KR101146564B1 - Dielectric elastomer generation unit, independent generating apparatus for attaching at joint and independent generating apparatus for attaching at weight thing having the same - Google Patents

Dielectric elastomer generation unit, independent generating apparatus for attaching at joint and independent generating apparatus for attaching at weight thing having the same Download PDF

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KR101146564B1
KR101146564B1 KR1020100129451A KR20100129451A KR101146564B1 KR 101146564 B1 KR101146564 B1 KR 101146564B1 KR 1020100129451 A KR1020100129451 A KR 1020100129451A KR 20100129451 A KR20100129451 A KR 20100129451A KR 101146564 B1 KR101146564 B1 KR 101146564B1
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김수현
조경호
강경수
권지훈
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국방과학연구소
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Abstract

PURPOSE: A dielectric elastomer generation unit, a joint attaching independent electricity generating apparatus including thereof, and a weight attaching electricity generating apparatus are provided to generate electrical energy by changing a transform layer. CONSTITUTION: A dielectric elastomer generation unit comprises the following: a transform layer(111) containing a dielectric elastomer in a gel form, generating electricity by the transformation of extending and contracting; a guide unit(114) maintaining the shape of the transform layer; electrodes(112, 113) formed on first and second surfaces by turns into a positive electrode and a negative electrode; and a housing for storing the guide unit and the electrodes.

Description

유전 중합체 발전 유닛, 이를 구비하는 관절 부착용 자가 발전 장치 및 중량체 부착용 자가 발전 장치{Dielectric elastomer generation unit, independent generating apparatus for attaching at joint and independent generating apparatus for attaching at weight thing having the same}Dielectric elastomer generation unit, independent generating apparatus for attaching at joint and independent generating apparatus for attaching at weight thing having the same}

본 발명의 실시예들은 신체의 특정 부위에 부착되어 전기를 발생시킬 수 있는 유전 중합체 발전 유닛, 이를 구비하는 관절 부착용 자가 발전 장치 및 중량체 부착용 자가 발전 장치에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a dielectric polymer power generation unit that can be attached to a specific part of the body to generate electricity, a joint attachment self-power generation device and a weight attachment self-power generation device having the same.

최근 정보기술(IT, Information Technology)의 눈부신 발달로 인해 어느 제품을 막론하고, 전원부를 필요로 하지 않는 장치는 없다. 주변에 전원장치가 있는 경우는 큰 상관이 없지만, 전원장치가 없는 외부에서 장시간 있을 때 배터리의 중요성은 더욱 커진다. Recently, due to the remarkable development of information technology (IT), there is no device that does not need a power supply regardless of which product. It doesn't matter if there is a power supply nearby, but the battery becomes more important when it is used for a long time outside.

현재 배터리를 갈아 끼우거나 충전 카트리지로 충전시키는 재래식 방법이 사용되고 있고, 배터리를 자주 갈아줘야 하는 사용자들의 불편을 덜기 위해 각 기업에서는 그나마 수명이 연장된 배터리를 개발하고 있는 실정이다. 이는 미래의 휴대용 전자제품 시대를 살아야하는 사용자로 하여금 상당히 번거로운 일이고, 혹시나 배터리를 충전하는 것을 잊어버렸을 경우나 갈아 낄 배터리를 소지하지 않았을 경우에는 해당 제품을 사용 할 수 없게 되는 단점이 있다.Currently, conventional methods of changing batteries or recharging them with charging cartridges are being used, and in order to reduce the inconvenience of users who need to change the batteries frequently, each company is developing a battery with an extended life span. This is quite cumbersome for users who have to live in the future of portable electronics, and if they forget to charge the battery or do not have a battery to replace, there is a disadvantage that the product cannot be used.

저용량 에너지 수확 기술에서는 Micro Power Generation(MPG) 기술에 대한 관심이 증가하고 있는데, 이중 기존에 많이 쓰이고 있는 기술은 피에조를 이용한 에너지 수확방식이다. 피에조효과를 이용한 방식은 딱딱한 피에조 물질에 굽힘의 기계적 진동운동 형태로 전기에너지를 얻는 방법이다. 또한 피에조물질은 비싸고 에너지밀도가 낮은 단점도 함께 가지고 있다. 그렇기 때문에 사람의 움직임으로부터 에너지를 수확하려고 하는 관절부착용으로써 사용하기에는 제한사항이 많다.In the low-capacity energy harvesting technology, interest in the Micro Power Generation (MPG) technology is increasing. Among the existing techniques, the energy harvesting method using piezo is used. The piezoelectric effect is a method of obtaining electrical energy in the form of mechanical vibrations of bending on hard piezo materials. Piezomaterials also have the disadvantages of high cost and low energy density. Because of this, there are many limitations to use it as a joint attachment that attempts to harvest energy from human movement.

최근 연구 시작 단계인 Dielectric Elastomer (유전 중합체) 방법은 유연한 탄성을 지닌 폴리머를 이용하는 방법인데, 바이어스 전압에 대해 기계적 에너지를 통해 더 큰 전기에너지를 얻는 방법이라 할 수 있다. The Dielectric Elastomer method, which is the beginning of a recent study, uses a polymer with flexible elasticity, which is a method of obtaining more electric energy through mechanical energy against bias voltage.

변형율이 전기장의 제곱에 비례하는 Electrostriction 성질을 보이는 유전 중합체는 변형율이 단순히 전기장에 비례하는 피에조소자(대표적으로 PZT) 보다 큰 변형률의 특징이 있다. 또한 무소음이고 가벼운 장점도 겸비하여 향후 국방분야 등에도 응용 적합하다. 즉, 이와 같이 유전 중합체는 저밀도로 저단가(Cheap), 저소음(Quiet), 경량성(Light), 고변형이 가능함으로 인한 다접목성(Versatile), 부드러운 연성(Soft)의 특징으로 대표지어질 수 있다. 이에 비해 단점으로는 낮은 출력힘과 강성, 내구성과 반복성의 취약이라고 할 수 있다. 본 발명에서 제시되고 앞으로 계속 언급하게 될 유전 중합체 발전기 기술은 인간이나 동물의 일상적인 움직임과 더불어 자연 속의 바람, 파도 등의 힘을 이용하여 오염 물질을 배출하지 않는 청정, 무한 에너지이며 반영구적인 재료라는 점에서 개발 가치가 매우 높다.Dielectric polymers with electrostriction in which the strain is proportional to the square of the electric field are characterized by higher strain than piezo elements (typically PZT) whose strain is simply proportional to the electric field. In addition, it is noiseless and light, and is suitable for future defense applications. That is, the dielectric polymer may be characterized by low density, low noise, low noise, light weight, high deformation, and versatile and soft softness. Can be. On the other hand, the disadvantage is low output force and stiffness, weakness of durability and repeatability. The dielectric polymer generator technology presented and discussed in the present invention is a clean, infinite energy and semi-permanent material that does not emit pollutants by using the force of wind, waves, etc. in nature with the daily movement of humans or animals. In terms of development value is very high.

본 발명의 일실시예들은 신체에 착용하여, 전기 에너지를 생산할 수 있는 자가 발전 장치를 제공하기 위한 것이다. One embodiment of the present invention is to provide a self-powered device that can be worn on the body, to produce electrical energy.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 유전 중합체 발전 유닛은 일정 두께를 갖으며, 젤 상태의 유전 중합체(dielectric elastomer)를 포함하여, 신장 또는 수축변형되거나 굴곡변형되는 경우 전기를 발생하도록 형성되는 변형층과, 상기 변형층의 형상을 유지하도록, 상기 변형층의 측면에 배치되는 가이드부 및 상기 변형층의 제1면과 제2면에 각각 교대로 양극 또는 음극으로 형성되는 전극들을 포함한다.In order to achieve the above object of the present invention, the dielectric polymer power generation unit according to an embodiment of the present invention has a certain thickness, including a dielectric elastomer in a gel state, elongation or shrinkage deformation or bending When deformed, the deformed layer formed to generate electricity, the guide portion disposed on the side of the deformed layer, and the anode or the first and second surfaces of the deformed layer alternately to maintain the shape of the deformed layer, respectively. It includes electrodes formed of a cathode.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 변형층, 상기 가이드부 및 상기 전극들을 내장하도록 형성되는 하우징을 더 포함한다.According to an example related to the present invention, the apparatus may further include a housing formed to embed the deformation layer, the guide part, and the electrodes.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 하우징은 외력을 받아 신장 또는 수축변형되거나 굴곡변형된 상태에서, 변형 전의 상태로 복귀할 수 있도록, 스프링을 포함한다.According to an example related to the present invention, the housing includes a spring so as to return to a state before deformation in a state in which the housing is elongated or contracted or bent under the external force.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 하우징은 스판덱스(spandex)인 것을 특징으로 하는 유전 중합체 발전 유닛.According to one embodiment in connection with the present invention, the housing is a dielectric polymer power generation unit, characterized in that the spandex (spandex).

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 변형층의 두께는 100μm 이하로 형성된다.According to an example related to the present invention, the deformation layer has a thickness of 100 μm or less.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 변형층은 유전 중합체를 포함하는 액체 실리콘을 스핀 코팅(spin coating)하여 형성된다.According to an example related to the present invention, the strained layer is formed by spin coating liquid silicon containing a dielectric polymer.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 변형층과 상기 전극들은 복수로 형성되어 서로 적층된다.According to an example related to the present invention, the strained layer and the electrodes are formed in plural and stacked on each other.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 관절의 상단에 부착되는 제1결합부와, 관절의 하단에 부착되는 제2결합부 및 양단이 상기 제1결합부와 상기 제2결합부에 각각 부착되고, 관절운동에 따라 신장 또는 수축변형되거나 굴곡변형되면서, 전기를 발생시키도록 형성되는 유전 중합체 발전 유닛을 포함하고, 상기 유전 중합체 발전 유닛은, 일정 두께를 갖으며, 젤 상태의 유전 중합체(dielectric elastomer)를 포함하여, 신장 또는 수축변형되거나 굴곡 변형되는 경우 전기를 발생하도록 형성되는 변형층과, 상기 변형층의 형상을 유지하도록, 상기 변형층의 측면에 배치되는 가이드부 및 상기 변형층의 제1면과 제2면에 각각 교대로 양극 또는 음극으로 형성되는 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 관절 부착용 자가 발전 장치를 개시한다.In addition, in order to realize the above object, the present invention is a first coupling portion attached to the upper end of the joint, the second coupling portion and both ends attached to the lower end of the joint are attached to the first coupling portion and the second coupling portion, respectively And a dielectric polymer power generation unit configured to generate electricity while being stretched or contracted or bent according to joint motion, wherein the dielectric polymer power generation unit has a thickness and has a gel dielectric dielectric. and a deformable layer formed to generate electricity when stretched, contracted or bent, and a guide portion disposed on the side of the deformable layer to maintain the shape of the deformable layer, and the deformable layer of the deformable layer. Disclosed are a self-powered apparatus for attaching joints, comprising electrodes formed on the first and second surfaces of the anode and the cathode, respectively.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 변형층, 상기 가이드부 및 상기 전극들을 내장하도록 형성되는 하우징을 더 포함한다.According to an example related to the present invention, the apparatus may further include a housing formed to embed the deformation layer, the guide part, and the electrodes.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 하우징은 외력을 받아 신장 또는 수축변형되거나 굴곡변형된 상태에서, 변형 전의 상태로 복귀할 수 있도록, 스판덱스로 형성된다.According to an example related to the present invention, the housing is formed of spandex so as to return to a state before deformation in a state in which the housing is extended or contracted or bent under the external force.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 지면과 접촉하면서, 하중을 지지하도록 형성되는 지지부와, 상기 지지부의 상면에, 일정 두께를 갖으며, 젤 상태의 유전 중합체(dielectric elastomer)를 포함하여, 신장 또는 수축변형되거나 굴곡변형되는 경우 전기를 발생하도록 형성되는 변형층과, 상기 변형층의 형상을 유지하도록, 상기 변형층의 측면에 배치되는 가이드부 및 상기 변형층의 제1면과 제2면에 각각 교대로 양극 또는 음극으로 형성되는 전극들을 포함하는 중량체 부착용 자가 발전 장치를 개시한다.In order to realize the above object, the present invention includes a support formed to support a load while being in contact with the ground, and a dielectric elastomer having a predetermined thickness on the upper surface of the support and having a gel-like dielectric elastomer. And a strained layer formed to generate electricity when stretched or contracted or curved, and a guide part disposed on the side of the strained layer so as to maintain a shape of the strained layer, and first and second surfaces of the strained layer. Disclosed is a self-powered apparatus for attaching a weight including electrodes formed on the surface of the anode and the cathode, respectively.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 상기 변형층과 상기 전극들은 복수로 형성되어 서로 적층된다.In addition, in order to realize the above object, the present invention, the deformation layer and the electrode are formed in plural and are stacked on each other.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 하중이 작용하거나 해제되는 경우 상기 변형층을 신장 또는 수축변형되거나 굴곡변형시킬 수 있도록, 상기 변형층에 부착되는 스프링을 더 포함한다.In order to realize the above object, the present invention further includes a spring attached to the strained layer so that the strained layer can be stretched, shrunk or bent when the load is applied or released.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된, 유전 중합체 발전 유닛은 신체의 어느 한 부위에 부착되어 전기 에너지를 생산할 수 있으며, 고에너지밀도, 저가격과 경량, 그리고 깨지지 않는 유연함을 장점으로 갖는다.In accordance with at least one embodiment of the present invention configured as described above, the dielectric polymer power generation unit can be attached to any part of the body to produce electrical energy, and has advantages of high energy density, low cost and light weight, and unbreakable flexibility. To have.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유전 중합체 발전 유닛의 에너지 발생 싸이클을 도시한 개념도.
도 2는 도 1의 각 단계의 기계에너지 및 전기에너지 상태를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유전 중합체 발전 유닛의 에너지 발생과정을 도시한 회로도.
도 4는 본 발명의 일실시예와 관련된 배터리 충전 커패시터를 도시한 회로도.
도 5는 도 4와 관련하여, 유전 중합체 발전 유닛의 정전용량변화에 따른 배터리 충전 커패시터의 전압 증가를 도시한 그래프.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따르는 유전 중합체 발전 유닛의 분리 사시도.
도 7a는 도 6의 단면도.
도 7b는 도 7b에 하우징에 덮힌 상태에서의 측면도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 관절 부착용 자가 발전 장치의 사용 상태도.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 중량체 부착용 유전 중합체 발전 유닛의 개념도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따르는 중량체 부착용 자가 발전 장치의 개념도.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따르는 자가 발전 장치 및 충전 장치의 착용 상태도.
1 is a conceptual diagram illustrating an energy generation cycle of a dielectric polymer power generation unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph showing the mechanical energy and electrical energy state of each step of Figure 1;
3 is a circuit diagram illustrating an energy generation process of a dielectric polymer power generation unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram illustrating a battery charging capacitor related to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph illustrating an increase in voltage of a battery charging capacitor with a change in capacitance of the dielectric polymer power generation unit with respect to FIG. 4.
6 is an exploded perspective view of a dielectric polymer power unit according to one embodiment of the invention.
7A is a cross-sectional view of FIG. 6.
FIG. 7B is a side view of the housing in FIG. 7B. FIG.
8A and 8B are diagrams illustrating a state of use of the self-powered device for attaching joints according to another embodiment of the present invention.
9A and 9B are conceptual views of a dielectric polymer power generation unit for weight attachment according to another embodiment of the present invention.
10 is a conceptual diagram of a self-powered device for attaching a weight according to an embodiment of the present invention.
11 is a wearing state of the self-powered device and charging device according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일실시예에 따르는 유전 중합체 발전 유닛, 이를 구비하는 관절 부착용 자가 발전 장치 및 중량체 부착용 자가 발전 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Hereinafter, a dielectric polymer power generation unit according to an embodiment of the present invention, a self-powered device for attaching a joint and a weight-powered self-powered device having the same will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the present specification, different embodiments are given the same or similar reference numerals for the same or similar configurations, and the description is replaced with the first description. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

본 발명의 일실시예들은 유연한 성질의 유전 중합체 발전 유닛(110)을 인간의 활동에 있어서 동작 변위가 가장 큰 신체의 관절부분에 부착할 수 있도록 함과 동시에 사람의 신발 뒷굽에 중량체 부착용 자가 발전 장치를 부착함으로써, 인간의 모든 움직임으로부터 에너지를 수확하여 때와 장소를 가리지 않고, 소형 전자 제품의 배터리가 충전될 수 있도록 하는 새로운 개념의 에너지 충전 방법이다. One embodiment of the present invention allows the dielectric polymer power generation unit 110 of the flexible nature to be attached to the joint portion of the body having the largest movement displacement in human activity and at the same time self-power generation for attaching the weight to the heel of a person's shoes By attaching the device, it is a new concept of energy charging method that harvests energy from all human movements so that the battery of small electronic products can be charged anywhere and anytime.

이러한 유전 중합체 발전 유닛(Dielectric Elastomer Generator)은 고에너지밀도, 저가격과 경량, 그리고 깨지지 않는 유연함의 장점을 지니고 있다. 그렇기 때문에 기존의 다른 에너지 수집 장치와 비교 했을 때 기계적인 에너지, 특히 신체의 여러 활동과의 부합하여, 이런 활동으로부터 전기 에너지를 생산할 수 있다.The dielectric polymer generator unit has the advantages of high energy density, low cost, light weight, and unbreakable flexibility. This makes it possible to produce electrical energy from these activities, in comparison with mechanical energy, especially the body's activities, compared to other conventional energy collectors.

본 발명의 기술적인 원리는 유전 중합체(Dielectric Elastomer, 또는 유전식 엘라스토머)를 이용하여 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 바꿔주는 것인데, 폴리머로 고무와 유사한 유전 중합체를 기준으로 위, 아래 양 층에 카본 그리스 등을 이용한 전극(112, 113)이 형성한다. The technical principle of the present invention is to convert mechanical energy into electrical energy using dielectric polymers (Dielectric Elastomers, or dielectric elastomers), which are based on rubber-like dielectric polymers. The electrodes 112 and 113 using the back and the like are formed.

유전 중합체를 이용한 자가 발전 장치는 힘을 가할 때 두께방향 압축뿐만 아니라 면 방향으로 인장력을 받는 상태에서도 에너지가 발생하므로 다양한 에너지획득이 가능하다. 유전 중합체에 인가전압(Bias Voltage)을 가하면 비압축성 물질인 폴리머가 면적은 늘어나고 두께는 줄어들게 된다. 인가전압을 계속 가한 상태에서 힘을 가해 면적이 늘어나면서 전전용량(C)이 커지게 된다. 이때 같은 전압상태를 유지하면서 정전 용량 값이 커지게 되어 전하(Q)가 커지게 되고(voltage source로부터 많은 전하가 흘러 들어옴), 힘을 제거하면 폴리머가 원상태로 돌아오므로 면적은 줄어들고 두께가 커지게 되어 출력 쪽으로 입력전하와 같은 양만큼의 전하가 흘러가게 된다. 이때 전압이 순간적으로 커지게 되므로 전기에너지는 더 큰 값을 갖게 되는 원리를 이용한 것이다.Self-powered devices using dielectric polymers can obtain a variety of energy because energy is generated under tension in the direction of the plane as well as in the thickness direction when the force is applied. When a bias voltage is applied to the dielectric polymer, the polymer, which is an incompressible material, increases in area and decreases in thickness. As the area is increased by applying force while the applied voltage is continuously applied, the electric capacitance C becomes large. At this time, the capacitance value increases while maintaining the same voltage state, so that the charge (Q) increases (a lot of charge flows from the voltage source), and when the force is removed, the polymer returns to its original state, thereby reducing the area and increasing the thickness. As a result, the same amount of charge flows to the output as the input charge. At this time, since the voltage is instantaneously increased, the electric energy has a larger value.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유전 중합체 발전 유닛의 에너지 발생 싸이클을 도시한 개념도이고, 도 2는 도 1의 각 단계의 기계에너지 및 전기에너지 상태를 도시한 그래프이다.1 is a conceptual diagram illustrating an energy generation cycle of a dielectric polymer power generation unit according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a graph showing the mechanical energy and electrical energy state of each step of FIG.

유전 중합체 발전 유닛(110)를 자가 발전 장치로 사용하기 위해서는, 도 1에서와 같이, 유전 중합체에 인가전압을 먼저 가한 후 힘을 가했다 빼서 인위적으로 유전 중합체 발전 유닛(110)의 두께를 더 줄어들게 하여 전기에너지를 크게 하는 메카니즘을 이용한다. 유전 중합체에 힘을 먼저 가한 후 인가전압을 가한 다음 힘을 제거하는 순서를 사용해도 마찬가지의 전기에너지를 얻는다. In order to use the dielectric polymer power generation unit 110 as a self-generating device, as shown in FIG. 1, the dielectric polymer power generation unit 110 is artificially further reduced by applying an applied voltage to the dielectric polymer first and then applying a force. Use a mechanism to increase electrical energy. The same electrical energy is obtained by first applying a force to the dielectric polymer, then applying an applied voltage and then removing the force.

도 1의 처음 a과정에서 유전 중합체 발전 유닛(110)에 힘을 가하면 유전 중합체와 유연한 전극(112, 113)이 늘어나게 된다. b과정에서 위 아래 전극(112, 113)에 각각 (+), (-)전압을 가하면 전기장이 발생하여 유전 중합체와 전극(112, 113)이 좀 더 늘어나게 된다. 이때 유전 중합체의 비압축성 성질에 따라 체적은 일정하여 면적은 커지고 두께는 줄어든다. 눌렀던 기계힘을 제거하면(c과정) 전기에너지가 더 커지게 된다. 이 전기에너지를 d과정에서 보는 것처럼 load에 이용하여 원 상태로 복귀 할 수 있다.Applying force to the dielectric polymer power generation unit 110 in the first a process of FIG. 1 causes the dielectric polymer and flexible electrodes 112 and 113 to stretch. Applying (+) and (-) voltages to the upper and lower electrodes 112 and 113, respectively, in step b, an electric field is generated to increase the dielectric polymer and the electrodes 112 and 113. At this time, the volume is constant according to the incompressible nature of the dielectric polymer, the area becomes larger and the thickness decreases. Removing the pressed mechanical force (step c) results in greater electrical energy. This electrical energy can be returned to its original state using a load as shown in step d.

위 과정을 기계, 전기적 에너지로 도시하면 도 2와 같다. a과정에서 유전 중합체 발전 유닛(110)에 기계적 에너지가 가해져서 기계에너지가 늘어나게 된다. b과정에서 전기장이 가해져서 유전 중합체 발전 유닛(110)의 전기에너지가 커지고, 전기장에 의한 유전 중합체 발전 유닛(110)의 팽창 때문에 기계에너지도 약간 늘어나게 된다. 유전 중합체 발전 유닛(110)에 힘이 제거되면 전압이 커짐에 의해 전기에너지가 커지게 되고(c과정), 이를 load에 이용하면 원래 상태로 복귀하게 된다.(d과정)The above process is illustrated in Figure 2 as mechanical and electrical energy. In the process a, mechanical energy is applied to the dielectric polymer power generation unit 110 to increase the mechanical energy. In step b, an electric field is applied to increase the electric energy of the dielectric polymer power generation unit 110, and the mechanical energy is slightly increased due to the expansion of the dielectric polymer power generation unit 110 by the electric field. When the force is removed from the dielectric polymer power generation unit 110, the electrical energy is increased by increasing the voltage (step c), and when used for load, the power is returned to the original state.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유전 중합체 발전 유닛(110)의 에너지 발생과정을 도시한 회로도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예와 관련된 배터리 충전 커패시터를 도시한 회로도이며, 도 5는 도 4와 관련하여, 유전 중합체 발전 유닛(110)의 정전용량변화에 따른 배터리 충전 커패시터의 전압 증가를 도시한 그래프이다.3 is a circuit diagram illustrating an energy generation process of the dielectric polymer power generation unit 110 according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a battery charging capacitor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5. 4 is a graph illustrating an increase in voltage of a battery charging capacitor according to a change in capacitance of the dielectric polymer power generation unit 110.

도 3을 참조하여, 유전 중합체 발전 유닛(110)로부터 실제로 전기에너지가 발생되는지를 살펴보면 다음과 같다. 초기 인가전원이 V0, 유전 중합체의 초기 정전용량이 C0라고 하자(a). 전기에너지를 가한 상태에서 유전 중합체를 눌러 정전용량이 1.1C0로 변했을 때(b), 전원으로부터 스위치를 끊는다(c). 그 후 기계적 힘을 놓아주어 유전 중합체의 정전용량이 처음 값으로 돌아가면 유전 중합체 내 전하변화량이 없으므로 유전 중합체의 전압이 1.1V0로 커지게 된다. 이를 캐패시터의 전기에너지를 이용해서 따져보면 정전용량 변화량(10%) 만큼 전기에너지가 커지게 된다. 이 과정을 식으로 표현하면 다음과 같다.Referring to Figure 3, look at whether the electrical energy is actually generated from the dielectric polymer power generation unit 110 as follows. Assume that the initial applied power is V 0 and the initial capacitance of the dielectric polymer is C 0 (a). When the dielectric polymer is pressed to 1.1 C 0 when the dielectric polymer is pressed while electrical energy is applied (b), the switch is disconnected from the power supply (c). After the mechanical force is released, the dielectric polymer's capacitance returns to its initial value, which increases the voltage of the dielectric polymer to 1.1V 0 because there is no charge change in the dielectric polymer. If you look at this by using the electrical energy of the capacitor, the electrical energy is increased by the amount of capacitance change (10%). The process is expressed as follows.

Figure 112010083201896-pat00001
Figure 112010083201896-pat00001

전기에너지가 늘어난 양을 임의의 유전 중합체 정전용량 변화에 대해 따져보면 아래 식과 같다. 유전 중합체를 눌렀을 때 유전 중합체의 전하량을 Q1이라하고, 유전 중합체에 기계적 힘이 제거되었을 때 전하량을 Q2라 하자. Q1과 Q2가 같으므로 유전 중합체의 정전용량 변화량(ΔC)과 전압 변화량(ΔV)의 관계를 알 수 있다. 그러면 Q1에서 전기에너지를 Eini, Q2에서 전기에너지를 Efinal이라 하고, 두 상태에서 전기에너지 차이를 ΔE라 하면 Efinal=Eini+ΔE 가 된다. 발생된 전기에너지를 계산하면 ΔC?V2/2이므로 정전용량 변화와 초기전압의 제곱에 비례하게 된다.The increased amount of electrical energy for any dielectric polymer capacitance change is given by the following equation. When the dielectric polymer is pressed, the charge amount of the dielectric polymer is Q 1 , and when the mechanical force is removed from the dielectric polymer, it is Q 2 . Since Q 1 and Q 2 are the same, the relationship between the capacitance change amount (ΔC) and the voltage change amount (ΔV) of the dielectric polymer is known. Then, as electrical energy in the electrical energy Q 1 in E ini, Q 2 E final, and when the electrical energy difference ΔE d in the two states is a final E = E ini + ΔE. Calculating the generated electric energy, so ΔC? V 2/2 is proportional to the square of the change in capacitance and the initial voltage.

Figure 112010083201896-pat00002
Figure 112010083201896-pat00002

증가한 전기에너지를 이용할 수 있는 방법은 도 4와 같은 회로를 이용하면 된다. 높아진 전기에너지는 배터리 충전 커패시터(Battery charging capacitor)에 쌓이게 된다. 처음 인가 전압 Vin은 성냥갑만한 작은 크기의 고전압발생기나 Solar cell 등을 이용하여 공급하면 된다. 도 5와 같이, a>b로 점점 전압이 쌓이는 정도는 작아진다 As a method of using the increased electric energy, a circuit as shown in FIG. 4 may be used. The increased electrical energy builds up in the battery charging capacitor. The initial applied voltage V in can be supplied by using a small sized high voltage generator or solar cell. As shown in Fig. 5, the degree of accumulation of voltage gradually becomes smaller as a> b.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따르는 유전 중합체 발전 유닛(110)의 분리 사시도이고, 도 7a는 도 6의 단면도이며, 도 7b는 도 7b에 하우징(115)에 덮힌 상태에서의 측면도이다.6 is an exploded perspective view of the dielectric polymer power generation unit 110 according to an embodiment of the present invention, FIG. 7A is a cross-sectional view of FIG. 6, and FIG. 7B is a side view of the housing 115 in FIG. 7B.

도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르는 유전 중합체 발전 유닛(110)은 변형층(111), 가이드부(114) 및 전극(112, 113)들을 포함한다.As shown in FIG. 6, the dielectric polymer power generation unit 110 according to an embodiment of the present invention includes a strained layer 111, a guide portion 114, and electrodes 112 and 113.

변형층(111)은 일정 두께를 갖으며, 젤 상태의 유전 중합체(dielectric elastomer)를 포함하여 형성된다. 변형층(111)을 제작하는 경우, 3M회사의 VHB(Very High Bonding) 아크릴의 경우는 두께가 두꺼워 고전기장을 가하기 어려우므로, 다우코닝사 등의 액체형 실리콘을 스핀 코팅공정으로 얇게 만들어야 한다(약 100㎛이하). 얇게 생성하는 이유는 얇게 형성된 실리콘과 카본 그리스 전극(112, 113)에 고전기장이 가해지기 때문이다. 두께는 약 50㎛ 에서 약 30㎛가 바람직하다. 이 이상으로는 적층으로 인한 정전용량의 증가가 만족스럽지 못하고, 이 이하로는 제작 단가가 높기 때문에 경제성이 없다.The strained layer 111 has a predetermined thickness and is formed including a dielectric elastomer in a gel state. In the case of fabricating the strained layer 111, since 3M company's VHB (Very High Bonding) acrylic is thick and difficult to apply a high field, liquid silicon such as Dow Corning must be thinned by spin coating (about 100). Μm or less). The reason for the thinness is that a high electric field is applied to the thinly formed silicon and carbon grease electrodes 112 and 113. The thickness is preferably about 50 μm to about 30 μm. Above this, the increase in capacitance due to lamination is not satisfactory, and below this, there is no economical because the manufacturing cost is high.

그리고, 유전 중합체 위와 아래에 전압을 가하기 위한 전극(일 예로, 카본그리스)을 만든다. 카본그리스 전극은 붓으로 변형층(111)에 바르거나 에어 브러쉬로 분사하는 방법으로 바를 수 있다. An electrode (eg, carbon grease) is made to apply voltage above and below the dielectric polymer. The carbon grease electrode may be applied to the deformable layer 111 with a brush or sprayed with an airbrush.

그리고 유전 중합체 형태를 유지하기 위하여 가이드부(114)가 변형층(111)의 측면을 감싸도록 형성된다. 가이드부(114)는 천, 합성수지 또는 금속 재질로 형성될 수 있다. And the guide portion 114 is formed to surround the side of the strained layer 111 to maintain the dielectric polymer form. The guide part 114 may be formed of cloth, synthetic resin, or metal material.

도 7a에서 보는 바와 같이, 양 바깥쪽에 전극(112, 113)이 있는 변형층(111)은 여러층을 쌓을 수 있으며 여러층이 쌓일 수록 유전 중합체의 정전용량이 커진다. 전선(112', 113')은 전극(112, 113)층에 교대로 (+), (-)로 전압을 공급하기 위해 위치한다.As shown in FIG. 7A, the strained layer 111 having the electrodes 112 and 113 on both outer sides thereof may be stacked in layers, and as the layers are stacked, the capacitance of the dielectric polymer increases. Wires 112 ′ and 113 ′ are positioned to alternately supply voltages to the electrodes 112 and 113 to the positive and negative layers.

그리고 도 7b에서 보는 바와 같이, 적층된 변형층(111), 전극(112, 113)들 및 가이드부(114)들을 모두 감싸는 하우징(115)이 형성된다. 하우징(115)은 굴곡 변형이나 신장 수축 변형 후에 원상태로 복귀할 수 있어야 하므로, 탄성 변형이 가능하도록 스프링을 포함한다. 일 예로, 본 발명의 일실시예에 의한 유전 중합체 발전 유닛(110)의 최외각에는, 신장 및 수축이 가능한 스판덱스(spandex)로 하우징(115)을 구성하였다. 또한, 하우징(115)은 내부보호와 고전압에 대한 안전장치 역할을 하도록 형성된다. As shown in FIG. 7B, a housing 115 is formed to surround all of the stacked deformation layers 111, the electrodes 112 and 113, and the guide parts 114. Since the housing 115 should be able to return to its original state after bending deformation or stretching contraction deformation, the housing 115 includes a spring to enable elastic deformation. For example, in the outermost portion of the dielectric polymer power generation unit 110 according to an embodiment of the present invention, the housing 115 is formed of spandex capable of stretching and contracting. In addition, the housing 115 is formed to serve as an internal protection and a safety device against high voltage.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 관절 부착용 자가 발전 장치(200)의 사용 상태도이고, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 중량체 부착용 유전 중합체 발전 유닛(130)의 개념도이다.8A and 8B are diagrams illustrating a state of use of the self-powered apparatus 200 for attaching joints according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 9A and 9B illustrate a dielectric polymer power generation unit for weight attachment according to another embodiment of the present invention. 130 is a conceptual diagram.

보다 구체적으로 유전 중합체 발전 유닛(120)의 작동원리를 살펴보면, 다음과 같다. 도 8a 및 도 8b에서 도시된 바와 같이, 관절 부착용의 경우 관절이 굽혀있지 않을 때 비해 굽힐 때 유전 중합체 발전 유닛(120)을 면적방향으로 팽창시키고 두께방향으로 굽히는 힘이 작용하여 유전층의 면적은 커지게 하고 두께는 줄어들게 하므로 강제로 정전용량 값을 높이게 된다. 다시 관절이 굽혀있지 않을 때 정전용량이 복원되면서 전압이 커지게 되어 전기에너지가 발생하게 된다. 도시한 바와 같이, 관절의 상단 및 하단에 부착하기 위하여 제1결합부(140)와 제2결합부(150)를 구비한다. In more detail, the operating principle of the dielectric polymer power generation unit 120 is as follows. As shown in FIGS. 8A and 8B, in the case of attaching the joint, the dielectric polymer power generation unit 120 expands in the area direction and a bending force in the thickness direction acts when the joint is not bent, thereby increasing the area of the dielectric layer. And the thickness decreases, forcibly increasing the capacitance value. When the joint is not bent again, the capacitance is restored and the voltage is increased to generate electrical energy. As shown, the first coupling part 140 and the second coupling part 150 are provided to attach to the upper and lower ends of the joint.

도 9a 및 도 9b에서 도시된 바와 같이, 중량체에 부착되는 유전 중합체 발전 유닛(130)의 경우는 중량체가 허공에 떠 있을 때 비해 중량체가 지면에 닿을 때 유전 중합체 발전 유닛(130)에 압력이 작용하여 정전용량이 커지게 된다. 발이 허공에 뜨게 되면 정전용량 값이 복원되면서 전기에너지가 발생하게 된다. 일반 관절 착용용 유전 중합체 발전 유닛(130)보다 제작이 쉬운데 펴진 유전 중합체 위, 아래에 전극(112, 113)을 바르고 접어서 만든다. 여러층을 쌓을 경우 유전 중합체와 전극층을 교대로 여러장 쌓는다.9A and 9B, in the case of the dielectric polymer power generation unit 130 attached to the weight, the pressure is applied to the dielectric polymer power generation unit 130 when the weight touches the ground as compared to when the weight is floating in the air. The capacitance increases. When the feet float in the air, the capacitance value is restored and electric energy is generated. It is easier to manufacture than the dielectric polymer power generation unit 130 for general joint wear, and is made by applying and folding the electrodes 112 and 113 above and below the stretched dielectric polymer. Stacking multiple layers alternately stacks dielectric polymer and electrode layers.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따르는 중량체 부착용 자가 발전 장치(300)의 개념도이다. 본 발명의 일실시예에 따르는 중량체 부착용 자가 발전 장치(300)는 변형층(111), 가이드부(114), 전극(112, 113)들 및 지지부(140)를 포함한다. 도 9a 및 도 9b에서 도시된 바와 같이, 유전 중합체(Dielectric Elastomer)에 위, 아래로 전기장과 힘이 작용하는 모습을 취한다. 유전 중합체에 너무 큰 힘이 가해지는 막기 위한 완충작용으로 스프링(116)을 이용한다. 스프링은 완충작용 뿐만 아니라 적층상태에서 변형층(111)간의 간격을 유지하고, 변형시 원 상태로 복원하기 위하여도 사용될 수 있다. 도 10은 유전 중합체 발전 유닛(130)이 횡방향 3개씩, 종방향 3개씩 배열된다고 할 경우, 그 구조를 도시한 것이다. (+)전극은 (+)끼리 (-)전극은 (-)끼리 모은다. 10 is a conceptual diagram of a weight attachment self-generating device 300 according to an embodiment of the present invention. The self-powered apparatus 300 for attaching a weight according to an embodiment of the present invention includes a deformation layer 111, a guide part 114, electrodes 112 and 113, and a support part 140. As shown in FIGS. 9A and 9B, the electric field and the force act on the dielectric polymer (Dielectric Elastomer) up and down. The spring 116 is used as a buffer to prevent too much force being applied to the dielectric polymer. The spring may be used to maintain the gap between the deformable layers 111 in the laminated state as well as the buffering action, and to restore the spring to its original state upon deformation. FIG. 10 shows the structure of the dielectric polymer power generation units 130 arranged in three transverse directions and three longitudinal directions. The positive electrode collects the (+) electrodes and the negative electrode collects the (-) electrodes.

관절 부착용 유전 중합체 발전 유닛(120)와 중량체 부착용 유전 중합체 발전 유닛(130)의 경우에 있어서 전기장과 기계적 힘을 가하는 방향이 다른데, 전자의 경우는 수직방향이며 후자의 경우는 평행방향이다. 전자의 경우는 Rheology에서 Voigt 모델의 구속조건과 같으며 후자는 Maxwell모델의 구속조건과 같다. 이때, 기계-전기 사이의 변환효율은 구속조건에 의해 중량체 부착용이 약 4배 좋으나 기계, 전기적 효율 자체는 중량체 부착용이 더 좋다. 물론 에너지 발생 원리는 동일하다. In the case of the joint-attach dielectric polymer power generation unit 120 and the weight-attach dielectric polymer power generation unit 130, the direction in which the electric field and the mechanical force are applied are different. The former is vertical and the latter is parallel. The former is the same as the constraint of the Voigt model in Rheology, and the latter is the same as the constraint of the Maxwell model. At this time, the conversion efficiency between the machine and electricity is about 4 times better for attaching the weight body due to constraint conditions, but the mechanical and electrical efficiency itself is better for attaching the weight body. Of course, the principle of energy generation is the same.

이때, 전기-기계 변환 효율(η)은 다음과 같다.At this time, the electromechanical conversion efficiency η is as follows.

Figure 112010083201896-pat00003
Figure 112010083201896-pat00003

중량체 부착용 유전 중합체 발전 유닛(130)의 경우 획득 전기에너지의 효율에 관해 따져보면 다음과 같다.In the case of the dielectric polymer power generation unit 130 for attaching the weight, the efficiency of the obtained electrical energy is as follows.

Figure 112010083201896-pat00004
Figure 112010083201896-pat00004

이때, C는 중량체 부착용 유전 중합체의 초기정전용량, E는 전기장, k는 기계적 stiffness, ΔC는 정전용량 값의 변화이다.Where C is the initial capacitance of the weight-bearing dielectric polymer, E is the electric field, k is the mechanical stiffness, and ΔC is the change in capacitance value.

본 밞명의 일 실시예에서 조절 가능한 변수는, 인가전압(Vin)과 사람의 움직임에 의한 관절운동에 따른 전압(V) 변화, 관절운동에 따른 신장/축소하는 유전 중합체의 면적(A) 변화, 유전 중합체 면적 변화에 의한 유전 중합체 층 두께(d) 변화가 있다. 이때, 면적(A)과 유전 중합체 층 두께(d)등이 영향을 미치는 정전용량은 초기 정전용량 값이 큰 것이 전기에너지 획득면이나 효율면에서 좋다. 또한 인가전압이 클수록 전기에너지와 효율이 커진다.In one embodiment of the present invention, the adjustable parameters include a change in applied voltage (V in ) and a change in voltage (V) according to joint motion caused by human movement, and a change in area (A) of the stretched and contracted dielectric polymer according to joint motion. There is a change in dielectric polymer layer thickness (d) due to a change in dielectric polymer area. At this time, the capacitance that the area (A) and the dielectric polymer layer thickness (d) affects the initial capacitance value is good in terms of electrical energy acquisition and efficiency. In addition, the greater the applied voltage, the greater the electrical energy and efficiency.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따르는 자가 발전 장치 및 충전 장치의 착용 상태도이다. 실제 신체착용에 적용했을 경우로써, 장갑형, 어깨부착형, 팔꿈치 부착형, 무릎 부착형 및 중량체 부착형을 고려할 수 있다.11 is a wearing state of the self-powered device and the charging device according to an embodiment of the present invention. When applied to the actual body wear, glove type, shoulder attachment, elbow attachment, knee attachment and weight attachment can be considered.

도시한 바와 같이, 배터리 충전회로(Battery charging circuit, 400)를 한 군데에 두어 높아진 전기에너지를 로드(load)에 공급하는데 쓴다. 이를 통하여, 기계적 움직임으로부터 기계에너지 입력을 받아 앞서 상술한 바와 같이, 에너지 변환 메커니즘(transmission mechanism)을 통해 유전 중합체 자가 발전 장치로 기계에너지가 전달된다. 유전 중합체 자가 발전 장치는 기계에너지를 전기에너지로 바꾸어주고 배터리 충전회로에 전기에너지를 공급하여 후에 로드(Load)에 전기에너지를 공급하게 된다.As shown, a battery charging circuit 400 is placed in one place and used to supply the increased electrical energy to the load. Through this, mechanical energy input is received from the mechanical movement, and as described above, the mechanical energy is transferred to the dielectric polymer self-generating device through an energy transmission mechanism. The dielectric polymer self-powered device converts mechanical energy into electrical energy and supplies electrical energy to a battery charging circuit, which in turn supplies electrical energy to a load.

상기와 같이 설명된 유전 중합체 발전 유닛, 이를 구비하는 관절 부착용 자가 발전 장치 및 중량체 부착용 자가 발전 장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The above-described dielectric polymer power generation unit, a joint attachment self-power generation device and a weight attachment self-power generation device having the same can not be limitedly applied to the configuration and method of the embodiments described above, the embodiments are various modifications All or some of the embodiments may be selectively combined in order to accomplish this.

Claims (13)

일정 두께를 갖으며, 젤 상태의 유전 중합체(dielectric elastomer)를 포함하여, 신장 또는 수축변형되거나 굴곡변형되는 경우 전기를 발생하도록 형성되는 변형층;
상기 변형층의 형상을 유지하도록, 상기 변형층의 측면에 배치되는 가이드부; 및
상기 변형층의 제1면과 제2면에 각각 교대로 양극 또는 음극으로 형성되는 전극들을 포함하는 유전 중합체 발전 유닛.
A strained layer having a predetermined thickness and including a dielectric elastomer in a gel state, the strained layer being formed to generate electricity when stretched, shrunk or bent;
A guide part disposed on a side surface of the strained layer to maintain a shape of the strained layer; And
And a plurality of electrodes formed on the first and second surfaces of the strained layer, respectively, alternately formed as an anode or a cathode.
제1항에 있어서,
상기 변형층, 상기 가이드부 및 상기 전극들을 내장하도록 형성되는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유전 중합체 발전 유닛.
The method of claim 1,
And a housing formed to house the strained layer, the guide portion, and the electrodes.
제2항에 있어서,
상기 하우징은 외력을 받아 신장 또는 수축변형되거나 굴곡변형된 상태에서, 변형 전의 상태로 복귀할 수 있도록, 스프링을 포함하는 것을 특징으로 유전 중합체 발전 유닛.
The method of claim 2,
And the housing includes a spring so as to return to a state before deformation in a state in which the housing is extended, contracted or bent under an external force.
제2항에 있어서,
상기 하우징은 스판덱스(spandex)인 것을 특징으로 하는 유전 중합체 발전 유닛.
The method of claim 2,
And the housing is a spandex.
제1항에 있어서,
상기 변형층의 두께는 100μm 이하인 것을 특징으로 하는 유전 중합체 발전 유닛.
The method of claim 1,
And the thickness of the strained layer is 100 μm or less.
제1항에 있어서,
상기 변형층은 유전 중합체를 포함하는 액체 실리콘을 스핀 코팅(spin coating)하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유전 중합체 발전 유닛.
The method of claim 1,
And said strained layer is formed by spin coating liquid silicon comprising a dielectric polymer.
제1항에 있어서,
상기 변형층과 상기 전극들은 복수로 형성되어 서로 적층되는 것을 특징으로 하는 유전 중합체 발전 유닛.
The method of claim 1,
And the strained layer and the electrodes are formed in plural and stacked on each other.
관절의 상단에 부착되는 제1결합부;
관절의 하단에 부착되는 제2결합부; 및
양단이 상기 제1결합부와 상기 제2결합부에 각각 부착되고, 관절운동에 따라 신장 또는 수축변형되거나 굴곡변형되면서, 전기를 발생시키도록 형성되는 유전 중합체 발전 유닛을 포함하고,
상기 유전 중합체 발전 유닛은,
일정 두께를 갖으며, 젤 상태의 유전 중합체(dielectric elastomer)를 포함하여, 신장 또는 수축변형되거나 굴곡 변형되는 경우 전기를 발생하도록 형성되는 변형층;
상기 변형층의 형상을 유지하도록, 상기 변형층의 측면에 배치되는 가이드부; 및
상기 변형층의 제1면과 제2면에 각각 교대로 양극 또는 음극으로 형성되는 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 관절 부착용 자가 발전 장치.
A first coupling part attached to an upper end of the joint;
A second coupling part attached to the bottom of the joint; And
A dielectric polymer power generation unit having both ends attached to the first coupling portion and the second coupling portion, respectively, and configured to generate electricity while extending or contracting or bending deformation according to joint motion;
The dielectric polymer power generation unit,
A strained layer having a predetermined thickness and including a dielectric elastomer in a gel state, the strained layer being configured to generate electricity when stretched, shrunk or bent;
A guide part disposed on a side surface of the strained layer to maintain a shape of the strained layer; And
Self-powered apparatus for attaching joints, characterized in that it comprises electrodes formed of an anode or a cathode alternately on the first and second surfaces of the strained layer, respectively.
제8항에 있어서,
상기 변형층, 상기 가이드부 및 상기 전극들을 내장하도록 형성되는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관절 부착용 자가 발전 장치.
The method of claim 8,
Self-powered device for attaching joints, characterized in that it further comprises a housing formed to house the deformation layer, the guide portion and the electrodes.
제9항에 있어서,
상기 하우징은 외력을 받아 신장 또는 수축변형되거나 굴곡변형된 상태에서, 변형 전의 상태로 복귀할 수 있도록, 형성되는 스판덱스인 것을 특징으로 관절 부착용 자가 발전 장치.
10. The method of claim 9,
The housing is a self-powered apparatus for attaching joints, characterized in that the spandex is formed so that it can return to the state before deformation in the state of extension or contraction deformation or bending deformation under external force.
지면과 접촉하면서, 하중을 지지하도록 형성되는 지지부;
상기 지지부의 상면에, 일정 두께를 갖으며, 젤 상태의 유전 중합체(dielectric elastomer)를 포함하여, 신장 또는 수축변형되거나 굴곡변형되는 경우 전기를 발생하도록 형성되는 변형층;
상기 변형층의 형상을 유지하도록, 상기 변형층의 측면에 배치되는 가이드부; 및
상기 변형층의 제1면과 제2면에 각각 교대로 양극 또는 음극으로 형성되는 전극들을 포함하는 중량체 부착용 자가 발전 장치.
A support portion formed to contact the ground and support the load;
A deformable layer having a predetermined thickness on the upper surface of the support part and including a dielectric elastomer in a gel state, the deformable layer being formed to generate electricity when elongated or contracted or bent;
A guide part disposed on a side surface of the strained layer to maintain a shape of the strained layer; And
A self-powered apparatus for attaching a weight body including electrodes formed on the first and second surfaces of the strain layer, respectively, alternately formed as an anode or a cathode.
제11항에 있어서,
상기 변형층과 상기 전극들은 복수로 형성되어 서로 적층되는 것을 특징으로 하는 중량체 부착용 자가 발전 장치.
The method of claim 11,
The deforming layer and the electrode is a plurality of self-powered apparatus for attaching the weight, characterized in that formed in plurality.
제11항에 있어서,
하중이 작용하거나 해제되는 경우 상기 변형층을 신장 또는 수축변형되거나 굴곡변형시킬 수 있도록, 상기 변형층에 부착되는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중량체 부착용 자가 발전 장치.
The method of claim 11,
And a spring attached to the strained layer so that the strained layer can be stretched, shrunk or bent when a load is applied or released.
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