자전기 복합재를 이용한 에너지 하베스팅에 관한 연구
A Study on Energy Harvesting Using Magnetoelectric Composites
- 주제(키워드) 자전기 복합재 , 에너지 하베스팅 , magnetoelectric composite , energy harvesting
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 최범규
- 발행년도 2012
- 학위수여년월 2012. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000047234
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작원 보호를 받습니다.
초록/요약
자전기 효과(Magnetoelectric effect)는 자기장을 인가했을 때 압전 효과를 나타내거나, 또는 그 반대의 효과를 나타내는 현상으로 최근에는 높은 효율의 자기변형 물질(Magnetostrictive material)과 압전 물질 (Piezoelectric material)을 적층하는 방법으로 자전기 복합재 (Magnetoelectric composite)를 제작하는 연구들이 진행되고 있다. 자전기 복합재에서 발생하는 전압은 인가 자기장의 크기와 밀접한 관련을 갖기 때문에 자기장이나 전류를 측정하는 센서로 응용이 가능하다. 현재 자전기 복합재 연구는 센서의 효율을 높이기 위한 자전기 상수 (ME coefficient)를 분석하는 연구가 대부분으로, 자전기 복합재를 이용한 에너지 하베스팅 분야에 대한 연구는 이제 시작단계이다. 특히 현재까지의 자기장이나 자전기 복합재를 이용한 에너지 하베스팅은 기계적 진동을 기반으로 한 연구들이 대부분으로 이러한 방법은 진동원과 접촉해야만 한다는 단점이 있다. 본 논문에서 제안하고 있는 자전기 복합재를 이용한 에너지 하베스팅은 외부 자기장에 의해 무선으로 진동하여 자가발전으로 전력 생산이 가능하기 때문에 유선을 통한 전력 공급이 어렵거나 기계적 진동 등의 가진원이 없는 환경에서도 에너지 하베스팅을 통한 전력 공급이 가능하므로 그 응용 분야가 매우 넓을 것으로 기대된다. 본 논문에서는 Metglas 2826MB 자기변형 물질과 31모드의 PVDF 및 PMN-PT 압전 물질을 에폭시를 이용하여 본딩하는 방법으로 자전기 복합재를 제작하고 이론적 해석과 실험적 검증을 통해 특성을 파악하였다. 또한 임피던스 매칭을 통해 최대 발생 전력을 예측하는 연구를 수행하였다.
more초록/요약
The magnetoelectric (ME) effect is a phenomenon of inducing magnetic (electric) polarization with the presence of an electric (magnetic) field. Recently, enhancement of the ME effect has been studied by making composites with magnetostrictive and piezoelectric materials having very large magnetostrictive and piezoelectric effect (such as Terfenol-D, Metglas, PMN-PT, PZT, and etc.). ME composites can be used as the current and magnetic field sensor, because the generated voltage from the ME composites has a close relationship with the induced magnetic field. Most studies on ME composites have focused on the analysis of the ME voltage coefficient, and little work has been done in the field of energy harvesting. Furthermore, most studies of ME and magnetic energy harvesting is mechanical vibration-based energy harvesting. A mechanical vibration-based energy harvesting must be in contact with the vibration source. The ME energy harvesting proposed in this paper can generate the power using external magnetic field by non-contact with the vibration source. This energy harvesting is expected to be applied in various fields, because it does not need a power supply line. In this paper, we fabricate the ME composites using Metglas 2826MB, PVDF and PMN-PT and analyze the generated voltages and powers from vibration of ME composite cantilevers.
more