KR101549445B1 - energy harvester - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에너지 하베스터(Energy harvester)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 트리보소자 또는/및 압전소자를 이용하는 구조로서 에너지 하베스팅을 위한 시스템의 내구성이 향상되고 연속 발전이 가능하며 설치시 공간 활용 효율이 높으며, 이를 통해 발전 효율을 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 에너지 하베스터에 관한 것이다.The present invention relates to an energy harvester, and more particularly, to a structure using a triboelectric element and / or a piezoelectric element, which improves the durability of the system for energy harvesting and enables continuous power generation, And a new structure of the energy harvester which can improve the power generation efficiency through the above.
최근 화석 연료의 고갈 문제로 전기의 사용량이 점차 증가하고 있으며 이로 인해 발전량의 부족으로 에너지 부족현상이 점차 심각해져 가고 있다. In recent years, the use of electricity has been increasing due to the exhaustion of fossil fuels. As a result, the energy shortage is becoming more serious due to the lack of electricity generation.
이에 부족한 에너지 자원을 효율적으로 활용하기 위해 개발되기 시작된‘에너지 하베스팅(Energy harvesting)’기술은 최근의 에너지 문제와 맞물려 주목을 받고 있다. Energy harvesting technology, which has been developed to efficiently utilize energy resources that are scarce, is attracting attention due to recent energy problems.
특히, 에너지 하베스팅 기술은 학계와 산업계 전반에 걸친 지대한 관심과 집중적인 연구개발로 과거의 기술 수준과는 비교할 수 없을 정도로 하루가 다르게 급성장하고 있는 상황이다. In particular, energy harvesting technology has been rapidly growing day by day, which is incomparable to the past technology level due to intensive interest and intensive research and development in the academic and industrial fields.
에너지 하베스팅이란 ‘수확한다’라는 뜻을 가진 영어 단어‘harvesting’의 의미처럼 전통적인 수력, 화력, 풍력, 조력 발전 기술과는 달리 주변에서 버려지는 에너지를 수확해 사용 가능한 전기에너지로 변환하여 이용하는 시스템을 말한다.Energy Harvesting is a system that harvests energy that is harvested from the environment and converts it into usable electrical energy, unlike traditional hydropower, thermal power, wind power, and tidal power generation technology, which means 'harvesting' .
에너지 하베스팅 기술은 기존 전자 기기 등의 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 궁극적으로는 추가적인 에너지 공급 없이 주변의 에너지를 이용하여 전자 기기를 독립적으로 구동 가능하도록 하는 기술로, 앞으로 폭넓은 분야에 적용이 가능할 것으로 예상되며, 이 산업이 스마트그리드 및 유비쿼터스의 발전과 맞물려 에너지 산업에서 커다란 비중을 차지할 것으로 예상된다.Energy harvesting technology not only greatly improves the energy efficiency of existing electronic devices, but also ultimately enables the electronic devices to be driven independently by using the energy of the surroundings without supplying additional energy. It is expected that this industry will be a big part of the energy industry with the development of smart grid and ubiquitous.
에너지 하베스팅은 현재 선진국을 중심으로 정책적 보급이 촉진되고 있다.Energy Harvesting is currently being promoted by policy makers in developed countries.
에너지 하베스팅 기술 중에서도 가장 기술개발이 활발한 분야는 압전 하베스팅(Piezoelectric harvesting)과 정전 하베스팅(Triboelectric harvesting) 기술이다. Piezoelectric harvesting and triboelectric harvesting technologies are among the most technologically advanced areas of energy harvesting technology.
먼저, 압전이란 압력이나 진동과 같은 일상적인 동작만으로도 전력을 얻을 수 있는 것을 말한다. 그동안 압전 하베스팅 기술은 낮은 출력 때문에 경제성이 낮다고 인식되어 왔다. First, piezoelectricity refers to the ability to obtain power by ordinary operations such as pressure or vibration. In the meantime, piezoelectric harvesting technology has been recognized as being economically unfavorable due to its low output.
그렇지만 최근 들어 초절전 반도체 기술들이 비약적으로 발전하면서, 에너지 하베스팅 분야에 획기적인 기여를 할 것으로 전망되고 있다. However, recently, ultra-low-power semiconductor technologies have been developed rapidly, and it is expected to make a significant contribution to the field of energy harvesting.
신발에 장착한 압전 발전기가 단위체적당 330μW를 출력한다는 분석결과에서 보듯, 압전 하베스팅 기술은 이미 마이크로와트(μW)급의 파워 출력이 가능하다는 것을 증명하고 있다. 수년 안에 밀리와트(mW)급의 압전 에너지 하베스팅 기술로 향상될 것으로 보인다.As shown in the analysis that the shoe mounted piezoelectric generator outputs 330μW per unit volume, the piezoelectric harvesting technology has already proved that it is capable of power output of micro watts (μW). It is expected to improve with milliwatt (mW) piezoelectric energy harvesting technology in a few years.
정전 하베스팅 기술 역시도 주변의 버려지는 각종 진동 즉, 바람, 소리, 심장박동, 축회전 등과 같은 기계적 에너지를 전기적 에너지로 전환시킴으로써 전력을 생산해낼 수 있다. 겨울철에 가벼운 신체 접촉만으로도 정전기가 발생하는 원리가 쉬운 예이다. 서로 다른 성질의 두 대전체를 서로 마찰시켜 전하의 이동을 이끌어낼 수 있고 간단한 와이어 연결을 통해 전류를 흐르게 할 수 있다. The electrostatic harvesting technique can also produce electric power by converting mechanical energy such as wind, sound, heartbeat, and shaft rotation into electrical energy. An easy example is the principle that static electricity is generated by light body contact in winter. The two large bodies of different properties can be frictioned with each other, leading to the transfer of electric charge, and current can be made to flow through a simple wire connection.
이때, 출력을 높이기 위해서 고려해야 할 부분으로, 두 대전체 간 접촉 면적이 넓을수록, 접촉 빈도가 빠를수록, 접촉 강도가 강할수록 높은 출력을 이끌어 낼 수 있다고 한다. 최근, 최대 출력을 24%의 효율에서 1.5W(19 mW/㎠)까지 이끌어내었다는 연구 결과에서 보듯이 정전 하베스팅 분야에서도 기술개발이 활발하게 이루어지고 있다.The higher the contact frequency, the higher the contact strength, the higher the output power. In recent years, as a result of the research that the maximum output is increased from 24% efficiency to 1.5 W (19 mW / cm 2), technical development is actively carried out in the electrostatic hubbing field.
특히, 전술한 두 가지의 에너지 하베스팅 시스템은 발전 과정 중에 다른 어떤 폐기물이나 이산화탄소나 전자노이즈와 같은 환경을 오염시키는 요소가 발생하지 않으며 환경 측면에서 바람직한 대체 에너지 기술로 조명받고 있다.In particular, the two types of energy harvesting systems described above are not exposed to any other wastes or other polluting factors such as carbon dioxide or electron noise during the development process, and are being illuminated as environmentally preferable alternative energy technologies.
하지만, 현재의 에너지 하베스팅 시스템은 내구성과 발전의 연속성, 공간 활용, 그리고 발전 효율 측면에서 여전히 많은 개선이 필요한 실정이다.However, current energy harvesting systems still require much improvement in terms of durability, continuity of generation, space utilization, and power generation efficiency.
본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 발전 과정 중에 다른 어떤 폐기물이나 환경을 오염시키는 요소가 배출되지 않는 환경 친화적 발전장치로서, 자동차나 자전거 등의 회전축에 적용하거나 바람개비와 같은 회전축을 갖는 시스템 등에 적용하여 기계적 회전 및 진동을 통해 버려지던 에너지를 친환경적으로 전기에너지 생산에 활용할 수 있도록 한 새로운 구조의 에너지 하베스터를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an environmentally friendly power generation device which does not discharge any other waste or environment polluting elements during the power generation process, and is applicable to a rotary shaft of an automobile or a bicycle, System and the like, and to provide an energy harvester of a new structure that can utilize the energy that is thrown away by mechanical rotation and vibration in the environmentally friendly production of electric energy.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 에너지 하베스팅 시스템의 내구성이 향상될 뿐만 아니라 연속성이 있는 발전이 가능하고, 공간 효율이 높으며, 이를 통해 발전 효율을 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 에너지 하베스터를 제공하는데에 있다.It is still another object of the present invention to provide an energy harvester having a new structure capable of not only improving the durability of the energy harvesting system but also generating continuity of power generation, .
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 축회전 혹은 진동 운동을 수행하는 구동캠과; 상기 구동캠의 구동에 의해 대전되는 트리보 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus including: a driving cam for performing axial rotation or vibration; And a tribological element charged by the driving of the drive cam.
그리고, 전술한 구성에 있어서, 상기 트리보 소자는, 구조물에 설치되는 제1대전체와; 상기 제1대전체로부터 이격되게 설치되며 구동캠이 가하는 힘에 의해 상기 제1대전체로 접근하여 접촉시 서로 대전(帶電)되는 제2대전체와, 상기 제1대전체와 제2대전체를 서로 이격시키는 탄성부재를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.In the above-described configuration, the tribological element may include: a first main body provided on the structure; A second main body which is provided so as to be spaced apart from the entire first main body and which is brought into contact with the entire first main body by the force applied by the driving cam and charged with each other upon contact with each other; And an elastic member spaced apart from each other.
본 발명에 따른 에너지 하베스터는 다음과 같은 효과를 제공한다.The energy harvester according to the present invention provides the following effects.
먼저, 본 발명의 에너지 하베스터는, 발전을 통한 전기에너지 수확 과정에서 다른 어떤 폐기물이나 환경을 오염시키는 요소를 배출시키지 않으므로 친환경적이다. 즉, 본 발명의 에너지 하베스터는 환경 친화적 발전장치의 기능을 수행할 수 있다.First, the energy harvester of the present invention is eco-friendly since it does not discharge any other waste or environment-polluting elements in the process of harvesting electric energy through power generation. That is, the energy harvester of the present invention can perform the function of an environmentally friendly power generation device.
다음으로, 본 발명의 에너지 하베스터는 기계적 회전 및 진동을 통해 버려지던 에너지를 친환경적으로 재활용할 수 있다.Next, the energy harvester of the present invention can eco-recycle the energy discarded through mechanical rotation and vibration.
즉, 본 발명의 에너지 하베스터는 자동차나 자전거 등의 타이어의 회전축에 적용하여 활용하거나, 바람개비와 같은 회전축을 가진 시스템에 적용하여 전기에너지 생산에 효율적으로 활용할 수 있다.That is, the energy harvester of the present invention can be applied to a rotary shaft of a tire such as an automobile or a bicycle, or can be applied to a system having a rotary shaft such as a pinwheel, thereby efficiently utilizing the energy harvester in the production of electric energy.
다음으로, 본 발명의 에너지 하베스터는, 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 연속성이 있는 발전이 가능하도록 하며, 공간 효율이 높은 발전 시스템을 제공할 수 있다. Next, the energy harvester of the present invention not only improves durability but also enables continuity of power generation, and can provide a space-efficient power generation system.
즉, 본 발명의 에너지 하베스터는 대전체의 손상을 최소화하면서 공간효율을 높이고, 연속성 있는 발전이 가능하도록 하는 구조로서, 기존의 에너지 하베스팅 시스템에 비해 내구성 및 공간 활용 효율, 나아가 발전 효율이 향상된 새로운 에너지 하베스팅 시스템을 제공하게 된다.That is, the energy harvester of the present invention is a structure that increases the space efficiency while minimizing damages of the entire large-scale system and enables continuous power generation. The energy harvester has a durability, space utilization efficiency, Energy harvesting system.
도 1의 (가) 및 (나)은 본 발명의 제1실시예에 따른 에너지 하베스터의 기본 구성도로서,
도 1의 (가)는 구동캠에 의해 트리보 소자가 대전되기 전의 상태도이고,
도 1의 (나)는 구동캠에 의해 트리보 소자가 대전된 상태도
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제1실시예에 따른 에너지 하베스터의 변형 예를 나타낸 구성도
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제1실시예에 따른 에너지 하베스터의 또 다른 변형 예를 나타낸 구성도
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 에너지 하베스터의 구성도
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제2실시예에 따른 에너지 하베스터의 변형 예를 나타낸 구성도
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 에너지 하베스터의 구성도
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 제3실시예에 따른 에너지 하베스터의 변형 예를 나타낸 구성도
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 에너지 하베스터의 구성도
도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 에너지 하베스터의 구성도
도 10은 본 발명의 제6실시예에 따른 에너지 하베스터의 구성도
도 11은 본 발명의 제6실시예에 따른 에너지 하베스터의 변형 예를 나타낸 에너지 하베스터의 구성도
도 12는 본 발명의 제6실시예에 따른 에너지 하베스터의 또 다른 변형 예를 나타낸 에너지 하베스터의 구성도
도 13 및 도 14은 본 발명에 따른 에너지 하베스터의 3차원 구현 예를 보여주는 사시도
도 15는 본 발명의 에너지 하베스터에 적용되는 구동캠의 다른 실시예를 나타낸 도면
도 16의 (가) 및 (나)는 본 발명의 에너지 하베스터에 적용되는 대전체에 금속 재질의 전극단자가 더 구비된 구조를 보여주는 도면1 (a) and 1 (b) are diagrams showing a basic configuration of an energy harvester according to a first embodiment of the present invention,
Fig. 1 (a) is a state before the tribological element is charged by the drive cam,
1 (B) shows a state in which the triboelectric element is charged by the drive cam
FIGS. 2A to 2E are diagrams showing a modified example of the energy harvester according to the first embodiment of the present invention
Figs. 3A to 3E are diagrams showing still another modification of the energy harvester according to the first embodiment of the present invention
FIG. 4 is a schematic view of an energy harvester according to a second embodiment of the present invention.
5A and 5B are diagrams showing a modified example of the energy harvester according to the second embodiment of the present invention
FIG. 6 is a schematic diagram of an energy harvester according to a third embodiment of the present invention
7A to 7E are diagrams showing a modified example of the energy harvester according to the third embodiment of the present invention
FIG. 8 is a schematic view of an energy harvester according to a fourth embodiment of the present invention
FIG. 9 is a schematic view of an energy harvester according to a fifth embodiment of the present invention
Fig. 10 is a diagram showing the configuration of the energy harvester according to the sixth embodiment of the present invention
11 is a configuration diagram of an energy harvester showing a modified example of the energy harvester according to the sixth embodiment of the present invention
12 is a configuration diagram of an energy harvester showing another modification of the energy harvester according to the sixth embodiment of the present invention
13 and 14 are perspective views showing a three-dimensional implementation of the energy harvester according to the present invention
15 is a view showing another embodiment of the drive cam applied to the energy harvester of the present invention
16 (a) and 16 (b) are diagrams showing a structure in which electrode terminals of a metal material are further provided on the whole of the energy harvester applied to the present invention
이하, 본 발명의 실시 예들에 대해 첨부도면 도 1 내지 도 16을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[실시예1][Example 1]
도 1의 (가) 및 (나)은 본 발명의 제1실시예에 따른 에너지 하베스터의 기본 구성도로서, 도 1의 (가)는 구동캠에 의해 트리보 소자가 대전(帶電)되기 전의 상태도이고, 도 1의 (나)는 구동캠에 의해 트리보 소자가 대전된 상태도이다.1 (A) and 1 (B) show a basic configuration of an energy harvester according to a first embodiment of the present invention. Fig. 1 (A) shows a state before a tribological element is charged by a drive cam And FIG. 1 (B) is a state in which the triboelectric element is charged by the drive cam.
한편, 도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제1실시예에 따른 에너지 하베스터의 변형 예를 나타낸 구성도이고, 도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제1실시예에 따른 에너지 하베스터의 또 다른 변형 예를 나타낸 구성도이다.FIGS. 2A to 2E are structural views showing a modified example of the energy harvester according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 3A to 3E show another modified example of the energy harvester according to the first embodiment of the present invention Fig.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 에너지 하베스터(1)는, 축회전 혹은 진동 운동을 수행하는 구동캠(300)과; 상기 구동캠(300)의 구동에 의해 대전(帶電)되는 트리보 소자(tribo-electricity elemment)(일명, '트라이보 소자'라고도 칭함)를 포함하여 구성된다.Referring first to FIG. 1, an
상기 트리보 소자는, 제1대전체(110)와, 상기 제1대전체(110)로부터 이격되게 설치되며 구동캠(300)이 가하는 힘에 의해 상기 제1대전체(110)로 접근하여 접촉시 서로 대전(帶電)되는 제2대전체(120)와, 상기 제1대전체(110)와 제2대전체(120)를 서로 이격시키는 탄성부재(200)를 포함하여 구성된다. 상기 제1대전체(110)는 구조물(400)에 설치되어 고정된다.The tribological element includes a first
그리고, 상기 탄성부재(200)는 상기 제1대전체(110)와 상기 제2대전체(120) 사이에 설치된다. 이때, 상기 탄성부재(200)는 상기 제2대전체(120)의 양단부를 탄성 지지하도록 설치된다.The
상기 구동캠(300)은 상기 제2대전체(120)가 지속적으로 진동하여 상기 제1대전체(110)와 접촉하도록 제2대전체(120)에 대해 누름력을 제공하게 되는 것으로서, 예컨대, 자동차의 바퀴에 기관의 출력을 전달하는 차축에 구비되거나, 풍력이나 수력 등 자연력을 이용하는 풍차나 물레방아 등의 회전축에 구비되어 회전할 수 있으며, 기타 기계 장치의 회전하는 축이나 좌우로 진동하는 축 상에 구비되어 상기 제2대전체(120)에 누름력을 전달할 수 있다.The driving
이와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예의 기본 구성에 따른 에너지 하베스터(1)의 작용 다음과 같다.The operation of the
도 1의 (가)를 참조하면, 구동캠(300)이 제2대전체(120)와 접촉하지 않은 상태에서는 트리보 소자가 대전(帶電)되지 않는다.1 (A), the triboelectric element is not charged when the
이 상태에서 상기 구동캠(300)의 회전에 의해 트리보 소자를 구성하는 제2대전체(120)의 상면을 누르게 되면, 상기 제2대전체(120)는 탄성부재(200)를 압축시키면서 하강하여 제1대전체(110)에 근접하게 된다.In this state, when the upper surface of the second
즉, 상기 제2대전체(120)는 구동캠(300)의 누름력을 받아 탄성부재(200)를 압축시키면서 구조물(400)에 고정된 상기 제1대전체(110)로 근접하게 되는 것이다.That is, the second
도 1의 (나)를 참조하면, 회전하는 구동캠(300)에 의해 눌려서 아래로 이동하는 제2대전체(120)는 구동캠(300)에 의해 최대한 눌러졌을 때, 도시된 바와 같이, 제1대전체(110)에 접촉하게 되며, 이에 따라 상기 제1대전체(110)와 제2대전체(120)는 서로 대전(帶電)된다. Referring to Fig. 1 (B), when the second
즉, 구동캠(300)의 누름력에 의해 제2대전체(120)가 탄성부재(200)를 압축시키면서 하강하여 제1대전체(110)에 접촉하게 되면, 트리보 소자는 대전(帶電)된 상태를 이루게 되는 것이다.That is, when the second
따라서, 상기 트리보 소자는 제2대전체(120)와 제1대전체(110)의 접촉에 따른 압축력 또는 마찰력에 의해 발생하는 전하(즉, 마찰전기)를 포집하여 전기에너지를 생산할 수 있게 된다.Accordingly, the tribological element can collect electric charge (i.e., triboelectricity) generated by a compressive force or a frictional force resulting from contact between the second
이러한 전기에너지 생산 과정에서 본 발명의 에너지 하베스터(1)는 어떠한 폐기물이나 환경을 오염시키는 요소도 배출시키지 않는다. In the process of producing such electric energy, the
즉, 본 발명의 에너지 하베스터(1)는 차축과 같은 기계적 회전 및 기타 진동과 같은 버려지는 에너지를 친환경적으로 전기 생산에 활용할 수 있는 것이다.In other words, the
이하에서는 도 2a 내지 도 2e, 그리고 도 3a 내지 도 3e를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 에너지 하베스터의 변형 예의 구성에 따른 작용 효과에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 2A to FIG. 2E and FIGS. 3A to 3E, the operation and effect of the configuration of the modified example of the energy harvester according to the first embodiment of the present invention will be described.
설명에 앞서, 도 2a 내지 도 3e에 따른 구성의 에너지 하베스터(1)는, 도 1과 같이 서로 접촉함에 따라 대전(帶電)하여 전기 에너지를 생산하는 측면에서 기본 작용이 동일하므로, 후술하는 내용에서는 설명의 중복을 피하기 위하여, 각 변형 예 고유의 구성상의 특징에 따른 특유의 작용 효과에 대해서만 살펴보기로 한다. Prior to the explanation, the
먼저, 도 2a를 참조하면, 상기 제1대전체(110)는 구조물(400)에 의해 지지가 되며, 상기 제1대전체(110)와 이를 지지하는 구조물(400) 사이에 상기 제1대전체(110)와 제2대전체(120)의 접촉시 상기 제1대전체(110)에 전달되는 충격을 줄이고 제2대전체(120)에 걸려서 멈추게 되는 현상을 막기 위한 완충용 탄성부재(220)가 더 구비된다.2A, the first
도 2a에 개시된 이러한 구성에 따르면, 구동캠(300)의 누름 작용에 의해 제2대전체(120)가 제1대전체(110)에 접촉하게 될 때, 구조물(400)에 제1대전체(110)가 고정되어 있을 때와는 달리, 상기 제1대전체(110)에 전달되는 충격을 완충용 탄성부재(220)가 변형 과정을 통해 대신 흡수하게 되므로 제1대전체(110)에 전달되는 충격이 완화 및 최소화된다.2A, when the second
한편, 도 2b를 참조하면, 구동캠(300)의 누름력 작용시, 제2대전체(120)의 운동을 정확한 직선 운동(linear motion)이 되도록 안내하기 위한 가이드 수단(500)이 구비된다. 즉, 제2대전체(120) 상측에 상기 제1대전체(110)와의 접촉 방향으로의 상기 제2대전체(120)의 이동시에 상기 제2대전체(120)의 평형 이동을 안내하는 가이드 수단(500)이 구비된다.Referring to FIG. 2B, guide means 500 is provided for guiding the motion of the second
이때, 상기 가이드 수단(500)은, 제2대전체(120) 상면에 부착되는 커넥팅로드(510)와, 상기 커넥팅로드(510)가 직선 운동하도록 안내하는 가이드홀(520a)이 형성된 가이드부재(520)를 포함하여 구성된다.The
도 2b에 개시된 이러한 구성에 따르면, 구동캠(300)의 누름 작용에 의해 하강하는 제2대전체(120)는 가이드부재(520)의 가이드홀(520a)을 따라 이동하도록 설치된 커넥팅로드(510)에 결합되어 있으므로, 상기 커넥팅로드(510)와 함께 바르게 수직방향으로 하강하게 되며, 이에 따라 제2대전체(120)는 기울어짐 없이 그 하측의 제1대전체(110)에 대해 전면(全面)이 동시에 접촉하게 되는 것이다.2B, the second
한편, 도 2c를 참조하면, 제2대전체(120)의 대전되는 표면이 분절(分節)된 형태를 이루도록 구성한 것이다. 이는 분절된 제2대전체(120)의 개개를 직렬 혹은 병렬 연결함으로써 전류 또는 전압을 향상시킬 수 있는 효과를 얻기 위함이다.On the other hand, referring to FIG. 2C, the charged surface of the second
즉, 상기 제2대전체(120)와 제1대전체(110)의 접촉시, 제2대전체(120)의 분절된 세그먼트(110a) 별로 제1대전체(110)에 접촉하도록 한 것이다.That is, the first
따라서, 도 2c에 개시된 이러한 구성에 따르면, 상기 제1대전체(110)에 대해 제2대전체(120)가 전체적으로 한 순간에 동시에 접촉을 한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.Thus, according to the configuration disclosed in FIG. 2C, it is possible to obtain the same effect as when the second
한편, 도 2d를 참조하면, 상기 트리보 소자는, 제1대전체(110)의 구동캠(300)으로부터 먼 일단과 상기 제1대전체(110)의 일단에 대응하는 제2대전체(120)의 일단이 힌지 결합되며, 상기 제2대전체(120)의 구동캠(300)으로부터 가까운 타단과 상기 제2대전체(120)의 타단에 대응하는 제1대전체(110)의 타단 사이에는 구동캠(300)의 구동에 의한 압축시에는 상기 제2대전체(120)와 상기 제1대전체(110)가 접촉하여 서로 대전(帶電)되도록 하고 압축력이 해제된 상태에서는 상기 제2대전체(120)와 제1대전체(110)가 소정의 사이각을 이루도록 하는 탄성부재(200)가 설치되며, 상기 구동캠(300)은 구동시 제2대전체(120)의 타단에 접촉하여 탄성부재(200)를 압축시키도록 구성된다.2D, the tribological element includes a first large-
도 2d에 개시된 이러한 구성에 따르면, 제1대전체(110) 및 제2대전체(120)가 상하로 평행을 이루도록 설치되지 않더라도, 구동캠(300)의 구동시 제2대전체(120)가 힌지를 중심으로 탄성부재(200)를 압축시키면서 회동하여 제1대전체(110)에 접촉함으로써 대전(帶電)되는 것이다.2d, even if the first
그리고, 구동캠(300)이 계속 회전하여 제2대전체(120)의 타단측과의 접촉 상태를 벗어나게 되면, 탄성부재(200)의 복원 작용에 의해 제2대전체(120)는 힌지를 축으로 회동하게 되며, 제2대전체(120)의 타단은 다시 제1대전체(110)의 타단으로부터 멀어지게 된다.When the driving
다음으로, 도 2e를 참조하면, 상기 트리보 소자는, 제2대전체(120)의 구동캠(300)으로부터 가까운 일단과 상기 제2대전체(120)의 일단에 대응하는 제1대전체(110)의 일단이 힌지 결합되되, 상기 제2대전체(120)와 상기 제1대전체(110) 일단의 힌지부에는 구동캠(300)과의 접촉이 없는 상태에서 상기 제2대전체(120) 및 제1대전체(110)의 타단이 소정의 사이각을 이루도록 하는 토션스프링(240)이 설치되고, 상기 구동캠(300)은 구동시 제2대전체(120)의 일단에 접촉하여 상기 토션스프링(240)을 압축시키면서 상기 제2대전체(120)가 힌지부를 중심으로 회동하여 상기 제1대전체(110)에 접촉하여 서로 대전(帶電)되도록 구성된다. Referring to FIG. 2E, the tribove element includes a first
도 2e에 개시된 이러한 구성에 따르면, 앞서 설명한 구조(즉, 도 2d의 구조)와 마찬가지로 제1대전체(110) 및 제2대전체(120)가 상하로 평행을 이루도록 설치되지 않더라도, 구동캠(300)의 구동시 제2대전체(120)가 힌지부에 설치된 토션스프링(240)을 압축시키면서 회동하여 제1대전체(110)에 접촉함으로써 서로 대전(帶電)되는 것이다.2E, even if the first
대신, 본 구성에 따르면, 제1대전체(110)와 제2대전체(120)의 위치(좌, 우 위치)가 앞서 설명한 구조(도 2d의 구조)와는 서로 바뀌어 있으며, 힌지부를 지나 돌출된 제2대전체(120)의 일단이 회전하는 구동캠(300)과의 간섭에 의해 힌지부에 설치된 토션스프링(240)이 압축되면서 제2대전체(120)가 제1대전체(110)에 접촉하게 된다.Instead, according to this configuration, the positions (left and right positions) of the first
그리고, 구동캠(300)이 계속 회전하여 제2대전체(120)의 일단과의 접촉 상태를 벗어나게 되면, 탄성부재(200)의 복원 작용에 의해 제2대전체(120)는 힌지를 중심으로 회동하게 되며, 제2대전체(120)의 타단은 다시 제1대전체(110)의 타단으로부터 멀어지게 된다.When the driving
한편, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 제1대전체(110) 및 제2대전체(120)는 표면적이 늘어날 수 있도록 소정의 곡률을 가지는 호형(弧形) 구조로 형성된다.3A and 3B, the first
이때, 상기 제1대전체(110) 및 제2대전체(120)는 대전체 상면이 위로 볼록한 형태를 이룰 수도 있고(도 3a 참조), 대전체 상면이 아래로 볼록한 형태를 이룰 수도 있다(도 3b 참조). At this time, the first
도 3a 및 도 3b에 개시된 이러한 구성에 따르면, 위 아래 대전체, 즉 제2대전체(120)와 제1대전체(110)가 호형을 이룸에 따라 양측 대전체 간의 표면적이 늘어나고, 이에 따라 양측 대전체 간의 접촉 면적이 커지게 되므로, 대전량을 증가시켜 발전 효율을 높일 수 있게 된다.According to the configuration disclosed in Figs. 3A and 3B, as the upper and lower portions of the body, i.e., the
한편, 도 3c 및 도 3d를 참조하면, 상기 제1대전체(110) 및 제2대전체(120)는 표면적이 늘어날 수 있도록 소정의 곡률을 가지는 호형(弧形) 구조로 형성되되, 상기 제1대전체(110) 및 제2대전체(120)가 상하로 평행을 이루도록 설치되지 않더라도 구동캠(300)의 구동시 제2대전체(120)가 힌지를 중심으로 탄성부재(200)를 압축시키면서 회동하여 상기 제1대전체(110)에 접촉하도록 구성된다.3C and FIG. 3D, the first
이때, 상기 제1대전체(110) 및 제2대전체(120)는 대전체가 우측방향으로 볼록한 형태를 이룰 수도 있고(도 3c 및 도 3d 참조), 이와는 반대로 대전체가 좌측 방향으로 볼록한 형태(도시되지 않음)를 이루도록 구성할 수도 있다. 3C and FIG. 3D). On the other hand, the entire
도 3c 및 도 3d에 개시된 구조의 에너지 하베스터(1)의 작용은, 기본적으로 전술한 도 2d 및 도 2e에 개시된 구조의 에너지 하베스터의 작용과 동일하므로 그 설명을 생략한다.The action of the
도 3c 및 도 3d에 개시된 이러한 구성에 따르면, 제2대전체(120)와 제1대전체(110)가 호형을 이룸에 따라 양측 대전체 간의 표면적이 늘어나고, 이에 따라 양측 대전체 간의 접촉 면적이 커지게 되므로, 대전량을 증가시켜 발전 효율을 높일 수 있게 된다.3C and 3D, as the second
한편, 도 3e를 참조하면, 상기 제1대전체(110) 및 제2대전체(120)는 표면적이 늘어날 수 있도록 대전체 표면에 요철(凹凸)이 형성된다. 상기 요철의 형태는 도 3e에 예시된 바와 같이, 그 가장자리가 라운드진 형태, 즉 '∩' 또는 '∪' 모양일 수 있으나, 이러한 형태로 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 3E, unevenness is formed on the entire surface of the first
도 3e에 개시된 이러한 구성에 따르면, 위 아래 대전체, 즉 제2대전체(120)와 제1대전체(110)의 서로 마주보는 표면에 요철(凹凸)이 형성됨에 따라 양측 대전체 간의 표면적이 늘어나게 되고, 이에 따라 양측 대전체 간의 접촉 면적이 커지게 되므로, 대전량을 증가시켜 발전 효율을 높일 수 있게 된다.According to such a configuration disclosed in FIG. 3E, as the concave and convex portions are formed on the surfaces of the upper and lower portions, that is, the surfaces of the second
그리고, 도 3e에 개시된 요철(凹凸)은, 도 2a와 도 2b, 도 2d와 도 2e, 그리고 도 3a 내지 도 3d에 도시된 구조에도 대전체 간의 접촉 면적 증가를 위해 적용 가능함은 물론이다.
It should be noted that the irregularities disclosed in FIG. 3E can be applied to increase the contact area between the large bodies in the structures shown in FIGS. 2A, 2B, 2D, 2E and 3A to 3D.
[실시예2][Example 2]
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 에너지 하베스터의 구성도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제2실시예에 따른 에너지 하베스터의 변형 예를 나타낸 구성도이다.FIG. 4 is a configuration diagram of an energy harvester according to a second embodiment of the present invention, and FIGS. 5A and 5B are structural diagrams showing a modified example of the energy harvester according to the second embodiment of the present invention.
먼저, 도 4을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 에너지 하베스터(1) 역시, 축회전 혹은 진동 운동을 수행하는 구동캠(300)과; 상기 구동캠(300)의 구동에 의해 대전(帶電)되는 트리보 소자를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 4, the
이때, 본 실시예에 따른 트리보 소자는, 구조물(400)에 고정되도록 설치되는 제1대전체(110)와; 상기 제1대전체(110)로부터 이격되게 설치되며 구동캠(300)이 가하는 힘에 의해 상기 제1대전체(110)와의 접촉시 서로 대전(帶電)되는 제2대전체(120)와, 상기 제1대전체(110)와 제2대전체(120)를 서로 이격시키는 탄성부재(200)와, 제1대전체(110)에 접촉했던 제2대전체(120)가 상기 탄성부재(200)의 복원력에 의해 원위치로 복원시 상기 제2대전체(120)와 접촉하여 서로 대전(帶電)되도록 설치되는 제3대전체(130)를 포함하여 구성된다.Here, the tribological element according to the present embodiment includes: a first
즉, 본 실시예에 따른 트리보 소자는, 제3대전체(130)의 추가적인 설치를 통해 상기 탄성부재(200)의 압축시뿐만 아니라 복원시에도 대전체 간의 접촉에 의해 대전량을 증가시킬 수 있도록 구성된 것이다.In other words, the tribological element according to the present embodiment can increase the amount of charge due to contact between the entire bodies even when restoring the
이와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예에 따른 에너지 하베스터(1)의 작용은 다음과 같다.The operation of the
도 4의 (가)를 참조하면, 구동캠(300)이 제2대전체(120)와 접촉하지 않은 상태에서는 트리보 소자를 구성하는 제2대전체(120)와 제1대전체(110)는 대전(帶電)되지 않는다.4 (a), when the driving
이 상태에서 상기 구동캠(300)의 회전에 의해 트리보 소자를 구성하는 제2대전체(120)의 상면을 누르게 되면, 상기 제2대전체(120)는 탄성부재(200)를 압축시키면서 하강하여 제1대전체(110)에 근접하게 된다.In this state, when the upper surface of the second
즉, 상기 제2대전체(120)는 구동캠(300)의 누름력을 받아 탄성부재(200)를 압축시키면서 구조물(400)에 고정된 상기 제1대전체(110)로 근접하게 되는 것이다.That is, the second
도 4의 (나)를 참조하면, 회전하는 구동캠(300)에 의해 눌려서 아래로 이동하는 제2대전체(120)는 구동캠(300)에 의해 최대한 눌러졌을 때 상기 제1대전체(110)에 접촉하게 되며, 이에 따라 상기 제1대전체(110)와 제2대전체(120)는 서로 대전(帶電)된다.Referring to FIG. 4 (b), the second
즉, 구동캠(300)의 누름력에 의해 제2대전체(120)가 탄성부재(200)를 압축시키면서 하강하여 제1대전체(110)에 접촉하게 되면, 트리보 소자는 대전(帶電) 상태를 이루게 되는 것이다.That is, when the second
따라서, 상기 트리보 소자는 제2대전체(120)와 제1대전체(110)의 접촉에 따른 압축력 또는 마찰력에 의해 발생하는 전하(즉, 마찰전기)를 포집하여 전기에너지를 생산할 수 있게 된다.Accordingly, the tribological element can collect electric charge (i.e., triboelectricity) generated by a compressive force or a frictional force resulting from contact between the second
한편, 도 4의 (나)와 같이, 구동캠(300)의 누름력에 의해 제2대전체(120)와 제1대전체(110)가 접촉하여 서로 대전(帶電)된 상태에서, 상기 구동캠(300)의 계속적인 회전에 의해 상기 구동캠(300)이 더 이상 상기 제2대전체(120)를 누르지 못하는 위치로 이동하게 되면, 상기 탄성부재(200)의 복원력에 의해 상기 제2대전체(120)는 상승하게 되는데, 상기 제2대전체(120)의 상부 측에는 상승하는 제2대전체(120)와의 접촉을 위한 제3대전체(130)가 위치한다.On the other hand, in a state in which the second
따라서, 다시 도 4의 (가) 상태와 같이, 탄성부재(200)의 복원력에 의해 상승한 제2대전체(120)는 제3대전체(130)에 접촉하게 되고, 이에 따라 이번에는 제2대전체(120)와 제3대전체(130) 사이에 대전이 이루어짐으로써 전기에너지의 생산이 가능해진다.4 (a), the second
본 실시예에 따른 에너지 하베스터(1) 역시, 이러한 전기에너지 생산 과정에서 어떠한 폐기물이나 환경을 오염시키는 요소도 배출하지 않는다. The
즉, 본 실시예의 에너지 하베스터(1)는 차축과 같은 기계적 회전 및 기타 진동과 같은 버려지는 에너지를 친환경적으로 전기 생산에 활용할 수 있는 것이다.That is, the
이하에서는 도 5a 및 도 5b를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 에너지 하베스터(1)의 변형 예의 구성에 대해 살펴본다.Hereinafter, a configuration of a modified example of the
도 5a 및 도 5b에 따른 구성의 에너지 하베스터(1)는, 서로 접촉함에 따라 대전(帶電)하여 전기 에너지를 생산하는 측면에서 전술한 실시 예들 및 변형 예들과 기본 작용이 동일하므로, 후술하는 내용에서는 설명의 중복을 피하기 위하여, 각 변형 예 고유의 구성상의 특징에 대해서만 살펴보기로 한다. Since the
도 5a에 도시된 변형 예의 구조는, 기본적으로 도 3c의 구조를 따르되, 구동캠(300)의 간섭이 없는 상태에서는 제2대전체(120)에 접촉하게 되는 제3대전체(130)를 추가한 것에 특징이 있다.The structure of the modified example shown in FIG. 5A is basically the same as that of FIG. 3C except that the third
즉, 도 5a에 개시된 이러한 구성에 따르면, 구동캠(300)이 누름에 따라 탄성부재(200)를 압축시키면서 제1대전체(110)에 접촉하게 되는 제2대전체(120)에 있어서, 상기 제2대전체(120)의 복원 위치에 상기 탄성부재(200)의 복원력에 의해 원위치로 복원시 상기 제2대전체(120)와 접촉하여 서로 대전되도록 하기 위한 제3대전체(130)를 설치한 것이다.That is, according to the configuration disclosed in FIG. 5A, in the second large-sized
이에 따라, 도 5a의 (가)와 같이 제2대전체(120)와 제3대전체(130)가 접촉한 상태에서 구동캠(300)이 회전하여 제2대전체(120)를 누름에 따라, 상기 제2대전체(120)는 도 5a의 (나)와 같이 제1대전체(110)에 접촉하여 서로 대전(帶電)된다.Accordingly, as the driving
그리고, 이후 제2대전체(120)에 대해 구동캠(300)의 간섭(즉, 누름력)이 해소되면, 다시 제2대전체(120)는 도 5a의 (가)에 도시된 상태로 복귀하게 되며, 이에 따라 이번에는 상기 제2대전체(120)와 제3대전체(130)가 접촉하여 서로 대전(帶電)된다.Then, when the interference (i.e., pressing force) of the
한편, 도 5b는 본 실시예의 또 다른 변형 예에 따른 것으로서, 기본적으로 도 2e의 구조를 따르되, 구동캠(300)의 간섭이 없는 상태에서는 제2대전체(120)에 접촉하는 제3대전체(130)를 추가한 것이다.5B is a perspective view of the third main assembly 100 according to another modified example of the present embodiment, which basically follows the structure of FIG. 2E. In the state where there is no interference of the
도 5b의 (가)는 구동캠(300)과 제2대전체(120)의 간섭이 없는 상태로서, 제2대전체(120)와 제3대전체(130)의 접촉이 이루어지며, 도 5b의 (나)는 제2대전체(120)에 대한 구동캠(300)의 간섭(즉, 누름력)이 존재하는 상태로서, 제2대전체(120)와 제1대전체(110)의 접촉이 이루어진다.5A is a state in which there is no interference between the driving
즉, 도 5b의 구조 역시, 도 5a와 마찬가지로, 구동캠(300)이 회전하여 제2대전체(120)를 누름에 따라, 상기 제2대전체(120)는 도 5b의 (나)와 같이 제1대전체(110)에 접촉하여 서로 대전되고, 이후 제2대전체(120)에 대해 구동캠(300)의 간섭(즉, 누름력)이 해소되면, 다시 제2대전체(120)는 도 5b의 (가)에 도시된 상태로 복귀하게 되며, 이에 따라 이번에는 상기 제2대전체(120)와 제3대전체(130)가 접촉하여 서로 대전된다.5B, as the driving
이상에서와 같이, 본 실시예 및 그 변형 예에 따른 에너지 하베스터(1)는, 제3대전체(130)의 설치를 통해, 상기 탄성부재(200)의 압축시뿐만 아니라 복원시에도 대전체 간의 접촉에 의해 대전량을 증가시킬 수 있다.
As described above, the
[실시예3][Example 3]
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 에너지 하베스터의 구성도이고, 도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 제3실시예에 따른 에너지 하베스터의 변형 예를 나타낸 구성도이다. 도 6 내지 도 7e에서 제1대전체(110)를 고정하는 구조물(도 1의 구조물 참조)은 도면의 단순화를 위하여 도시를 생략함을 전제한다.FIG. 6 is a configuration diagram of an energy harvester according to a third embodiment of the present invention, and FIGS. 7A to 7E are structural diagrams showing a modified example of the energy harvester according to the third embodiment of the present invention. 6 to 7E, it is assumed that the structure for fixing the first large-sized body 110 (see the structure shown in FIG. 1) is omitted for simplification of the drawings.
먼저, 도 6을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 에너지 하베스터(1)는, 전술한 실시예들과 마찬가지로 구동캠(300)의 구동에 의해 대전되는 트리보 소자로서, 상기 구동캠(300)의 회전 방향을 따라 상기 구동캠(300)의 주변에 복수 개 배치되도록 구성된다.6, the
이와 같이 구성된 본 실시예의 에너지 하베스트에 따르면, 구동캠(300)의 1회전시에 4셋트의 대전체에서 접촉이 이루어지게 되므로, 전술한 실시 예에 비해 발전 효율이 향상된다.According to the energy harvest of the present embodiment configured as described above, the four generations of the large-sized bumps are brought into contact with each other during one rotation of the
한편, 도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 제3실시예에 따른 에너지 하베스터의 변형 예를 나타낸 구성도로서, 도 7a는 구동캠(300) 주변에 8개의 트리보 소자가 구성된 경우를 도시한 것으로서, 주변에 구성된 트리보 소자는 도 3a에 도시된 구조를 따르고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 구동캠(300) 주변에 도 1, 도 2a 내지 도 2e, 도 3b 내지 도 3e에 개시된 구조의 트리보 소자가 택일적으로 혹은 조합된 형태로 배치가능하다.7A to 7E illustrate a modified example of the energy harvester according to the third embodiment of the present invention. FIG. 7A shows a case where eight tribo elements are formed around the driving
그 예로, 도 7b 내지 도 7c에서는 구동캠(300) 주변에 또 다른 구조의 트리보 소자가 배치된 경우가 예시되어 있다.For example, Figs. 7B to 7C illustrate the case where tribo elements of another structure are disposed around the driving
즉, 도 7b에 따르면, 도 3c에 도시된 구조의 트리보 소자가 구동캠(300) 주변에 배치될 수 있음을 보여주고 있다. 그리고, 도 7c에 따르면, 도 2e에 도시된 구조의 트리보 소자가 구동캠(300) 주변에 배치될 수 있음을 보여주고 있다.That is, according to Fig. 7B, it is shown that the tribological element of the structure shown in Fig. 3C can be arranged around the driving
그리고, 도 7d는 구동캠(300) 주변에 배치되는 트리보 소자의 배치 간격을 도 7c와 달리한 것으로서, 구동캠(300)의 1회전시 하나의 대전체 셋트의 접촉이 완료되자마자 휴지기(interval) 없이 상기 구동캠(300)은 바로 그 다음 대전체 셋트의 접촉을 위한 작용이 수행되도록, 대전체 셋트 간의 배치 간격이 최소화되도록 구성한 것이다.7D is a diagram showing an arrangement interval of the tribo elements disposed around the driving
즉, 도 7d은, 회전하는 구동캠(300)이 임의의 대전체 셋트의 제2대전체(120)의 일단을 눌러 토션스프링(240)을 압축시킴으로써 상기 제2대전체(120)가 셋트를 이루는 제1대전체(110)에 접촉한 상태를 도시한 것으로서, 이 상태에서 계속 회전하는 구동캠(300)은 제1대전체(110)와 접촉한 제2대전체(120) 일단과의 간섭이 끝나자마자 다음 차례의 대전체 셋트의 제2대전체(120)의 일단에 접촉하여 가압하기 시작한다.7D illustrates a state in which the rotating
그리고, 도 7e는 구동캠(300) 주변에 배치되는 트리보 소자의 배치 간격을 더욱 촘촘히 함과 더불어, 각 대전체 세트간에 접촉이 이루어지도록 구성함으로써 대전체의 수를 줄일 수 있도록 것이다.7E, the arrangement interval of the tribo elements disposed around the driving
즉, 구동캠(300)의 1회전시 하나의 대전체 셋트의 접촉이 완료되자마자 휴지기(interval) 없이 상기 구동캠(300)은 바로 그 다음 대전체 셋트의 접촉을 위한 작용이 수행됨과 아울러, 제1대전체(110)에 접촉되어 있다가 구동캠(300)과의 간섭이 해소됨에 따라 원위치로 복원되는 제2대전체(120)는 바로 이웃하는 대전체 셋트의 제1대전체(110)에 접촉하게 되는 것이다.That is, as soon as one large full set of contacts is completed during one rotation of the driving
구체적으로, 도 7e의 (가)를 참조하면, 구동캠(300)의 1회전시, 여러 대전체 셋트 중에서 상기 구동캠(300)과의 접촉에 의해 힌지를 중심으로 회동한 제2대전체(120; 도면상 녹색으로 표시된 제2대전체)가 짝을 이루는 제1대전체(110)에 접촉한 상태가 된다.7E, when the
이 상태에서, 회전하는 구동캠(300)의 상기 제2대전체(120; 도면상 녹색으로 표시된 제2대전체)를 벗어나면서부터 바로 그 다음 차례의 대전체 셋트의 제2대전체(120); 도면상 붉은 색으로 표시된 제2대전체)에 접촉하여 간섭하게 된다.In this state, the second large-
이에 따라, 도 7e의 (나)를 참조하면, 구동캠(300)의 간섭에 의해 상기 제2대전체(120); 도면상 붉은 색으로 표시된 제2대전체)는 그와 짝을 이루는 제1대전체(110)에 접촉하게 되는데, 이때, 도 7e의 (가) 상태에서 다른 제1대전체(110)에 접촉했던 제2대전체(120; 도면상 녹색으로 표시된 제2대전체)는 이웃하는 대전체 셋트의 제1대전체(110)의 타측에 접촉하게 된다. Accordingly, referring to (B) of FIG. 7 (E), the second
즉, 도 7e의 (나)를 참조하면, 도 7e의 (가) 상태에서 다른 제1대전체(110)에 접촉했던 제2대전체(120; 120; 도면상 녹색으로 표시된 제2대전체)는 복귀하여 제2대전체(120; 도면상 녹색으로 표시된 제2대전체)와 짝을 이루는 대전체 셋트의 제1대전체(110)의 타측에 접촉하게 되는 것이다. 7E, the second major portion 120 (the second major portion in green in FIG. 7), which has contacted the other first
부언컨대, 본 실시 예에 따르면, 서로 짝을 이루는 대전체 셋트의 접촉시, 그에 이웃하는 제2대전체가 상기 서로 짝을 이루어 접촉한 대전체 셋트의 제1대전체에 접촉하게 된다.In other words, according to the present embodiment, when the pairs of the large sets are in contact with each other, the entire second group adjacent to the first sets comes into contact with the entire first set of the large sets.
따라서, 도 7e의 구조에 따르면, 각 대전체 셋트의 제1대전체(110)는 서로 이웃하는 대전체 셋트의 제2대전체(120)에 대해 전술한 실시예2에서의 제3대전체(130)와 동일한 역할을 수행하게 되며, 이에 따라 대전체의 수를 줄일 수 있고, 동일 공간 대비 공간 효율을 높일 수 있으며, 나아가 발전 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
Therefore, according to the structure of FIG. 7E, the first large-
[실시예4][Example 4]
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 에너지 하베스터의 구성도이다. 도 8에서도 제1대전체(110)를 고정하는 구조물(도 3a의 구조물 참조)은 도시를 생략함을 전제한다.8 is a configuration diagram of an energy harvester according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 8, it is assumed that the structure for fixing the first main body 110 (see the structure in FIG. 3A) is omitted.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 에너지 하베스터(1)는, 기본적으로 전술한 각 실시예의 에너지 하베스터의 구조를 따르되, 구동캠(300)의 구조에 차이가 있다. Referring to FIG. 8, the
즉, 본 실시예에 따른 구동캠(300)은 회전중심(310)으로부터 반경 방향 외측으로 돌출된 다수개의 접촉부(320)를 가지도록 형성된다.That is, the driving
이와 같이 구성된 본 실시예의 에너지 하베스터(1)는, 구동캠(300) 주위에 많은 수의 트리보 소자를 배치하지 않더라도 발전 효율을 높일 수 있다.The
즉, 구동캠(300)의 1회전시, 회전중심(310)에서 반경방향으로 돌출된 접촉부(320)의 수를 곱한 만큼, 각 대전체 셋트에 대해 구동캠(300)으로부터 누름력이 가해지고, 이에 따라 각 대전체 셋트에서는 대전체 상호간의 접촉이 이루어지게 되므로, 결국 공간 활용 효율 및 발전 효율이 향상된다.That is, when the driving
한편, 본 실시예에 있어서, 구동캠(300)의 접촉부(320)는 개수 변경이 가능하며, 구동캠(300) 주변에 배치되는 트리보 소자를 본 발명의 다른 실시예에 따른 트리보 소자로 대체 가능함은 물론이다.
In the present embodiment, the number of the
[실시예5][Example 5]
도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 에너지 하베스터의 구성도로서, 기본적으로 제1실시예에서와 동일한 구성으로서, 탄성부재(200)의 설치 형태에 차이가 있다.Fig. 9 is a configuration diagram of an energy harvester according to a fifth embodiment of the present invention, which is basically the same as that of the first embodiment, and differs in the installation form of the
즉, 본 실시예에서, 탄성부재(200)는 상기 제2대전체(120)와 상기 제1대전체(110)가 지지되는 구조물(400) 사이에 설치된다. 이때 상기 탄성부재(200)는 상기 제2대전체(120)의 양단부를 탄성 지지하도록 설치된다.That is, in this embodiment, the
본 실시 예에 따른 에너지 하베스터(1)의 작용 원리는 기본적으로 제1실시예의 에너지 하베스터의 작용 원리와 마찬가지이고, 탄성부재(200)의 지지 형태에서 차이가 있다.The working principle of the
따라서, 여기서는 본 실시 예에 따른 에너지 하베스터의 작용 및 효과에 대해서 설명의 중복을 피하기 위하여 생략한다.
Therefore, the operation and effect of the energy harvester according to the present embodiment will be omitted here to avoid duplication of description.
[실시예6][Example 6]
도 10은 본 발명의 제6실시예에 따른 에너지 하베스터의 구성도로서, 본 실시예 역시, 기본적으로 전술한 제1실시예의 구조를 따르되, 제2대전체(120) 측에 압전소자(700)가 더 구비되는 점에 차이가 있다.10 is a configuration diagram of an energy harvester according to a sixth embodiment of the present invention. This embodiment also basically follows the structure of the first embodiment described above, except that the
즉, 본 실시예에 따르면, 구동캠(300)의 작용에 의해, 제1대전체(110)에 접촉하도록 제2대전체(120)가 상하 이동하는 구조의 트리보 소자에 있어서, 상기 제2대전체(120)의 제1대전체(110)와 마주보는 면의 반대쪽에 압전소자(700)가 구비되도록 구성된다.That is, according to the present embodiment, in the tribological element of the structure in which the second
널리 알려진 바와 같이, 압전소자(壓電素子)는 기계적 응력이 가해지면 전압이 발생하고, 반대로 전압이 걸리면 기계적 변형이 발생하는 소자로, 피에조전기소자라고도 불린다.As is widely known, a piezoelectric element is a device in which a voltage is generated when a mechanical stress is applied, and a mechanical strain is caused when a voltage is applied thereto, which is also called a piezo electric element.
이와 같이 구성된 본 실시예의 에너지 하베스터(1)의 작용 효과는 다음과 같다.The action and effect of the
본 실시예의 에너지 하베스터(1)는, 회전하는 구동캠(300)으로부터 가해지는 압력에 의해 제2대전체(120) 상부에 구비되는 압전소자(700)가 전기에너지를 만들어냄과 더불어, 상기 압전소자(700) 하부에 설치된 제2대전체(120)가 제1대전체(110)에 접촉하여 전기에너지를 만들어냄에 따라, 에너지 하베스터 설치를 위한 공간 효율 및 발전 효율이 향상될 수 있다.The
즉, 본 실시예에 따른 에너지 하베스터(1)는, 트리보 소자와 압전소자(700)가 결합된 하이브리드 타입의 에너지 하베스터로서, 거의 동일 공간에 두 가지의 발전용 소자가 하나로 융합됨으로써 더 높은 성능을 발휘할 수 있게 되는 것이다.That is, the
한편, 도 11은 본 발명의 제6실시예에 따른 에너지 하베스터의 변형 예를 나타낸 구성도로서, 기본적으로 전술한 제5실시예의 구조를 따르되, 제2대전체(120) 측에 압전소자(700)가 더 구비되도록 구성된다.FIG. 11 is a structural view showing a modified example of the energy harvester according to the sixth embodiment of the present invention, basically according to the structure of the fifth embodiment described above, except that the
즉, 본 실시예는 제2대전체(120) 상부에 압전소자(700)가 부가되는 구성은 전술한 제6실시예를 따르되, 상기 제2대전체(120)를 지지하는 탄성부재(200)의 설치 형태는 제5실시예를 따르는 것이다. That is, in the present embodiment, the
본 변형 예에 따른 에너지 하베스터(1) 역시, 트리보 소자와 압전소자가 결합된 하이브리드 타입으로서, 거의 동일 공간에 두 가지의 발전용 소자가 하나로 융합되어 있으므로 더 높은 성능을 발휘할 수 있게 되는 것이다.The
한편, 도 12는 본 발명의 제6실시예에 따른 에너지 하베스터의 또 다른 변형 예를 나타낸 구성도로서, 상기 압전소자(700)와 제2대전체(120) 사이에는 완충용 탄성부재(220)가 더 구비되어, 상기 압전소자(700)와 제2대전체(120)가 이격 설치된다.12 is a structural view showing yet another modification of the energy harvester according to the sixth embodiment of the present invention. A buffer
이는 압전소자(700)와 제2대전체(120)를 완충용 탄성부재(220)로 이격시켜, 제2대전체(120)에 전달되는 충격을 줄이기 위함이다.This is to reduce the shock transmitted to the second
즉, 상기 압전소자(700)와 제2대전체(120)가 완충용 탄성부재(220)에 의해 분리되어 있으므로, 일단 구동캠(300)으로부터 압전소자(700)에 가해지는 압력은 바로 제2대전체(120)로 전달되지 않고 완충 작용이 이루어진 상태에서 상기 완충용 탄성부재(220)를 통해 제2대전체(120)로 전달되고, 따라서 상기 제2대전체(120)가 하강하여 제1대전체(110)와 접촉하게 되는 것이다.The pressure applied to the
본 변형 예에 따른 에너지 하베스터(1) 역시, 트리보 소자와 압전소자가 결합된 하이브리드 타입으로서, 거의 동일 공간에 두 가지의 발전용 소자가 하나로 융합되어 있으므로 더 높은 성능을 발휘할 수 있게 되는 것이다.
The
[3차원 구현 예][Three-Dimensional Implementation Example]
도 13 및 도 14은 본 발명에 따른 에너지 하베스터의 3차원 구현 예를 보여주는 사시도이다.13 and 14 are perspective views showing a three-dimensional implementation of the energy harvester according to the present invention.
먼저, 도 13을 참조하면, 도 6에 개시된 본 발명의 제3실시예에 따른 구조를 3차원으로 구현한 경우를 예시하고 있다.First, referring to FIG. 13, the structure according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 6 is implemented in three dimensions.
즉, 구동캠(300)의 회전중심(310)에는 구동원으로부터 구동캠(300)을 회전시키기 위한 동력을 전달받는 회전축(311)이 설치되고, 구동캠(300) 주변에는 제1대전체(110)와 제2대전체(120) 및 탄성부재(200)를 포함하는 복수 개의 대전체 셋트가 배치되고, 상기 대전체 셋트 외측에는 대전체 셋트를 구성하는 제1대전체(110)를 지지하는 구조물로서 원통형의 하우징(600)이 설치된다.The
한편, 도 14에 도시된 에너지 하베스터(1)는, 도 13의 것과 비교하여, 회전축(311)을 제외한 부품들, 즉 대전체 셋트와 원통형 하우징(600), 그리고 구동캠(300)을 축방향을 따라 슬라이스(slice) 한 형태를 띠도록 구성된다. 물론, 슬라이스된 각 대전체 셋트에는 셋트 수에 맞는 탄성부재(200)가 설치된다.The
즉, 본 변형 예의 에너지 하베스트는 동일한 회전축(311) 상에 구동캠(300)을 연결하되, 도 13에 도시된 원통형의 하우징(600)과, 구동캠(300), 제1대전체(110) 및 제2대전체(120)를 축 방향을 따라 복수 개로 나눈 형태를 띠게 되는 것이다.That is, in the energy harvest of this modification, the driving
이는, 도 13의 것과 비교하여, 에너지 하베스터 장치의 발전 자유도를 높일 수 있도록 하기 위함이다. 즉, 슬라이스(Slice)된 대전체 셋트를 축방향을 따라 원하는 개수로 묶어 직렬 연결하거나 병렬 연결함으로써, 본 발명 장치로부터 만들어지는 전류와 전압을 설계자가 원하는 크기로 조정할 수 있게 된다.
This is for the purpose of enhancing the degree of freedom of generation of the energy harvester apparatus as compared with that of Fig. That is, by slicing the whole set of slices into a desired number along the axial direction and connecting them in series or in parallel, it is possible to adjust the current and voltage generated by the inventive device to a desired size by the designer.
[구성 부품의 다른 실시예] [Other Embodiments of Components]
먼저, 도 15는 본 발명의 에너지 하베스터에 적용되는 구동캠(300)의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.15 is a view showing another embodiment of the
도 15를 참조하면, 상기 구동캠(300)의 대전체와의 접촉부에는 롤러(330)가 더 구비될 수 있다.Referring to FIG. 15, a
이와 같이 구성되는 본 실시예의 구동캠(300)은 캠의 노우즈(nose) 부위에 롤러(330)가 구비됨으로 인해, 구동캠(300)의 노우즈 부분의 마모를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 구동캠(300)에 접촉하게 되는 트리보 소자나 압전소자의 접촉 부위의 마모 및 손상을 효과적으로 방지할 수 있다. The
이러한, 롤러(330)를 갖는 구동캠(300)은 본 발명의 모든 실시 예 및 변형 예들에 적용될 수 있음은 물론이다.Of course, the driving
다음으로, 도 16의 (가) 및 (나)는 본 발명의 에너지 하베스터에 적용되는 대전체에 금속 재질의 전극단자(800)가 더 구비된 구조를 보여주는 도면이다.16 (a) and 16 (b) are views showing a structure in which a
도 16을 참조하면, 상기 제1대전체(110) 및 제2대전체(120)에는 자유전자를 많이 가질 수 있는 금속 재질의 전극단자(800)가 더 구비될 수 있다.Referring to FIG. 16, the first
구체적으로, 도 16의 (가)는 제2대전체(120)가 제1대전체(110)가 평행하게 설치된 구조에서, 각 대전체의 바깥면에 금속 재질의 전극단자(800)가 부가된 구조를 개시하고 있다. Specifically, FIG. 16A shows a structure in which the second large-
그리고, 도 16의 (나)는 제2대전체(120)와 제1대전체(110)의 어는 일단부가 힌지 결합된 구조에서, 각 대전체의 일측면에 금속 재질의 전극단자(800)가 부가된 구조를 개시하고 있다.16 (B) shows a structure in which one end of each of the second
도 16의 (가) 및 (나)에 각각 개시된 전극단자(800)는, 각 대전체 구조에 알맞게 제1대전체(110) 및 제2대전체(120)의 일면에 부착되어, 트리보 소자의 대전량을 늘리는 역할을 수행한다. The
한편, 상기 전극단자(800) 역시, 전술한 본 발명의 각 실시 예들, 그리고 이들 실시 예의 변형 예들에 따른 에너지 하베스터 구조에 적용될 수 있음은 물론이다.The
이상에서와 같이, 본 발명의 에너지 하베스터는, 기존의 에너지 하베스터와 같이 발전 과정 중에 다른 어떤 폐기물이나 환경을 오염시키는 요소가 배출되지 않는 환경 친화적 발전장치이면서, 기존의 에너지 하베스터에 비해 에너지 수확을 위한 시스템의 내구성이 향상될 뿐만 아니라 연속성이 있는 발전이 가능하고, 공간 효율이 높으며, 이를 통해 발전 효율을 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 에너지 하베스터를 제공하게 된다.
As described above, the energy harvester of the present invention is an environmentally friendly power generation device that does not discharge any other waste or environment polluting elements during the power generation process like the existing energy harvester, It is possible to provide a new structure of energy harvester which not only improves the durability of the system but also enables continuous power generation and high space efficiency, thereby improving power generation efficiency.
한편, 본 발명은 상기한 실시 예로 한정되지 않으며, 본 발명의 기술 사상의 범주를 벗어나지 않는 한 다양한 형태로의 변형 및 수정이 가능할 수 있음은 물론이다. It is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes may be made without departing from the scope of the present invention.
따라서, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Accordingly, the scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalents thereof are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
본 발명 에너지 하베스팅 시스템은, 우리 주변에 크고 작은 회전 및 진동이 발생하는 다양한 환경이 존재하기 때문에 언제 어디에서나 쉽게 에너지를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명은 버려지는 기계적 회전 및 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 데 용이하고 소형으로 구현이 가능하므로, 친환경 에너지원으로서 관심이 높아지고 있는 최근 추세에 비추어 산업상 이용 가능성이 매우 높은 발명이다.The energy harvesting system of the present invention can easily obtain energy anytime and anywhere because there are various environments where large and small rotations and vibrations occur around us. In addition, since the present invention can easily and discretely be used to convert abandoned mechanical rotation and vibration energy into electric energy, it is an invention highly likely to be industrially used in view of recent trends of increasing interest as an environmentally friendly energy source.
1: 에너지 하베스터 110: 제1대전체
110a: 세그먼트 120: 제2대전체
130: 제3대전체 200: 탄성부재
220: 완충용 탄성부재 240: 토션스프링
300: 구동캠 310: 회전중심
311: 회전축 320: 접촉부
330: 롤러 400: 구조물
500: 가이드 수단 510: 커넥팅로드
520: 가이드부재 520a:가이드홀
600: 하우징 700: 압전소자
800: 전극단자1: Energy harvester 110: 1st generation whole
110a: segment 120: second base whole
130: third main body 200: elastic member
220: elastic member for cushioning 240: torsion spring
300: driving cam 310: rotation center
311: rotation axis 320:
330: roller 400: structure
500: guide means 510: connecting rod
520: guide
600: housing 700: piezoelectric element
800: Electrode terminal
Claims (22)
상기 구동캠의 구동에 의해 대전되는 트리보 소자;를 포함하여 구성되는 에너지 하베스터에 있어서:
상기 트리보 소자는, 제1대전체와, 상기 제1대전체로부터 이격되게 설치되며 상기 구동캠이 가하는 힘에 의해 상기 제1대전체로 접근하여 접촉시 서로 대전(帶電)되는 제2대전체와, 상기 제1대전체와 제2대전체를 서로 이격시키는 탄성부재를 포함하여 구성되고;
상기 제1대전체와 상기 제1대전체를 지지하는 구조물 사이에는 상기 제1대전체와 제2대전체의 접촉시 상기 제1대전체에 전달되는 충격을 줄이기 위한 완충용 탄성부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.A drive cam for performing axial rotation or oscillation motion;
And a tribological element charged by driving the drive cam, the energy harvester comprising:
Wherein the tribo element comprises a first main body and a second main body which is provided so as to be spaced apart from the first main body and which is brought into contact with the entire first main body by the force applied by the driving cam and charged with each other upon contact, And an elastic member for separating the whole of the first base and the whole of the second base from each other;
And a buffer elastic member for reducing an impact transmitted to the whole of the first base when the whole of the first base and the whole of the second base are in contact with each other is provided between the whole of the first base and the structure supporting the whole of the first base An energy harvester featuring.
상기 탄성부재는,
상기 제1대전체와 상기 제2대전체 사이에 상기 제2대전체의 양단부를 탄성 지지하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.The method according to claim 1,
The elastic member
Wherein the energy harvester is installed to elastically support both ends of the whole of the second base between the whole of the first base and the whole of the second base.
상기 탄성부재는,
상기 제2대전체와 상기 제1대전체가 지지되는 구조물 사이에 상기 제2대전체의 양단부를 탄성 지지하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.The method according to claim 1,
The elastic member
And the second harness is installed to elastically support both ends of the entire second harness between a whole of the second harness and a structure supporting the entire first harness.
상기 구동캠의 누름력 작용시, 상기 제2대전체의 운동을 정확한 직선 운동(linear motion)이 되도록 안내하기 위한 가이드 수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.The method according to claim 1,
And guiding means for guiding the motion of the entire second bobbin in a linear motion when the pressing force of the driving cam is applied.
상기 가이드 수단은,
상기 제2대전체 상면에 부착되는 커넥팅로드와, 상기 커넥팅로드가 직선 운동하도록 안내하는 가이드홀이 형성된 가이드부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.The method according to claim 6,
Wherein the guide means comprises:
And a guide member having a connecting rod attached to the upper surface of the second main body and a guide hole guiding the connecting rod to linearly move.
상기 제2대전체의 대전되는 표면이 분절(segement)된 형태를 이루도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스터.The method according to claim 1,
And the surface of the second main body to be charged is configured to have a segement shape.
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