KR101437246B1 - 정전유도형 발전 장치 - Google Patents

Abstract

가공 비용의 삭감을 가능하게 하는 정전유도형 발전 장치를 제공한다. 상대적으로 왕복 이동 가능하게 구성되고, 또한 양자의 사이에 환상 간극(S)이 형성되는 제1 기체(111) 및 제2 기체(121)와, 제1 기체(111)에 마련되는 일렉트릿(112)과, 제2 기체(121)에 마련되는 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)을 구비하는 정전유도형 발전 장치로서, 일렉트릿(112)은, 선형상의 도선의 표면에, 대전상태에 있는 유전체 물질이 피복된 것에 의해 구성되어 있고, 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)은, 모두 선형상의 도선에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

정전유도형 발전 장치{ELECTROSTATIC INDUCTION POWER GENERATOR}

본 발명은, 환경 진동을 이용하여 발전시키는 진동 발전 장치 등으로서 이용할 수 있는 정전유도형 발전 장치에 관한 것이다.

종래, 서로 대향한 상태를 유지한 채로, 상대적으로 이동 가능하게 구성된 한 쌍의 기판을 구비하고, 한 쌍의 기판의 한쪽에 복수의 일렉트릿이 병렬 배치되고, 다른 쪽에 한 쌍의 전극을 1조로 하는 복수 조의 전극이 병렬 배치된 정전유도형 발전 장치가 알려져 있다. 이러한 장치에 의하면, 한 쌍의 기판의 상대적인 이동에 의해, 한 쌍의 전극 중의 한쪽의 전극과 일렉트릿 사이의 정전 용량과, 다른 쪽의 전극과 일렉트릿 사이의 정전 용량이 각각 변화하기 때문에, 그 변화분이 전력으로서 출력된다.

이러한 정전유도형 발전 장치를 제작할 때에는, 기판형상에 미세한 전극(일렉트릿 및 집전용의 전극)을 형성하기 위해, 종래, 반도체 미세 가공 기술을 이용하고 있다. 그러나, 반도체 미세 가공 기술은, 일반적으로 장치가 어마어마한데다가, 당해 기술을 이용하여 정전유도형 발전 장치를 제작하는 경우에는, 단위 시간당에 제작할 수 있는 개수도 적고, 가공 비용이 극히 높게 되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본국 특개2006-180450호 공보

본 발명의 목적은, 가공 비용의 삭감을 가능하게 하는 정전유도형 발전 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 수단을 채용하였다.

즉, 본 발명의 정전유도형 발전 장치는,

상대적으로 왕복 이동 가능하게 구성되고, 또한 양자의 사이에 환상(環狀) 간극이 형성되는 제1 기체 및 제2 기체와,

제1 기체에 마련되는 일렉트릿과,

제2 기체에 마련되는 제1 전극 및 제2 전극을 구비하고,

제1 기체와 제2 기체의 상대적인 위치의 변화에 수반하여, 상기 일렉트릿과 제1 전극의 위치 관계, 및 상기 일렉트릿과 제2 전극의 위치 관계가 각각 변화함에 의해, 상기 일렉트릿과 제1 전극 사이의 정전 용량, 및 상기 일렉트릿과 제2 전극 사이의 정전 용량이 각각 변화함으로써 전력이 출력되는 정전유도형 발전 장치로서,

상기 일렉트릿은, 선형상(線狀)(본 발명에서는, 가늘고 긴 것을 의미하고 있고, 단면(斷面)이 원형의 침금형상(針金狀)의 것이나, 단면이 사각형의 대형상(帶狀)의 것 등도 포함되고, 단면의 형상은 한정되지 않는다)의 도선의 표면에, 대전상태(帶電狀態)에 있는 유전체 물질이 피복된 것에 의해 구성되어 있고,

제1 전극 및 제2 전극은, 모두 선형상의 도선에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 일렉트릿은, 선형상의 도선의 표면에, 대전상태에 있는 유전체 물질이 피복된 것에 의해 구성되어 있고, 제1 전극 및 제2 전극은, 모두 선형상의 도선에 의해 구성되어 있다. 따라서, 이들 제1 전극, 제2 전극 및 일렉트릿을, 반도체 미세 가공 기술을 이용하는 일 없이 제작할 수 있다.

상기 일렉트릿은 제1 기체에 대해 둘레(周)방향에 따라 전(全) 둘레에 걸쳐서 마련되어 있고, 제1 전극 및 제2 전극은 제2 기체에 대해 둘레방향에 따라 전 둘레에 걸쳐서 마련되어 있어도 좋다.

즉, 일렉트릿과 제1 전극과의 사이, 및 일렉트릿과 제2 전극의 사이에서는 정전인력(靜電引力)이 발생한다. 이 정전인력은 제1 기체와 제2 기체의 상대적인 왕복 이동을 방해하는 힘이 될 수 있다. 즉, 일반적인 정전유도형 발전 장치와 같이, 한 쌍의 판형상의 기판의 한쪽에 일렉트릿을 마련하고, 다른 쪽에 제1 전극 및 제2 전극을 마련한 경우에는, 정전인력에 의해 기판끼리가 가까워지는 방향으로 힘이 작용한다. 그 때문에, 정전인력이, 한 쌍의 기판의 상대적인 왕복 이동을 방해하는 힘이 된다. 이에 대해, 본 발명의 구성을 채용하면, 환상 간극의 전 둘레에 걸쳐서 정전인력이 발생함으로써, 어느 임의의 부분에서 발생하는 정전인력에 대해, 당해 부분과 180° 어긋난 위치에서도 정전인력이 발생하고 있게 된다. 그 때문에, 어느 임의의 부분에서의 정전인력과, 당해 부분과 180° 어긋난 위치에서의 정전인력에 따르고, 제1 기체와 제2 기체에 작용한 쌍방의 정전인력이 상쇄 또는 줄여지게 된다. 따라서, 정전인력에 의한 제1 기체와 제2 기체의 상대적인 왕복 이동에의 영향을 적게 하는 것이 가능해진다.

제1 기체와 제2 기체는, 양자 사이에 형성되는 환상 간극이 전 둘레에 걸쳐서 일정한 거리를 유지한 채로 상대적으로 왕복 이동 가능하게 구성되어 있고, 또한 상기 환상 간극은, 전 둘레에 걸쳐서, 그 거리가 개략 동일하도록 구성되어 있어도 좋다.

이에 의해, 전 둘레에 걸쳐서 안정적으로 전력을 얻을 수 있다. 또한, 일렉트릿과 제1 전극과의 사이, 및 일렉트릿과 제2 전극의 사이에서 발생하는 정전인력은 전 둘레에 걸쳐서 개략 동일하게 되기 때문에, 정전인력에 의한 제1 기체와 제2 기체의 상대적인 왕복 이동에의 영향을 효과적으로 적게 할 수 있다.

또한, 제1 기체와 제2 기체 중의 어느 한쪽은 원통형상 부재로 구성되어 있고, 다른 쪽은 그 원통형상 부재의 통 내에서 중심축이 일치하도록 마련된 원주형상 부재 또는 원통형상 부재에 의해 구성되면 좋다.

이에 의해, 환상 간극은, 전 둘레에 걸쳐서, 그 거리를 동일하게할 수 있다.

제1 기체에는, 상기 일렉트릿이 제1 전극과 제2 전극 중의 어느 한쪽과 대향하는 위치에 있는 경우에, 다른 쪽과 대향하는 위치에 마련된, 선형상의 도선에 의해 구성된 가드 전극이 마련되어 있어도 좋다.

이와 같이, 가드 전극을 마련함으로써, 출력 전압을 안정시킬 수 있다.

제1 전극 및 제2 전극에서의 도선의 표면에는, 절연 피막이 마련되어 있어도 좋다.

이에 의해, 일렉트릿으로부터의 방전을 억제할 수 있다.

또한, 상기 각 구성은, 가능한 한 조합시켜서 채용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 가공 비용을 삭감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 정전유도형 발전 장치의 전체적인 구성을 도시하는 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 관한 정전유도형 발전 장치의 주요 구성의 측면도.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 관한 정전유도형 발전 장치의 주요 구성의 모식적 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 관한 정전유도형 발전 장치의 발전 원리를 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 관한 정전유도형 발전 장치의 출력 전압을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 관한 일렉트릿의 제법을 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 관한 정전유도형 발전 장치의 주요 구성의 측면도.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 관한 정전유도형 발전 장치의 일부를 도시하는 모식적 단면도.
도 9는 본 발명의 실시예 4에 관한 정전유도형 발전 장치의 일부를 도시하는 모식적 단면도.
도 10은 본 발명의 실시예 5에 관한 제1 전극 및 제2 전극의 마련 방법을 설명하는 도면.
도 11은 본 발명의 실시예 5에 관한 정전유도형 발전 장치의 주요 구성의 모식적 단면도.
도 12는 본 발명의 실시예 6에 관한 정전유도형 발전 장치의 전체적인 구성을 도시하는 개략 구성도.
도 13은 본 발명의 참고예에 관한 정전유도형 발전 장치의 주요 구성의 모식적 단면도.

이하에 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태를, 실시예에 의거하여 예시적으로 상세하게 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은, 특히 특정적인 기재가 없는 한은, 본 발명의 범위를 그들만으로 한정하는 취지의 것은 아니다.

(실시예 1)

도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 관한 정전유도형 발전 장치에 관해 설명한다.

<정전유도형 발전 장치의 전체 구성>

특히, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 관한 정전유도형 발전 장치(100)의 전체 구성에 관해 설명한다. 그리고, 도 1은 전체 구성을 개략적으로 도시하고 있다. 도 2는 주요 구성(몸체(101)를 제외하는, 제1 유닛(110) 및 제2 유닛(120))을 측면측(도 1중, 몸체 내에서, 좌측)에서 본 도면이다. 도 3은 주요 구성의 모식적 단면도(축심을 통과하는 면으로 절단한 단면도)이다.

본 발명의 실시예 1에 관한 정전유도형 발전 장치(100)는, 몸체(101)와, 몸체(101)의 내부에 마련되는 제1 유닛(110) 및 제2 유닛(120)을 구비하고 있다.

제1 유닛(110)은, 원주형상 부재에 의해 구성되어 있는 제1 기체(基體)(111)와, 제1 기체(111)의 외주에 각각 나선형상으로 휘감겨진 일렉트릿(112) 및 가드 전극(113)으로 구성된다. 여기서, 일렉트릿(112)과 가드 전극(113)은, 이들 사이의 간격이 일정하게 되도록, 제1 기체(111)의 외주에 휘감겨져 있다. 또한, 제1 기체(111)의 외주에는 2개의 나선형상의 홈이 형성되어 있다. 일렉트릿(112)과 가드 전극(113)은, 이들 2개의 홈에 각각 꼭 끼여지게 제1 기체(111)의 외주에 휘감겨지으로써, 간단하게 위치 결정이 이루어져 있다. 또한, 가드 전극(113)은 접지되어 있다(도 3 참조).

또한, 제1 기체(111)는, 한 쌍의 스프링(114, 115)에 의해, 몸체(101)에 지지되어 있다. 즉, 스프링(114)의 일단이 몸체(101)의 내벽면에 고정되고, 스프링(114)의 타단이 제1 기체(111)의 일단에 고정되어 있다. 또한, 스프링(115)의 일단이 제1 기체(111)의 타단에 고정되고, 스프링(115)의 타단이 몸체(101)의 내벽면에 고정되어 있다. 이에 의해, 정전유도형 발전 장치(100)가 진동하면, 제1 유닛(110)은, 제2 유닛(120)에 대해, 도 1, 3중 좌우 방향으로 왕복 이동(진동)한다.

제2 유닛(120)은, 원통형상 부재에 의해 구성되어 있는 제2 기체(121)와, 제2 기체(121)의 내주에 각각 나선형상으로 마련된 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)으로 구성된다. 여기서, 제1 전극(122)과 제2 전극(123)은, 이들 사이의 간격이 일정하게 되도록, 제2 기체(121)의 내주에 마련되어 있다. 또한, 제2 기체(121)의 내주에는 2개의 나선형상의 홈이 형성되어 있다. 제1 전극(122)과 제2 전극(123)은, 이들 2개의 홈에 꼭 끼여지게 제2 기체(121)의 내주에 마련됨으로써, 간단하게 위치 결정이 이루어져 있다. 그리고, 제1 전극(122)과 제2 전극(123)에는, 발전에 의해 얻어진 전력이 공급되는 부하(130)가 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 제2 유닛(120)은 몸체(101)에 대해 고정되어 있다.

또한, 일렉트릿(112)과 가드 전극(113) 사이의 간격과, 제1 전극(122)과 제2 전극(123) 사이의 간격은 동등하게 되도록 구성되어 있다. 이에 의해, 일렉트릿(112)이 제1 전극(122)과 제2 전극(123)중의 어느 한쪽과 대향하는 위치에 있는 경우에, 가드 전극(113)은, 다른 쪽과 대향하는 위치가 된다.

그리고, 원주형상 부재로 구성된 제1 기체(111)는, 원통형상 부재로 구성된 제2 기체(121)의 통 내에서, 이들의 중심축이 일치한 상태에서 왕복 이동하도록 마련되어 있다. 이에 의해, 제1 기체(111)와 제2 기체(121)의 사이에는, 이들이 상대적으로 이동하고 있는 한창중에서도, 전 둘레에 걸쳐서, 그 거리가 동등한 환상 간극(S)이 형성된다. 그리고, 제1 기체(111)와 제2 기체(121)의 중심축이 일치한 상태를 유지하기 위해, 이들 사이에 베어링 등의 축받이를 마련하여도 좋다.

또한, 본 실시예에 관한 일렉트릿(112)은, 선형상(線狀)의 도선(예를 들면, 구리선)(112a)의 표면에, 대전(帶電)상태에 있는 유전체 물질이 피복된 것에 의해 구성되어 있다(도 6 참조). 보다 구체적으로는, 일렉트릿(112)은, SiO2, 불소계 수지 또는 폴리이미드 등을, 딥 코트, 스프레이 코트, 스퍼터 또는 전착(電着) 등에 의해, 도선(112a)의 표면에 대해 코팅하여(도 6(a)), 피막(112b)을 형성하고, 이 피막(112b)을 대전시킴으로써 얻어진다(도 6(b)). 또한, 딥 코트를 5회 이상 시행함에 의해 얻어진 일렉트릿(112)에 의해, 종래의 반도체 미세 가공 기술에 의해 얻어지는 일렉트릿과 동등한 전하량을 실현할 수 있음을 실험에 의해 확인할 수 있었다.

가드 전극(113)은, 선형상의 도선(예를 들면, 구리선)에 의해 구성되어 있다.

또한, 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)은, 모두 선형상의 도선(예를 들면, 구리선)에 의해 구성되어 있다. 그리고, 본 실시예에서의 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)은, 일렉트릿(112)으로부터의 방전(放電)을 억제하기 위해, 도선의 표면에, SiO2, 폴리이미드 또는 에나멜 등의 절연 피막이 마련되어 있다.

<정전유도형 발전 장치의 발전 원리>

특히, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 관한 정전유도형 발전 장치의 발전 원리에 관해 설명한다. 그리고, 본 실시예에서의 일렉트릿은, 마이너스의 전하를 반영구적으로 유지하도록 구성되어 있다.

제1 유닛(110)이 이동함에 의해, 제1 기체(111)와 제2 기체(121)의 상대적인 위치 관계가 변화한다. 이에 수반하여, 일렉트릿(112)과 제1 전극(122)의 위치 관계, 및 일렉트릿(112)과 제2 전극(123)의 위치 관계도 각각 변화한다. 도 4(a)는 일렉트릿(112)의 전면(全面)과, 제1 전극(122)의 전면(全面)이 대향한 상태로서, 일렉트릿(112)과 제2 전극(123)은 전혀 대향하지 않은 상태를 나타내고 있다. 도 4(b)는 일렉트릿(112)과 제1 전극(122)은 전혀 대향하지 않은 상태로서, 일렉트릿(112)의 일부와 제2 전극(123)의 일부가 대향한 상태를 나타내고 있다. 도 4(c)는 일렉트릿(112)의 전면과, 제2 전극(123)의 전면이 대향한 상태이고, 일렉트릿(112)과 제1 전극(122)은 전혀 대향하지 않은 상태를 나타내고 있다.

도 4(a)에 도시하는 상태에서는, 일렉트릿(112)과 제1 전극(122) 사이의 정전 용량이 최대가 된다. 이 때, 일렉트릿(112)과 제2 전극(123) 사이의 정전 용량도 존재할 수 있다. 그리고, 도 4(c)에 도시하는 상태에서는, 일렉트릿(112)과 제2 전극(123) 사이의 정전 용량이 최대가 된다. 이 때, 일렉트릿(112)과 제1 전극(122) 사이의 정전 용량도 존재할 수 있다. 이와 같이, 제1 유닛(110)(제1 기체(111))의 이동에 의해, 일렉트릿(112)과 제1 전극(122) 사이의 정전 용량, 및 일렉트릿(112)과 제2 전극(123) 사이의 정전 용량이 각각 변화한다.

도 4(b)는, 도 4(a)에 도시하는 상태로부터 도 4(c)에 도시하는 상태로 이행하는 도중의 상태를 나타내고 있다. 이 이행의 과정에서는, 일렉트릿(112)과 제1 전극(122) 사이의 정전 용량은 저하되고, 일렉트릿(112)과 제2 전극(123) 사이의 정전 용량은 상승한다. 따라서 제1 전극(122)과 제2 전극(123)은, 부하(130)를 통하여 전기적으로 연결되어 있기 때문에, 제1 전극(122)으로부터 제2 전극(123)을 향하여, 플러스의 전하가 이동한다. 이와 같이 하여 전력이 발생한다.

도 4(a)에 도시하는 상태와 도 4(c)에 도시하는 상태가 교대로 일정한 주기로 변동하는(제1 유닛(110)이 일정한 주기로 진동하는(왕복 이동하는)) 경우에 있어서의 경과 시간(t)에 대한 출력 전압(V)의 변동을 나타낸 그래프를 도 5에 도시한다. 도면중, t1는 도 4(a)에 도시하는 상태일 때에 상당하고, t2는 도 4(c)에 도시하는 상태일 때에 상당한다.

여기서, 이 도 5에 도시하는 바와 같이, 안정된 출력 전압을 얻을 수 있도록, 출력 전압은 고전압과 저전압의 중심이 0(V)가 되는 커브를 그리는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 가드 전극(113)을 마련함에 의해, 출력 전압의 고전압과 저전압의 중심을 0(V)로 하는 것을 가능하게 하고 있다. 즉, 예를 들면, 도 4(a)에 도시하는 바와 같이, 일렉트릿(112)과 제1 전극(122)이 대향하고, 또한 접지된 가드 전극(113)과 제2 전극(123)이 대향한 상태에서는, 키르히호프의 법칙에 의해, 제2 전극(123)의 전위는 0(V)가 된다. 도 4(c)에 도시하는 상태에서는, 제1 전극(122)과 가드 전극(113)(이 도면에서는 생략하고 있다)이 대향한 상태가 되고, 제1 전극(122)의 전위는 0(V)가 된다. 따라서 도 5에 도시하는 바와 같은 출력 전압의 커브를 얻을 수 있고, 안정된 출력 전압을 얻을 수 있다. 그리고, 가드 전극에 관해서는, 접지시키지 않는 구성을 채용하는 것도 가능하다. 가드 전극을 접지시키지 않는 경우에도, 제1 전극이나 제2 전극의 사이에서 콘덴서를 형성하기 때문에, 가드 전극을 마련하지 않은 경우에 비하여, 전압(발전량)을 안정시킬 수 있다. 단, 가드 전극을 접지시킨 쪽이, 상기한 바와 같이, 고전압과 저전압의 중심을 0(V)로 할 수 있기 때문에, 보다 한층, 전압(발전량)을 안정시킬 수 있다.

<본 실시예에 관한 정전유도형 발전 장치의 우수한 점>

본 실시예에서는, 일렉트릿(112)은, 선형상의 도선의 표면에, 대전상태에 있는 유전체 물질이 피복된 것에 의해 구성되어 있고, 가드 전극(113), 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)은, 모두 선형상의 도선(예를 들면, 구리선)에 의해 구성되어 있다. 따라서, 이들을, 반도체 미세 가공 기술을 이용하는 일 없이 제작할 수 있다. 이에 의해, 이들을 간단하게 작성할 수 있고, 또한 단위 시간당의 제작 가능한 개수도 대폭적으로 늘릴 수 있다. 또한, 반도체 미세 가공 기술을 이용하여, 이들을 제작하는 경우에 비하여, 가공 비용을 85% 이상 삭감하는 것이 가능해진다. 그리고, 본 실시예에서의 「선형상」이란, 가늘고 긴 것을 의미하고 있고, 단면이 원형인 침금형상의 것이나, 단면이 사각형의 대형상의 것 등도 포함되고, 단면의 형상은 한정되지 않는다. 이하의, 실시예에서도 마찬가지이다.

또한, 본 실시예에서는, 제1 기체(111)로서 원주형상 부재를 이용하고, 제2 기체(121)로서 원통형상 부재를 이용하고, 이들의 중심축을 일치시키는 배치 구성을 채용하였다. 따라서, 제1 기체(111)와 제2 기체(121) 사이에 형성되는 환상 간극(S)은, 전 둘레에 걸쳐서, 그 거리가 동일하다. 따라서, 안정적으로 발전시키는 것이 가능해진다. 또한, 일렉트릿(112)과 제1 전극(122)의 사이, 및 일렉트릿(112)과 제2 전극(123)의 사이에서 발생하는 정전인력은 전 둘레에 걸쳐서 동일으로 된다. 그 때문에, 정전인력에 의한 제1 기체(111)와 제2 기체(121)의 상대적인 왕복 이동에의 영향을 효과적으로 적게 할 수 있다(이론상, 제1 기체(111)와 제2 기체(121)에 대해 작용하는 정전인력은 전부 상쇄되기 때문에, 이들의 상대적인 왕복 이동에 대한 정전인력의 영향은 없다). 따라서, 몸체(101)의 진동에 대한 제1 유닛(110)의 진동의 응답성에 우수한다. 즉, 몸체(101)의 진동이 작아도, 제1 유닛(110)은 진동하고, 발전시키는 것이 가능해진다.

(실시예 2)

도 7에는, 본 발명의 실시예 2가 도시되여 있다. 실시예 1에서는, 제1 기체로서 원주형상 부재를 이용하고, 제2 기체로서 원통형상 부재를 이용하는 경우를 나타내였다. 이에 대해, 본 실시예에서는, 제1 기체로서 각주(角柱) 부재를 이용하고, 제2 기체로서 내주 및 외주의 단면이 사각형의 통형상(筒狀) 부재를 이용하는 경우를 나타낸다. 기타의 기본적인 구성 및 작용에 관해서는 실시예 1과 동일하기 때문에, 동일한 구성 부분에 관해서는, 그 설명은 생략한다.

본 실시예에 관한 정전유도형 발전 장치(200)에서는, 제1 기체(211)가 각주 부재에 의해 구성되어 있다. 그리고, 이 각주 부재에서의, 제1 기체(211)와 제2 기체(221)의 왕복 이동 방향에 대한 수직 방향의 단면 형상은 정방형이다. 또한, 제2 기체(221)는, 내주 및 외주의 단면이 사각형의 통형상 부재에 의해 구성되어 있다. 그리고, 이 통형상 부재에서의, 제1 기체(211)와 제2 기체(221)의 왕복 이동 방향에 대한 수직 방향의 내주 및 외주의 단면 형상은 정방형이다.

본 실시예에서도, 제1 기체(111)와 제2 기체(121)의 사이에는, 이들이 상대적으로 이동하고 있는 한창중에서도, 전 둘레에 걸쳐서, 그 거리가 개략 동등한 환상 간극(S)이 형성된다. 보다 구체적으로는, 모서리부의 부근에서는, 약간 간격이 커지는 것이지만, 그 이외의 부분에서는 간격은 동등해진다.

그리고, 본 실시예에서는, 제1 기체(211)와 제2 기체(221)의 형상이 실시예 1의 경우와 다른 점을 제외하고, 기타의 구성 등에 관해서는, 실시예 1의 경우와 마찬가지이다.

이상과 같이, 본 실시예의 경우에도, 상기 실시예 1의 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다.

(실시예 3)

도 8에는, 본 발명의 실시예 3이 도시되여 있다. 본 실시예에서는, 제1 전극 및 제2 전극의 제2 기체에 대한 위치 결정의 방법이, 실시예 1의 경우와는 다른 경우를 나타낸다. 기타의 기본적인 구성 및 작용에 관해서는 실시예 1과 동일하기 때문에, 동일한 구성 부분에 관해서는, 그 설명은 생략한다.

발전 효율을 높이기 위해서는, 제1 기체에 대한 일렉트릿 및 가드 전극의 위치 결정 정밀도, 및 제2 기체에 대한 제1 전극 및 제2 전극의 위치 결정 정밀도를 높일 필요가 있다. 실시예 1에서는, 기체에 홈을 마련하고, 이 홈에, 일렉트릿 등이 꼭 끼여지게 함으로써 위치 결정을 행하는 경우를 나타내였다.

여기서, 실시예 1에서 나타낸 원주형상 부재로 구성된 제1 기체(111) 또는 실시예 2에서 나타낸 각주상 부재로 구성된 제1 기체(211)의 외주측에 일렉트릿(112)이나 가드 전극(113)을 부착하는 것은 용이하다. 즉, 원주형상 부재나 각주상 부재의 외주에 대해서는 홈을 간단하게 형성할 수 있고, 홈에 꼭 끼여지게 일렉트릿(112) 등을 감는 작업도 용이하다.

이에 대해, 제2 기체(121, 221)에 대해 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)을 마련하는 것은 용이하지가 않다. 즉, 통의 내측에 나선형상의 홈을 형성하는 것도, 통의 내측에 마련되어 있는 나선형상의 홈에 제1 전극 및 제2 전극(123)을 부착하는 것도, 기술적으로 곤란성을 수반한다. 그래서, 본 실시예에서는, 제1 전극(122)과 제2 전극(123)의 부착를 용이하게 하기 위한 한 예를 설명한다.

본 실시예에서의 제2 유닛(320)에서는, 제2 기체(321)로서, 외주측에 나선형상의 2개의 홈이 형성된 원통형상 부재를 이용하고 있다. 그리고, 이 제2 기체(321)의 외주측에 마련되어 있는 2개의 나선형상의 홈에, 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)이 각각 꼭 끼여지게 제2 기체(321)의 외주에 휘감겨져 있다.

본 실시예의 경우에는, 일렉트릿(112)과 제1 전극(122)의 사이, 및 일렉트릿(112)과 제2 전극과의 사이에, 제2 기체(321)가 개재하기 때문에 정전 용량을 적절하게 확보하는 점에서는 실시예 1에 비하여 불리하다. 그렇지만, 본 실시예에 의하면, 원통형상 부재로 구성된 제2 기체(321)의 외주측에 나선형상의 홈이 마련되어 있기 때문에 당해 홈의 형성도 용이하고, 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)의 휘감는 작업도 용이하다.

(실시예 4)

도 9에는, 본 발명의 실시예 4가 도시되여 있다. 본 실시예에서도, 실시예 3과 마찬가지로, 제1 전극 및 제2 전극의 제2 기체에 대한 위치 결정을 용이하게 한 예를 설명한다. 기타의 기본적인 구성 및 작용에 관해서는 실시예 1과 동일하기 때문에, 동일한 구성 부분에 관해서는, 그 설명은 생략한다.

본 실시예에서의 제2 유닛(420)에서는, 제2 기체(421)에 대해 제1 전극(122)과 제2 전극(123)이 인서트 성형에 의해 일체적으로 마련되어 있다. 즉, 본 실시예에서는, 제1 전극(122)과 제2 전극(123)을 인서트 부품으로 하여 금형 내에서 소정 위치에 부착한 상태에서 인서트 성형을 행함으로써, 제2 기체(421)에 대해 제1 전극 및 제2 전극(123)이 일체적으로 마련된 제2 유닛(420)을 제작하고 있다. 이에 의해, 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)의 제2 기체(421)에 대한 위치 결정을, 용이하며 정확하게 행할 수 있다. 또한, 본 실시예의 경우에도, 일렉트릿(112)과 제1 전극(122)의 사이, 및 일렉트릿(112)과 제2 전극과의 사이에, 제2 기체(421)가 개재하기 때문에 정전 용량을 적절하게 확보하는 점에서는 실시예 1에 비하여 불리하다.

(실시예 5)

도 10 및 도 11에는, 본 발명의 실시예 5가 도시되여 있다. 본 실시예에서도, 실시예 3 및 실시예 4와 마찬가지로, 제1 전극 및 제2 전극의 제2 기체에 대한 위치 결정을 용이하게 한 예를 설명한다. 기타의 기본적인 구성 및 작용에 관해서는 실시예 1과 동일하기 때문에, 동일한 구성 부분에 관해서는, 그 설명은 생략한다.

본 실시예에서는, 원통형상 부재로 구성된 제2 기체(521)의 내주면에, 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)이 마련된 절연 시트(524)를 붙인 구성을 채용하고 있다. 즉, 우선, 도 10에 도시하는 바와 같이, 절연 시트(524)상에, 각각 복수의 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)을 이용하여, 이들을 즐치형상(櫛齒狀)으로 부착한다. 그리고, 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)이 부착된 절연 시트(524)를, 제2 기체(521)의 내주면에 붙인다. 이에 의해, 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)의 제2 기체(521)에 대한 위치 결정을, 용이하게 행할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 상기 실시예 1 내지 4의 경우와는 달리, 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)은 나선형상이 아니라, 복수의 원(圓)이, 축방향에 대해 일정한 간격으로 마련되도록 배치된다. 그 때문에, 제1 유닛(110)에서, 제1 기체(111)에 마련되는 일렉트릿(112) 및 가드 전극(113)도, 제1 전극(122)과 제2 전극(123)에 대응하도록, 나선형상이 아니라 원형의 것이 축방향에 대해 일정한 간격으로 마련되도록 배치되다. 또한, 이에 수반하여, 가드 전극(113)은 복수 구비되기 때문에, 각각에 대해 접지시킬 필요가 있다. 단, 상기한 바와 같이, 가드 전극(113)에 관해서는, 접지시키지 않는 구성도 채용할 수 있다.

(실시예 6)

도 12에는, 본 발명의 실시예 6이 도시되여 있다. 상기 실시예에서는, 제1 기체를 원주형상 또는 각주상의 부재로 구성하고, 제2 기체를 통형상의 부재로 구성하고, 제2 기체의 통 내부에 제1 기체를 배치시키는 구성을 나타내였다. 이에 대해, 본 실시예에서는 제1 기체를 원통형상 부재로 구성하고, 제2 기체를 원주형상 부재로 구성하고, 제2 기체를 제1 기체의 통 내에 배치시키는 구성을 나타낸다. 기타의 기본적인 구성 및 작용은 동일하기 때문에, 상세한 설명은 적절히 생략한다.

본 발명의 실시예 6에 관한 정전유도형 발전 장치(600)는, 몸체(101)와, 몸체(101)의 내부에 마련되는 제1 유닛(610) 및 제2 유닛(620)을 구비하고 있다.

제1 유닛(610)은, 원통형상 부재에 의해 구성되어 있는 제1 기체(611)와, 제1 기체(611)의 내주에 각각 나선형상으로 마련되는 일렉트릿(112) 및 가드 전극(113)으로 구성된다. 또한, 제1 기체(611)는, 한 쌍의 스프링(614, 615)에 의해, 몸체(101)에 지지되어 있다. 즉, 스프링(614)의 일단이 몸체(101)의 내벽면에 고정되고, 스프링(614)의 타단이 제1 기체(611)의 일단에 고정되어 있다. 또한, 스프링(615)의 일단이 제1 기체(611)의 타단에 고정되고, 스프링(615)의 타단이 몸체(101)의 내벽면에 고정되어 있다. 이에 의해, 정전유도형 발전 장치(600)가 진동하면, 제1 유닛(610)은, 제2 유닛(620)에 대해, 도 12중 좌우 방향으로 왕복 이동(진동)한다.

제2 유닛(620)은, 원주형상 부재에 의해 구성되어 있는 제2 기체(621)와, 제2 기체(621)의 외주에 각각 나선형상으로 휘감겨진 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)으로 구성된다. 또한, 제2 유닛(620)은 몸체(101)에 대해 고정되어 있다.

그리고, 본 실시예에서는, 원통형상 부재로 구성된 제1 기체(611)는, 원주형상 부재로 구성된 제2 기체(621)의 외주측에, 이들의 중심축이 일치한 상태에서 왕복 이동하도록 마련되어 있다. 이에 의해, 제1 기체(611)와 제2 기체(621)의 사이에는, 이들이 상대적으로 이동하고 있는 한창 중에도, 전 둘레에 걸쳐서, 그 거리가 동등한 환상 간극(S)이 형성된다.

본 실시예에서도, 상기 실시예 1의 경우와 같은 효과를 얻을 수 있음은 말할 필요도 없다.

(기타)

상기 실시예 1에서는, 제1 기체(111)가 원주형상 부재로 구성된 경우를 나타내였지만, 이 제1 기체(111)로서 원통형상 부재를 채용하는 것도 가능하다. 또한, 실시예 6에서의 제2 기체(621)에서도 마찬가지로, 원통형상 부재를 채용할 수도 있다. 또한, 실시예 1에서의 제1 기체(111)로서 원통형상 부재를 채용한 경우나 실시예 6에서의 제2 기체(621)로서 원통형상 부재를 채용한 경우에는, 원통형상 부재의 양단부에 들보(梁) 등을 마련하고, 이 들보에 스프링(114, 115, 614, 615)을 고정하면 좋다.

또한, 제1 기체나 제2 기체로서, 원주형상 부재나 원통형상 부재를 이용하는 것이 아니라, 단면(제1 기체와 제2 기체의 왕복 이동 방향에 수직한 단면)이 타원형의 것을 채용하여도 좋다. 또한, 실시예 2에서는, 제1 기체로서 단면이 정방형의 각주 부재를 이용하고, 제2 기체로서 내주 및 외주의 단면이 정방형의 통형상 부재를 이용하는 경우를 나타내였지만, 단면이 4각형(정방형) 이외의 다각형의 것을 이용할 수도 있다.

이와 같이, 제1 기체 및 제2 기체의 형상은 여러가지의 것을 채용할 수 있다. 요컨대, 제1 기체와 제2 기체 사이에 형성되는 환상 간극(S)을 어떤 형상에 하는지가 중요하다. 발전의 안정성 및 정전인력에 의한 영향을 경감하기 위해서는, 환상 간극(S)은 전 둘레에 걸쳐서 동등한 거리로 한 것이 바람직하다. 그 때문에, 이 관점에서는 실시예 1이나 실시예 6에서 나타낸 구성이 가장 우수하다고 말할 수 있다. 그렇지만, 환상 간극(S)의 거리가 전 둘레에 걸쳐서 개략 동등하면 어느 정도 발전량을 안정할 수 있다. 또한, 제1 기체와 제2 기체 중 내측에 마련되는 기체의 외주면의 단면의 형상과, 외측에 마련되는 기체의 내주면의 단면의 형상에 관해, 이러한 도심(圖心)이 일치하고, 또한 도심에 대해 대칭성을 갖고 있으면, 정전인력에 의한 영향을 없앨 수 있다. 또한, 대칭성이 완전하지는 않아도, 정전인력에 의한 영향을 경감할 수 있다. 이들의 것으로부터, 제1 기체나 제2 기체의 형상은 특히 한정되는 것이 아니다.

또한, 상기 실시예에서는, 제1 기체를 몸체(101)에 대해 가동(可動)하게 구성하고, 제2 기체를 몸체에 대해 고정시키는 구성을 채용함으로써, 제1 기체와 제2 기체가 상대적으로 왕복 이동하는 경우를 나타내였다. 이것은, 제2 기체에는 전력을 취출하기 위한 배선이 전기적으로 접속되기 때문에, 제2 기체는 고정되는 편이 바람직한다는 관점에 의한 것이다. 단, 반드시, 제2 기체를 고정시킬 필요는 없다. 따라서, 제1 기체를 몸체(101)에 고정하고, 제2 기체가 몸체(101)에 대해 이동함으로써, 제1 기체와 제2 기체가 상대적으로 왕복 이동하도록 하여도 좋다. 또한, 제1 기체와 제2 기체의 모두가, 몸체(101)에 대해 이동 가능하게 구성함으로써, 제1 기체와 제2 기체가 상대적으로 왕복 이동하도록 하여도 좋다.

(참고예)

상기 실시예에서는, 정전인력의 영향을 경감 또는 없애기 위해, 제1 기체와 제2 기체와의 사이에 환상 간극이 형성되는 경우를 나타내였다. 그러나, 반도체 미세 가공 기술을 이용하지 않고 일렉트릿 등을 제작함으로써 가공 비용의 삭감을 도모한다는 관점에서는, 일반적인 정전유도형 발전 장치와 같이, 한 쌍의 판형상의 기판의 한쪽에 일렉트릿을 마련하고, 다른 쪽에 제1 전극 및 제2 전극을 마련한 경우에도 가공 비용의 삭감은 가능하다. 이와 같은 경우에 관해, 도 13을 참조하여 설명한다.

이 참고예에 관한 정전유도형 발전 장치(700)는, 몸체(701)와, 몸체(701)의 내부에 마련되는 제1 유닛(710)과 제2 유닛(720)을 구비하고 있다.

제1 유닛(710)은, 평판형상의 제1 기체(기판)(711)와, 제1 기체(711)에 마련되는 복수의 일렉트릿(112) 및 가드 전극(113)으로 구성된다. 또한, 제1 기체(711)는, 한 쌍의 스프링(714, 715)에 의해, 몸체(101)에 지지되어 있다.

제2 유닛(720)은, 평판형상의 제2 기체(기판)(721)와, 제2 기체(721)에 마련되는 복수의 제1 전극(122) 및 제2 전극(123)으로 구성된다.

또한, 일렉트릿(112), 가드 전극(113), 제1 전극(122) 및 제2 전극(123) 자체에 관해서는, 상기 각 실시예에서 나타낸 것과 동일한 구성이다.

이와 같이 구성된 정전유도형 발전 장치(700)는, 구조적으로는 일반적인 것과 마찬가지이지만, 일렉트릿(112) 등을, 반도체 미세 가공 기술을 이용하는 일 없이 제작할 수 있기 때문에, 가공 비용을 삭감할 수 있다.

100, 200, 600 : 정전유도형 발전 장치
101 : 몸체
110, 610 : 제1 유닛
111, 211, 611 : 제1 기체
112 : 일렉트릿
112a : 도선
112b : 피막
113 : 가드 전극
114, 115, 614, 615 : 스프링
120, 320, 420, 620 : 제2 유닛
121, 221, 321, 421, 521, 621 : 제2 기체
122, 522 : 제1 전극
123, 523 : 제2 전극
130 : 부하
524 : 절연 시트
S : 환상 간극

Claims (6)

1. 진동에 의해 상대적으로 왕복 이동 가능하게 구성되고, 또한 양자의 사이에 환상 간극이 형성되는 제1 기체 및 제2 기체와,
   제1 기체에 마련되는 일렉트릿과,
   제2 기체에 마련되는 제1 전극 및 제2 전극을 구비하고,
   제1 기체와 제2 기체의 상대적인 위치의 변화에 수반하여, 상기 일렉트릿과 제1 전극의 위치 관계, 및 상기 일렉트릿과 제2 전극의 위치 관계가 각각 변화함에 의해, 상기 일렉트릿과 제1 전극 사이의 정전 용량, 및 상기 일렉트릿과 제2 전극 사이의 정전 용량이 각각 변화함으로써 전력이 출력되는 정전유도형 발전 장치로서,
   상기 일렉트릿은, 선형상의 도선의 표면에, 대전상태에 있는 유전체 물질이 피복된 것에 의해 구성되어 있고,
   제1 전극 및 제2 전극은, 모두 선형상의 도선에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전유도형 발전 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 일렉트릿은 제1 기체에 대해 둘레방향에 따라 전(全) 둘레에 걸쳐서 마련되어 있고, 제1 전극 및 제2 전극은 제2 기체에 대해 둘레방향에 따라 전 둘레에 걸쳐서 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 정전유도형 발전 장치.
3. 제2항에 있어서,
   제1 기체와 제2 기체는, 양자 사이에 형성되는 환상 간극이 전 둘레에 걸쳐서 일정한 거리를 유지한 채로 상대적으로 왕복 이동 가능하게 구성되어 있고, 또한 상기 환상 간극은, 전 둘레에 걸쳐서, 그 거리가 동일하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전유도형 발전 장치.
4. 제3항에 있어서,
   제1 기체와 제2 기체 중의 어느 한쪽은 원통형상 부재로 구성되어 있고, 다른 쪽은 그 원통형상 부재의 통 내에서 중심축이 일치하도록 마련된 원주형상 부재 또는 원통형상 부재에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 정전유도형 발전 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   제1 기체에는, 상기 일렉트릿이 제1 전극과 제2 전극 중의 어느 한쪽과 대향하는 위치에 있는 경우에, 다른 쪽과 대향하는 위치에 마련된, 선형상의 도선에 의해 구성된 가드 전극이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 정전유도형 발전 장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   제1 전극 및 제2 전극에서의 도선의 표면에는, 절연 피막이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 정전유도형 발전 장치.

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