• 한국산업융합학회 논문집
• /
• 제26권1호
• /
• pp.193-199
• /
• 2023

In this study, an analysis was conducted to analyze the structural stability of the piezoelectric power generation module and to determine the optimal burying hole interval for concrete, the installation site of the power generation module. A piezoelectric element refers to a functional ceramic having a piezoelectric direct effect that converts mechanical energy into electrical energy and a piezoelectric reverse effect. In the analysis of the piezoelectric power generation module, the load condition was applied with about 16 tons and a total of 10 wheels in consideration of the container trailer. The purpose was to evaluate the stability of major components of the piezoelectric power generation module through finite element analysis. In order to determine the optimal burying location of the concrete ground for burying the piezoelectric power generation module, the stability of the ground structure according to the distance of the holes was determined. As a result of the analysis, the maximum stress of the piezoelectric power generation module was generated in the support spring, showing a stress of about 276.7 MPa. It was found that the spacing of holes for embedding the piezoelectric power generation module should be set to a minimum of 100 mm or more.

• 한국정밀공학회지
• /
• 제32권8호
• /
• pp.735-741
• /
• 2015

Piezoelectric materials are well-utilized for transforming mechanical vibrations into electrical energy that can be stored and used to power a diversity of devices. In this work, these materials have been studied to improve the efficiency of a piezoelectric system, whereby the shape and vibration mode of a piezoelectric module was changed. The basic shape of the piezoelectric module used in this work comprises a width of 10 mm, a length of 30 mm, and a thickness of 0.2 mm. The structural design of the piezoelectric module is optimized using a Taguchi method to increase the corresponding electrical-energy generation. The maximum terminal voltage was defined as a characteristic value to evaluate the optimal design parameters. Through this work, we propose an optimal structure with an eccentric and centric mass; furthermore, the voltage increase of approximately 26% was obtained by comparing a general plate-vibrating piezosystem with an optimal plate-vibrating piezosystem.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제13권8호
• /
• pp.3735-3740
• /
• 2012

본 연구는 다양한 에너지 하비스팅 기술들 중 압전 기술과 전자기 유도 방식을 조합한 에너지 블록 구조를 개발하고 발전성능 평가를 수행한다. 본 연구의 목적은 개발된 에너지 하비스팅 블록의 주택 도시 분야 적용성을 평가하기 위한 것이다. 본 연구는 동적 특성을 분석하기 위하여 유한요소 해석을 실시하고, 실험실 규모의 다층 에너지 하비스터의 현 발전수준을 평가하여 제시하였다. 그 다음으로 증폭기술이 적용된 프로토타입의 특징을 설명하고 개발된 프로토 타입 모듈의 발전성능을 다각적으로 평가하여 제시하였다.

• 센서학회지
• /
• 제27권2호
• /
• pp.112-117
• /
• 2018

In this study, a bender-type piezoelectric energy harvester was fabricated and evaluated to compensate for the disadvantages of high-power generation only in the resonance frequency range of a piezoelectric harvester using a piezoelectric cantilever. The generated power was investigated according to various changes in the vibration environment. Compared with the piezoelectric cantilever module, the bender-type piezoelectric module showed a larger number of peak voltages. The primary peak voltage shifted toward the low frequency when the spring was coupled to the bender-type piezoelectric module. The harvester of the three bender-type modules had a vibration frequency exceeding 1 mW in the 34-45 Hz range and generated 3.112 mW of power at the vibration frequency of 38 Hz. The harvester of the six bender-type modules had a vibration frequency exceeding 1 mW in the 31-45 Hz range and generated 3.081 mW of power at the vibration frequency of 35 Hz.

• 토지주택연구
• /
• 제3권2호
• /
• pp.187-193
• /
• 2012

최근 에너지 관련 연구분야에서 새롭게 주목받는 것이 주변의 에너지를 수확하는 에너지 하비스팅 기술이다. 본 논문에서는 다양한 에너지 하비스팅 기술들 중 압전 기술과 전자기 유도 방식을 조합한 에너지 블록의 발전성능이 조사되었다. 본 연구의 목적은 개발된 에너지 하비스팅 블록의 주택 도시 분야 적용성을 평가하기 위한 것이다. 이를 위해 본 논문에서는 실험실 규모의 다층 에너지 하비스터의 현 발전수준을 평가하여 제시하였다. 그 다음으로 증폭기술이 적용된 프로토타입의 특징을 설명하고 개발된 프로토타입 모듈의 발전성능을 다각적으로 평가하여 제시하였다. 성능 평가 결과, 개발된 에너지 블록은 기존 상용 제품에 비해서 255%와 505%까지 성능이 향상되었고 그 우수성이 입증되었다. 마지막으로 에너지 하비스팅 블록의 후속 연구 방향을 제시하였다.

• 센서학회지
• /
• 제29권4호
• /
• pp.261-265
• /
• 2020

In cantilever type piezoelectric energy harvester, the amount of power generation decreases rapidly when outside a certain frequency. The thickness and weight of the cantilever metal plate were modified to develop cantilevers that could produce high power over a wide frequency range. The thicker the cantilever, the higher the power in the higher frequency range. As the weight of the mass increased, the cantilever tended to generate higher power, and the frequency band decreased. A 0.6 mm metal plate cantilever that had a mass of 3.3 g generated power that exceeded 3 mW within the 91-102 Hz range, with average and output values of 9.484 mW and 20.748 mW, respectively, at 99 Hz.

• 센서학회지
• /
• 제28권5호
• /
• pp.311-317
• /
• 2019

Rotating devices are commonly installed in power plants and factories. This study proposes a self-powered sensor node that is powered by converting the vibration energy of a rotating device into electrical energy. The self-powered sensor consists of a piezoelectric harvester for self-power generation, a rectifier circuit to rectify the AC signal, a sensor unit for measuring the vibration frequency, and a circuit to control the light emitting diode (LED) lighting. The frequency of the vibration source was measured using a piezoelectric-cantilever-type vibration frequency sensor. A green LED was illuminated when the measured frequency was within the normal range. The power generated by the piezoelectric harvester was determined, and the LED operation was assessed in terms of the vibration frequency. The piezoelectric harvester was found to generate a power of 3.061 mW or greater at a vibration acceleration of 1.2 g ($1g=9.8m/s^2$) and vibration frequencies between 117 and 123 Hz. Notably, the power generated was 4.099 mW at 122 Hz. As such, our self-powered sensor node can be used as a module for monitoring rotating devices, because it can convert vibration energy into electrical energy when installed on rotating devices such as air compressors.

• 토지주택연구
• /
• 제7권3호
• /
• pp.131-136
• /
• 2016

이 연구에서는 선행 연구에서 개발된 진동과 압력을 병합한 하이브리드 에너지하베스팅 블록의 성능을 개선하였다. 이와 같이 개선된 에너지블록의 발전 성능을 측정하고 앞서 개발된 제품들과의 에너지성능을 비교 분석하였다. 이전 모델에서는 중앙부에 압전체, 그리고 양측면에 진동인가형 전자기유도부를 배치했었다. 개선모델은 하나의 블록에 세 개의 단위모듈을 연속으로 배치하였다. 하나의 단위모듈의 상부에는 압전체를, 하부에는 세 개의 전자기부를 두는 방식으로 설계 변경하였다. 이와 같이 개선된 에너지블록에 대한 실험실 조건에서의 발전성능 평가결과, 1회 연속 가신 시에는 1.066W로 선행 대비 235%, 5회 연속 가진 시에는 1.830W로 선행대비 177%의 성능개선 효과를 얻을 수 있었다. 하이브리드 에너지블록의 개발목적은 주차장 출입부에 설치하여 차량이 에너지블록을 통과할 때 압력과 진동에 의해 전기를 생산하고자 하는 것이다. 이때 생산되는 전기는 주차장 출입구에 경광등과 LED 안내전광판 가동용으로 활용하고자 하는 것이다. 따라서 향후 실제 주차장에 설치를 통한 실험실조건과 실제조건에서의 발전성능을 검증할 필요가 있을 것으로 사료된다.