KR101627294B1 - The roll-type sliding triboelectric generator and method for manufacturing the generator - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 롤형상을 이용한 슬라이딩 접촉 대전 발전기에 있어서, 폴리머 기판에 금속 층을 증착 시킨 후, 금속층이 증착된 폴리머 기판을 롤 형태로 말아 슬라이딩시키는 방식으로 금속층과 폴리머층이 접촉을 통해 대전되어 전기를 생산하도록 한다. 기존의 슬라이딩 모드의 접촉 대전 발전기와 달리 폴리머와 금속층을 롤 형태의 3차원적 적층 구조로 구현하여 적은 부피로도 폴리머층과 금속층의 접촉 면적을 넓힐 수 있어 보다 효과적으로 접촉 대전 발전기의 출력을 증가시킬 수 있다.According to the present invention, in a sliding contact charging electric generator using a roll shape, after a metal layer is deposited on a polymer substrate, a metal layer and a polymer layer are contacted with each other through a contact To produce electricity. Unlike the conventional sliding-mode contact-type power generator, the polymer and the metal layer can be realized in a roll-like three-dimensional laminate structure, so that the contact area between the polymer layer and the metal layer can be widened even with a small volume, thereby increasing the output of the contact- .
Description
본 발명은 접촉 대전 발전기에 관한 것으로, 특히 폴리머 기판에 금속 층을 증착한 후, 금속층이 증착된 폴리머 기판을 롤 형태로 말아 슬라이딩시키는 방식으로 금속층과 폴리머층이 접촉을 통해 대전되어 전기를 생산하도록 하되, 기존의 슬라이딩 모드의 접촉 대전 발전기와 달리 폴리머와 금속층을 롤 형태의 3차원적 적층 구조로 구현하여 적은 부피로도 폴리머층과 금속층의 접촉 면적을 효과적으로 넓힘으로써 고출력을 생산할 수 있도록 하는 롤형상을 이용한 슬라이딩 접촉 대전 발전기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a contact charging electric generator, and more particularly, to a contact charging electric power generator in which a metal layer is deposited on a polymer substrate and then the metal layer and the polymer layer are electrically charged However, unlike the conventional sliding-mode contact-type power generator, the polymer and metal layer are realized as a three-dimensional laminate structure in the form of rolls, so that the contact area between the polymer layer and the metal layer is effectively widened with a small volume, And a method of manufacturing the sliding contact charging electric generator.
일반적으로, 접촉 대전 방식의 발전은 두 가지 물질의 접촉 시 발생하는 정전기적 전하발생에 기반을 두어 시작되었다. 두 물질의 접촉 시 한쪽은 양으로 다른 쪽은 음으로 유도되는 정전기적 전하에 의해 각각에 물질에 연결된 전극 사이에 전위차이가 생기고 이러한 전위차가 전극 간 전자의 흐름을 만들어 전류가 흐르게 되며 접촉과 분리를 반복할 시 이와 같은 전기적 유도 현상에 의해 반복적인 전기적 신호를 얻을 수 있다.In general, the development of the contact charging system is based on the generation of electrostatic charges that occur upon contact between two materials. The potential difference between the electrodes connected to the material is caused by the electrostatic charge which is induced by the positive charge on one side and the negative charge on the other side when the two materials are brought into contact with each other. Repeated electrical signals can be obtained by repeating the above-mentioned electric induction phenomenon.
위와 같이 기본적인 접촉, 분리를 이용하는 접촉 대전 발전기의 경우 충분한 출력을 얻기 위하여 대전열에서 먼 두 물질을 사용하며 일반적으로 한쪽은 전극이 연결된 폴리머와 다른 한쪽은 접촉면과 전극 두 가지 역할을 수행하는 금속 물질을 이용하는 것이 일반적이다. 이 경우 금속 물질은 접촉, 분리 시 양으로 대전되고 폴리머 물질은 음으로 대전되어 양 극간 전위차가 발생한다.In the case of the contact charging generator using the basic contact and separation as described above, two materials far from the charging column are used in order to obtain a sufficient output. In general, one of the electrodes is a polymer to which the electrode is connected and the other is a metal material . In this case, the metal material is positively charged at the time of contact and separation, and the polymer material is negatively charged, thereby generating a potential difference between the two electrodes.
한편, 위에서 설명한 단순 접촉 , 분리 현상을 이용한 접촉 대전 발전기 외에 한쪽 표면위에 다른 물질을 반복적으로 슬라이딩 시켜 접촉 대전 시켜 발전하는 슬라이딩 모드 접촉 대전 발전기도 있다.On the other hand, there is a sliding-mode contact-charging power generator in which, besides the contact charging generator using the simple contact and separation phenomenon described above, another material is repeatedly sliding on one surface to generate contact charging.
위와 같은 접촉 대전 발전기는 정전기적 전하의 유도 현상을 응용하므로 접촉 시 유효 접촉 면적이 큰 것이 출력에 유리하다. 이에 따라, 충분한 출력을 얻기 위해서 일반적으로 폴리머나 금속 표면에 마이크로 혹은 나노 사이즈의 미세 구조를 삽입하여 유효 면적을 넓히는 여러 기술이 개발되고 있다. Since the above-mentioned contact charging generator applies an electrostatic charge induction phenomenon, a large effective contact area at the time of contact is advantageous for the output. Accordingly, in order to obtain a sufficient output, various techniques for broadening the effective area by inserting micro or nano-sized fine structures on the surface of a polymer or a metal are generally being developed.
이때, 위와 같은 미세 구조의 제작에 있어서는 기본적인 실리콘 식각을 이용해 마이크로 큐브나 피라미드 패턴을 가지는 주판을 만들고, 소프트 리소그래피(soft lithography)를 통해 마이크로 구조를 가지는 폴리머 층을 만들거나 AAO 등의 주판을 이용해 나노 크기의 구조를 가지는 폴리머 층을 만드는 기술이 있다. At this time, in the fabrication of the microstructure described above, an abacus having a microcube or a pyramid pattern is formed using a basic silicon etching, a polymer layer having a microstructure is formed by soft lithography, or a nano- There is a technique of making a polymer layer having a size structure.
그러나, 위와 같은 종래 접촉 대전 발전기에서는 접촉 대전을 발생시키기 위한 두 물질 간 접촉 면적에 제한이 있어, 고출력의 접촉 대전 발전기를 실현하는데 한계가 있었다.
However, in the conventional contact charging electric generator as described above, there is a limit in the contact area between the two materials for generating contact charging, and there is a limit in realizing a contact charging electric generator with high output.
(특허문헌)(Patent Literature)
대한민국 공개특허번호 10-2011-0132758호(공개일자 2011년 12월 09일)
Korean Patent Publication No. 10-2011-0132758 (published on December 09, 2011)
따라서, 본 발명에서는 폴리머 기판에 금속 층을 증착한 후에, 금속층이 증착된 폴리머 기판을 롤 형태로 말아 슬라이딩시키는 방식으로 금속층과 폴리머층이 접촉을 통해 대전되어 전기를 생산하도록 하되, 기존의 슬라이딩 모드의 접촉 대전 발전기와 달리 폴리머와 금속층을 롤 형태의 3차원적 적층 구조로 구현하여 적은 부피로도 폴리머층과 금속층의 접촉 면적을 효과적으로 넓힘으로써 고출력을 생산할 수 있도록 하는 롤형상을 이용한 슬라이딩 접촉 대전 발전기 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
Accordingly, in the present invention, after the metal layer is deposited on the polymer substrate, the polymer layer on which the metal layer is deposited is rolled and rolled so that the metal layer and the polymer layer are electrically charged through contact with each other to produce electricity. A sliding contact charging generator using a roll shape that can produce a high output by effectively expanding the contact area between the polymer layer and the metal layer even with a small volume by realizing a polymer and a metal layer in a roll three- And a manufacturing method thereof.
상술한 본 발명은 슬라이딩 접촉 대전 발전기로서, 내부 실린더와, 상기 내부 실린더를 외부에서 감싸는 외부 실린더와, 일측 끝단은 상기 내부 실린더에 고정되어 상기 내부 실린더에 롤 형상으로 감기며, 타측 끝단은 상기 외부 실린더에 고정되는 기판과, 상기 기판의 일면 위에 형성되는 금속층을 포함하고, 상기 기판은 폴리머층으로 형성되며, 상기 폴리머층과 상기 금속층간 마찰이 발생하는 경우, 상기 폴리머층과 금속층 사이에 접촉 대전이 발생되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention as described above, there is provided a sliding contact charging electric generator comprising: an inner cylinder; an outer cylinder surrounding the inner cylinder from the outside; one end fixed to the inner cylinder and wound in a roll shape on the inner cylinder; And a metal layer formed on one surface of the substrate, wherein the substrate is formed of a polymer layer, and when a friction between the polymer layer and the metal layer occurs, contact between the polymer layer and the metal layer Is generated.
또한, 상기 기판은 외부 에너지에 의해 상기 외부 실린더의 내부에서 상기 외부 실린더의 길이 방향으로 슬라이딩되며, 상기 기판이 슬라이딩할 때 상기 롤 형상을 통해 겹쳐지는 면에서 상기 폴리머층과 상기 금속층간 마찰에 의해 접촉 대전이 발생되는 것을 특징으로 한다.Further, the substrate is slid in the longitudinal direction of the outer cylinder inside the outer cylinder by external energy, and is in contact with the polymer layer and the metal layer at the surface overlapping the roll shape when the substrate slides And contact charging is generated.
또한, 상기 외부 에너지는, 상기 외부 실린더에 가해지는 진동 또는 충격인 것을 특징으로 한다.Further, the external energy is a vibration or shock applied to the external cylinder.
또한, 상기 내부 실린더의 양쪽 끝면에, 상기 외부 실린더의 끝면에 대향되도록 제1자석과 제2 자석이 각각 부착되는 것을 특징으로 한다.The first magnet and the second magnet are attached to both end surfaces of the inner cylinder so as to face the end surface of the outer cylinder.
또한, 상기 외부 실린더의 양쪽 끝면에 상기 내부 실린더에 부착된 상기 제1자석과 제2자석에 각각 대향되도록 제3자석과 제4자석이 부착되며, 서로 대향되는 자석은 동일한 극성을 가지는 것을 특징으로 한다.In addition, the third magnet and the fourth magnet are attached to both the end faces of the outer cylinder so as to face the first magnet and the second magnet attached to the inner cylinder, and the magnets opposed to each other have the same polarity do.
또한, 상기 서로 대향되는 자석은, 기설정된 거리 이내로 근접하는 경우 동일한 극성에 의한 자기적 척력이 발생되는 것을 특징으로 한다.Further, the magnets opposed to each other generate magnetic repulsive force by the same polarity when approaching within a predetermined distance.
또한, 상기 내부 실린더와 외부 실린더는, 원통형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.Further, the inner cylinder and the outer cylinder are formed in a cylindrical shape.
또한, 상기 기판은, Kapton 필름으로 형성되는 것을 특징으로 한다.Further, the substrate is characterized by being formed of a Kapton film.
또한, 상기 금속층은, 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 또는 니켈(Ni) 중 어느 하나의 금속으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The metal layer may be formed of any one of gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), chromium (Cr), and nickel (Ni).
또한, 상기 내부 실린더와 외부 실린더는, PMMA, PET, PTEE 또는 Kapton 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.Further, the inner cylinder and the outer cylinder are formed of PMMA, PET, PTFE or Kapton material.
또한, 본 발명은 슬라이딩 접촉 대전 발전기의 제조 방법으로서, 내부 실린더를 형성하는 단계와, 상기 내부 실린더가 삽입될 수 있는 외부 실린더를 형성하는 단계와, 일면에 금속층을 증착시킨 기판을 형성하는 단계와, 상기 기판의 일측 끝단을 상기 내부 실린더에 고정시키고, 상기 기판을 상기 내부 실린더에 롤 형상으로 감는 단계와, 상기 기판이 감긴 상기 내부 실린더를 상기 외부 실린더에 삽입하여 상기 기판의 타측 끝단을 상기 외부 실린더에 고정시키는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a sliding contact charging electric generator, including the steps of forming an inner cylinder, forming an outer cylinder into which the inner cylinder can be inserted, forming a substrate on which a metal layer is deposited, A step of fixing one end of the substrate to the inner cylinder and winding the substrate in a roll shape to the inner cylinder; inserting the inner cylinder wound around the substrate into the outer cylinder, And fixing it to the cylinder.
또한, 상기 기판은 폴리머층으로 형성되며, 상기 폴리머층과 상기 금속층간 마찰이 발생하는 경우 상기 폴리머층과 상기 금속층 사이에 접촉 대전이 발생되는 것을 특징으로 한다.The substrate may be formed of a polymer layer, and contact charging may occur between the polymer layer and the metal layer when friction occurs between the polymer layer and the metal layer.
또한, 상기 기판은 상기 외부 실린더에 가해지는 외부 에너지에 의해 상기 외부 실린더의 내부에서 상기 외부 실린더의 길이 방향으로 슬라이딩되며, 상기 기판이 슬라이딩할 때 상기 롤 형상을 통해 겹쳐지는 면에서 상기 폴리머층과 상기 금속층간 마찰에 의해 접촉 대전이 발생되는 것을 특징으로 한다.Further, the substrate is slid in the longitudinal direction of the outer cylinder inside the outer cylinder by external energy applied to the outer cylinder, and the polymer layer and the polymer layer are superimposed on each other, And contact charging is caused by the intermetallic friction.
또한, 상기 내부 실린더의 양쪽 끝면에, 상기 외부 실린더의 끝면에 대향되도록 제1자석과 제2 자석이 각각 부착되는 것을 특징으로 한다.The first magnet and the second magnet are attached to both end surfaces of the inner cylinder so as to face the end surface of the outer cylinder.
또한, 상기 외부 실린더의 양쪽 끝면에 상기 내부 실린더에 부착된 상기 제1자석과 제2자석에 각각 대향되도록 제3자석과 제4자석이 부착되며, 서로 대향되는 자석은 동일한 극성을 가지는 것을 특징으로 한다.
In addition, the third magnet and the fourth magnet are attached to both the end faces of the outer cylinder so as to face the first magnet and the second magnet attached to the inner cylinder, and the magnets opposed to each other have the same polarity do.
본 발명에 따르면, 롤형상을 이용한 슬라이딩 접촉 대전 발전기에 있어서, 폴리머 기판에 금속 층을 증착한 후에, 금속층이 증착된 폴리머 기판을 롤 형태로 말아 슬라이딩시키는 방식으로 금속층과 폴리머층이 접촉을 통해 대전되어 전기를 생산하도록 하되, 기존의 슬라이딩 모드의 접촉 대전 발전기와 달리 폴리머와 금속층을 롤 형태의 3차원적 적층 구조로 구현하여 적은 부피로도 폴리머층과 금속층의 접촉 면적을 넓힐 수 있어 보다 효과적으로 접촉 대전 발전기의 출력을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
According to the present invention, in a sliding contact charging electric generator using a roll shape, after a metal layer is deposited on a polymer substrate, a metal layer and a polymer layer are brought into contact with each other In contrast to conventional sliding-mode contact-type generators, the polymer and metal layers can be realized in a roll-like three-dimensional laminate structure, which allows a contact area between the polymer layer and the metal layer to be widened with a small volume, There is an advantage that the output of the charge generator can be increased.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 롤 형상을 이용한 고출력 슬라이딩 접촉 대전 발전기의 사시도,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 고출력 슬라이딩 접촉 대전 발전기에서 롤 형상 기판의 동작 개념도,
도 3a 내지 3b는 본 발명의 실시예에 따른 롤 형상을 이용한 고출력 슬라이딩 접촉 대전 발전기의 동작 개념도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고출력 슬라이딩 접촉 대전 발전기의 사진 예시도.1 is a perspective view of a high output sliding contact charging electric generator using a roll shape according to an embodiment of the present invention,
Figs. 2A to 2C are operational conceptual diagrams of a roll-shaped substrate in a high-output sliding contact charging electric generator according to an embodiment of the present invention,
FIGS. 3A and 3B are operational conceptual diagrams of a high-output sliding contact charging electric generator using a roll shape according to an embodiment of the present invention;
4 is a pictorial example of a high output sliding contact charging electric generator according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, the operation principle of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and these may be changed according to the intention of the user, the operator, or the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 롤 형상을 이용한 고출력 슬라이딩 접촉 대전 발전기의 사시도를 도시한 것이다. 1 is a perspective view of a high output sliding contact charging electric generator using a roll shape according to an embodiment of the present invention.
위 도 1을 참조하면, 본 발명의 롤 형상을 이용한 고 출력 슬라이딩 접촉 대전 발전기는 외부 실린더(100), 내부 실린더(110), 외부 실린더의 자석 (120a, 120b), 내부 실린더의 자석(120c, 120d), 기판(130)과 금속층(140) 등을 포함할 수 있다. 1, the high-output sliding contact charging electric generator using the roll shape of the present invention includes an
내부 실린더(110)는 접촉 대전 발전기에서 슬라이딩을 통해 대전되는 기판(130)의 롤 형태 제작을 위한 실린더로써, 도 1에서는 원통형으로 제작한 것을 예시하였으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 이러한 내부 실린더(110)는 PMMA로 제작될 수 있으며 롤 형태의 기판(130)이 슬라이딩 시 복원력을 가지도록 하기 위해 외부 실린더(100)의 양쪽에 설치되는 자석(120a, 120b)에 대향되는 방향으로 자석(120c, 120d)이 설치될 수 있다. 이러한 자석(120c, 120d)은 각각 대향되는 외부 실린더(100)의 대응되는 자석(120a, 120b)과 동일한 전극이 배치되도록 구성될 수 있다.The
외부 실린더(100)는 롤 형태의 기판(130)이 형성된 내부 실린더(110)를 내부에 위치시켜 감싸도록 구성되는 실린더로써, 내부 실린더(110)와 마찬가지로 도 1에서는 원통형으로 제작한 것을 예시하였으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 이러한 외부 실린더(100)는 내부 실린더(110)와 마찬가지로 PMMA로 제작될 수 있으며 내부 실린더(110)의 복원력을 위한 자석(120a, 120b)이 외부 실린더(100)의 양 끝에 부착될 수 있다. 즉, 예를 들어 내부 실린더(110)가 외부 실린더(100)의 안쪽에 위치되어 외부 실린더(100)의 안쪽에서 롤 형태의 기판(130)이 좌우 방향으로 슬라이딩되는 경우 외부 실린더(100)의 양쪽에 부착된 자석(120a, 120b)과 내부 실린더(110)에 부착된 자석(120c, 120d)간 자기적 척력이 발생하여 내부 실린더(110)가 초기 위치인 외부 실린더(100)상 중앙 부분에 위치될 수 있도록 한다.The
기판(130)은 접촉 대전 발전기에서 슬라이딩 동작을 통해 접촉 대전을 발생시키는 소자로써 예를 들어 폴리머(polymer) 기판이 사용될 수 있다. 이러한 폴리머 기판(130)은 금속과의 접촉 대전 현상에 의해 많은 음 전하가 유도되어야 하므로 대전열에서 하위에 위치한 물질을 사용함이 바람직하다. 또한 롤 형상으로 말아서 제작하기 위해 유연성이 높은 물질을 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 유연성이 높은 물질로 예를 들어 Kapton 필름이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The
또한, 금속층(140)으로는 접촉 대전 시 양의 전하를 잘 유도할 수 있도록 대전열의 상위에 위치한 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 금속층(140)을 위한 금속물질은 예를 들어 알루미늄이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. As the
이하에서는, 위와 같은 고출력 슬라이딩 접촉 대전 발전기의 제작 과정을 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a manufacturing process of the high-output sliding contact charging electric generator will be described in detail.
먼저, 폴리머 기판(130) 위에 금속층(140)을 균일하게 증착하여 롤 형상을 가지도록 감은 후, 자석(120c, 120d)이 부착된 내부 실린더(110)에 고정한다. 이후, 이를 외부 실린더(100)에 삽입한 후 외부 실린더(100)에 폴리머 기판(130)의 한 쪽 끝을 고정한다. 이후, 내부의 금속층(140)으로부터 외부 실린더(100)의 외부까지 배선(도시하지 않음)을 형성할 수 있다.First, the
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 고출력 슬라이딩 접촉 대전 발전기에서 롤 형상 기판의 동작 개념을 도시한 것이다. 이하, 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 본 발명의 접촉 대전 발전기의 동작을 상세히 설명하기로 한다.Figs. 2A to 2C illustrate operation concepts of a roll-shaped substrate in a high-output sliding contact charging electric generator according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the operation of the contact charging power generator of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2A to 2C.
먼저, 도 2a에서 보여지는 바와 같이, 슬라이딩을 통해 대전되는 폴리머 기판(130)은 초기 상태에서 내부에 금속층(140)이 증착된 상태로 롤 형상으로 감겨 있게 된다.First, as shown in FIG. 2A, the
즉, 도 1에서 폴리머 기판(130)이 내부 실린더(110)에 감겨서 외부 실린더(100)의 안쪽에 위치된 형상을 확인할 수 있는데, 도 2a에는 위와 같은 도 1의 도면에서 내부 실린더(110)와 외부 실린더(100)를 제거하여 폴리머 기판(130)의 형상만 보다 자세히 도시한 것이다.1, the
도 2b와 도 2c는 위 도 2a에서와 같이 내부 실린더(110)에 감겨있는 초기 상태의 폴리머 기판(130)에 외부의 에너지 즉 예를 들어 진동이나 충격 등이 인가되는 경우 롤 형상의 폴리머 기판(130)의 내부가 밖으로 돌출되며 금속층(140)과 마찰되는 형상을 도시한 것이다.FIGS. 2B and 2C are diagrams for explaining a case where external energy, for example, vibration or shock, is applied to the
이때, 도 2b는 롤 형상의 폴리머 기판(130)의 내부가 슬라이딩되어 중간 정도 돌출된 상태를 도시한 것이고, 도 2c는 폴리머 기판(130)의 내부가 슬라이딩되어 완전히 외부로 돌출된 상태를 도시한 것이다.2B shows a state in which the inside of the roll-shaped
즉, 위와 같이 폴리머 기판(130)의 내부가 밖으로 슬라이딩이 되어 돌출되게 되면 폴리머 기판(130)의 금속층(140)과 폴리머층이 접촉 대전되어 전하가 만들어져서 전위차이가 생기게 되며, 이에 따라 금속층(140)에서 전위차를 평형상태로 만들기 위해 전자가 이동함으로써 전기가 생산되게 된다. That is, when the inside of the
이때, 본 발명에서는 단순히 한 면을 슬라이딩 시키는 기존의 슬라이딩 모드 접촉 대전 발전기와는 달리, 도 2b 내지 도 2c에서 보여지는 바와 같이 한번의 슬라이딩으로 여러면이 접촉 대전을 일으키게 됨으로써, 작은 면적에서도 효과적으로 접촉 면적을 넓힐 수 있게 됨을 알 수 있으며, 이에 따라 기존의 슬라이딩 모드 접촉 대전 발전기보다 높은 효율을 얻을 수 있게 되는 것을 알 수 있다.In the present invention, unlike the conventional sliding-mode contact charging power generator which simply slides on one side, as shown in FIGS. 2B to 2C, since a plurality of surfaces are brought into contact with each other by a single sliding, It can be seen that the area can be widened, and thus the efficiency can be higher than that of the conventional sliding mode contact charging electric generator.
도 3a 내지 3b는 본 발명의 실시예에 따른 롤 형상을 이용한 고출력 슬라이딩 접촉 대전 발전기의 동작 개념을 도시한 것이다.3A and 3B illustrate operation concepts of a high-output sliding contact charging electric generator using a roll shape according to an embodiment of the present invention.
먼저 도 3a를 참조하면, 본 발명에서는 도 2a 내지 도 2c에서와 같은 폴리머 기판(130)의 슬라이딩을 반복적으로 만들기 위해서 외부의 물리적 운동을 전달해주는 외부 실린더(100)에 롤 형상을 가지는 폴리머 기판(130)을 위치시켜 고출력 슬라이딩 접촉 대전 발전기를 구현하였으며, 이러한 롤 형상을 이용한 고출력 슬라이딩 접촉 대전 발전기는 실제로 제작되는 경우 도 4에서와 같은 형상으로 제작될 수 있다. 3A, in the present invention, in order to repeatedly slide the
즉, 도 3a에서 보여지는 바와 같이 내부에 금속층(140)이 부착된 폴리머 기판(130)은 내부 실린더(110)에 롤 형상을 가지도록 감겨진 후, 폴리머 기판(130)의 한 쪽 끝이 외부 실린더(100)에 고정되도록 하여 접촉 대전 발전기가 구현된다.3A, the
또한, 이러한 접촉 대전 발전기에서는 내부 실린더(110)에 롤 형상으로 감겨진 폴리머 기판(130)이 한 번 슬라이딩이된 후 도 3a에서와 같은 초기 상태로 돌아올 수 있도록 하기 위해 외부 실린더의 자석(120a,120b)과 내부 실린더(110)의 자석(120c,120d)이 각각의 실린더의 양쪽 측면에 서로 대향되게 부착될 수 있다. In this contact charging power generator, after the
이때, 폴리머 기판(130)은 외부의 물리적 에너지 즉 예를 들어 진동이나 충격 등에 의해 폴리머 기판(130)의 내부가 도 3b에서와 같이 슬라이딩될 수 있으며, 만약 폴리머 기판(130)이 외부 실린더(100)의 좌우측 중 한 쪽으로 완전히 슬라이딩이 되었다면 내부 실린더 자석(120c, 120d)과 외부 실린더 자석(120a, 120b)간 거리가 가까워지면서 자기적 척력이 발생할 수 있다. 3B, the
이와 같이 발생된 자석간 척력에 의해 도 3b에서와 같이 슬라이딩되었던 폴리머 기판(130)이 도 3a에서와 같이 초기상태로 되돌아와서 롤 형상을 이용한 고 출력 슬라이딩 접촉 대전 발전기가 초기상태로 될 수 있으며, 이러한 작동원리를 이용해 외부의 반복된 물리적 운동에 의해 반복적인 전기적 신호를 생산할 수 있다. 3B, the
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 롤형상을 이용한 슬라이딩 접촉 대전 발전기에 있어서, 폴리머 기판에 금속 층을 대전 시킨 막을 롤 형태로 말아 슬라이딩시키는 방식으로 금속층과 폴리머층이 접촉을 통해 대전되어 전기를 생산하도록 하되, 기존의 슬라이딩 모드의 접촉 대전 발전기와 달리 폴리머와 금속층을 롤 형태의 3차원적 적층 구조로 구현하여 적은 부피로도 폴리머층과 금속층의 접촉 면적을 넓힐 수 있어 보다 효과적으로 접촉 대전 발전기의 출력을 증가시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, in the sliding contact charging electric generator using a roll shape, the metal layer and the polymer layer are electrically charged by contact in such a manner that a film formed by charging a metal layer on the polymer substrate is rolled in a roll form, However, unlike conventional sliding-mode contact-type generators, the polymer and metal layers can be realized in a three-dimensional laminate structure in the form of rolls, so that the contact area between the polymer layer and the metal layer can be widened with a small volume, The output can be increased.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the scope of the invention should not be limited by the described embodiments but should be defined by the appended claims.
100 : 외부 실린더 110 : 내부 실린더
120a, 120b : 외부 실린더 자석 120c, 120d : 내부 실린더 자석
130 : 폴리머 기판 140 : 금속층 100: outer cylinder 110: inner cylinder
120a, 120b:
130: polymer substrate 140: metal layer
Claims (15)
상기 내부 실린더를 외부에서 감싸는 외부 실린더와,
일측 끝단은 상기 내부 실린더에 고정되어 상기 내부 실린더에 롤 형상으로 감기며, 타측 끝단은 상기 외부 실린더에 고정되는 기판과,
상기 기판의 일면 위에 형성되는 금속층을 포함하고,
상기 기판은 폴리머층으로 형성되며, 상기 폴리머층과 상기 금속층간 마찰이 발생하는 경우, 상기 폴리머층과 금속층 사이에 접촉 대전이 발생되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 접촉 대전 발전기.
An inner cylinder,
An outer cylinder surrounding the inner cylinder,
A substrate fixed at one end to the inner cylinder and wound in a roll shape at the inner cylinder and fixed at the other end to the outer cylinder,
And a metal layer formed on one surface of the substrate,
Wherein the substrate is formed of a polymer layer, and contact charging occurs between the polymer layer and the metal layer when friction occurs between the polymer layer and the metal layer.
상기 기판은 외부 에너지에 의해 상기 외부 실린더의 내부에서 상기 외부 실린더의 길이 방향으로 슬라이딩되며,
상기 기판이 슬라이딩할 때 상기 롤 형상을 통해 겹쳐지는 면에서 상기 폴리머층과 상기 금속층간 마찰에 의해 접촉 대전이 발생되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 접촉 대전 발전기.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate slides in the longitudinal direction of the outer cylinder inside the outer cylinder by external energy,
Wherein contact charging is caused by friction between the polymer layer and the metal layer on a surface overlapping the roll shape when the substrate slides.
상기 외부 에너지는,
상기 외부 실린더에 가해지는 진동 또는 충격인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 접촉 대전 발전기.
3. The method of claim 2,
The external energy may be,
Wherein the sliding contact charging electric generator is a vibration or an impact applied to the external cylinder.
상기 내부 실린더의 양쪽 끝면에, 상기 외부 실린더의 끝면에 대향되도록 제1자석과 제2 자석이 각각 부착되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 접촉 대전 발전기.
The method according to claim 1,
Wherein the first magnet and the second magnet are attached to both end surfaces of the inner cylinder so as to face the end surfaces of the outer cylinder.
상기 외부 실린더의 양쪽 끝면에 상기 내부 실린더에 부착된 상기 제1자석과 제2자석에 각각 대향되도록 제3자석과 제4자석이 부착되며, 서로 대향되는 자석은 동일한 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 접촉 대전 발전기.
5. The method of claim 4,
The third magnet and the fourth magnet are attached to both the end faces of the outer cylinder so as to face the first magnet and the second magnet attached to the inner cylinder, and the magnets opposed to each other have the same polarity. Contact charging generator.
상기 서로 대향되는 자석은,
기설정된 거리 이내로 근접하는 경우 동일한 극성에 의한 자기적 척력이 발생되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 접촉 대전 발전기.
6. The method of claim 5,
The magnets opposed to each other,
And a magnetic repulsive force due to the same polarity is generated when the sliding contact charging device approaches within a predetermined distance.
상기 내부 실린더와 외부 실린더는,
원통형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 접촉 대전 발전기.
The method according to claim 1,
The inner cylinder and the outer cylinder are connected to each other,
Wherein the sliding contact charging generator is formed in a cylindrical shape.
상기 기판은,
Kapton 필름으로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 접촉 대전 발전기.
The method according to claim 1,
Wherein:
Wherein the sliding contact charging generator is formed of Kapton film.
상기 금속층은,
금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 또는 니켈(Ni) 중 어느 하나의 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 접촉 대전 발전기.
The method according to claim 1,
The metal layer may include,
Wherein the sliding contact charging electric generator is formed of any one of gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), chromium (Cr), and nickel (Ni).
상기 내부 실린더와 외부 실린더는,
PMMA, PET, PTEE 또는 Kapton 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 접촉 대전 발전기.
The method according to claim 1,
The inner cylinder and the outer cylinder are connected to each other,
PMMA, PET, PTFE, or Kapton material.
상기 내부 실린더가 삽입될 수 있는 외부 실린더를 형성하는 단계와,
일면에 금속층을 증착시킨 기판을 형성하는 단계와,
상기 기판의 일측 끝단을 상기 내부 실린더에 고정시키고, 상기 기판을 상기 내부 실린더에 롤 형상으로 감는 단계와,
상기 기판이 감긴 상기 내부 실린더를 상기 외부 실린더에 삽입하여 상기 기판의 타측 끝단을 상기 외부 실린더에 고정시키는 단계
를 포함하는 슬라이딩 접촉 대전 발전기의 제조 방법.
Forming an inner cylinder,
Forming an outer cylinder into which the inner cylinder can be inserted;
Forming a substrate on which a metal layer is deposited on one surface,
Fixing one end of the substrate to the inner cylinder, winding the substrate to the inner cylinder in a roll form,
Inserting the inner cylinder wound with the substrate into the outer cylinder to fix the other end of the substrate to the outer cylinder
Wherein the sliding contact charging generator comprises:
상기 기판은 폴리머층으로 형성되며, 상기 폴리머층과 상기 금속층간 마찰이 발생하는 경우 상기 폴리머층과 상기 금속층 사이에 접촉 대전이 발생되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 접촉 대전 발전기의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the substrate is formed of a polymer layer, and contact charging is generated between the polymer layer and the metal layer when friction occurs between the polymer layer and the metal layer.
상기 기판은 상기 외부 실린더에 가해지는 외부 에너지에 의해 상기 외부 실린더의 내부에서 상기 외부 실린더의 길이 방향으로 슬라이딩되며,
상기 기판이 슬라이딩할 때 상기 롤 형상을 통해 겹쳐지는 면에서 상기 폴리머층과 상기 금속층간 마찰에 의해 접촉 대전이 발생되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 접촉 대전 발전기의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
The substrate slides in the longitudinal direction of the outer cylinder inside the outer cylinder by external energy applied to the outer cylinder,
Wherein contact charging is caused by friction between the polymer layer and the metal layer on a surface overlapping the roll shape when the substrate slides.
상기 내부 실린더의 양쪽 끝면에, 상기 외부 실린더의 끝면에 대향되도록 제1자석과 제2 자석이 각각 부착되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 접촉 대전 발전기의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the first magnet and the second magnet are attached to both end surfaces of the inner cylinder so as to face the end surface of the outer cylinder.
상기 외부 실린더의 양쪽 끝면에 상기 내부 실린더에 부착된 상기 제1자석과 제2자석에 각각 대향되도록 제3자석과 제4자석이 부착되며, 서로 대향되는 자석은 동일한 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 접촉 대전 발전기의 제조 방법.15. The method of claim 14,
The third magnet and the fourth magnet are attached to both the end faces of the outer cylinder so as to face the first magnet and the second magnet attached to the inner cylinder, and the magnets opposed to each other have the same polarity. Method of manufacturing a contact charging generator.
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