KR101685789B1 - 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치 - Google Patents

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Abstract

회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치가 개시된다. 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치는 회전할 수 있는 회전축; 상기 회전축과 이격된 상태로 상기 회전축을 감싸며 고정되어 있는 회전축 커버; 상기 회전축의 외면 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 제1 일렉트렛(electret)들; 및 상기 회전축이 회전하는 경우 상기 제1 일렉트렛(electret)들과 이격된 상태로 상기 제1 일렉트렛(electret)들과 각각 마주하거나 상기 제1 일렉트렛(electret)들 사이의 공간 상에 각각 배치될 수 있도록 상기 회전축 커버의 내면을 따라 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 제2 일렉트렛(electret)들을 포함하고, 상기 회전축 및 상기 회전축 커버는 각각 전극으로 이용되고, 상기 제1 일렉트렛(electret)들과 상기 제2 일렉트렛(electret)들은 서로 반대로 대전되어 있다.

Description

회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치{ELECTRICITY GENERATING APPARATUS USING ROTATION ENERGY}
본 발명은 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일렉트렛(electret)을 이용하여 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 전기 발생장치에 관한 것이다.
자동차를 포함한 운송수단을 구동시키기 위해서는 항상 에너지를 필요로 하며, 어떻게 하면 에너지를 적게 이용하여 오랫동안 운행할 수 있을지는 그동안 항상 존재해왔던 과제이다. 하지만 한정된 에너지를 저장하고(화석에너지, 전기에너지, 수소에너지) 저장된 에너지만큼 주행이 가능하며 저장의 한계로 인하여 제한된 주행거리를 가질 수 밖에 없는 것이 현실이다.
운송수단 중 자동차, 전기자동차의 예를 들면 자동차 또는 전기자동차는 엔진 또는 모터를 구비하고 있고, 엔진 또는 모터에 의하여 발생되는 동력이 차축(axle) 또는 추진축을 통하여 차륜에 전달됨으로써 차륜이 회전하게 되고 차륜의 회전에 의하여 자동차 또는 전기자동차가 이동될 수 있다. 자동차 또는 전기자동차의 연비 향상을 위한 문제가 꾸준히 제기되어 오고 있는 실정을 고려하면 자동차 또는 전기자동차에서 소비되고 버려지는 에너지를 재사용할 수 있는 에너지로 변환하는 것이 자동차의 연비를 향상시킬 수 있다.
제동회생장치 등을 통하여 마찰 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기술이 전기 자동차에 적용되어 있지만 마찰에 따른 에너지 손실이 따를 수 밖에 없어 마찰 에너지를 전기 에너지로 변환하는 효율이 높지 않다는 문제점이 있다.
또한 회전하는 축의 회전 에너지를 이용하여 전기 에너지를 발생시키기 위하여 회전축에 자기유도 방식이나 트라이보 일렉트릭(triboelectric) 기술을 적용한 장치들이 있지만 자기장에 의한 저항이나 마찰에 의한 저항 때문에 전기 발생 효율이 낮다는 문제점이 있다.
이에 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 일렉트렛(electret)을 적용함으로써 마찰저항 또는 자기저항에 영향을 받지 않으면서도 회전축의 회전에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 장치를 개발하기에 이르렀다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 일렉트렛(electret)을 사용하여 회전축의 회전 에너지를 이용하여 전기를 발생할 수 있고 전기 발생 효율이 높은 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치는 회전축; 상기 회전축과 이격된 상태로 상기 회전축을 감싸며 고정되어 있는 회전축 커버; 상기 회전축의 외면 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 제1 일렉트렛(electret)들; 및 상기 회전축이 회전하는 경우 상기 제1 일렉트렛(electret)들과 이격된 상태로 상기 제1 일렉트렛(electret)들과 각각 마주하거나 상기 제1 일렉트렛(electret)들 사이의 공간 상에 각각 배치될 수 있도록 상기 회전축 커버의 내면을 따라 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 제2 일렉트렛(electret)들을 포함하고, 상기 회전축 및 상기 회전축 커버는 각각 전극으로 이용되고, 상기 제1 일렉트렛(electret)들과 상기 제2 일렉트렛(electret)들은 서로 반대로 대전되어 있을 수 있다.
일렉트렛(electret)은 반영구적 분극(分極)을 가진 유전체로서, 유전체에 외부에서 고전압을 인가하면 강한 전기장에 의하여 유전체 내부에 전하 축척이 일어나고 고전압의 인가가 완료된 후에도 유전체는 반영구적으로 전하를 보존하게 되기 때문에 일렉트렛(electret)이 형성될 수 있다.
하나의 실시예로 상기 회전축 및 상기 회전축 커버에는 각각 인출부가 연결되어 있을 수 있다.
하나의 실시예로 상기 인출부에는 에너지 저장부가 연결되어 있을 수 있다.
하나의 실시예로 상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있을 수 있다.
하나의 실시예로 상기 제1 일렉트렛(electret)은 상기 회전축의 축방향을 따라 연장되어 있는 막대 형상이고, 상기 제2 일렉트렛(electret)은 상기 회전축 커버의 축방향을 따라 연장되어 있는 막대 형상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치는 회전축; 상기 회전축과 이격된 상태로 상기 회전축을 감싸며 고정되어 있는 회전축 커버; 상기 회전축을 감싸도록 상기 회전축 외면에 배치된 제1 전극; 상기 회전축 커버 내면을 따라 배치된 제2 전극; 상기 제1 전극의 외면 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 제1 일렉트렛(electret)들; 및 상기 회전축이 회전하는 경우 상기 제1 일렉트렛(electret)들과 이격된 상태로 상기 제1 일렉트렛(electret)들과 각각 마주하거나 상기 제1 일렉트렛(electret)들 사이의 공간 상에 각각 배치될 수 있도록 상기 제2 전극 상에 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 제2 일렉트렛(electret)들을 포함하고, 상기 제1 일렉트렛(electret)들과 상기 제2 일렉트렛(electret)들은 서로 반대로 대전되어 있을 수 있다.
하나의 실시예로 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에는 각각 인출부가 연결되어 있을 수 있다.
하나의 실시예로 상기 인출부에는 에너지 저장부가 연결되어 있을 수 있다.
하나의 실시예로 상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있을 수 있다.
하나의 실시예로 상기 제1 일렉트렛(electret)은 상기 회전축의 축방향을 따라 연장되어 있는 막대 형상이고, 상기 제2 일렉트렛(electret)은 상기 회전축 커버의 축방향을 따라 연장되어 있는 막대 형상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치는 회전축; 상기 회전축과 이격된 상태로 상기 회전축을 감싸며 고정되어 있는 회전축 커버; 상기 회전축의 외면 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 전도성 돌출부들; 및 상기 회전축이 회전하는 경우 상기 전도성 돌출부들과 이격된 상태로 상기 전도성 돌출부들과 각각 마주하거나 상기 전도성 돌출부들 사이의 공간 상에 각각 배치될 수 있도록 상기 회전축 커버의 내면을 따라 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 일렉트렛(electret)들을 포함하고, 상기 회전축 및 상기 회전축 커버는 각각 전극으로 이용되고, 상기 일렉트렛(electret)들은 대전되어 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치는 회전축; 상기 회전축과 이격된 상태로 상기 회전축을 감싸며 고정되어 있는 회전축 커버; 상기 회전축을 감싸도록 상기 회전축 외면에 배치된 제1 전극; 상기 회전축 커버 내면을 따라 배치된 제2 전극; 상기 제1 전극의 외면 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 전도성 돌출부들; 및 상기 회전축이 회전하는 경우 상기 전도성 돌출부들과 이격된 상태로 상기 전도성 돌출부들과 각각 마주하거나 상기 전도성 돌출부들 사이의 공간 상에 각각 배치될 수 있도록 상기 제2 전극 상에 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 일렉트렛(electret)들을 포함하고, 상기 일렉트렛(electret)들은 대전되어 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치는 회전축; 상기 회전축과 이격된 상태로 상기 회전축을 감싸며 고정되어 있는 회전축 커버; 상기 회전축의 외면 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 일렉트렛(electret)들; 및 상기 회전축이 회전하는 경우 상기 일렉트렛(electret)들과 이격된 상태로 상기 일렉트렛(electret)들과 각각 마주하거나 상기 일렉트렛(electret)들 사이의 공간 상에 각각 배치될 수 있도록 상기 회전축 커버의 내면을 따라 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 전도성 돌출부들을 포함하고, 상기 회전축 및 상기 회전축 커버는 각각 전극으로 이용되고, 상기 일렉트렛(electret)들은 대전되어 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치는 회전축; 상기 회전축과 이격된 상태로 상기 회전축을 감싸며 고정되어 있는 회전축 커버; 상기 회전축을 감싸도록 상기 회전축 외면에 배치된 제1 전극; 상기 회전축 커버 내면을 따라 배치된 제2 전극; 상기 제1 전극의 외면 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 일렉트렛(electret)들; 및 상기 회전축이 회전하는 경우 상기 일렉트렛(electret)들과 이격된 상태로 상기 일렉트렛(electret)들과 각각 마주하거나 상기 일렉트렛(electret)들 사이의 공간 상에 각각 배치될 수 있도록 상기 제2 전극 상에 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 전도성 돌출부들을 포함하고, 상기 일렉트렛(electret)들 대전되어 있을 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 회전 운동 에너지를 이용하여 전기 에너지를 발생할 수 있는 효과가 있다. 이는 내연기관 뿐만 아니라 전기자동차, 수소자동차 등 회전축을 사용하는 운송수단에 설치되어 있는 배터리 등를 충전하거나 전기를 사용하는 전기장치의 전력으로 사용될 수 있으므로 운송수단의 주행가능 거리 및 연비(km/L, km/kW)를 증가시킬 수 있다.
본 발명은 일렉트렛(electret)을 이용하기 때문에 회전으로 인한 마찰저항이나 자기장에 의한 자기저항의 영향을 받지 않고 전기를 발생시킬 수 있으므로 전기를 발생시키는 효율이 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a는 회전축에 배치되어 있는 유전체에 전기장을 가하여 표면이 양으로 대전된 일렉트렛(electret)을 형성하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7b는 회전축에 배치되어 있는 유전체에 전기장을 가하여 일렉트렛(electret)의 표면을 음으로 대전된 일렉트렛(electret)을 형성하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 도 2에 도시된 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치에서 전기가 발생하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치가 자동차의 모터 또는 엔진의 동력에 의하여 회전할 수 있는 회전축에 적용될 수 있는 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치(1000)는 회전축(110), 회전축 커버(120), 복수 개의 제1 일렉트렛(electret, 130)들, 복수 개의 제2 일렉트렛(electret, 140)들, 인출부(미도시), 에너지 저장부(미도시) 및 정류 다이오드(미도시)를 포함할 수 있다.
회전축(110)은 회전할 수 있고, 예를 들면 모터 또는 엔진 등에 의하여 동력이 공급되어 회전할 수 있는 샤프트(shaft)일 수 있으며, 이러한 샤프트(shaft)는 일 예로 하이브리드, 전기자동차 및 전기를 사용하는 전자장치 등이 설치되어 있는 운송수단에서 사용되는 샤프트(shaft)일 수 있으나 이에 제한되지 않음은 자명하다. 또한 회전축(110)은 전도성 물질로 이루어질 수 있고 이 경우에는 회전축(110) 자체가 전극으로 이용될 수 있다. 전도성 물질의 예로는 금속(metal)이 사용될 수 있으나 전도성의 특성을 가지는 물질이라면 금속만으로 한정되는 것은 아니다. 또한 회전축(110)은 일반적으로 원기둥 형상을 가지고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
회전축 커버(120)는 회전축(110)과 이격된 상태로 회전축(110)을 감싸며 고정되어 있을 수 있다. 일 예로 회전축 커버(120)는 회전축(110)을 감쌀 수 있도록 내부에 공간이 형성되어 있을 수 있고 상기 공간 내에 회전축(110)이 배치됨으로써 회전축 커버(120)가 회전축(110)과 이격된 상태로 회전축(110)을 감쌀 수 있다. 일 예로 회전축(110)이 원기둥 형상인 경우에 회전축 커버(120)도 중축 방향으로 공간이 형성되어 있는 원기둥 형상을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 회전축 커버(120)는 전도성 물질로 이루어질 수 있고 이 경우에는 회전축 커버(120) 자체가 전극으로 이용될 수 있다. 전도성 물질의 예로는 금속(metal)이 사용될 수 있으나 전도성의 특성을 가지는 물질이라면 금속만으로 한정되는 것은 아니다. 회전축 커버(120)의 고정은 회전축 커버(120)의 양 단부 중 어느 하나의 단부를 고정된 장치에 결합시킴으로써 이루어질 수 있고 예를 들면 모터 또는 엔진을 포함하고 있는 케이싱에 회전축 커버(120)의 일 단부를 결합시킴으로써 고정시킬 수 있으나 고정될 수 있는 방법에 제한이 있는 것은 아니다.
복수 개의 제1 일렉트렛(electret, 130)들은 회전축(110)의 외면 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 일 예로 복수 개의 제1 일렉트렛(electret, 130)들은 각각 회전축(110)의 외면으로부터 돌출되어 있는 사각 기둥 형상을 가질 수 있지만 다른 형상을 가지는 다면체일 수도 있다.
복수 개의 제2 일렉트렛(electret, 140)들은 회전축(110)이 회전하는 경우 제1 일렉트렛(electret, 130)들과 이격된 상태로 제1 일렉트렛(electret, 130)들과 각각 마주하거나 제1 일렉트렛(electret, 130)들 사이의 공간 상에 각각 배치될 수 있도록 회전축 커버(120)의 내면을 따라 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 일 예로 복수 개의 제2 일렉트렛(electret, 130)들은 각각 회전축 커버(120)의 내면으로부터 돌출되어 있는 사각 기둥 형상을 가질 수 있지만 다른 형상을 가지는 다면체일 수도 있다. 일 예로 제1 일렉트렛(electret, 130)은 회전축(110)의 축방향을 따라 연장되어 있는 막대 형상일 수 있고, 제2 일렉트렛(electret, 140)은 회전축 커버(120)의 축방향을 따라 연장되어 있는 막대 형상일 수 있다.
제1 일렉트렛(electret, 130)들과 제2 일렉트렛(electret, 140)들은 서로 반대로 대전되어 있을 수 있다. 일 예로 제1 일렉트렛(electret, 130)들이 각각 양(positive, +)으로 대전된 경우에는 제2 일렉트렛(electret, 140)들은 각각 음(negativ, -)으로 대전될 수 있다. 제1 일렉트렛(electret, 130)들과 제2 일렉트렛(electret, 140)을 대전하는 원리에 대하여는 아래의 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명하기로 한다.
제1 일렉트렛(electret, 130)들과 제2 일렉트렛(electret, 140)들은 서로 반대로 대전되어 있는 상태에서 회전축(110)이 회전하는 경우에 있어서, 제1 일렉트렛(electret, 130)들과 제2 일렉트렛(electret, 140)들이 각각 서로 마주하거나 제1 일렉트렛(electret, 130)들 사이의 공간 상에 제2 일렉트렛(electret, 140)들이 각각 배치되게 되면 제1 일렉트렛(electret, 130)들과 제2 일렉트렛(electret, 140)들 사이에는 전위차가 발생하게 되고 이러한 전위차를 상쇄시키기 위하여 전하가 이동될 수 있으며 이러한 전하의 이동에 의하여 전기가 발생될 수 있다.
전하의 이동을 위하여 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치(1000)는 회전축(110) 및 회전축 커버(120)에 각각 연결되어 있는 인출부(미도시)를 포함할 수 있다. 인출부는 전극을 포함하는 개념이며, 일 예로 인출부로는 전선(wire)이 사용될 수 있고 전선(wire)의 일 단부가 전극으로 이용되는 회전축(110)과 연결되고 전선(wire)의 타 단부가 전극으로 이용되는 회전축 커버(120)에 연결됨으로써 전하가 이동될 수 있다. 전하의 이동이 가능한 수단이라면 인출부가 전선(wire) 또는 전극으로 한정되지 않음은 자명하다.
발생된 전기를 저장하기 위하여 인출부에는 에너지 저장부(미도시)가 연결될 수 있다. 일 예로 에너지 저장부로는 축전지 등이 사용될 수 있으나 전기를 저장할 수 있는 수단이라면 이에 한정되지 않음은 자명하다.
이러한 인출부와 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드(미도시)가 연결되어 있을 수 있다. 인출부에는 부하가 연결될 수도 있으며, 이에 의해 직접 전구에 불을 밝힐 수도 있다. 한편, 다이오드는 정류 다이오드로서 어느 한쪽 방향으로만 전류가 흐르도록 하는 역할을 하며, 이에 의해 전류가 반대로 흘러 축전지 등이 방전되는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치(2000)는 회전축(210), 회전축 커버(220), 제1 전극(222), 제2 전극(224), 복수 개의 제1 일렉트렛(electret, 230)들, 복수 개의 제2 일렉트렛(electret, 240)들, 인출부(미도시), 에너지 저장부(미도시) 및 정류 다이오드(미도시)를 포함할 수 있다.
도 1과 대응되는 구성에 대한 자세한 설명은 생략하기로 하고, 차이가 있는 구성에 대하여 설명하기로 한다.
제1 전극(222)은 회전축(210)을 감싸도록 회전축(210) 외면에 배치될 수 있다. 일 예로 하나의 층 형상을 가지는 전극이 제1 전극(222)으로 사용될 수 있다. 회전축(210)이 비전도성 물질로 이루어진 경우에 전하의 이동을 위하여 제1 전극(222)이 사용될 수 있다.
복수 개의 제1 일렉트렛(electret, 230)들은 제1 전극(222)의 외면 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
제2 전극(224)은 회전축 커버(220) 내면을 따라 배치될 수 있고, 일 예로 하나의 층 형상을 가지는 전극이 제2 전극(224)으로 사용될 수 있다. 회전축 커버(220)가 비전도성 물질로 이루어진 경우에 전하의 이동을 위하여 제2 전극(222)이 사용될 수 있다.
복수 개의 제2 일렉트렛(electret, 240)들은 회전축(210)이 회전하는 경우 제1 일렉트렛(electret, 230)들과 이격된 상태로 제1 일렉트렛(electret, 230)들과 각각 마주하거나 제1 일렉트렛(electret, 230)들 사이의 공간 상에 각각 배치될 수 있도록 제2 전극(224) 상에 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
회전축(210)이 회전하는 경우, 제1 일렉트렛(electret, 230)들과 제2 일렉트렛(electret, 240)들 사이에는 전위차가 발생하게 되고 이러한 전위차를 상쇄시키기 위하여 전하가 이동될 수 있으며 이러한 전하의 이동에 의하여 전기가 발생될 수 있다. 전하의 이동을 위하여 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치(2000)는 제1 전극(222) 및 제2 전극(224)에 인출부(160)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치(3000)은 회전축(310), 회전축 커버(320), 복수 개의 전도성 돌출부(330)들, 복수 개의 일렉트렛(electret, 340)들, 인출부(350), 에너지 저장부(360) 및 정류 다이오드(미도시)를 포함할 수 있다.
도 3에서 도시된 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치(3000)는 도 1을 참조하여 설명한 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치(1000)의 제1 일렉트렛(electret, 130)들이 복수 개의 전도성 돌출부(330)들로 변경된 것 이외의 구성은 동일하므로 복수 개의 전도성 돌출부(330)들에 대하여만 설명하기로 한다.
복수 개의 전도성 돌출부(330)들은 전도성 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들면 금속 또는 전도성의 폴리머(polymer)로 이루어질 수 있으나 전도성의 특성을 가지는 물질이라면 금속 또는 전도성의 폴리머(polymer)로 한정되는 것은 아니다.
복수 개의 일렉트렛(electret, 340)들은 각각 양(positive)으로 대전되거나 음(negativ)으로 대전될 수 있고, 전도성 돌출부(330)는 전기적으로 중성일 수 있다. 이 경우 회전축(310)의 회전하게 되면 복수 개의 일렉트렛(electret, 340)들과 복수 개의 전도성 돌출부(330)들 사이에는 전위차가 발생하게 되고 이러한 전위차를 상쇄시키기 위하여 전하가 이동될 수 있으며 이러한 전하의 이동에 의하여 전기가 발생될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치(4000)는 회전축(410), 회전축 커버(420), 제1 전극(422), 제2 전극(424), 복수 개의 전도성 돌출부(430)들, 복수 개의 일렉트렛(electret, 440)들, 인출부(미도시), 에너지 저장부(미도시) 및 정류 다이오드(미도시)를 포함할 수 있다.
도 4에서 도시된 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치(4000)는 도 2를 참조하여 설명한 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치(2000)의 제1 일렉트렛(electret, 230)들이 복수 개의 전도성 돌출부(430)들로 변경된 것 이외의 구성은 동일하고, 복수 개의 전도성 돌출부(430)들은 도 3을 참조하여 설명한 복수 개의 전도성 돌출부(330)들과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치(5000)는 회전축(510), 회전축 커버(520), 복수 개의 일렉트렛(electret, 530)들, 복수 개의 전도성 돌출부(540)들, 인출부(미도시), 에너지 저장부(미도시) 및 정류 다이오드(미도시)를 포함할 수 있다.
도 5에서 도시된 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치(5000)는 도 3을 참조하여 설명한 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치(3000)의 복수 개의 전도성 돌출부(330)들이 복수 개의 일렛트렛(electret, 530)들로 변경되고 복수 개의 일렉트렛(electret, 340)들이 복수 개의 전도성 돌출부(540)들로 변경된 것 이외의 구성은 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치(6000)는 회전축(610), 회전축 커버(620), 제1 전극(622), 제2 전극(624), 복수 개의 일렉트렛(electret, 630)들, 복수 개의 전도성 돌출부(640)들, 인출부(미도시), 에너지 저장부(미도시) 및 정류 다이오드(미도시)를 포함할 수 있다.
도 6에서 도시된 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치(6000)는 도 5를 참조하여 설명한 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치(5000)의 복수 개의 전도성 돌출부(530)들이 복수 개의 일렉트렛(electret, 630)으로 변경되고 복수 개의 일렉트렛(electret, 540)들이 복수 개의 전도성 돌출부(640)들로 변경된 것 이외의 구성은 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 7a는 회전축에 배치되어 있는 유전체에 전기장을 가하여 표면이 양으로 대전된 일렉트렛(electret)을 형성하는 과정을 설명하기 위한 개념도이고, 도 7b는 회전축에 배치되어 있는 유전체에 전기장을 가하여 일렉트렛(electret)의 표면을 음으로 대전된 일렉트렛(electret)을 형성하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7a를 참조하면, 복수 개의 유전체들이 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 배치되어 있는 회전축의 상부에서 음(negative)전압을 걸어주고 회전축의 하부에서 양(positive)전압을 걸어준 상태에서, 회전축을 회전시키면 복수 개의 유전체들은 표면이 양(positive)으로 대전된 일렉트렛(electret)들이 될 수 있다.
이와 달리 도 7b를 참조하면, 복수 개의 유전체들이 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 배치되어 있는 회전축의 상부에서 양(positive)전압을 걸어주고 회전축의 하부에서 음(negative)전압을 걸어준 상태에서, 회전축을 회전시키면 복수 개의 유전체들은 표면이 음(negative)으로 대전된 일렉트렛(electret)들이 될 수 있다. 이와 같이 양 또는 음으로 대전된 일렉트렛(electret)들을 회전체로부터 분리하여 이를 본 발명의 실시예들에 적용함으로 서로 반대로 대전된 일렉트렛(electret)들을 구비할 수 있다.
도 8은 도 2에 도시된 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치에서 전기가 발생하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 복수 개의 제1 일렉트렛(electret, 230)들 사이의 공간 상에 복수 개의 제2 일렉트렛(electret, 240)이 배치된 상태에서 회정축(210)이 회전하게 되면 제1 일렉트렛(electret, 230)들과 제2 일렉트렛(electret, 240)들이 각각 서로 마주할 수 있고 서로 반대로 대전된 제1 일렉트렛(electret, 130)들과 제2 일렉트렛(electret, 140)들 사이에는 전위차가 발생하게 되어 전하가 이동하게 된다. 다음으로 회전축(210)이 계속 회전하여 제1 일렉트렛(electret, 230)들 사이의 공간 상에 제2 일렉트렛(electret, 240)들이 각각 배치되게 되면 다시 제1 일렉트렛(electret, 130)들과 제2 일렉트렛(electret, 140)들 사이에는 전위차가 발생하게 되어 전하가 반대로 이동할 수 있다. 이러한 단계를 반복함으로써 회전축(210)이 회전하는 동안에 전기가 계속 발생할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치가 자동차의 모터 또는 엔진의 동력에 의하여 회전할 수 있는 회전축에 적용될 수 있는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치를 회전이 가능한 차축(axle) 또는 추진축(propeller shaft)에 적용함으로써 차축(axle) 또는 추진축(propeller shaft)의 회전을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치를 하이브리드, 전기자동차 및 전기가 필요한 운송수단의 샤프트에 적용한다면 연비(km/L, km/kW)를 높일 수 있고, 운송수단 내부 전자기기 전력 공급 및 구동에 사용되는 전기 에너지의 충전이 가능하므로 운송수단에 추가적인 전기 공급이 가능할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치는 운송수단의 연비를 높일 수 있으므로 운송수단에서 배출되는 이산화탄소 배출양을 낮추어 줄 수 있고, 일렉트렛(electret)을 이용함으로써 전기 발생 효율을 높일 수 있는 우수한 재생에너지 발생 장치에 해당한다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1000: 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치
110: 회전축 120: 회전축 커버
130: 제1 일렉트렛(electret) 140: 제2 일렉트렛(electret)

Claims (14)

  1. 회전축;
    상기 회전축과 이격된 상태로 상기 회전축을 감싸며 고정되어 있는 회전축 커버;
    상기 회전축의 외면 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 제1 일렉트렛(electret)들; 및
    상기 회전축이 회전하는 경우 상기 제1 일렉트렛(electret)들과 이격된 상태로 상기 제1 일렉트렛(electret)들과 각각 마주하거나 상기 제1 일렉트렛(electret)들 사이의 공간 상에 각각 배치될 수 있도록 상기 회전축 커버의 내면을 따라 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 제2 일렉트렛(electret)들을 포함하고,
    상기 회전축 및 상기 회전축 커버는 각각 전극으로 이용되고, 상기 제1 일렉트렛(electret)들과 상기 제2 일렉트렛(electret)들은 서로 반대로 대전되어 있는, 마찰 저항을 받지 않는 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전축 및 상기 회전축 커버에는 각각 인출부가 연결되어 있는, 마찰 저항을 받지 않는 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인출부에는 에너지 저장부가 연결되어 있는, 마찰 저항을 받지 않는 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있는, 마찰 저항을 받지 않는 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 일렉트렛(electret)은 상기 회전축의 축방향을 따라 연장되어 있는 막대 형상이고,
    상기 제2 일렉트렛(electret)은 상기 회전축 커버의 축방향을 따라 연장되어 있는 막대 형상인, 마찰 저항을 받지 않는 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치.
  6. 회전축;
    상기 회전축과 이격된 상태로 상기 회전축을 감싸며 고정되어 있는 회전축 커버;
    상기 회전축을 감싸도록 상기 회전축 외면에 배치된 제1 전극;
    상기 회전축 커버 내면을 따라 배치된 제2 전극;
    상기 제1 전극의 외면 둘레를 따라 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 제1 일렉트렛(electret)들; 및
    상기 회전축이 회전하는 경우 상기 제1 일렉트렛(electret)들과 이격된 상태로 상기 제1 일렉트렛(electret)들과 각각 마주하거나 상기 제1 일렉트렛(electret)들 사이의 공간 상에 각각 배치될 수 있도록 상기 제2 전극 상에 일정 간격 이격되어 배치된 복수 개의 제2 일렉트렛(electret)들을 포함하고,
    상기 제1 일렉트렛(electret)들과 상기 제2 일렉트렛(electret)들은 서로 반대로 대전되어 있는, 마찰 저항을 받지 않는 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에는 각각 인출부가 연결되어 있는, 마찰 저항을 받지 않는 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인출부에는 에너지 저장부가 연결되어 있는, 마찰 저항을 받지 않는 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인출부와 상기 에너지 저장부 사이에는 정류 다이오드가 연결되어 있는, 마찰 저항을 받지 않는 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 일렉트렛(electret)은 상기 회전축의 축방향을 따라 연장되어 있는 막대 형상이고,
    상기 제2 일렉트렛(electret)은 상기 회전축 커버의 축방향을 따라 연장되어 있는 막대 형상인, 마찰 저항을 받지 않는 회전축의 회전에너지를 이용한 전기 발생장치.
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