, the piezoelectric energy harvester 100 and the battery charging apparatus 1 including the same according to the present invention relate to an invention for collecting energy using the piezoelectric member 130. [

다시 말해, 본 발명의 압전 에너지 하베스터(100) 및 이를 포함하는 배터리 충전장치(1)는 외력에 의해 발생하는 에너지를 수집할 수 있으며, 이에 더하여, 외력에 의한 에너지 수집 효율을 높일 수 있다.In other words, the piezoelectric energy harvester 100 of the present invention and the battery charging apparatus 1 including the same can collect energy generated by an external force, and in addition, it is possible to increase energy collection efficiency by an external force.

1: 배터리 충전장치 2: 배터리
3: 정류기 4: 캐패시터
5: 컨버터 100: 압전 에너지 하베스터
110: 하우징부재 120: 지지부재
130: 압전부재 140: 자석부재
141: 고정자석 142: 보조자석
200: 안착부재 300: 커버부재1: Battery charging device 2: Battery
3: rectifier 4: capacitor
5: Converter 100: Piezoelectric energy harvester
110: housing member 120: support member
130: Piezoelectric member 140: Magnet member
141: stationary magnet 142: auxiliary magnet
200: seat member 300: cover member

Claims (8)

내부에 중공이 형성된 하우징부재;
양단부가 상기 하우징부재에 결합되어, 상기 하우징부재의 내부 중공에 구비되는 지지부재;
상기 지지부재에 배치되는 압전부재; 및
외력에 의해 상기 지지부재의 중앙부 위치가 변동되면, 자기력에 의해 상기 지지부재 중앙부의 진동을 지속시키게 상기 하우징부재에 구비되는 자석부재;
를 포함하는 압전 에너지 하베스터.A housing member having a hollow formed therein;
A support member having both ends coupled to the housing member and provided in an inner hollow of the housing member;
A piezoelectric member disposed on the support member; And
A magnet member provided on the housing member to sustain a vibration of a center portion of the support member by a magnetic force when a position of the center portion of the support member varies due to an external force;
A piezoelectric energy harvester. 제1항에 있어서,
상기 자석부재는,
상기 하우징부재의 내부면에 결합되는 고정자석;
을 포함하는 압전 에너지 하베스터.The method according to claim 1,
Wherein the magnet member comprises:
A stationary magnet coupled to the inner surface of the housing member;
A piezoelectric energy harvester. 제2항에 있어서,
상기 고정자석은, 상기 지지부재의 중앙부와 대면하는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 압전 에너지 하베스터.3. The method of claim 2,
Wherein the stationary magnet is provided at a position facing the central portion of the support member. 제2항에 있어서,
상기 자석부재는,
상기 고정자석과 대면하는 상기 지지부재의 부분에 결합되는 보조자석;
을 더 포함하는 압전 에너지 하베스터.3. The method of claim 2,
Wherein the magnet member comprises:
An auxiliary magnet coupled to a portion of the support member facing the stationary magnet;
Further comprising a piezoelectric energy harvester. 제1항에 있어서,
상기 지지부재는, 형상 변형시에 탄성 회복되는 전도체인 금속소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전 에너지 하베스터.The method according to claim 1,
Wherein the support member is formed of a metal material that is a conductor that is elastically restored when the shape is deformed. 제1항에 있어서,
상기 압전부재는, 상기 지지부재에 일단부가 고정되고, 타단부는 자유단으로 제공되는 압전 에너지 하베스터.The method according to claim 1,
Wherein the piezoelectric member is fixed at one end to the support member and the other end is provided at a free end. 제1항에 있어서,
상기 압전부재는, 상기 지지부재의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 압전 에너지 하베스터.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of piezoelectric members are provided on at least one of the upper surface and the lower surface of the support member. 배터리가 안착되는 안착부재;
상기 안착부재에 일단부가 힌지결합되는 커버부재; 및
상기 안착부재 및 상기 커버부재 중 적어도 하나에 구비되는, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 압전 에너지 하베스터;
를 포함하는 배터리 충전장치.A seat member on which the battery is seated;
A cover member hinged to one end of the seating member; And
The piezoelectric energy harvester according to any one of claims 1 to 6, provided on at least one of the seating member and the cover member.
And a battery charger.
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