폴리머 압전물질을 이용한 저주파 운동에너지 수확 소자
Energy Harvesting Device from Low Frequency Kinetic Energy using Piezoelectric Polymer
- 주제(키워드) energy harvesting , piezoelectric , shell structure
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 윤광석
- 발행년도 2012
- 학위수여년월 2012. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000047184
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작원 보호를 받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 shell 구조를 이용하여 저주파 운동에너지를 효율적으로 수확 할 수 있는 에너지 수확 소자를 제안한다. 에너지 수확 연구는 차세대 친환경 에너지 기술로 주목 받고 있다. 그러나 기존에 연구된 대부분의 에너지 수확소자는 외부환경에 존재하는 저주파수의 운동에너지 수확에서 매우 낮은 효율을 가지게 된다. 특히 인체 움직임은 기계적 진동에 비하여 느리고 비주기적인 간헐적인 움직임을 가지기 때문에 이에 적합한 에너지 수확 소자의 개발이 요구되고 있다. 본 논문에서는 이러한 저주파 운동에너지를 효율적으로 수확하기 위하여 유연하고 착용 가능한 압전식 shell구조를 제안한다. 제안된 shell 구조는 초기상태와 굽힘 상태 간의 빠른 변형을 유도하기 때문에 기계적 에너지를 전기 에너지로 효율적으로 변환 가능하다. Shell 구조를 이용한 에너지 수확 소자로2가지 구조(shell type, tube type)를 디자인 하였다. PVDF 필름으로 제작된 2가지 압전식 소자는 작은 변위와 느린 주파수에서 동일한 조건의 평평한 구조에 비하여 다양한 곡률의 shell 구조에서 높은 효율로 에너지를 수확하였다. Shell type 소자는 최대 0.87mW의 전력을 생성하였고 의복형 수확 소자는 팔꿈치와 손가락에 착용하였을 경우 최대 0.21 mW와 0.23 mW의 전력을 생성하였다.
more초록/요약
In this paper, we propose and demonstrate highly efficient energy harvesting from low frequency kinetic energy by using shell structures. Energy harvesting technology has engaged attention as a potential green technology. However, previous energy harvesters suffer from low efficiency because ambient environment has low frequency. Especially, most devices are not suitable for harvesting from human motion which is normally slow and random. We present the flexible wearable piezoelectric polymer in shell structure. The proposed harvester converts mechanical energy into electrical energy with high efficiency during the fast transition of the shell structure. Two type of shell structures (shell type and tube type) are designed and fabricated by a polyvinylidene fluoride (PVDF) film. In the experiment, it was demonstrated that shell structures with various curvatures generate high output power and consequently offer high energy conversion efficiency in comparison with a flat structure. The single shell structure generates output power of 0.87 mW. In addition, fabric with embedded piezoelectric shell structures is used for wearable harvester. The fabric generates output power of 0.21 mW and 0.23 mW from a slow motion of human elbow joints and fingers.
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