사람 발걸음에 의해 동작되는 자가발전 무선 스위치 적용을 위한 압전 블록 개발
- Abstract
- Abstract
An important factor in Smart Factory's energy management is the location of large factories. This location-based information can be used to control a variety of electrical and electronic devices and devices. Using floor tiles that can be installed in various locations in the factory, the device can generate enough energy by simple human steps. By using the signal when a person stepped on the tile, the appliance can be operated wirelessly. In this study, a new piezoelectric material system that meets the high energy harvesting characteristics of 0.72Pb(Zr0.47Ti0.53)O3-0.28Pb[(Zn0.45Ni0.55)1/3Nb2/3]O3 + x mol% CuO (PZNxC). The rhombohedral and tetragonal present a clear advantage in terms of stable energy harvesting, which improved performance in terms of energy harvesting. When a person steps on a floor tile, the maximum output voltage is 42 V and the maximum output current is 11 μA. This energy is used to power the wireless sensor nodes that can turn on and off
the appliances' power in real time. The switch installed in an explosion-proof type, a high voltage causes not only a high cost in a cable and a switch case, but also a great difficulty in management. From the cost reduction and facility protection, we developed a suitable protection means corresponding to the explosion proof specification through a piezoelectric switch that can operate at low power.
- Author(s)
- 홍동우
- Issued Date
- 2019
- Awarded Date
- 2019. 2
- Type
- Dissertation
- Publisher
- 부경대학교
- URI
- https://repository.pknu.ac.kr:8443/handle/2021.oak/23291
http://pknu.dcollection.net/common/orgView/200000186131
- Affiliation
- 부경대학교 대학원
- Department
- 대학원 소방공학과
- Advisor
- 최재욱
- Table Of Contents
- 목 차
제 1 장. 서 론 1
1.1. 연구의 배경 및 필요성 1
1.1.1. 압전 에너지 하베스팅 기술 1
1.1.2. 압전 에너지 밀도 1
1.1.3. 압전 에너지 변환 효율 2
1.1.4. 에너지 수확기의 오프 공진 조건 2
1.1.5. 고 에너지 압전 조성 개발 3
1.1.6. 발전소 내 사용 가능한 방폭 설계 4
1.2. 연구의 목적과 방법 7
제 2 장. 압전 에너지 하베스팅 기술 8
2.1. 압전의 역사 8
2.2. 압전 효과 및 원리 11
2.2.1. 압전 분극 효과 11
2.2.2. 압전 MPB 효과 16
2.3. 압전 재료 특성 17
2.3.1. 압전 전하 상수 17
2.3.2. 압전 전압 상수 18
2.3.3. 전기 기계적 결합 계수 20
2.3.4. 기계적 품질 계수 21
2.3.5. 상대 유전 상수 22
2.3.6. 도핑 효과 23
제 3 장. 실험재료 제작 및 특성 25
3.1. 고효율 압전 에너지 하베스팅 조성 개발 25
3.2. 압전 및 전기적 특성 26
제 4 장. 실험 결과 및 고찰 27
4.1. 압전 무선 스위치 개념 27
4.2. PZNxC 조성 개발 30
4.3. PZNxC 압전 및 유전 특성 평가 32
4.4. PZNxC 후막의 전기적 특성 평가 33
4.5. 압전 바닥 타일 제작 37
4.6. 압전 바닥 타일 하베스팅 측정 39
4.7. 압전 바닥 타일 무선 스위치 시스템 44
제 5 장. 결 론 45
참 고 문 헌 46
표 목 차
하드너 소프트너에 따른 압전 특성 변화 24
950 °C에서 2 시간 동안 소결된 PZNxC 후막의 압전, 유전, 및 에너지 수확 등의 매개 변수 값을 나타냄 36
그 림 목 차
페로브스카이트 구조: (a) ABO3페로브스카이트, (b) BaTiO3결정구조 10
강유전체 재료의 자발 분극 및 유전율의 온도 의존성 12
압전의 변형 및 전 왜 효과에 따른 변화 13
(a) 압전 리드 지르 코 네이트 티타 네이트 (PZT) 기반의 전왜 효과, (b) 마그네슘 니오 베이트 (PMN) 기반 세라믹에 대한 전형적인 변형 곡선 15
(a) PZT 세라믹의 상 다이아그램, (b) PZT 시스템의 morphotropic phase boundary (MPB) 근처 조성에 대한 여러 d 상수의 의존성 13
조명을 무선으로 작동 시킬 수 있는 자가 발전형 바닥 타일 27
실제 자가 발전형 바닥 타일이 사람의 발걸음으로 동작되는 무선 스위치 28
조립식 자체 전력 수확기 및 바닥 타일의 구조 설계 그림 29
PZNxC 세라믹의 CuO 첨가에 따른 XRD 패턴 30
PZNxC 세라믹의 CuO 첨가에 따른 FE-SEM 이미지 31
950 °C 에서 2 시간 소결된 PZNxC 세라믹의 CuO 첨가에 따른 압전 및 유전 특성 그래프 32
PZNxC 후막을 포함하는 캔틸레버형 압전 에너지 수확기의 개략도 33
PZN0.5C 기반 압전수확기의 부하 저항(Ω)에 따른 출력 전력 (mW) 34
PZNxC 기반 수확기의 압전 및 유전 특성 35
압전 자가발전 구동 시스템의 구조 설계 37
압전 유니몰프의 인장 응력 및 압축 응력 모드의 작용 메커니즘 38
제작 된 바닥 타일의 개방 회로의 출력 전압 38
다양한 사람 무게 (50-80 kg) 변화에 따른 압전 수확기의 개방 회로 출력 전압 39
무게 (kg) 변화에 따른 압전 수확기의 개방 회로 출력 전압을 통한 내구성 실험 40
무게 (kg) 변화에 따른 압전 수확기의 개방 회로 출력 전류를 통한 내구성 40
출력 전력 (mW)의 부하 저항 (Ω) 변화에 따른 임피던스 정합 42
다양한 무게 (kg)에서 압전 수확기 에너지로부터 충전된 커패시터 전압 43
바닥 타일에 의해 작동되는 무선 스위치 시스템, 에어컨, 테이블 램프 및 공기 정화기를 무선 스위치 시스템으로 동작한 사진 43
- Degree
- Master
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