KR101653050B1 - 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치는, 회전운동을 하는 회전체; 상기 회전체에 가해진 동력을 전달 받아 직선운동을 하는 이동체; 상기 회전체의 회전운동을 상기 이동체의 직선운동으로 변환하도록 상기 회전체와 이동체 사이에 배치되고, 일단은 상기 회전체의 중심축으로부터 편심인 위치에 연결되고 타단은 상기 이동체에 연결되는 적어도 하나의 모션변환링크; 및 서로 다른 재질로 이루어지는 적어도 한 쌍의 마찰대전면들을 구비하고, 상기 마찰대전면들이 상기 이동체의 직선 이동에 따라 서로 접촉 및 분리되도록, 상기 이동체에 연결되는 마찰대전 유닛;을 포함하여 이루어져서, 상기 회전체에 가해진 동력이 상기 모션변환링크 및 이동체에 순차로 전달됨에 따라 상기 이동체의 반복적인 왕복 이동이 발생하게 되고, 상기 이동체의 왕복 이동에 따라 상기 마찰대전 유닛의 마찰대전면이 반복적으로 접촉 및 분리되는 것을 특징으로 한다.

Description

마찰대전에 의한 에너지 수확 장치{Energy harvesting apparatus utilizing triboelectrification}

본 발명은 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제품의 내구성을 높일 수 있고 에너지 수확 효율을 향상시킬 수 있도록, 구조가 개선된 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치에 관한 것이다.

마찰전기를 이용한 에너지수확의 방법은, 일반적으로 직선적인 접촉과 분리를 통한 방법과 회전운동에서의 접촉과 분리를 이용한 두 가지 방법이 있다. 즉, 마찰전기를 이용한 에너지수확은, 직선운동을 통한 방법과 회전운동을 통한 방법이 있다.

이러한 에너지 수확 방법 중 회전운동을 통한 방법이 에너지 생산 측면에서 효율성이 높았으나, 회전 운동시 마찰이 심하게 발생하여 에너지수확을 위한 재료의 마모 또는 파손 등이 초래됨에 따라, 부품의 잦은 교체 또는 지속적인 사용의 어려움 등에 의해 에너지 수확의 신뢰도를 떨어뜨리는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 부품의 내구성을 향상시킬 수 있고 에너지 수확 효율을 높일 수 있는 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치는, 회전운동을 하는 회전체; 상기 회전체에 가해진 동력을 전달 받아 직선운동을 하는 이동체; 상기 회전체의 회전운동을 상기 이동체의 직선운동으로 변환하도록 상기 회전체와 이동체 사이에 배치되고, 일단은 상기 회전체의 중심축으로부터 편심인 위치에 연결되고 타단은 상기 이동체에 연결되는 적어도 하나의 모션변환링크; 및 서로 다른 재질로 이루어지는 적어도 한 쌍의 마찰대전면들을 구비하고, 상기 마찰대전면들이 상기 이동체의 직선 이동에 따라 서로 접촉 및 분리되도록, 상기 이동체에 연결되는 마찰대전 유닛;을 포함하여 이루어져서, 상기 회전체에 가해진 동력이 상기 모션변환링크 및 이동체에 순차로 전달됨에 따라 상기 이동체의 반복적인 왕복 이동이 발생하게 되고, 상기 이동체의 왕복 이동에 따라 상기 마찰대전 유닛의 마찰대전면이 반복적으로 접촉 및 분리되는 것을 특징으로 한다.

상기 마찰대전 유닛은, 대전이 가능한 제1마찰대전면이 마련되어 있는 제1대전체; 및 상기 제1대전체를 사이에 두고 양측에 서로 대칭으로 형성되고, 상기 제1대전체에 접근 및 이격 가능하게 연결됨으로써 상기 제1대전체의 제1마찰대전면과 마주하는 제2마찰대전면이 서로 접촉 및 분리되게 하는 한 쌍의 제2대전체;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 각 제2대전체는, 일단이 서로 결합되고 타단이 상기 제1대전체의 길이방향 축선을 따라 이동될 수 있도록 그 제1대전체에 연결되는 한 쌍의 대전링크들을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 마찰대전 유닛은, 복수개 마련되고, 각 마찰대전 유닛은, 상기 한 쌍의 대전링크들이 연결되어 있는 부분을 통해 각각의 마주하는 제2대전체가 서로 연결되게 함으로써, 하나의 이동체에 의한 왕복 이동에 의해 복수의 마찰대전 유닛들에 의한 에너지 수확을 가능하게 하는 것이 바람직하다.

상기 모션변환링크, 이동체 및 마찰대전 유닛은 각각 복수개로 이루어지고, 상기 복수개로 이루어진 모션변환링크들은, 각각의 일단이 상기 회전체의 편심인 위치에서 서로 연결되고, 각각의 타단이 상기 복수개의 이동체 중 어느 하나에 연결됨으로써, 상기 하나의 회전체의 회전 운동에 의해 복수개의 마찰대전 유닛에 의한 마찰 대전을 가능하게 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치는, 회전체에 가해진 동력이 모션변환링크 및 이동체에 순차로 전달됨에 따라, 회전체의 회전운동이 상기 이동체의 반복적인 왕복 이동으로 변환되고, 이동체의 왕복 이동에 따라 마찰대전 유닛의 마찰대전면이 반복적으로 접촉 및 분리됨으로써, 제품의 내구성을 향상시킬 수 있고 에너지 수확의 효율성을 높일 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치의 사시도.
도 2는 본 발명 일실시예의 일부 구성을 일부 확대하여 보인 사시도.
도 3 내지 도 5는 본 발명 일실시예의 동작과정을 설명하기 위한 측면도.
도 6 및 도 7은 본 발명 일실시예의 마찰대전 원리를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치의 일부 구성에 대한 사시도.
도 9는 도 8의 측면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치의 도 9에 대응되는 측면도.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명 일실시예의 일부 구성을 일부 확대하여 보인 사시도이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명 일실시예의 동작과정을 설명하기 위한 측면도이며, 도 6 및 도 7은 본 발명 일실시예의 마찰대전 원리를 설명하기 위한 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치는, 서로 다른 재료를 마찰함으로써 액체, 고체의 경계에서의 상호 간섭 등에 의해 반대 부호의 전차가 기계적으로 나뉘는 마찰대전 원리를 이용하여 에너지를 수확하고자 하는 것으로, 회전체(1)와 이동체(2)와 모션변환링크(3)와 마찰대전 유닛(4)을 포함하여 이루어진다.

상기 회전체(1)는, 자동차의 차축이나 전동차의 차축, 또는 하이브리드 차량의 모터와 같이 생활 속에 존재하는 것이어서, 본 발명의 일실시예는 회전운동을 하는 모든 제품에 적용될 수 있음은 물론이다.

본 발명은, 상기 자동차의 차축과 같은 회전체에 상기 이동체(2)를 직접 연결시키는 방법으로 구현될 수 있음은 물론이나, 상기 차축과 함께 회전될 수 있는 별도의 회전체(1)를 그 차축에 연결시켜 사용하는 것이 바람직하다 할 것이다.

본 발명의 일실시예는, 모터와 같은 동력원에 의해 상기 회전체(1)에 인가된 회전 동력이 그 회전체(1)에 효율적으로 전달될 수 있도록, 상기 회전체(1)와 모션변환링크(3)를 동력적으로 연결시키는 기어를 더 포함한다.

이와 같이, 상기 기어를 포함하여 구현되는 실시예에 의하면, 기어비를 이용하여 회전수를 높일 수 있게 됨에 따라 차축의 1회전 당 상기 이동체(2)의 여러 번의 왕복운동이 가능하게 된다. 예를 들어, 자동차 차축에 설치한 기어와 본 실시예에 채용된 기어의 기어비가 5:1로 설정하였을 때, 본 발명의 일실시예에 의하면 자동차 차축의 1회전시 상기 이동체(2)의 5번의 왕복 이동이 가능하게 됨에 따라 에너지 수확 효율을 높일 수 있게 되는 것이다.

상기 이동체(2)는, 상기 회전체(1)에 가해진 동력을 매개체를 통해 전달 받아 직선운동을 하는 것이다. 상기 회전체(1)와 이동체(2) 간의 모션 변환을 위해 채용된 매개체는, 다양한 방법으로 구현될 수 있으나, 본 실시예에서는 링크 구조를 가진 모션변환링크(3)가 채용되었다.

즉, 상기 모션변환링크(3)는, 상기 회전체(1)와 이동체(2) 사이에 배치되고, 일단이 상기 회전체(1)에, 타단이 상기 이동체(2)에 연결됨으로써, 상기 회전체(1)의 회전운동을 상기 이동체(2)의 직선운동으로 변환시켜 주는 역할을 한다.

이러한 모션변환링크(3)는, 도 3 내지 도 5에 잘 도시된 바와 같이, 일단이 상기 회전체(1)의 중심축으로부터 편심인 위치에 연결되고, 타단이 상기 이동체(2)에 연결된다. 이와 같이, 상기 모션변환링크(3)의 일단이 상기 회전체(1)에 편심 고정됨으로써, 상기 회전체(1)의 회전운동을 따라 회전을 하게 되고, 상기 타단은 상기 이동체(2)에 연결됨으로써, 상기 모션변환링크(3)의 회전에 따라 상기 이동체(2)가 왕복 이동을 하게 된다.

즉, 상기 회전체(1)가 1회전을 하는 동안에, 도 3, 도 4 및 도 5에 순차적으로 도시된 바와 같이, 최하단 마찰대전 유닛(4), 최상단 마찰대전 유닛(4) 및 좌측 마찰대전 유닛(4) 순으로 마찰대전을 일으키게 됨에 따라, 상기 회전체(1)의 1회전시에도 여러 번의 마찰대전을 가능하게 한다.

상기 마찰대전 유닛(4)은, 마찰대전을 발생시킬 수 있도록, 서로 다른 재질로 이루어지는 적어도 한 쌍의 마찰대전면들을 구비한다. 그리고, 상기 마찰대전 유닛(4)은 상기 이동체(2)에 연결됨으로써, 상기 마찰대전면들이 상기 이동체(2)의 직선 이동에 따라 서로 접촉 및 분리될 수 있게 한다.

상기 마찰대전면들은, 가운데에 위치한 마찰대전면을 금속 재질로 하고, 가운데를 기준으로 하여 양측에 위치한 마찰대전면을 테플론과 같은 재질로 하는 경우에, 도 6과 같이 접촉된 상태에서 마찰대전이 발생되게 하고, 도 7과 같이 분리되면서 전기가 생성되게 한다.

한편, 상기 마찰대전면들의 구성은, 위에서 언급한 것에 국한되지 않고 다양하게 구현이 가능함은 물론이고, 예컨대, 가운데 부재와 그 가운데 부재에 접촉 및 분리되는 접촉부재들을, 각각 마찰대전을 일으키는 재질로 형성시킴으로써 마찰대전면들을 가지도록 구현할 수 있음은 물론, 각각에 마찰대전을 일으키는 재질을 코팅 또는 접착하여 구현할 수도 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일실시예는, 상기 회전체(1)에 가해진 동력이 상기 모션변환링크(3) 및 이동체(2)에 순차로 전달됨에 따라, 상기 회전체(1)의 회전운동이 상기 이동체(2)의 반복적인 왕복 이동으로 변환되고, 상기 이동체(2)의 왕복 이동에 따라 상기 마찰대전 유닛(4)의 마찰대전면이 반복적으로 접촉 및 분리됨으로써, 종래의 회전운동에 의한 마찰대전 방법에 의해 초래되는 내구성 저하 및 종래의 단순 직선운동에 의한 마찰대전 방법에 의해 초래되는 에너지 수확의 비효율성을 극복할 수 있게 된다. 이와 같이 되면, 제품의 내구성을 향상시킬 수 있고, 에너지 수확의 효율성을 높일 수 있게 됨으로써, 결국 제품 신뢰도 및 에너지 수확의 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 본 실시예에 채용된 마찰대전 유닛(4)은, 제1대전체(41)와 제2대전체(42)를 포함하여 이루어진다. 상기 제1대전체(41)는, 상기 마찰대전면들 중 어느 하나에 해당하는 제1마찰대전면(41a)을 구비하고, 앞에서 설명한 가운데 부재에 대응되는 구성요소이다.

상기 제2대전체(42)는, 상기 마찰대전면들 중 다른 하나에 해당하고 상기 제1마찰대전면(41a)과 마주하게 배치되는 제2마찰대전면(42a)을 구비하고, 상기 제1대전체(41)를 사이에 두고 양측에 한 쌍으로 구비되어 있다.

상기 한 쌍의 제2대전체(42)는, 그 제2대전체(42)의 제2마찰대전면(42a)이 상기 제1대전체(41)의 제1마찰대전면(41a)에 접촉 및 그 제1대전체(41)로부터 분리될 수 있도록, 상기 제1대전체(41)에 대해 상대이동을 하게 된다.

본 실시예에서, 상기 각 제2대전체(42)는, 도 7에 잘 도시된 바와 같이, 한 쌍의 대전링크들을 포함하여 이루어진다. 즉, 상기 각 대전링크의 일단은 서로 결합되고 타단은 각각 제1대전체(41)에 연결됨으로써, 상기 제2대전체(42)가 상기 제1대전체(41)의 길이방향 축선, 즉, 상기 이동체(2)의 이동방향을 따라 이동할 수 있게 된다.

본 실시예에서는, 상기 제2대전체(42)의 제1대전체(41)에 대한 상대이동이 가능하도록, 상기 제2대전체(42)에 연결된 가이드링크가 상기 제1대전체(41)의 내부에 삽입된 상태로 이동될 수 있도록 하는 구조가 채택되었다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예컨대, 상기 한 쌍의 제2대전체(42) 간의 접힘 및 펼침에 따라, 상기 제1대전체(41)의 직선거리가 변화되는 것에 적합한 설계가 이루어지도록, 상기 제1대전체(41)의 제1마찰대전면(41a)을 테플론과 같은 탄성이 있는 고분자 소재로 제작하는 것도 가능하다.

그리고, 본 실시예에서는, 상기 모션변환링크(3), 이동체(2) 및 마찰대전 유닛(4)은 각각 복수개로 이루어진다. 각 모션변환링크는, 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 각각의 일단이 상기 회전체(1)의 편심인 위치에서 서로 연결되고, 각각의 타단이 상기 복수개의 이동체(2) 중 어느 하나에 연결된다.

이러한 구조에 의하면, 하나의 회전체(1)의 회전 운동에 의해 복수개의 마찰대전 유닛(4)에 의한 마찰 대전을 가능하게 하여, 에너지 수확 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 기대된다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치의 일부 구성에 대한 사시도이고, 도 9는 도 8의 측면도이다.

본 실시예는, 마찰대전 유닛(4)이 복수개 연결된 구조를 가진다. 상기 각 마찰대전 유닛(4)은, 한 쌍의 대전링크들이 연결되어 있는 부분을 통해 각각의 마주하는 제2대전체(42)가 서로 연결되게 함으로써, 하나의 이동체(2)에 의한 왕복 이동에 의해 복수의 마찰대전 유닛(4)들에 의한 에너지 수확을 가능하게 하여, 결국 에너지 수확 효율을 극대화시킬 수 있는 장점을 도출한다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치의 도 9에 대응되는 측면도이다.

본 실시예는, 도 8 및 도 9에 도시된 실시예의 구성에 더하여, 복수개의 마찰대전 유닛(4)들 중 마지막에 배치된 최후단 마찰대전 유닛(4)에 연결된 대전 플레이트(5)를 구비한다.

상기 대전 플레이트(5)는, 상기 최후단 마찰대전 유닛(4)의 제2대전체(42)의 외면과 접촉 및 분리됨으로써, 마찰대전을 일으켜 에너지 수확을 가능하게 한다.

한편, 도시되지는 않았지만, 도 10에 도시된 실시예의 마찰대전 원리와 유사한 방법으로, 복수의 마찰대전 유닛(4)의 서로 마주하는 제2대전체(42)의 외면에 마찰대전을 가능하게 하는 제3마찰대전면이 구비되게 함으로써, 각 마찰대전 유닛(4)의 제1대전체(41)와 제2대전체(42) 간의 마찰대전과 인접한 마찰대전 유닛(4)의 서로 마주하는 제2대전체(42)들 간의 마찰대전이 동시에 발생할 수 있도록 함에 따라, 에너지 수확 효율을 더욱 높일 수 있게 하는 실시예의 구현도 가능함은 물론이다.

이상, 본 발명에 대한 바람직한 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 위에서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며 본 발명 속하는 기술분야에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있음은 자명하다.

1:회전체 2:이동체
3:모션변환링크 4:마찰대전 유닛
41:제1대전체 41a:제1마찰대전면
42:제2대전체 42a:제2마찰대전면
5:대전 플레이트

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 회전운동을 하는 회전체(1);
   상기 회전체(1)에 가해진 동력을 전달 받아 직선운동을 하는 이동체(2);
   상기 회전체(1)의 회전운동을 상기 이동체(2)의 직선운동으로 변환하도록 상기 회전체(1)와 이동체(2) 사이에 배치되고, 일단은 상기 회전체(1)의 중심축으로부터 편심인 위치에 연결되고 타단은 상기 이동체(2)에 연결되는 적어도 하나의 모션변환링크(3); 및
   서로 다른 재질로 이루어지는 적어도 한 쌍의 마찰대전면들을 구비하고, 상기 마찰대전면들이 상기 이동체(2)의 직선 이동에 따라 서로 접촉 및 분리되도록, 상기 이동체(2)에 연결되는 마찰대전 유닛(4);을 포함하고,
   상기 회전체(1)에 가해진 동력이 상기 모션변환링크(3) 및 이동체(2)에 순차로 전달됨에 따라 상기 이동체(2)의 반복적인 왕복 이동이 발생하게 되고, 상기 이동체(2)의 왕복 이동에 따라 상기 마찰대전 유닛(4)의 마찰대전면이 반복적으로 접촉 및 분리되는 것을
   상기 마찰대전 유닛(4)은,
   대전이 가능한 제1마찰대전면(41a)이 마련되어 있는 제1대전체(41); 및
   상기 제1대전체(41)를 사이에 두고 양측에 서로 대칭으로 형성되고, 상기 제1대전체(41)에 접근 및 이격 가능하게 연결됨으로써 상기 제1대전체(41)의 제1마찰대전면(41a)과 마주하는 제2마찰대전면(42a)이 서로 접촉 및 분리되게 하는 한 쌍의 제2대전체(42);를 포함하여 이루어지는 것
   상기 각 제2대전체(42)는, 일단이 서로 결합되고 타단이 상기 제1대전체(41)의 길이방향 축선을 따라 이동될 수 있도록, 그 제1대전체(41)에 연결되는 한 쌍의 대전링크들과, 상기 제2대전체의 제1대전체에 대한 상대이동이 가능하도록, 상기 제1대전체의 내부에 삽입된 상태로 이동되는 가이드링크를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 마찰대전 유닛(4)은, 복수개 마련되고,
   각 마찰대전 유닛(4)은, 상기 한 쌍의 대전링크들이 연결되어 있는 부분을 통해 각각의 마주하는 제2대전체(42)가 서로 연결되게 함으로써, 하나의 이동체(2)에 의한 왕복 이동에 의해 복수의 마찰대전 유닛(4)들에 의한 에너지 수확을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 모션변환링크(3), 이동체(2) 및 마찰대전 유닛(4)은 각각 복수개로 이루어지고, 상기 복수개로 이루어진 모션변환링크(3)들은, 각각의 일단이 상기 회전체(1)의 편심인 위치에서 서로 연결되고, 각각의 타단이 상기 복수개의 이동체(2) 중 어느 하나에 연결됨으로써, 상기 하나의 회전체(1)의 회전 운동에 의해 복수개의 마찰대전 유닛(4)에 의한 마찰 대전을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 마찰대전에 의한 에너지 수확 장치.

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