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압전효과를 이용한 기계적 진동 에너지 하베스팅
Piezoelectric Mechanical Vibration Energy Harvesting 원문보기

비파괴검사학회지 = Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, v.32 no.5, 2012년, pp.603 - 610  

김미소 (한국표준과학연구원)

초록이 없습니다.

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문제 정의

  • 본 논문에서는, 압전 에너지 하베스팅 기술에 대하여 전반적인 이해를 도울 수 있도록 기초 배경 지식과 함께 이 분야의 주요 연구 동향 및 전망을 기술하겠다.
  • 지금까지 압전 물질을 이용하여 주위에 다양하게 존재하는 기계적 진동에너지를 유용한 전기 에너지로 변환하여 사용할 수 있는 압전 에너지 하베스팅에 대하여 소개하였다. 압전 에너지 하베스팅의 입력 에너지원인 기계적 진동 에너지원과 생산 가능한 전력의 범위를 살펴본 후, 기본적인 압전 에너지 하베스팅의 시스템 구성과 소재와 소자의 특성 평가 방법에 대해 기술함으로써 압전 에너지 하베스팅에 대한 전반적이고 근 본적인 이해를 돕고자 하였다.
  • 지금까지 압전 물질을 이용하여 주위에 다양하게 존재하는 기계적 진동에너지를 유용한 전기 에너지로 변환하여 사용할 수 있는 압전 에너지 하베스팅에 대하여 소개하였다. 압전 에너지 하베스팅의 입력 에너지원인 기계적 진동 에너지원과 생산 가능한 전력의 범위를 살펴본 후, 기본적인 압전 에너지 하베스팅의 시스템 구성과 소재와 소자의 특성 평가 방법에 대해 기술함으로써 압전 에너지 하베스팅에 대한 전반적이고 근 본적인 이해를 돕고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
에너지 하베스팅은 어디에 응용할 수 있는가? 이러한 에너지 하베스팅은 에너지 자원 문제가 전 세계적으로 이슈가 되고 있는 가운데 대체 에너지원이자 친환경적인 에너지원으로써 큰 관심을 받으며 활발히 연구되고 있다. 에너지 하베스팅은 랩탑이나 핸드폰과 같은 소형 무선 휴대용 기기에서부터 무선 센서 네트워크 (wireless sensor networks)에 이르기까지 다양하게 응용이 가능하다.
기계적 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 방식 중 압전효과를 이용하는 방법의 장점은 무엇인가? 기계적 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 방식에는 정전기(electrostatic), 전자기(electromagnetic), 압전(piezoelectric)효과 등 을 이용하는 방식이 있다. 압전 물질(piezoelectric materials)에 힘을 가하였을 때 전압이 발생하거나, 역으로 물질에 전압을 가했을 때 수축/팽창하는 현상인 압전 효과(piezoelectric effect)를 이용한 압전 에너지 하베스팅(piezoelectric energy har-vesting)은 변환 효율이 크고, 소형, 경량화가 가능하다는 장점을 가지므로, 각종 센서, 무선 모바일 소형 전자 기기에 적합한 대체 에너지원으로 활용 가능하다.
에너지 하베스팅이란 무엇인가? 에너지 하베스팅(energy harvesting)은 빛, 온도 차이, 진동 에너지 등과 같이 우리 주변에 존재 하는 미활용 에너지를 유용한 전기 에너지로 변환하여 수확하는 기술을 뜻한다. 태양 에너지를 이용하는 태양 전지(solar cells), 버려지는 열을 활용한 열전 발전기(thermoelectric generators), 바람, 파도, 또는 진동과 같은 기계 에너지를 이용 한 진동 에너지 하베스팅(vibration energy harvesting), 그리고 동, 식물이나 사람의 활동 시 발생하는 에너지를 이용하는 바이오 에너지 하베스팅 (bio-energy harvesting)과 같은 에너지 하베스팅 기술이 있다.
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참고문헌 (13)

  1. K. A. Cook-Chennault, N. Thambi and A. M. Sastry, "Powering MEMS portable devices-a review of non-regenerative and regenerative power supply systems with special emphasis on piezoelectric energy harvesting systems," Smart Mater. Struct., 17, 043001, (2008) 

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  2. S. Roundy, P. K. Wright, and J. Rabeey, "A study of low level vibrations as a power source for wireless sensor nodes," Computer Communications, 26, pp. 1131-1144 (2003) 

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  5. M. Kim, M. Hoegen, J. Dugundji and B. L. Wardle, "Modeling and experimental verification of proof mass effects on vibration energy harvester performance," Smart Mater. Struct., 19 045023, (2010) 

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  6. T. Ikeda, "Fundamentals of Piezoelectricity." (New York: Oxford University Press), (1996) 

  7. N. S. Shenck and J. A. Paradiso, "Energy scavenging with shoe-mounted piezoelectrics," IEEE Micro., 21, pp. 30-42 (2001) 

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  8. L. C. Rome, L. Flynn, E. M. Goldman and T. D. Yoo, "Generating electricity while walking with loads," Science, 309, 1725 (2005) 

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  11. D. Zhu, M. J Tudor and S. P. Beeby, "Topical review: Strategies for increasing the operating frequency range of vibration energy harvester," Meas. Sci. Technol., 21, 022001 (2010) 

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  12. M. Kim, "Materials and device design for MEMS piezoelectric mechanical vibration energy harvesters," Doctoral Thesis, Massachusetts Institute of Technology, (2012) 

  13. http://magazine-directory.com/Electronic-Engineering-Times.htm 

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