KR20220087315A - 압전 에너지 하베스팅 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 압전 에너지 하베스팅 장치에 대하여 개시한다. 본 발명의 압전 에너지 하베스팅 장치는, 하우징, 가압부, 진동부, 압전부를 포함한다. 외부의 눌림 운동은 하우징의 관통공을 통하는 가압부의 가압축에 전달되고, 가압축은 진동부재에 연결된 진동추를 진동시킨다. 진동추에 형성된 타격돌기는 압전부를 타격하고 압전부의 진동에 의해 전력이 발생한다. 외부의 눌림 운동을 진동추의 진동 에너지로 저장하여 압전효율을 높일 수 있으며, 타격돌기는 압전부의 고정되지 않은 자유단에 타격을 가하므로 무리한 압력이 가해지지 않아서 압전체의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

압전 에너지 하베스팅 장치{Piezoelectric energy harvesting devices}
본 발명은 압전 에너지 하베스팅 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하우징 외부의 압력을 가압부를 통해 하우징 내부의 진동부로 전달하여 저장하고, 진동부에 저장된 진동 에너지를 압전부에 전달하여 전기 에너지를 수확함으로써, 압전 효율이 높고 내구성을 향상할 수 있는 압전 에너지 하베스팅 장치에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용으로 인한 대기오염 및 지구온난화 문제 등 다양한 환경 문제가 발생하고 있다. 또한 화석 연료의 고갈이 다가옴에 따라 태양광, 풍력, 지열, 조력 등을 이용하는 다양한 신재생에너지가 연구개발되고 있다.
압전 효과(Piezoelectric Effect)는 고체에 힘을 가해 기계적 변형을 일으킬 때 결정 겉면에 전기적 분극이 일어나는 현상이다. 압전 소자로는 페로브스카이트(Perovskite)구조의 인공 압전 세라믹스 제품이 많이 사용된다.
일상생활에서 다양한 진동이 발생하므로, 이러한 진동 에너지를 압전 소자에 인가하여 발전에 이용하려는 연구가 이루어지고 있으나, 발전효율이 낮아서 제한적인 용도로만 사용되었다.
최근, 버려지는 에너지를 수확(harvesting) 또는 이용하여 에너지를 재생산하는 기술로 에너지 하베스팅 기술이 대두되고 있다. 에너지 하베스팅은 그동안 버려져 왔던 진동, 열 등의 에너지를 압전, 열전, 광전, 전자기 현상을 이용하여 전기로 변환하고, 에너지를 저장하여, 에너지를 활용하거나 소비할 수 있도록 한다.
에너지 하베스팅에서 주목받고 있는 분야는 진동 에너지를 압전 현상을 이용하여 전기에너지로 변환하는 방식이다. 압전 현상에서는 전기에너지 발전량을 늘리기 위해, 변위 확대, 광대역 활용, 기계적 구조 개선, 변환 회로 개선 등의 노력이 진행되고 있다.
등록특허공보 제10-1881468호 “태양광 일체형 압전 하베스팅 시스템”(2018년07월18일 등록)에서는 독립적으로 재생 에너지 또는 신재생 에너지로부터 전기 에너지를 발생시키는 두 개 이상의 하베스터들을 일체형으로 구현하여 전기 에너지 발생 효율을 높일 수 있는 태양광 일체형 압전 하베스팅 시스템에 대해 개시하고 있다.
등록특허공보 제10-1958685호 “노면 설치형 발전장치”(2019년03월11일 등록)에서는 도로를 통행하는 자동차 바퀴에 의해 승강 진동하면서 자석 또는 유도코일의 왕복 이동에 따른 전자기 유도 현상 또는 압전판의 진동에 따른 압력변화에 의한 압전효과를 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 한 노면 설치형 발전장치에 대해 개시하고 있다.
등록특허공보 제10-1971787호 “압전소자를 이용하는 에너지 하베스터”(2019년04월17일 등록)에서는 한번의 외력에 의해 복수회 에너지 하베스팅이 수행될 수 있는 압전 소자를 이용하는 에너지 하베스터에 대해 개시하고 있다.
등록특허공보 제10-2020269호 “변위 확대가 가능한 압전 에너지 하베스터 모듈”(2019년09월04일 등록)에서는 미소 변위를 확대할 수 있는 구조를 포함하여 전기적 에너지 생산을 극대화할 수 있는 압전 에너지 하베스터 모듈에 대해 개시하고 있다.
등록특허공보 제10-1881468호 “태양광 일체형 압전 하베스팅 시스템”(2018년07월18일 등록) 등록특허공보 제10-1958685호 “노면 설치형 발전장치”(2019년03월11일 등록) 등록특허공보 제10-1971787호 “압전소자를 이용하는 에너지 하베스터”(2019년04월17일 등록) 등록특허공보 제10-2020269호 “변위 확대가 가능한 압전 에너지 하베스터 모듈”(2019년09월04일 등록)
본 발명의 목적은, 외부 압력을 진동으로 저장하여 발전 효율이 향상된 압전 에너지 하베스팅 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 외부 압력 인가에 따른 변위보다 큰 변형을 일으켜서 높은 발전 효율을 얻을 수 있는 압전 에너지 하베스팅 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 급격한 외부 압력 인가에도 내구성을 유지할 수 있는 압전 에너지 하베스팅 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 이루기 위한 하나의 양태에 따르면, 압전 에너지 하베스팅 장치는, 일면에 관통공 및 내부 측면에 고정부를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 관통공에 삽입되어, 하우징 외부의 눌림 운동을 하우징 내부로 전달하는 가압축을 구비하는 가압부; 상기 하우징의 내부에 설치되고, 상기 가압부와 접촉하여 하우징 외부의 눌림 운동을 진동 에너지로 저장하는 진동부; 및 상기 하우징의 고정부에 일단이 고정되고, 타단에 상기 진동부의 타격을 받아 압전 에너지를 생성하는 압전부;를 포함한다.
상기 진동부는, 상기 가압부에 접촉하여 하우징 외부의 눌림 운동을 전달받는 진동추; 상기 진동추가 가압부에 접촉하는 면의 반대면에 일단이 연결되고, 타단은 상기 하우징 내부에 연결되어, 상기 진동추를 진동시키는 진동부재; 및 상기 진동추에 연결되고 상기 압전부를 향해 돌출되어 압전부를 타격하는 타격돌기;를 포함한다.
상기 압전부는, 상기 하우징의 고정부에 일단이 고정되는 고정단을 구비하고, 탄성을 가지는 금속판; 상기 금속판의 일면에 부착된 압전시트; 및 상기 압전시트에서 발생한 전력을 외부로 전송하는 전선;을 포함한다.
상기 가압부는, 상기 하우징 외부에서 상기 가압축에 연결되는 가압판; 상기 하우징 내부에서 상기 가압축에 연결되고, 상기 하우징의 관통공의 형상보다 돌출되어 형성되는 가압축 헤드; 및 상기 가압축 주위에 탄성체로 된 가압부 복귀부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 상기 관통공 상부에 가압판 수납부 및 가압부 복귀부재 수납부;를 더 포함할 수 있다.
상기 진동부의 진동추는, 상기 진동부재가 연결된 면의 반대면에 상기 가압축 헤드가 수납될 수 있는 헤드 수납홈을 구비할 수 있다.
상기 진동부는, 상기 타격돌기의 끝에 회동가능하도록 결합되는 타격롤러; 및 상기 진동추에 연결되고 상기 하우징의 내벽에 설치되는 가이드;를 더 포함할 수 있다.
상기 진동부는, 상기 진동추의 측면에 상기 압전부 쪽으로 편심되도록 설치되고, 상기 타격돌기가 회전할 수 있도록 고정하는 돌기 회전축; 및 상기 타격돌기의 압전부 반대쪽에 설치되고, 상기 타격롤러보다 무거운 관성추;를 더 포함할 수 있다.
상기 압전부는, 상기 금속판에서 고정단의 반대쪽인 자유단 끝에 회동가능하도록 설치되는 압전롤러;를 더 포함할 수 있다.
상기 압전 에너지 하베스팅 장치는, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 에너지 변환부; 및 직류 전력을 배터리에 저장하는 에너지 저장부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치는, 외부 압력을 진동으로 저장하고, 저장된 진동 에너지를 압전효과를 이용하여 전기에너지로 변환하여 높은 발전 효율을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치는, 관성추를 사용하여 외부 압력의 변위보다 큰 변형을 일으켜서 높은 발전 효율을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치는, 관성추를 사용하여 급격한 외부 압력 인가에 의한 급격한 변형을 방지하여 압전체의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치의 압전 발전부의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치에서 가압부와 하우징의 구성를 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치에서 진동부의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치에서 압전부의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치의 동작 상태를 나타내는 모식도이다.
이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치는 압전 발전부(600), 에너지 변환부(700), 에너지 저장부(800)를 포함한다. 압전 에너지 발전부(600)는 하우징(200), 가압부(300), 진동부(400), 압전부(500)를 포함한다.
하우징(200) 외부의 에너지가 가압부(300)의 눌림 운동 등에 의해 하우징(200) 내부로 전달된다. 가압부(300)를 통해 전달된 에너지는 진동부(400)의 진동 에너지로 저장되고, 진동 에너지는 압전부(500)를 통해서 전기에너지로 변환된다. 압전부(500)에서 발생하는 교류 전력은 에너지 변환부(700)에서 직류 전력으로 변환되고, 직류 전력은 에너지 저장부(800)를 통해서 배터리 등에 저장한다.
하우징(200) 외부에서 에너지를 공급하는 것은 주기적인 것과 단속적인 것으로 구분할 수 있다. 주기적인 에너지 공급은 눌림 운동 또는 압력을 주기적 또는 연속적으로 공급하는 것으로 풍력, 조력 등을 사용하는 경우에 발생한다.
단속적인 에너지 공급원으로는 도로의 특정 부위를 통과하는 자동차의 압력과 같이 간헐적으로 눌림 운동이 발생하는 경우이다. 지하 주차장 진입로에 설치되는 과속 방지턱의 경우, 자동차가 통과하는 경우에만 단속적으로 에너지가 전달되므로, 전달된 에너지를 최대한 활용하여 배터리에 저장하면 지하 주차장의 조명에 활용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치의 압전 발전부의 구성을 나타내는 단면도이다.
압전 발전부(600)는 하우징(200), 가압부(300), 진동부(400), 압전부(500)를 포함한다.
가압부(300)는 하우징 외부의 에너지를 하우징 내부로 전달한다. 가압부(300)는 가압판(310), 가압부 복귀부재(330), 가압축(350), 가압축 헤드(370)를 포함한다.
가압판(310)은 탄성을 가진 가압부 복귀부재(330)에 의해 하우징(200) 외부로 돌출된다. 돌출된 가압판(310)에 하우징 외부의 압력 또는 눌림 운동이 인가되면 가압부 복귀부재(330)가 압축되고, 가압판(310)도 하우징의 가압판 수납부(210)에 수납될 때까지 눌리게 된다.
가압축(350)은 가압판(310)의 하부에 연결되고 하우징의 관통공(250)에 삽입되어, 하우징 외부의 상하 눌림 운동을 하우징 내부로 전달한다.
가압부 복귀부재(330)는 스프링 등 탄성체를 사용하여 가압축(350) 주위의 가압부 복귀부재 수납부(230)에 설치한다.
가압축 헤드(370)는 하우징 내부에서 가압축(350)의 하부에 연결되고, 하우징의 관통공(250)의 형상보다 돌출되어 형성되어 가압축(350)과 가압판(310)이 하우징(200)으로부터 분리되는 것을 방지한다.
하우징(200)은 자동차 등 외부의 압력으로부터 진동부와 압전부를 보호한다. 하우징(200)은 가압판 수납부(210), 가압부 복귀부재 수납부(230), 관통공(250), 하우징 몸체(270), 고정부(290)를 포함한다.
하우징 몸체의 일면인 상부면에 내부로부터 외부로 관통공(250), 가압부 복귀부재 수납부(230), 가압판 수납부(210) 순으로 관통되어 있다. 관통공(250)은 가압축(350)이 통과하는 구멍이다. 가압부 복귀부재 수납부(230)는 관통공(250)의 상부에 형성되며, 탄성체인 가압부 복귀부재(330)가 수납되는 공간이다. 가압판 수납부(210)는 가압부 복귀부재 수납부의 상부에 형성되며, 가압판(310)이 외부의 압력에 의해 하우징에 밀착하게 되는 경우 가압판이 수납되는 공간이다.
하우징의 내부 측면에는 고정부(290)가 형성되어 있다. 고정부(290)는 압전부(500)의 금속판(510)의 고정단(590)을 고정시키는 부분이다.
진동부(400)는 하우징(200)의 내부에 설치되고, 가압부(300)와 접촉하여 가압부에 의해 전달된 하우징 외부의 (상하) 눌림 운동 에너지를 진동에너지로 변환하여 저장한다. 진동부(400)는 진동부재(430), 타격돌기(450), 진동추(470), 헤드 수납홈(475), 가이드(490)를 포함한다.
진동추(470)는, 가압부(300)에 접촉하여 하우징 외부의 눌림 운동을 상부에서 전달받는다. 진동추의 아래쪽 일면에는 진동부재(430)가 연결되고, 진동부재(430)가 연결된 면의 반대면인 상부에는 가압축 헤드(370)가 접촉하여 에너지를 전달받을 수 있다. 진동추(470)의 상부에는 가압축 헤드(370)가 수납될 수 있는 헤드 수납홈(475)을 구비한다.
진동부재(430)는 진동추(470)가 가압부(300)에 접촉하는 면의 반대면인 하부에 일단이 연결되고, 타단은 하우징(200) 내부에 연결되어, 진동추(470)를 상하로 진동시킨다.
타격돌기(450)는 진동추(470)에 연결되고 압전부(500)를 향해 수평으로 돌출되어 압전부(500) 중 금속판(510)의 자유단(550)을 타격하여 압전 현상을 일으킨다.
가이드(490)는 하우징(200)의 내벽에 수직으로 설치되어 연결된 진동추(470)를 수직으로 안정적으로 이동시킨다.
압전부(500)는 진동부의 타격에 의해 전기를 생성하고, 생성된 전력을 외부 저장장치로 공급한다. 압전부(500)는 금속판(510), 압전시트(530), 전선(미도시)을 포함한다.
금속판(510)은 탄성을 가지고 있으며, 하우징의 내부 측면에 형성된 고정부(290)에 고정되는 일단인 고정단(590)과, 고정단의 반대쪽에 형성된 타단인 자유단(550)을 포함한다. 금속판(510)은 한쪽 고정단(590)만 고정되어 외팔보(캔틸레버) 형태를 가진다.
압전시트(530)는 금속판(510)의 상부 일면에 부착된다. 금속판의 외팔보 타단인 자유단(550)에 진동부(400)의 타격을 받으면, 금속판 위에 형성된 압전시트(530)에 변형이 발생하여 압전 에너지가 생성된다. 전선(미도시)은 압전시트(530)에서 발생한 전력을 외부로 전송하기 위해 사용된다.
도 2에서 가압부(300)와 진동부(400)는 수직으로 구성하고, 압전부(500)는 수평으로 구성하였다. 자동차의 주행 압력을 이용하는 경우와 같이 상부에서 압력을 가하는 경우에 적용할 수 있다. 한편, 전체적인 구성을 90° 회전하여 가압부와 진동부를 수평으로 구성하고 압전부를 수직으로 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 수평으로 압력을 인가하는 외부 장치와 결합하여 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치에서 가압부와 하우징의 구성를 나타내는 측면도이다.
도 3(a)를 참조하면, 가압부(300)는 가압판(310), 가압부 복귀부재(330), 가압축(350), 가압축 헤드(370)를 포함한다. 가압판(310)이 외부 압력에 의해 하우징(200)에 밀착되는 경우, 가압판(310)은 하우징의 가압판 수납부(210)에 수납되고, 가압부 복귀부재(330)는 가압부 복귀부재 수납부(230)에 수납된다. 가압축(350)은 하우징의 관통공(250)을 통해 하우징 내로 밀려 들어가며, 가압축의 끝에 연결된 가압축 헤드(370)가 진동추(470)를 밀게된다.
도 3(b)를 참조하면, 가압판(311)은 하우징 외부로 볼록하게 돌출된 원호 형상을 할 수 있다. 특히 자동차의 과속 방지턱 등에 사용시 자동차의 바퀴가 부드럽게 통과하게 하기 위하여 원호 형상을 하는 것이 바람직하다. 이 때, 하우징의 가압판 수납부(211)는 가압판이 눌렸을 때 하우징 내로 장착될 수 있도록 가압판의 형태에 맞추어 테두리 부분이 오목하게 형성된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치에서 진동부의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 4(a)와 도 2를 참조하면, 진동부(400)는 진동부재(430), 타격돌기(450), 진동추(470), 헤드 수납홈(475), 가이드(490)를 포함한다. 진동추(470)가 가압축 헤드(370)에 의해 가이드(490)를 따라 하강하게 되면, 진동추(470)에 연결되어 있는 타격돌기(450)가 압전부의 금속판(510)을 타격하게 된다. 압전부의 금속판(510)은 타격돌기(450)에 의해 휘어지게 되고, 금속판 위의 압전시트(530)에 변형이 일어나서 전기 에너지가 발생한다.
진동추(470)가 더욱 아래로 내려가면, 타격돌기(450)에 의해 압전부의 금속판(510)이 더욱 휘어지고, 금속판(510)이 타격돌기(450)와 겹치는 부분이 점점 줄어들어 결국 금속판은 타격돌기와 떨어진다. 타격돌기와 떨어진 금속판(510)은 탄성에 의해 원래 위치를 중심으로 진동을 하게된다. 금속판(510)은 탄성계수는 크고 질량은 작기 때문에 주기가 작아서 상대적으로 탄성계수가 작은 진동부재(430)에 연결된 무거운 진동추(470)보다 빠른 진동을 하게된다. 금속판(510)의 진동에 의해 금속판 위의 압전시트(530)의 변형도 지속적으로 발생하여 교류 전력이 발생한다.
금속판(510)의 빠른 진동이 감쇄되어도, 상대적으로 느린 진동을 하는 진동추(470)가 상승하며, 타격돌기(450)가 금속판(510)의 아래쪽을 타격하여 금속판(510)을 위쪽으로 휘어지도록 변형시킨다. 진동추(470)의 진폭이 적어져서 타격돌기(450)가 금속판(510)을 벗어나지 못하게 되면, 진동추의 진동에 맞추어 금속판이 휘어지며 압전시트(530)에서 전력을 생산한다.
도 4(b)를 참조하면, 진동부(400)는 돌기 회전축(455), 타격롤러(460), 관성추(465)를 더 포함할 수 있다.
타격롤러(460)를 타격돌기(450)의 끝에 회동가능하도록 결합할 수 있다. 타격롤러(460)는 금속판(510)이 타격돌기(450)를 원활하게 벗어날 수 있도록 도와준다.
돌기 회전축(455)은 진동추(470)의 측면에 압전부(500) 쪽으로 편심되도록 설치한다. 타격돌기(450)는 돌기 회전축(455)을 기준으로 회동가능하도록 장착한다. 관성추(465)는 타격롤러(460)보다 무거우며, 타격돌기(450)의 압전부(500) 반대쪽에 설치한다. 도 4(b)를 참조하면, 가벼운 타격롤러(460)가 돌기 회전축(455)의 위쪽에 위치하고, 무거운 관성추(465)가 돌기 회전축(455)의 아래쪽에 위치하는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치에서 압전부의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 5(a)를 참조하면, 압전부(500)는 금속판(510)과, 압전시트(530)를 포함한다. 금속판(510)은 탄성을 가지고 있으며, 하우징의 고정부(290)에 고정되는 고정단(590)과, 고정단의 반대쪽에 자유단(550)을 포함한다. 자유단(550)은 진동부의 타격돌기(450) 또는 타격롤러(460)에 의해 변위하게 되고, 그 결과 금속판(510)은 휘어지고, 금속판 위의 압전시트(530)에 변형이 발생하여 전력을 생산한다.
도 5(b)를 참조하면, 압전부(500)는 고정단의 반대쪽인 자유단(550) 끝에 압전롤러(560)를 회동가능하도록 설치할 수 있다. 압전롤러(560)는 맞닿는 경우 타격롤러(460)의 중심보다 진동추(470)쪽에 가깝게 중심이 위치하도록 하여 타격롤러(460)에 의해 금속판(510)이 충분히 변형될 수 있도록 한다. 압전롤러(560)를 사용하면, 금속판(510)이 충분히 휘는 경우 진동부의 타격돌기(450) 또는 타격롤러(460)를 벗어나는 것이 용이해진다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 에너지 하베스팅 장치의 동작 상태를 나타내는 모식도이다.
가압판(310)이 충분히 눌려 하우징의 가압판 수납부(210)에 밀착하는 경우, 가압축 헤드(370)가 진동추의 헤드 수납홈(475)을 밀어 진동추(470)가 가이드(490)를 따라서 아래로 급격히 이동하며, 진동추(470)에 고정된 돌기 회전축(455)도 함께 아래로 이동한다.
타격롤러(460)보다 무거운 관성추(465)의 관성이 크기 때문에, 관성추(465)는 그대로 있으려는 경향이 크다. 그 결과 돌기 회전축(455)이 아래쪽으로 이동함에 따라 타격롤러(460)가 아래쪽으로 회전하며, 압전롤러(560)를 아래쪽으로 눌러서 금속판(510)에 변형을 일으킨다.
돌기 회전축(455) 위치에 타격돌기(450)를 형성한 경우에 비해서, 타격롤러(460)는 추가적인 변형(d)을 일으킬 수 있어서 외부의 에너지를 효율적으로 전기에너지로 변환시킬 수 있다.
한편, 급격한 외력의 인가는 금속판(510)과 그 위의 압전시트(530)의 급격한 변형을 일으키므로 내구성 문제가 발생할 수 있다. 관성추(465)를 이용하는 경우, 급격한 외력이 인가되면 타격롤러(460)는 더욱 수직이 되어 금속판과 떨어지게 되므로, 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
200 : 하우징(200) 210 : 가압판 수납부(210)
230 : 가압부 복귀부재 수납부(230) 250 : 관통공(250)
270 : 하우징 몸체(270) 290 : 고정부(290)
300 : 가압부(300) 310 : 가압판(310)
330 : 가압부 복귀부재(330) 350 : 가압축(350)
370 : 가압축 헤드(370)
400 : 진동부(400) 430 : 진동부재(430)
450 : 타격돌기(450) 455 : 돌기 회전축(455)
460 : 타격롤러(460) 465 : 관성추(465)
470 : 진동추(470) 475 : 헤드 수납홈(475)
490 : 가이드(490)
500 : 압전부(500) 510 : 금속판(510)
530 : 압전시트(530) 550 : 자유단(550)
560 : 압전롤러(560) 590 : 고정단(590)
600 : 압전 발전부(600)
700 : 에너지 변환부(700) 800 : 에너지 저장부(800)

Claims (6)

  1. 일면에 관통공 및 내부 측면에 고정부를 구비하는 하우징;
    상기 하우징의 관통공에 삽입되어, 하우징 외부의 눌림 운동을 하우징 내부로 전달하는 가압축을 구비하는 가압부;
    상기 하우징의 내부에 설치되고, 상기 가압부와 접촉하여 하우징 외부의 눌림 운동을 진동 에너지로 저장하는 진동부; 및
    상기 하우징의 고정부에 일단이 고정되고, 타단에 상기 진동부의 타격을 받아 압전 에너지를 생성하는 압전부;를 포함하고,
    상기 진동부는,
    상기 가압부에 접촉하여 하우징 외부의 눌림 운동을 전달받는 진동추;
    상기 진동추가 가압부에 접촉하는 면의 반대면에 일단이 연결되고, 타단은 상기 하우징 내부에 연결되어, 상기 진동추를 진동시키는 진동부재; 및
    상기 진동추에 연결되고 상기 압전부를 향해 돌출되어 압전부를 타격하는 타격돌기;를 포함하고,
    상기 압전부는,
    상기 하우징의 고정부에 일단이 고정되는 고정단을 구비하고, 탄성을 가지는 금속판;
    상기 금속판의 일면에 부착된 압전시트; 및
    상기 압전시트에서 발생한 전력을 외부로 전송하는 전선;을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가압부는,
    상기 하우징 외부에서 상기 가압축에 연결되는 가압판;
    상기 하우징 내부에서 상기 가압축에 연결되고, 상기 하우징의 관통공의 형상보다 돌출되어 형성되는 가압축 헤드; 및
    상기 가압축 주위에 탄성체로 된 가압부 복귀부재;를 더 포함하고,
    상기 하우징은, 상기 관통공 상부에 가압판 수납부 및 가압부 복귀부재 수납부;를 더 포함하고,
    상기 진동부의 진동추는, 상기 진동부재가 연결된 면의 반대면에 상기 가압축 헤드가 수납될 수 있는 헤드 수납홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진동부는,
    상기 타격돌기의 끝에 회동가능하도록 결합되는 타격롤러; 및
    상기 진동추에 연결되고 상기 하우징의 내벽에 설치되는 가이드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 진동부는,
    상기 진동추의 측면에 상기 압전부 쪽으로 편심되도록 설치되고, 상기 타격돌기가 회전할 수 있도록 고정하는 돌기 회전축; 및
    상기 타격돌기의 압전부 반대쪽에 설치되고, 상기 타격롤러보다 무거운 관성추;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압전부는,
    상기 금속판에서 고정단의 반대쪽인 자유단 끝에 회동가능하도록 설치되는 압전롤러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 에너지 변환부; 및
    직류 전력을 배터리에 저장하는 에너지 저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 에너지 하베스팅 장치.
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