KR101685184B1

KR101685184B1 - Cylindrical triboelectric generator based on contact-electrification and method for manufacturing the generator

Info

Publication number: KR101685184B1
Application number: KR1020140181975A
Authority: KR
Inventors: 최양규; 김대원; 전승배
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2016-12-13
Also published as: KR20160073547A

Abstract

본 발명에 따르면, 실린더형 접촉 대전 발전기에서, 실린더 내부의 대전 물질 등의 고체 표면과 접촉 할 때 대전되는 유체를 위치시킴으로써, 대전된 유체가 움직이면서 실린더 양 끝에 위치한 전극 간에 비대칭적인 전위차를 생성하여 유도 전류를 생성하도록 함으로써 외부의 물리적 에너지를 보다 용이하게 전기적 에너지로 변환할 수 있다. 또한, 고체 구조가 아닌 유체를 사용함으로써 접촉 대전 발전기의 내구도를 증가시키고, 외부 물리적 자극에 상대적으로 더 움직이기 쉬운 유체를 사용함으로써 작은 물리적 자극에도 높은 효율을 낼 수 있다.According to the present invention, in a cylindrical contact charging electric generator, by locating a fluid to be charged when it comes into contact with a solid surface such as a charging material inside the cylinder, the charged fluid moves and generates an asymmetrical potential difference between electrodes located at both ends of the cylinder, The external physical energy can be more easily converted into electric energy by generating the electric current. In addition, by using a fluid that is not a solid structure, the durability of the contact charging generator can be increased, and by using a fluid that is more movable relative to an external physical stimulus, high efficiency can be achieved even with small physical stimulation.

Description

TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a cylindrical contact charging generator and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a cylindrical contact-

본 발명은 접촉 대전 발전기에 관한 것으로, 특히 외부의 물리적 에너지를 전달받는 실린더(cylinder)와 실린더 내부에 도포되는 대전 물질과 실린더 내부에 삽입되어 물리적 에너지에 따라 유동되어 대전 물질과 접촉 대전을 발생시키는 유체를 포함하여 실린더 내부의 대전 물질과 유체의 마찰을 이용해 물리적 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 실린더형 접촉 대전 발전기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a contact charging electric generator, and more particularly, to a contact charging electric generator which includes a cylinder to which external physical energy is transmitted, a charging agent applied inside the cylinder, The present invention relates to a cylindrical contact charging generator for converting physical energy into electric energy by using a friction between a charging material and a fluid inside a cylinder, including a fluid, and a manufacturing method thereof.

근래에 들어 지속적인 에너지 고갈과 기존의 화석연료 등에 의한 환경오염 등의 문제로 에너지 하베스팅(energy harvesting) 기술이 큰 관심을 받고 있다. In recent years, energy harvesting technology has attracted great attention due to continuous energy exhaustion and environmental pollution caused by conventional fossil fuels.

에너지 하베스팅이란 주변의 버려지는 태양광, 열, 물리적 운동에너지 등의 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기술을 말하며, 에너지 변환 과정이 친환경적이고 버려지는 에너지를 수확한다는 점에서 효율적이다. 또한, 에너지 하베스팅 기술은 직접적인 전력 수급이 어려운 무선 장치(wireless device)나 외진 장소에 전력을 공급할 수 있는 방법으로도 부각되고 있다. Energy Harvesting is a technology that converts the energy of solar energy, heat, physical kinetic energy, etc., which are abandoned around, into electrical energy. It is efficient in that the energy conversion process harvests environmentally friendly and abandoned energy. In addition, energy harvesting technology is also emerging as a way to supply electric power to wireless devices or remote places where it is difficult to directly supply electricity.

한편, 최근에는 접촉 대전(contact-electrification)현상에 기반한 접촉 대전 발전기(triboelectric generator)라는 새로운 운동 에너지 하베스팅 장치가 제안되었다. 이러한 접촉 대전 발전기에서는 서로 다른 두 표면이 접촉할 때 접촉 대전 현상에 의해 한 쪽 표면에는 양전하가, 다른 표면에는 음전하가 유도되고 이 두 표면이 분리될 시 앞서 유도된 전하에 의해 전위차가 생기고 평형상태에 도달하기 위해 두 표면에 연결된 전극 사이에 전자의 흐름이 유도된다. 또한, 평형 상태에 도달한 후 두 표면이 다시 가까워지면 이전과 반대의 전위차가 형성되고 반대 방향의 전자 흐름이 유도되며, 이러한 작동원리에 기반하여 두 표면의 반복적인 접촉, 분리는 반복적 전압, 전류를 생성한다.Recently, a new kinetic energy harvesting device called a triboelectric generator based on the contact-electrification phenomenon has been proposed. In such contact charging generators, positive charge is induced on one surface and negative charge is induced on the other surface due to contact charging phenomenon when two different surfaces are in contact. When these two surfaces are separated, a potential difference is generated by the induced charge, The flow of electrons is induced between the electrodes connected to the two surfaces. In addition, when the two surfaces are brought close to each other after the equilibrium state is reached, a potential difference opposite to that of the former is formed and the electron flow in the opposite direction is induced. Based on this operating principle, repeated contact / .

위와 같이, 두 고체 물질의 표면 간 접촉 대전에 기반하여 실제 존재하는 많은 물리적 에너지를 수확하기 위하여 다양한 형태의 접촉 대전 발전기가 제안되었다. 특히 접촉 대전 현상은 주변의 상대 습도 등에 매우 큰 영향을 받고, 접촉 대전기가 주변 환경에 의해 물리적 손상을 받을 수 있기 때문에 밀폐된 외부 실린더가 외부의 물리적 에너지를 전달받아 공 등의 형상을 가진 내부 구조의 움직임을 유도하여 접촉, 분리를 일으켜 발전하는 접촉 대전 발전기 등이 제안되었다.As described above, various types of contact charging generators have been proposed in order to harvest a large amount of physical energy actually existing based on the surface charge of the two solid materials. In particular, the contact charging phenomenon is greatly influenced by the relative humidity of the surroundings, and since the contact charging unit may be physically damaged by the surrounding environment, the closed external cylinder receives the external physical energy, And a contact charging power generator that generates contact and separation by inducing movement of the contact charging power generator.

그러나 위와 같은 접촉 대전 발전에서는 접촉 대전 발전기가 외부의 물리적 손상, 상대 습도 등에 강한 저항력을 가질 수 있음에도 불구하고, 여전히 내부에 물리적으로 움직이는 고체 구조가 존재하며, 이러한 구조에 의해 장기적인 내구성에 문제가 발생할 수 있다. 또한 실린더 외부의 물리적 에너지에 의해 내부 구조의 움직임을 유도해야 하는 발전기 특성 상 상대적으로 작은 물리적 자극에 의한 내부 움직임이 미약하여 큰 효율을 내기 어려울 수 있다. However, even though the contact charging power generator can have a strong resistance to external physical damage, relative humidity, etc., there is still a solid structure that moves physically inside, and this structure causes problems in long-term durability . Also, since the internal motion due to the relatively small physical stimulus is weak due to the characteristics of the generator which must induce the movement of the internal structure by the physical energy outside the cylinder, it may be difficult to achieve a large efficiency.

이러한 문제를 해결하기 위하여 외부 물리적 환경에 대해선 저항력을 가지면서 내부의 움직일 수 있는 고체 구조에 의한 물리적 손상을 최소화할 수 있는 발전기 기술의 개발이 필요하며, 또한 외부의 미약한 물리적 자극도 수월하게 전기적 에너지로의 전환이 가능하도록 하는 발전기 기술의 개발이 필요하다.
In order to solve this problem, it is necessary to develop a generator technology that minimizes the physical damage due to the movable solid structure while having resistance to the external physical environment. Also, It is necessary to develop a generator technology that enables conversion to energy.

대한민국 공개특허번호 10-2011-0132758호(공개일자 2011년 12월 09일)Korean Patent Publication No. 10-2011-0132758 (published on December 09, 2011)

따라서, 본 발명에서는 외부의 물리적 에너지를 전달받는 실린더와 실린더 내부에 도포되는 대전 물질과 실린더 내부에 삽입되어 물리적 에너지에 따라 유동되어 대전 물질과 접촉 대전을 발생시키는 유체를 포함하여 실린더 내부의 대전 물질과 유체의 마찰을 이용해 물리적 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 실린더형 접촉 대전 발전기 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.Therefore, in the present invention, a cylinder receiving external physical energy and a charging material applied inside the cylinder, and a fluid flowing in accordance with physical energy inserted into the cylinder to generate contact charging with the charging material, And a method of manufacturing the same, which is capable of converting physical energy into electric energy by using friction between the fluid and the fluid.

또한, 본 발명에서는 실린더 내부에 고체 표면과 접촉 할 시 대전되는 유체를 위치시킴으로써, 대전된 유체가 움직이며 실린더 양 끝에 위치한 전극 간에 비대칭적인 전위차를 생성하여 유도 전류를 생성하도록 하는 실린더형 접촉 대전 발전기 및 그 제조 방법을 제공하고자 함다.In addition, in the present invention, a cylindrical contact charging power generator for generating an asymmetrical potential difference between electrodes positioned at both ends of a cylinder by moving a charged fluid to place an electrified fluid in contact with a solid surface in a cylinder, And a manufacturing method thereof.

또한, 본 발명에서는 기존의 움직이는 내부 고체 구조가 아닌 유체를 사용함으로써 접촉 대전 발전기의 내구도를 증가시키고, 외부 물리적 자극에 상대적으로 더 움직이기 쉬운 유체를 사용함으로써 작은 물리적 자극에도 높은 효율을 낼 수 있는 실린더형 접촉 대전 발전기 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
Further, in the present invention, it is possible to increase the durability of the contact charging power generator by using a fluid which is not a moving solid structure, and to use a fluid that is more movable relative to an external physical stimulus, To provide a cylindrical contact charging electric generator and a manufacturing method thereof.

상술한 본 발명은 접촉 대전 발전기로서, 하우징과, 상기 하우징의 내부 전면에 기설정된 일정 두께로 형성된 대전 물질과, 상기 대전 물질이 형성된 상기 하우징의 내부에 위치하는 유체와, 상기 하우징의 양끝단에 상기 대전 물질과 연결되도록 각각 형성되는 전극과, 상기 전극을 연결하는 배선을 포함한다.According to the present invention, there is provided a contact charging power generator comprising: a housing; a charging member formed on the entire inner surface of the housing at a predetermined thickness; a fluid positioned inside the housing in which the charging member is formed; An electrode formed to be connected to the charging material, and a wiring connecting the electrode.

또한, 상기 대전 물질은, 외부의 물리적 자극에 의해 상기 유체가 상기 하우징의 내부의 한쪽 방향에서 다른 한쪽 방향으로 이동하는 과정에서 상기 유체와의 마찰에 의해 접촉 대전이 발생되는 것을 특징으로 한다.The charging material is characterized in that contact electrification is generated by friction with the fluid in the process of moving the fluid from one direction to another direction of the inside of the housing by external physical stimulation.

또한, 상기 대전물질은, 나노 와이어, 나노 돌출부 또는 마이크로 구조를 포함하는 미세구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the charging material is formed of a microstructure including nanowires, nano protrusions, or microstructures.

또한, 상기 물리적 자극은, 상기 하우징에 가해지는 진동 또는 충격인 것을 특징으로 한다.Further, the physical stimulation is characterized by vibration or shock applied to the housing.

또한, 상기 유체는, 물 또는 액상의 탄화수소인 것을 특징으로 한다.Further, the fluid is characterized by being water or a liquid hydrocarbon.

또한, 상기 전극은, 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 또는 니켈(Ni) 중 어느 하나의 금속으로 형성되거나 ITO를 포함하는 산화물로 형성되는 것을 특징으로 한다.The electrode may be formed of any one metal of gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), chrome (Cr), or nickel (Ni) .

또한, 상기 하우징은, 실린더형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.Further, the housing is characterized by being formed in a cylindrical shape.

또한, 본 발명은 접촉 대전 발전기의 제조 방법으로서, 하우징을 형성하는 단계와, 상기 하우징의 내부 전면과 제1 전극, 제2 전극 상부에 기 설정된 두께의 대전 물질을 형성시키는 단계와, 상기 하우징의 한쪽 끝단에 상기 하우징의 내부 전면의 대전 물질과 상기 제1전극 상부의 대전물질이 연결되도록 상기 제1 전극을 부착시키는 단계와, 상기 하우징의 내부에 기 설정된 일정양의 유체를 삽입시키는 단계와, 상기 하우징의 반대쪽 끝단에 상기 하우징의 내부 전면의 대전물질과 상기 제2 전극 상부의 대전물질이 연결되도록 상기 제2 전극을 부착시키는 단계와, 상기 하우징의 양끝단에 부착된 제1 전극과 제2 전극을 배선으로 연결시키는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a contact charging electric power generator, comprising the steps of: forming a housing; forming a charging material having a predetermined thickness on an inner surface of the housing and a first electrode and a second electrode; The method comprising the steps of: attaching the first electrode to one end of the housing so that a charging material on the inner front surface of the housing and a charging material on the first electrode are connected; inserting a predetermined amount of fluid into the housing; Attaching the second electrode to the opposite end of the housing so that a charged material on the inner front surface of the housing and a charged material on the second electrode are connected to each other; And connecting the electrodes to the wiring.

또한, 상기 대전 물질은, 외부의 물리적 자극에 의해 상기 유체가 상기 하우징의 내부의 한쪽 방향에서 다른 한쪽 방향으로 이동하는 과정에서 상기 유체와의 마찰에 의해 접촉 대전이 발생되는 것을 특징으로 한다.
The charging material is characterized in that contact electrification is generated by friction with the fluid in the process of moving the fluid from one direction to another direction of the inside of the housing by external physical stimulation.

본 발명에 따르면, 실린더형 접촉 대전 발전기에서, 실린더 내부의 대전 물질 등의 고체 표면과 접촉 할 때 대전되는 유체를 위치시킴으로써, 대전된 유체가 움직이면서 실린더 양 끝에 위치한 전극 간에 비대칭적인 전위차를 생성하여 유도 전류를 생성하도록 함으로써 외부의 물리적 에너지를 보다 용이하게 전기적 에너지로 변환할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, in a cylindrical contact charging electric generator, by locating a fluid to be charged when it comes into contact with a solid surface such as a charging material inside the cylinder, the charged fluid moves and generates an asymmetrical potential difference between electrodes located at both ends of the cylinder, So that the external physical energy can be more easily converted into electrical energy.

또한, 고체 구조가 아닌 유체를 사용함으로써 접촉 대전 발전기의 내구도를 증가시키고, 외부 물리적 자극에 상대적으로 더 움직이기 쉬운 유체를 사용함으로써 작은 물리적 자극에도 높은 효율을 낼 수 있는 이점이 있다.
In addition, the use of a fluid other than the solid structure has the advantage of increasing the durability of the contact charging power generator and using a fluid that is relatively more movable relative to the external physical stimulus, resulting in high efficiency for small physical stimulation.

도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 일 일실시예에 따른 실린더형 접촉 대전 발전기의 사시도 및 단면도,
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더형 접촉 대전 발전기에서 외부의 물리적 자극이 가해질 때 유도 전류가 생성되는 동작 개념도.FIGS. 1A and 1B are a perspective view and a cross-sectional view of a cylindrical contact charging power generator according to an embodiment of the present invention,
FIGS. 2A to 2E are diagrams illustrating an operation in which an induction current is generated when an external physical stimulus is applied to a cylindrical contact charging generator according to an embodiment of the present invention. FIG.

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 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 실린더형 접촉 대전 발전기의 사시도를 도시한 것이고, 도 1b는 실린더형 접촉 대전 발전기의 단면도를 도시한 것이다.Fig. 1A is a perspective view of a cylindrical contact charging electric generator according to an embodiment of the present invention, and Fig. 1B is a sectional view of a cylindrical contact charging electric generator.

위 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 실린더 형 접촉 대전 발전기는 실린더(cylinder) 등의 형태로 형성되는 하우징(100)과, 대전 물질(110), 제1 전극(120), 제2 전극(121), 유체(130), 배선(140) 등을 포함할 수 있다.1A and 1B, a cylindrical contact charging electric generator according to the present invention includes a housing 100 formed in the form of a cylinder or the like, and a plurality of charging members 110, a first electrode 120, Two electrodes 121, a fluid 130, a wiring 140, and the like.

하우징(100)은 접촉 대전 발전기에서 접촉 대전을 발생시키는 대전 물질(110)과 유체(130)를 감싸는 장치로, 도 1a에서는 실린더 형태로 제작한 것을 예시하였으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 이러한 하우징(100)은 예를 들어 상대적으로 낮은 전기전도도를 가지는 물질 또는 절연 물질로 제작될 수 있으며, 압축 아크릴이나 PVC 등의 물질로 제작될 수 있다.The housing 100 is a device for enclosing the charging material 110 and the fluid 130 that generate contact charging in the contact charging power generator. In FIG. 1A, the housing 100 is manufactured in the form of a cylinder. However, the present invention is not limited thereto. Also, the housing 100 may be made of, for example, a material having a relatively low electrical conductivity or an insulating material, and may be made of a material such as compressed acrylic or PVC.

또한, 이러한 하우징(100)은 외부로부터의 물리적 자극에 강한 물질을 사용하는 것이 바람직하며, 하우징(100) 내부에 삽입된 유체(130)가 외부로 새어나가지 않도록 밀폐되는 것이 바람직하다. 이때, 물리적 자극이라 함은 외부로부터 하우징(100)으로 인가되는 진동, 충격 등의 물리적 에너지를 의미할 수 있다.In addition, it is preferable that the housing 100 is made of a material resistant to physical stimulation from the outside, and it is preferable that the fluid 130 inserted into the housing 100 is sealed so as not to leak to the outside. Here, the physical stimulus may mean physical energy such as vibration or shock applied from the outside to the housing 100.

대전 물질(110)은 하우징(100)의 내부 전면에 기 설정된 두께로 형성될 수 있으며, 이러한 대전 물질(110)은 하우징(100)의 내부에 삽입된 유체(130)와 접촉하여 많은 정전기적 전하를 유도할 수 있도록 대전열에서 상대적으로 하위에 위치하는 PTFE, PDMS 등의 물질을 사용함이 바람직하다. 또한, 이러한 대전 물질(110)은 하우징(100)의 내부에서 유체(130)가 맺히지 않도록 초소수성, 초소유성 특성을 가지기 위해 적절한 표면 개질이 행해지는 것이 바람직하다. The charging material 110 may be formed to have a predetermined thickness on the inner surface of the housing 100. The charging material 110 contacts the fluid 130 inserted in the housing 100 to generate a large amount of electrostatic charge It is preferable to use materials such as PTFE and PDMS which are located relatively lower in the charging column. In order to prevent the fluid 130 from being condensed in the housing 100, it is preferable that the charging material 110 is appropriately subjected to surface modification so as to have a super-hydrophobic property.

제1 전극(120)과 제2 전극(121)은 하우징(100)의 양 끝쪽에 대전 물질(110)과 연결되도록 형성될 수 있으며, 이러한 제1 전극(120), 제2 전극(121)은 상대적으로 높은 전도도를 가지는 금속, 산화물, 높은 농도로 도핑된 반도체 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 제1 전극(120), 제2 전극(121)은 예를 들어 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 또는 니켈(Ni) 등의 금속으로 형성되거나 ITO를 포함하는 산화물로 형성될 수 있다.The first electrode 120 and the second electrode 121 may be connected to the charging material 110 at both ends of the housing 100. The first electrode 120 and the second electrode 121 It is preferable to use a metal, an oxide, a semiconductor doped with a high concentration, or the like having a relatively high conductivity. The first electrode 120 and the second electrode 121 may be formed of a metal such as gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), chrome (Cr), or nickel ITO. &Lt; / RTI >

유체(130)는 하우징(100)의 내부에 삽입될 수 있으며, 이러한 유체(130)의 양은 하우징(100)의 내부에서 유동 시 대전 물질(110)과의 마찰에 의한 정전기적 전하 발생이 가장 많게 되는 용량으로 미리 계산되어 설정될 수 있다. The fluid 130 may be inserted into the interior of the housing 100 and the amount of the fluid 130 may be such that the amount of the electrostatic charge generated by the friction with the charging material 110 when flowing in the housing 100 is greatest And can be calculated and set in advance.

또한, 유체(130)는 대전 물질(110)과 접촉하여 상대적으로 많은 전하를 유도할 수 있는 물질을 사용함이 바람직하며, 이러한 물질로는 예를 들어 물, 액상의 탄화수소 등의 물질을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the fluid 130 is made of a material capable of inducing a relatively large amount of electric charge in contact with the charging material 110, and it is preferable to use a material such as water or a liquid hydrocarbon desirable.

배선(140)은 제1 전극(120)과 제2 전극(121)을 전기적으로 연결시킨다.The wiring 140 electrically connects the first electrode 120 and the second electrode 121.

이하에서는 위와 같은 실린더형 접촉 대전 발전기의 제작 과정을 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the manufacturing process of the above-described cylindrical contact charging electric generator will be described in detail.

먼저, 실린더 형태의 하우징(100)을 제작하고, 하우징(100)의 양 끝단에 부착되거나 또는 삽입되는 방식으로 하우징(100)의 내부를 밀폐시키도록 하는 제1 전극(120)과 제2 전극(121)을 제작한다.A first electrode 120 and a second electrode 120 for sealing the inside of the housing 100 in such a manner that the housing 100 is attached or inserted at both ends of the housing 100, 121).

이때, 이러한 하우징(100)은 접촉 대전 발전기에서 접촉 대전을 발생시키는 대전 물질(110)과 유체(130)를 감싸는 장치로, 상술한 도 1에서 설명한 바와 같이 실린더형으로 제작될 수 있으며, 또한 예를 들어 압축 아크릴이나 PVC 등과 같이 상대적으로 낮은 전기전도도를 가지는 물질 또는 절연 물질로 제작될 수 있다.In this case, the housing 100 is a device that encloses the charging material 110 and the fluid 130 that generate contact charging in the contact charging electric generator. The housing 100 can be manufactured in a cylindrical shape as described above with reference to FIG. 1, For example, a material having a relatively low electrical conductivity such as a compressed acrylic or PVC, or an insulating material.

또한, 이때, 제1 전극(120)과 제2 전극(121)은 하우징(100)이 실린더형으로 제작되는 경우 하우징(100)내 삽입되는 유체(130)가 하우징(100)의 외부로 새어나가지 않도록 원통형의 마개 형태로 제작될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The first electrode 120 and the second electrode 121 may be configured such that the fluid 130 inserted into the housing 100 leaks to the outside of the housing 100 when the housing 100 is manufactured in a cylindrical shape But the present invention is not limited thereto.

위와 같이 하우징(100)과 제1 전극(120), 제2 전극(121)이 제작된 경우, 하우징(100)의 내부에 기 설정된 두께로 대전 물질(110)을 형성시키고, 제1 전극(120)과 제2전극(121)의 상부에도 대전물질(110)을 형성시킨 후, 제1 전극(120) 또는 제2 전극(121) 중 하나로 하우징(100)의 한쪽 끝에 부착시켜 대전 물질(110)과 연결시킨다.When the housing 100, the first electrode 120 and the second electrode 121 are manufactured as described above, the charging material 110 is formed in the housing 100 to a predetermined thickness, and the first electrode 120 The charge member 110 may be formed on the first electrode 120 and the second electrode 121 and may be attached to one end of the housing 100 by one of the first electrode 120 and the second electrode 121, .

이어, 기 설정된 일정량의 유체(130)를 하우징(100)의 내부에 삽입한 후, 제1 전극(120) 또는 제2 전극(121) 중 나머지 하나로 하우징(100)의 다른쪽 끝에 부착시켜 전극 상부의 대전물질(110)과 하우징(100)에 형성된 대전물질(110)을 연결시키면서 하우징(100)을 밀폐시킨다.A predetermined amount of the fluid 130 is inserted into the housing 100 and then attached to the other end of the housing 100 with the other one of the first electrode 120 or the second electrode 121, And the housing 100 is sealed while the charging material 110 of the housing 100 and the charging material 110 formed on the housing 100 are connected.

이어, 제1 전극(120)과 제2 전극(121)을 배선으로 연결시켜 접촉 대전 발전기를 완성시킬 수 있게 된다.Next, the first electrode 120 and the second electrode 121 are connected to each other by wiring, thereby completing the contact charging power generator.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더형 접촉 대전 발전기에서 외부의 물리적 자극이 가해질 때 유도 전류가 생성되는 동작 개념을 도시한 것이다. 이하, 도 2a 내지 도 2e를 참조하여 본 발명의 접촉 대전 발전기의 동작을 상세히 설명하기로 한다.FIGS. 2A to 2E illustrate an operation concept in which an induction current is generated when an external physical stimulus is applied to a cylindrical contact charging 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 2E.

먼저, 도 2a는 진동, 충격 등의 물리적 자극이 가해지기 전 상태에서 하우징(100)의 내부 전면에 부착된 대전 물질(110)과 하우징(100) 내부에 위치한 유체(130)의 정전기적 전하가 머물러 있는 모습을 도시한 것이다. 2A shows a state in which the electrostatic charge of the charged material 110 adhered to the inner surface of the housing 100 and the fluid 130 located inside the housing 100 before the physical stimulus such as vibration or impact is applied It shows the state of staying.

즉, 도 2a에서 보여지는 바와 같이 이전에 외부로부터의 물리적 자극에 의한 유체(130)와 대전 물질(110)간 충분한 접촉을 통해 접촉 대전 현상이 발생하여 하우징(100) 내부의 대전 물질(110)은 음전하로 대전되며, 유체(130)는 양전하로 대전된 것을 알 수 있다. That is, as shown in FIG. 2A, a contact charging phenomenon occurs due to sufficient contact between the fluid 130 by the physical stimulation from the outside and the charging material 110, so that the charging material 110 inside the housing 100, Is negatively charged, and the fluid 130 is positively charged.

도 2b는 도 2a의 상태에서 외부에서 물리적 자극이 가해져 하우징(100) 내부에 위치한 유체(130)가 비대칭적인 형태로 하우징(100)의 한쪽 방향으로 치우친 형태를 도시한 것이다. FIG. 2B shows a state in which the fluid 130 located inside the housing 100 is biased asymmetrically in one direction of the housing 100 by physical stimulation from the outside in the state of FIG. 2A.

이때, 도 2b에서와 같이 유체(130)가 비대칭적인 형태로 하우징(100)의 왼쪽 방향으로 치우친 경우, 하우징(100) 상 유체(130)와 상대적으로 많이 접촉한 하우징(100) 왼쪽의 대전 물질(110)의 음전하는 유체(130) 내에 존재하는 양전하에 의해 상대적으로 많이 스크리닝(screening)이 되는 반면, 유체(130)와 접촉하지 않은 반대쪽 예를들어 도면상 오른쪽의 대전 물질(110)에서는 음전하의 스크리닝이 발생하지 않는다. 이로 인해 제1 전극(120)과 제2 전극(121)간 전위차가 발생하게 되고 평형상태를 이루기 위해 유체(130)와 접촉하지 않은 쪽의 제1 전극(120)에서 유체와 접촉한 쪽의 제2 전극(121)으로 전자가 이동하게 된다.2B, when the fluid 130 is offset in a left direction of the housing 100 in an asymmetrical shape, the charging material on the left side of the housing 100, which is in much greater contact with the fluid 130 on the housing 100, The negative charge of the charge 110 is relatively much screened by the positive charge present in the fluid 130 while the negative charge 110 of the opposite side not in contact with the fluid 130, Screening does not occur. This causes a potential difference between the first electrode 120 and the second electrode 121. In order to achieve a balanced state, the first electrode 120, which is not in contact with the fluid 130, Electrons are moved to the two electrodes 121.

도 2c는 다시 외부의 물리적 자극에 따라 유체(130)가 도 2a에서와 같은 기준 상태로 돌아온 모습을 도시한 것이다. 이러한 경우 도 2a에서와 같은 처음 상태의 전하 상태를 유지하기 위해 제2 전극(120)으로 이동했던 전자가 반대 방향인 제1 전극(120)으로 이동하게 된다.2C shows a state in which the fluid 130 returns to the reference state as in FIG. 2A according to an external physical stimulus. In this case, in order to maintain the initial charge state as shown in FIG. 2A, the electrons that have moved to the second electrode 120 move to the first electrode 120 in the opposite direction.

도 2d는 도 2c의 상태에서 다시 외부에서 진동, 충격 등의 물리적 자극이 가해져 하우징(100) 내부에 위치한 유체(130)가 비대칭적인 형태로 하우징(100)의 한쪽 방향 예를 들어 오른쪽으로 치우친 형태를 도시한 것이다. FIG. 2D shows a state in which the fluid 130 located inside the housing 100 is subjected to asymmetrical shape in one direction of the housing 100, for example, to the right by a physical stimulus such as vibration or shock, FIG.

즉, 도 2d에서 보여지는 바와 같이 외부의 물리적 자극에 의해 유체(130)가 기존 상태(도 2c)에서 이번엔 하우징(100)의 오른쪽 방향으로 비대칭적으로 위치하게 되면 이번에는 하우징(100)의 오른쪽에 위치한 대전 물질(110)의 음전하가 유체(130)의 양전하에 의해 스크리닝되게 되고, 평형 상태를 유지하기 위해서 스크리닝이 발생하지 않은 하우징(100)의 왼쪽의 제2 전극(121)에서 스크리닝된 제1 전극(120)으로 전자가 이동하게 된다. That is, as shown in FIG. 2D, when the fluid 130 is asymmetrically positioned in the right direction of the housing 100 from the existing state (FIG. 2C) due to external physical stimulation, the right side of the housing 100 The negative charge of the charged material 110 located on the left side of the housing 100 is screened by the positive charge of the fluid 130 and the screened second electrode 121 of the housing 100, Electrons move to the one electrode 120.

이어, 다시 하우징(100)의 한 쪽으로 이동했던 유체(130)가 도 2e에서 보여지는 바와 같이 다시 기준 상태로 돌아오게 되면 다시 평형상태를 형성하기 위해 하우징(100)의 오른쪽 즉, 제1 전극(120)으로 이동했던 전자가 반대방향인 하우징(100)의 왼쪽 방향의 제2 전극(121)으로 이동하게 된다. 2E, when the fluid 130 which has moved to one side of the housing 100 returns to the reference state again, the fluid is returned to the right side of the housing 100, that is, 120 moves to the second electrode 121 in the left direction of the housing 100 in the opposite direction.

이러한 반복적인 외부의 물리적 자극에 의한 유체(130)의 움직임에 따라 비대칭적 스크리닝이 발생되고, 이러한 비대칭적 스크리닝으로 인해 제1 전극(120)과 제2 전극(121)간 전자의 흐름이 유도되면서 접촉 대전 발전에 의한 지속적인 전력의 생산이 가능하게 된다. Asymmetric screening occurs according to the movement of the fluid 130 due to the repetitive external physical stimulation and the flow of electrons is induced between the first electrode 120 and the second electrode 121 due to the asymmetric screening It is possible to continuously produce electric power by contact charging power generation.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 실린더형 접촉 대전 발전기에서, 실린더 내부의 대전 물질 등의 고체 표면과 접촉 할 시 대전되는 유체를 위치시킴으로써, 대전된 유체가 움직이면서 실린더 양 끝에 위치한 전극 간에 비대칭적인 전위차를 생성하여 유도 전류를 생성하도록 함으로써 외부의 물리적 에너지를 보다 용이하게 전기적 에너지로 변환할 수 있다. 또한, 고체 구조가 아닌 유체를 사용함으로써 접촉 대전 발전기의 내구도를 증가시키고, 외부 물리적 자극에 상대적으로 더 움직이기 쉬운 유체를 사용함으로써 작은 물리적 자극에도 높은 효율을 낼 수 있다.As described above, according to the present invention, in the cylindrical contact charging electric generator, by locating a fluid to be charged when contacting a solid surface such as a charged material inside the cylinder, the asymmetrical potential difference between the electrodes positioned at both ends of the cylinder, So that the external physical energy can be more easily converted into electric energy. In addition, by using a fluid that is not a solid structure, the durability of the contact charging generator can be increased, and by using a fluid that is more movable relative to an external physical stimulus, high efficiency can be achieved even with small physical stimulation.

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 : 하우징 110 : 대전 물질
120 : 제1 전극 121 : 제2 전극
130 : 유체 140 : 배선100: Housing 110: Charging material
120: first electrode 121: second electrode
130: fluid 140: wiring

Claims

A housing,
A charging member formed on the inner surface of the housing at a predetermined thickness,
A fluid located inside the housing where the charging material is formed,
An electrode formed at both ends of the housing to be connected to the charging material,
And a wiring connecting the electrode,
The charging material may include,
Contact electrification is generated by friction with the fluid in the course of movement of the fluid from one direction to the other of the inside of the housing by external physical stimulation,
The fluid is biased in the one direction and the other direction inside the housing by the external physical stimulation and the fluid is shifted from the electrode on the side where the fluid is not biased to the electrode where the fluid is biased Wherein said contact charging means is movable between a first position and a second position.

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The method according to claim 1,
The charging material may include,
Nanotubes, nano protrusions, or microstructures. &Lt; Desc / Clms Page number 13 >

The method according to claim 1,
Wherein the physical stimulation comprises:
And a vibration or shock applied to the housing.

The method according to claim 1,
The fluid may comprise,
Water or liquid hydrocarbons.

The method according to claim 1,
The housing includes:
Wherein the contact charging means is formed in a cylindrical shape.

Forming a housing,
Forming a predetermined thickness of a charged material on the inner surface of the housing and the first electrode and the second electrode,
Attaching the first electrode to one end of the housing such that a charge material on the inner surface of the housing and a charge material on the first electrode are connected to each other,
Inserting a predetermined amount of fluid into the housing;
Attaching the second electrode to the opposite end of the housing so that a charging material on the inner front surface of the housing and a charging material on the second electrode are connected,
And connecting the first electrode and the second electrode attached to both ends of the housing with wiring,
The charging material may include,
Contact electrification is generated by friction with the fluid in the course of movement of the fluid from one direction to the other of the inside of the housing by external physical stimulation,
The fluid is biased in the one direction and the other direction inside the housing by the external physical stimulation and the fluid is shifted from the electrode on the side where the fluid is not biased to the electrode where the fluid is biased And the moving direction of the contact charging motor is shifted.

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