• Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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• v.24 no.2
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• pp.87-92
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• 2014

This paper presents a new design for a piezoelectric energy harvester with the potential to harvest vibration energy over a wide range of excitation frequencies, particularly beyond the resonance frequency. The piezoelectric vibration energy harvester employs the concept of pole-zero cancellation occurring in a lever type anti-resonant system. The experimental results show that the proposed energy harvester can provide the potential possibility of a broadband piezoelectric vibration energy harvester.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.51-51
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• 2008

최근 센서, 전자기술의 발달은 소형 센서 기기의 구동에 필요한 파워를 줄여 주변의 진동이나 온도차등에서의 작은 에너지로도 센서 등의 소형 전자기기의 구동을 가능하게 했다. 이에 따라 전자기기의 구동에너지로써 에너지 하베스팅이 많은 관심을 받고 있다. 압전 효과를 이용하여 주변의 진동에너지를 전기에너지로 변화 시키는 압전에너지 하베스터는 온도차이나 태양광, 바람등과는 달리 날씨나 구동조건에 큰 영항을 받지 않는 장점과 그 크기가 비교적 소형이라는 장점이 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 에너지 하베스터에서 생산된 에너지를 사용하기 위해서는 생산된 에너지를 저장장치에 저장해야 한다. 저장장치에 저장하기 위해서는 일정 이상의 전압과 많은 양의 전류가 있는 것이 효과적이다. 하지만 압전 세라믹의 출력 특성은 전압이 크고, 출력 전류가 작은 특성을 지지고 있어 충전 속도가 느리다는 문제점이 있다. 압전세라믹에서 발생되는 에너지는 세라믹의 두께와 세라믹의 전극면적에 비례하는데 각각 세라믹의 두께는 출력 전압에 영향을 주며, 세라믹의 전극면적은 발생하는 전하량에 영항을 준다. 이러한 압전체의 특징을 이용하여 본 연구에서는 압전체의 출력특성의 향상을 위하여 $10\times35mm^2$ 크기의 적층 세라믹을 제작하여 압전에너지 하베스터를 제작하였다. 적층 압전세라믹을 이용한 에너지 하베스터에서 3.5m/$s^2$ 24.6 ${\mu}m$의 진동에서 발생전압 2.14 V 에 발생전류 252 ${\mu}A$의 특성을 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2016.07a
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• pp.227-228
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• 2016

본 논문에서는 압전소자를 이용한 에너지 하베스터의 전기적 모델링을 제안하였고 이를 시뮬레이션 및 실험을 통해 비교 분석하였다. 에너지 하베스터는 압전소자를 이용한 발전기, 풀브리지 정류기, 평활용 콘덴서, 부하로 구성된다. 본 논문에서는 에너지 하베스팅 방법으로 Standard AC 방법과 이에 풀브리지 정류기를 추가한 Standard DC 방법을 사용하였고 전기적 모델링, 시뮬레이션, 실험의 분석을 위해 압전 발전기를 RLC 등가모델로 구성하였다. 에너지 하베스터 실험장치를 구성하였으며, 두 가지의 전력변환 기법 각각 $73.7{\mu}W$, $69.3{\mu}W$를 하베스팅 하는 것을 확인하였다.

• Journal of the Korean Regional Science Association
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• v.33 no.3
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• pp.49-59
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• 2017

The piezoelectric energy harvester is recently being developed and catching on as a way to achieve low carbon green growth. The practical application of the piezoelectric energy harvester is expected to contribute not only to the reduction of greenhouse gas emissions but also to the improvement of residents' welfare. This paper conducted a cost-benefit analysis for the installation of piezoelectric energy harvester on the highway focusing on its impacts on the public. The results showed that the installation of piezoelectric energy harvester on the gyeongbu highway is economically feasible in that it could increase the social welfare for the residents. Finally, this paper suggests policy direction for the practical use of the piezoelectric energy harvester, based on the results obtained.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2007.11a
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• pp.28.2-28.2
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• 2007

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.331-331
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• 2010

본 연구에서는 차량 하중에 의해 압전체가 변형되어 전기에너지를 발생시키는 도로용 압전에너지 하베스터를 개발하기위한 설계 및 실험을 진행하였다. 최대의 전기에너지가 발생되도록 압전사각 시트를 닥터브레이드로 제작하여, 이를 강판에 부착하고 고유주파수를 낮추기 위해 끝단에 질량을 달아 캔틸레버형태의 구조로 제작하였으며 끝단 질량의 변화와 가진주파수에 따른 발전특성을 비교하였다. 이로써 도로용 센서 및 방향지시등의 전원으로 사용하기 위한 도로매설용 압전 에너지 하베스터의 타당성을 확인하였다.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.26 no.3
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• pp.3-14
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• 2013

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.312-312
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• 2010

모터나 기계류와 같이 주변에서 발생하는 미활용 진동에너지를 전기에너지로 수확하기 위한 Piezoelectric Energy Harvester를 개발하고자 하였다. PZT-5H의 조성으로 후막세라믹 적층 구조 캔틸레버 타입의 압전시트를 통해 압전 에너지 하베스터를 제작하였다. 일반적으로 진동에너지를 수확하여 전기에너지로 변환시키는 압전 에너지 하베스팅 기술은 에너지 효율이 낮은 문제점을 가지고 있으므로 에너지 효율을 높이기 위한 방법으로 본 연구에서는 Unimorph 와 Bimorph 타입의 캔틸레버의 가로, 세로, 두께, 재료변수에 따라 발생하는 최적의 효율을 가지는 구조를 찾고자 하였다. 캔틸레버 각 변수에 따른 공진주파수 대역에서 발생하는 전압을 분석하여 50Hz의 공진주파수를 가지는 60*35*0.2mm의 캔틸레버를 설계하였다. 시뮬레이션을 통해 얻어진 결과를 실험적으로 검증하기 위해 전력량을 측정한 결과, Bimorph는 Unimorph 타입에 비해 2배가량의 향상된 발전특성을 가지며 에너지 하베스터에서 초당 $76.2\;{\mu}W$의 전력량을 가지는 것을 확인하였고 시뮬레이션 결과와의 타당성을 확인하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.94.2-94.2
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• 2012

에너지 하베스터에 적용 가능한 $0.72Pb(Zr_{0.47}Ti_{0.53})O_3-0.28Pb((Ni_{0.55}Zn_{0.45})_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ (PPZNN) 후막세라믹의 구조적 압전 특성을 조사하였다. $850^{\circ}C$에서 하소를 마친 파우더를 72시간 볼 밀링 처리한 후, 테잎 캐스팅 공정을 이용하여 0.3mm의 두께로 PPZNN 압전 세라믹을 제조하였다. $900^{\circ}C$에서 $1200^{\circ}C$까지 다양한 온도에 소결하여 온도가 증가될수록 정방형 구조로 상전이 거동하는 모습을 보였으며, 특히 $1050^{\circ}C$에서 소결된 PPZNN후막 세라믹은 이차상이 없는 고밀도의 미세구조가 관찰되었다. $d_{33}$=440 pC/N 그리고 kp = 0.46의 우수한 압전 특성을 보였으며, 에너지 변환 성능을 나타내는 $d33{\cdot}g33$ 값은 약 $20439{\times}10^{-15}\;m^2/N$ 로 매우 우수하였다. PPZNN후막 세라믹을 유니몰프 켄틸레버 형태로 제작하여 발전 평가하였을 때 저항이 470 $k{\Omega}$에서 969 ${\mu}W$ (4930 ${\mu}W/cm^3$)로 관찰되었다. PPZNN 후막 압전 세라믹은 향후 압전에너지 하베스터 소재로 다양한 응용분야에 사용될 것으로 예상된다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2016.07a
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• pp.463-464
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• 2016

본 논문은 압전소자 발전기를 이용하여 하베스팅 에너지 발전량을 증대시키기 위한 에너지 하베스팅 방법을 제안하였다. 기존의 풀브리지 정류기만을 이용한 standard DC 방법에 압전소자와 병렬로 공진을 위한 인덕터와 MOSFET를 연결하여 parallel SSHI 회로를 구성하였으며, 또한 변위센서와 비교기를 통해 스위치 시점을 결정한다. 시뮬레이션 분석을 위해 압전발전기를 등가회로로 모델링하였으며, standard DC방법과 parallel SSHI 방법의 성능을 비교하여 parallel SSHI 방법이 standard DC 방법보다 약 13%의 전력이 증대된 것을 확인 하였다.