자기변형부재를 이용한 에너지 하베스팅 장치

출원번호 : 10-2016-0031368 (출원일: 2016-03-16)

등록번호 : 10-1711789 (등록일: 2017-02-23)

특허권자 : 충남대학교산학협력단

요약 : 본 발명의 에너지 하베스팅 장치는 외부의 회전력을 자력과 자기변형(磁氣變形)을 이용하여 전기에너지로 변환시켜 전력으로 재활용할 수 있게 하는 장치로서, 에너지 전달부와; 에너지 변환부를 포함하여 구성되며, 상기 에너지 변환부는 척력에 의해 체적 변화가 일어나 자기장을 형성시키는 자기변형부재와; 상기 자기변형부재의 일단에 결합되어 상기 에너지 전달부에서 발생하는 자력에 의해 척력을 일으키는 고정 영구자석과; 상기 자기변형부재의 타단 하부에 결합되어 상기 자기변형부재의 체적 변화에 따라 생성된 자기장을 자기장 흐름선으로 만드는 흐름선 영구자석과; 상기 자기장 흐름선을 전기에너지로 변환시켜 전기를 발생시키는 전기 제너레이터와; 상기 자기변형부재의 타단의 상부에 결합되어 상기 자기변형부재를 고정시키며, 상기 흐름선 영구자석이 결합되어 고정되는 변환부고정대를 포함하여 구성되고, 상기 에너지 전달부는 외부의 회전력을 전달받아 회전되며, 회전력을 전달받는 회전축과 상기 회전축의 외부를 둘러싸 상기 회전축이 중심에 결합되어 상기 회전축의 회전에 의해 같이 회전되고 다각 기둥 형상인 중앙지지대로 구성되는 회전축부와; 상기 회전축부의 회전에 의해 회전되고, 상기 고정 연구자석과 척력을 일으키며, 상기 중앙지지대의 다각 외면 중앙에 수직으로 각각 설치되는 다수 개의 회전 영구자석부로 구성된다. 본 발명의 자기변형부재를 이용한 에너지 하베스팅 장치에 따르면 압전소자에 비해 높은 변형률, 에너지 밀도 및 퀴리온도와, 빠른 응답속도를 가지므로 에너지 생산 효율이 높고, 유연하므로 회전운동을 통해 흔들리는 불안정한 환경에서도 적용이 가능하므로 응용범위가 넓고, 버려지는 회전운동 에너지를 사용 가능한 에너지로 변환하기 때문에 복잡하고 큰 장치 없이 에너지 생산이 가능한 장점이 있다.

대표청구항 : 외부의 회전력을 자력과 자기변형(磁氣變形)을 이용하여 전기에너지로 변환시켜 전력으로 재활용할 수 있게 하는 에너지 하베스팅 장치에 있어서,상기 에너지 하베스팅 장치는 회전력을 자력에너지로 전달시키는 에너지 전달부(1)와;상기 에너지 전달부(1)에서 자력에너지를 전달받아 자기변형을 이용하여 전기에너지로 변환시켜 전력으로 재활용할 수 있게 변환시키는 에너지 변환부(2)를 포함하여 구성되며,상기 에너지 변환부(2)는 척력에 의해 체적 변화가 일어나 자기장을 형성시키는 자기변형부재(磁氣變形部材)(21)와;상기 자기변형부재(21)의 일단에 결합되어 상기 에너지 전달부(1)에서 발생하는 자력에 의해 척력을 일으키는 고정 영구자석(22)과;상기 자기변형부재(21)의 타단 하부에 결합되어 상기 자기변형부재(21)의 체적 변화에 따라 생성된 자기장을 자기장 흐름선으로 만드는 흐름선 영구자석(23)과;상기 자기변형부재(21)의 타단의 상부에 결합되어 상기 자기변형부재(21)를 고정시키며, 상기 흐름선 영구자석(23)이 결합되어 고정되는 변환부고정대(24)를 포함하여 구성되며,상기 에너지 전달부(1)는 외부의 회전력을 전달받아 회전되며, 회전력을 전달받는 회전축(111)과 상기 회전축(111)의 외부를 둘러싸 상기 회전축(111)이 중심에 결합되어 상기 회전축(111)의 회전에 의해 같이 회전되고 다각 기둥 형상인 중앙지지대(112)로 구성되는 회전축부(11)와; 상기 회전축부(11)의 회전에 의해 회전되고, 상기 고정 영구자석(22)과 척력을 일으키며, 상기 중앙지지대(112)의 다각 외면 중앙에 수직으로 각각 설치되는 다수 개의 회전 영구자석부(12)로 구성되고,상기 회전 영구자석부(12)는 상기 고정 영구자석(22)과 같은 극성을 가져 상기 고정 영구자석(22)과 척력을 일으키는 회전 영구자석(121)과;상기 회전 영구자석(121)을 상기 중앙지지대(112)에 고정 결합시켜, 상기 회전축부(11)가 회전될 때 상기 회전 영구자석(121)도 같이 회전되게 하는 회전 영구자석 지지부(122)로 구성되며,상기 변환부고정대는 상기 자기변형부재가 하부에 고정되는 상부고정대와;상기 상부고정대가 측면에 고정되며, 상기 상부고정대가 설치되는 하부에 상기 흐름선 영구자석이 결합되고, 상기 에너지 전달부의 움직임에 영향을 받지 않게 설치되는 하부고정대를 포함하여 구성되며,상기 상부고정대와 하부고정대는 상기 자기변형부재의 체적 변화에도 상기 자기변형부재와 흐름선 영구자석이 위치가 변화되지 않게 결합되고,상기 에너지 변환부(2)는 상기 자기장 흐름선을 전기에너지로 변환시켜 전기를 발생시키는 전기 제너레이터를 추가로 포함하여 구성되며,상기 전기 제너레이터는 자기장 흐름선 주위에 배치된 코일을 포함하여 상기 코일에 기전력이 유도되고,상기 회전 영구자석 지지부(122)는 상기 회전 영구자석(121)의 하부를 지지해주는 하부지지대(1221)와;상기 회전 영구자석(121)의 좌측을 지지해주는 좌측지지대(1222)와;상기 회전 영구자석(121)의 우측을 지지해주는 우측지지대(1223)로 구성되며,상기 에너지 하베스팅 장치는 회전력에 의해 회전되는 상기 회전 영구자석부(12)의 회전 영구자석(121)와 상기 자기변형부재(21)의 일단에 결합된 상기 고정 영구자석(22)이 같은 극성이므로 서로 밀어내는 척력이 발생하고, 상기 회전 영구자석(121)은 회전 영구자석 지지부(122)에 고정되어 있기 때문에 상기 척력을 견디는 상태이나, 상기 고정 영구자석(22)이 말단에 결합된 상기 자기변형부재(21)는 상부고정대(241)에 일단만 고정되어 있으므로 척력에 의해 휘어 상기 상부고정대(241)와 고정된 부분과 높이 차가 발생하고 체적이 변화하게 되며, 이때의 체적 변화에 의해 발생된 자기장은 상기 흐름선 영구자석(23)과 자기장 흐름선을 만들어 상기 자기장 흐름선 안에 있는 전기 제너레이터에서 전기 에너지를 생산하게 되는 구성이며,상기 중앙지지대(112)는 상기 회전 영구자석부(12)의 수량과 동일한 수량의 대각을 갖는 다각 기둥 형상으로, 4각이나 6각 기둥 형상인 것을 특징으로 하는 자기변형부재를 이용한 에너지 하베스팅 장치

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