KR101691552B1 - 에너지 하베스터 - Google Patents

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Abstract

에너지 하베스터가 개시된다. 개시된 에너지 하베스터는, 복수의 제1 돌기부를 포함하는 제1 대전부재 및 상기 제1 돌기부들 사이에 배치되며상기 제1 돌기부와 다른 물질을 포함하는 복수의 제2 돌기부를 포함하는 제2 대전부재를 포함한다. 상기 제1 및 제2 대전부재 중 적어도 하나가 움직임으로써 상기 제1 돌기부들의 측면과 상기 제2 돌기부들의 측면이 서로 접촉하거나 상기 제1 돌기부들의 측면과 상기 제2 돌기부들의 측면 사이의 간격이 변화한다. 이로부터 에너지 하베스터는 전기에너지를 발생시킨다.

Description

에너지 하베스터{Energy harvester}
에너지 하베스터에 관한 것으로, 대전부재들이 서로 접촉하거나 사이 간격이 변함으로써 전기에너지를 발생시키는 에너지 하베스터에 관한 것이다.
최근 스마트폰의 사용이 급속도로 확대되고 있는데, 이와 더불어 스마트폰과 주변 기기와의 상호 제어 방법에 대한 시도가 다양하게 전개되고 있다. 특히 스마트폰과 시계를 결합한 스마트 시계(smart watch)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 시제품도 상용화되고 있다. 스마트 시계는 스마트폰의 전화, 메시지, 어플리케이션 이용 등과 같은 기능을 제어하거나 모니터링하는 용도로 활용되고 있다. 이러한 스마트 시계는 일반적인 손목 시계에 비하여 전력 소비가 늘어나게 되므로, 스마트 시계에 상시 전력을 공급해주기 위해서는 수시로 충전을 하거나 또는 대용량의 배터리를 장착해야 한다는 문제가 있다.
전기에너지를 발생시키는 에너지 하베스터를 제공한다.
일 측면에 있어서,
복수의 제1 돌기부를 포함하는 제1 대전부재; 및
상기 제1 돌기부들 사이에 배치되며상기 제1 돌기부와 다른 물질을 포함하는 복수의 제2 돌기부를 포함하는 제2 대전부재;를 포함하고,
상기 제1 및 제2 대전부재 중 적어도 하나가 움직임으로써 상기 제1 돌기부들의 측면과 상기 제2 돌기부들의 측면이 서로 접촉하거나 상기 제1 돌기부들의 측면과 상기 제2 돌기부들의 측면 사이의 간격이 변화하여 전기에너지를 발생시키는 에너지 하베스터가 개시된다.
상기 제1 및 제2 돌기부들은 제1 방향으로 형성되고, 상기 제1 및 제2 대전부재 중 적어도 하나는 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 움직이도록 마련될 수 있다.
상기 제 1 대전부재는 상기 제1 돌기부들을 포함하는 제1 전극을 포함할 수 있다.
상기 제1 대전부재는 상기 제1 돌기부들에 대응하는 형상의 복수의 제1 포스트(post)를 포함하는 제1 플라스틱 구조체와, 상기 제1 플라스틱 구조체의 표면에 마련되는 상기 제1 전극을 포함할 수 있다.
상기 제2 대전부재는 상기 제2 돌기부들에 대응하는 형상의 복수의 제2 포스트를 포함하는 제2 전극과, 상기 제2 포스트들의 표면에 마련되는 유전체층을 포함할 수 있다.
상기 유전체층은 압전 물질(piezoelectric materials), 강유전 물질(ferroelectric materials), 전기 활성 고분자(EAP; electric active polymer) 및 초전성 물질(pyroelectric materials) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 대전부재는 제2 전극과, 상기 제2 전극에 마련되며 상기 제2 돌기부들을 포함하는 유전체층을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 제1 및 제2 돌기부들의 배열방향과 나란하게 배치되며 서로 전기적으로 연결된 복수의 제1 서브전극과, 상기 제1 서브전극들 사이에 배치되며 서로 전기적으로 연결된 복수의 제2 서브전극을 포함할 수 있다.
상기 제2 대전부재는 상기 제2 돌기부들에 대응하는 형상의 복수의 제2 포스트를 포함하는 제2 플라스틱 구조체와, 상기 제2 플라스틱 구조체에 마련되는 제2 전극과, 상기 제2 전극에 마련되는 유전체층을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 대전 부재는 서로 다른 대전물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 대전 부재는 제1 전극과, 상기 제1 전극에 마련되는 제1 유전체층을 포함할 수 있다.
상기 제2 대전 부재는 제2 전극과, 상기 제2 전극에 마련되는 제2 유전체층을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 제1 및 제2 돌기부들의 배열방향과 나란하게 배치되며 서로 전기적으로 연결된 복수의 제1 서브전극과, 상기 제1 서브전극들 사이에 배치되며 서로 전기적으로 연결된 복수의 제2 서브전극을 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 돌기부들은 복수의 라인들이 서로 나란하게 형성된 스트라이프 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2 돌기부들 중 적어도 하나는 표면적이 증가하도록 표면처리가 되어있을 수 있다.
상기 에너지 하베스터는, 상기 제1 및 제2 대전부재를 내장하는 제1 케이스를 더 포함할 수 있다.
상기 에너지 하베스터는, 상기 제1 케이스의 내측에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 대전부재 중 적어도 하나가 움직였을 때 상기 제1 및 제2 대전부재 중 적어도 하나의 위치를 복원시키는 제1 탄성 지지체를 더 포함할 수 있다.
상기 에너지 하베스터는, 상기 제 1 케이스의 내벽에 마련되는 것으로, 상기 제 1 및 제 2 대전부재 중 적어도 하나와 서로 접촉하거나 그 사이의 간격이 변화함으로써 전기 에너지를 발생시키는 제3 대전부재를 더 포함할 수 있다.
상기 에너지 하베스터는, 상기 제 1 케이스를 내장하는 제 2 케이스; 및
상기 에너지 하베스터는, 상기 제 2 케이스의 내측에 마련된느 것으로, 상기 제 1 케이스가 상기 제 2 케이스의 내부에서 움직였을 때 상기 제 1 케이스의 위치를 복원시키는 제 2 탄성체;를 더 포함할 수 있다.
상기 에너지 하베스터는, 상기 제 1 및 제 2 대전부재중 적어도 하나가 제 1 방향으로 움직이는 것을 가이드 하는 제 1 가이드 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 에너지 하베스터는, 상기 제 1 및 제 2 대전부재 중 적어도 하나가 상기 제 1 방향과 수직인 제2 방향으로 움직이는 것을 가이드 하는 제 2 가이드 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 에너지 하베스터는, 상기 제 1 및 제 2 대전부재와 상기 제 1 및 제 2 가이드 부재를 내장하는 케이스; 및,
상기 케이스의 내벽에 마련되는 것으로, 상기 제 1 및 제 2 대전부재 중 적어도 하나와 서로 접촉하거나 간격이 변화함으로써 전기 에너지를 발생시키는 제 3 대전부재;를 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
제 1 대전부재;
일면에 복수의 돌기부가 형성되며 제1 대전부재와 다른 물질을 포함하는 제1 대전물질층 및 상기 돌기부들 사이에 배치되며 상기 제1 대전부재 및 상기 제1 대전물질층과 다른 물질을 포함하는 제2 대전물질층을 포함하는 제 2 대전부재;
상기 제1 대전물질층의 타면에 마련되는 제1 전극; 및
상기 제1 대전물질층의 타면에 마련되는 제 2 전극;을 포함하고,
상기 제1 및 제2 대전부재 중 적어도 하나가 움직임으로써 상기 제1 및 제2 전극에 전기에너지가 발생되는 에너지 하베스터가 제공된다.
상기 제1 전극은, 상기 돌기부들이 배열된 방향으로 마련되며 서로 전기적으로 연결된 복수의 제 1 서브전극을 포함하고, 상기 제2 전극은, 상기 제1 서브전극들 사이에 마련되며 서로 전기적으로 연결된 복수의 제 2 서브전극을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 있어서,
제 1 대전부재; 및
상기 제 1 대전부재와 이격되어 상기 제1 대전부재를 둘러싸도록 마련되는 것으로, 상기 제1 대전부재와는 다른 물질을 포함하는 제 2 대전부재;를 포함하며,
상기 제1 및 제2 대전부재 중 적어도 하나가 움직임으로써 상기 제 1 대전부재의 외면과 상기 제 2 대전부재의 내면이 서로 접촉하거나 상기 제 1 대전부재의 외면과 상기 제 2 대전부재의 내면 사이의 간격이 변화하여 전기에너지를 발생시키는 에너지 하베스터가 제공된다.
상기 제 1 대전부재는 원판 형상을 가지고, 상기 제 2 대전부재는 링 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 대전부재는 구 형상을 가지고, 상기 제 2 대전부재는 상기 제1 대전부재를 둘러싸는 구 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 대전부재는 제1 전극을 포함하고, 상기 제 2 대전부재는 제2 전극 및 상기 제2 전극의 내측에 마련되는 유전체층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 대전부재는 제1 전극 및 상기 제1 전극의 외측에 마련되는 유전체층을 포함하고, 상기 제 2 대전부재는 제2 전극을 포함할 수 있다.
상기 제 1 대전부재는 제1 전극 및 상기 제1 전극의 외측에 마련되는 제1 유전체층을 포함하고, 상기 제 2 대전부재는 제2 전극 및 상기 제2 전극의 내측에 마련되는 제2 유전체층을 포함할 수 있다.
상기 에너지 하베스터는, 상기 제 1 대전부재와 상기 제 2 대전부재 사이에 마련되어 상기 제 1 대전부재 및 상기 제 2 대전부재 중 적어도 하나에 복원력을 가하는 탄성 지지체를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 있어서,
제1 전극을 포함하는 제1 대전부재; 및
상기 제1 대전부재와 마주보도록 마련되는 것으로, 제2 전극 및 상기 제2 전극에 방사상으로 배열되는 복수의 유전체층을 포함하는 제2 대전부재를 포함하고, 상기 제1 대전부재와 상기 제2 대전부재 사이의 상대적인 회전 운동에 의해 전기에너지를 발생시키는 에너지 하베스터가 제공된다.
상기 제1 대전부재는 상기 제2 대전부재보다 작은 면적을 가질 수 있다.
상기 제1 마찰층은 원판 형상을 가지며, 상기 제2 마찰층은 반원판 형상을 가질 수 있다.
상기 에너지 하베스터는, 상기 제 1 및 제 2 대전부재 중 적어도 하나에 복원력을 가하는 탄성체를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 있어서,
상기 기재된 에너지 하베스터; 및
상기 에너지 하베스터로부터 발생되는 전기에너지를 다른 소자에 전송하는 전송회로;를 포함하는 스마트 워치가 제공된다.
상기 전송회로는, 교류신호를 직류로 전환하는 컨버터(converter), 상기 전송회로를 통해 전달되는 전력전송률이 최대가 되도록 상기 전송회로의 임피던스를 조절하는 제어유닛 및 상기 컨버터에서 전환된 직류 전압의 크기를 조절하는 스텝 다운 컨버터(step down converter)를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 에너지 하베스터에 외력이 가해지면 대전부재들이 접촉하거나 사이 간격이 변함으로써 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 이에 따라 효과적으로 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 것이 가능하다. 또한 에너지 하베스터가 휴대용 기기에 장착되면 상시적인 에너지 충전이 가능하게 된다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른, 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 2 는 제1 돌기부의 표면 및 제2 돌기부에 있는 유전체 표면이 표면적이 증가하도록 표면 처리된 예를 나타낸 도면이다.
도 3내지 도 14는 다른 예시적인 실시예들에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 15는 탄성 지지체가 복원력을 가하는 경우와 복원력을 가하지 않는 경우 에너지 하베스터에서 나오는 전기에너지 신호의 차이를 나타낸 도면이다.
도 16은 도 14에서 나타낸 탄성 지지체가 설치되는 예를 나타낸 도면이다.
도 17은 도 14에서 나타낸 에너지 하베스터의 케이스 외형을 나타낸 도면이다.
도 18은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 19 및 도 20은 또 다른 예시적인 실시예들에 따른 에너지 하베스터의 사시도이다.
도 21 내지 도 27은 또 다른 예시적인 실시예들에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 28은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 사시도이다.
도 29은 탄성체의 예시적인 실시예를 나타낸 도면이다.
도 30은 예시적인 실시예들에 따른 에너지 하베스터를 포함하는 스마트 워치를 나타낸 도면이다.
도 31은 스마트 워치에 포함될 수 있는 전송회로의 예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른, 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 에너지 하베스터는, 복수의 제1 돌기부(110a)를 포함하는 제1 대전부재(110); 및 상기 제1 돌기부들(110a) 사이에 배치되며 상기 제1 돌기부(110a)와 다른 물질을 포함하는 복수의 제2 돌기부(120a)를 포함하는 제2 대전부재(120)를 포함할 수 있다. 도 1에서 나타낸 실시예에 따르면, 제1 및 제2 대전부재(110, 120)는 복수의 제1 및 제2돌기부(110a, 120a)가 마련된 모양의 판 형상을 가질 수 있다. 도 1에서와 같이 제1 및 제2 돌기부(110a, 120a)들은 상기 판에 수직한 방향(x축)으로 형성되어 있을 수 있다. 이는 예시적인 것에 불과할 뿐 x축에 대해 기울어지 방향으로 형성되어 있을 수도 있다.
제1 돌기부들(110a)의 측면과 상기 제2 돌기부들(120a)의 측면은 서로 접촉하거나 사이의 간격이 변화할 수 있다. 여기서 일어나는 마찰대전을 통해 전기에너지가 발생할 수 있다. 이 때 마찰대전이란 제1 및 제2 돌기부들(110a, 120a)이 서로 접촉하는 경우는 물론이고, 접촉하지 않고 제1 및 제2 돌기부들(110a, 120a) 사이의 거리만 변하는 경우도 포함될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 돌기부들(110a, 120a)중 적어도 하나가 표면에 강유전체나 전기 활성 고분자 등과 같이 상시 대전된 물질을 포함하면, 제1 및 제2 돌기부들(110a, 120a)이 서로 접촉하지 않고 그 사이 간격의 변화만 있더라도 전기에너지를 발생시킬 수 있다.
상기 제1 및 제2 돌기부들(110a, 120a)이 서로 접촉하거나 사이 간격이 변하도록 제1 및 제2 대전부재(110, 120) 중 적어도 하나는 상기 제1 방향(x방향)과 수직한 제2방향(y 방향)으로 움직일 수 있도록 구성될 수 있다. 이 경우 제1 대전부재(110)가 고정되어 있고 제2 대전부재(120)만이 제1 대전부재(120)에 대해 제2 방향(y축)으로 움직일 수 있다. 반대로 제2 대전부재(120)가 고정되어 있고 제1 대전부재(110)만이 제2 방향(y축)으로 움직일 수도 있다. 또한 제1 및 제2 대전부재(110, 120) 모두가 상기 제2 방향(y축)으로 움직일 수도 있다. 여기서 제2 방향(y축)으로 움직일 수 있다는 의미는 움직이는 방향성분에 제2 방향(y축) 성분이 포함되면 충분한 것으로 해석되어야 하며, 반드시 제2 방향(y축)과 평행하게 움직이는 것으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 및 제2 대전부재(110, 120)중 적어도 하나는 제2 방향(y축)으로 움직일 수 있으면서 동시에 제1 방향(x축)이나 제1 및 제2 방향(x,y축)에 모두 수직한 방향(z축)으로도 움직일 수 있다.
제1 및 제2 돌기부들(110a, 120a)은 상기 제1 및 제2 방향(x,y축)에 수직한 방향(z축; 지면에 수직한 방향)으로 길게 형성된 라인 형상을 가질 수 있다. 제1 및 제2 돌기부들(110a, 120a) 각각이 라인 형상을 가지므로 복수의 제1 및 제2 돌기부들(110a, 120a)은 복수의 라인들이 서로 나란하게 배열된 스트라이프(stripe) 형상을 가질 수 있다. 이는 예시적인 것에 불과할 뿐 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 제1 및 제2 돌기부들(110a, 120a)은 상기 스트라이프 형상으로 배열되지 않고 2차원 적으로 배열되어 있을 수도 있다. 효율적인 마찰대전을 위해 제1 및 제2 대전부재(110제1 및 제2 돌기부들(110a, 120a)은 일정한 폭을 가지고 일정한 간격으로 마련될 수 있다. 이를 통해 제1 및 제2 대전부재(110, 120)중 적어도 하나가 상기 제2 방향(y축)으로 움직일 때 제1 및 제2 돌기부들(110a, 120a)이 동시에 접촉하거나 간격이 똑같이 변할 수 있다. 물론 제1 및 제2 돌기부들(110a, 120a)들이 일정한 폭 및 간격을 반드시 가져야 하는 것은 아니며 불규칙하게 배열될 수도 있다.
제1 및 제2 대전부재(110,120)는 상술한 마찰대전에 의해 전기에너지를 발생시키기 위해 각각 표면에 대전율이 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 나타낸 실시예에 따르면 제1 대전부재(110)는 제1 돌기부들(110a)을 포함하는 제1 전극을 포함할 수 있다. 이 때 제1 전극은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 도 1에서와 같이 제1 대전부재(110)가 제1 전극만을 포함하는 경우, 제1전극은 전극 역할을 수행함과 동시에 마찰대전을 일으키는 역할도 수행할 수 있다. 제2 대전부재(120)는 상기 제2 돌기부들(120a)에 대응하는 형상의 복수의 제2 포스트(120c)를 포함하는 제2전극(124)과, 상기 제2 포스트들(120c)의 표면에 마련되는 유전체층(122)를 포함할 수 있다. 제2 대전부재(120)에서는 유전체층(122)이 마찰대전을 일으키고 제2 전극(124)이 전극 역할을 수행할 수 있다. 유전체층(122)은 제2 대전부재(120)의 표면에 형성되어 있을 수 있다. 전극(124)에 제2 포스트들(120c)이 형성되어 있으며 유전체층(122)이 상기 제2 포스트들(120c) 표면에 코팅되어 제2 돌기부들(120a)을 형성할 수 있다. 도 1에서와 같이 유전체층(122)이 제2 전극(124) 표면에 얇게 형성되면, 유전체층(122)에서 발생한 대전전하가 제2 전극(124)에 더 잘 도달할 수 있다.
상기 유전체층(122)은 다양한 물질을 포함할 수 있다. 유전체층(122)에는 압전 물질(piezoelectric materials), 강유전 물질(ferroelectric materials), 전기 활성 고분자(EAP; electric active polymer), 초전성 물질(pyroelectric materials) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 물질들의 예로 예를 들면, 제1 및 제2 유전체는 Polyformaldehyde, Ethylcellulose, Polyamide, wool, silk, paper, cotton, steel, wood, PVA, silicon rubber, Teflon, PDMS(polydimethylsiloxane), Kapton, Polypropylene, Polyethylene, PVC, 플루오르 중합체(예를 들어 polyvinylfluoride; PVF), PVDF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), PCTFE (polychlorotrifluoroethylene), PFA (perfluoroalkoxy polymer), FEP (fluorinated ethylene-propylene), ETFE (polyethylenetetrafluoroethylene), PP(polypropylene), PET(polyethyleneterephthalate ), quartz. PZT(Lead zirconium titanate), ZnO, BTO(Barium tin oxide) 등이 있을 수 있으나 이 또한 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 유전체층(122)은 표면처리, 강유전 나노입자 삽입,이종 폴리머 적층에 의해 물성을 제어하는 방법 중 적어도 하나의 방법에 의해 마련될 수 있다.
상기 제1 대전부재(110)의 제1 전극에 포함된 도전성 물질은 금속, 그라핀, CNT(Carbon NanoTube), ITO(Indium Tin Oxide) 및 전도성 폴리머 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속의 예로는, Al, Mg, Cu, Lead, Fe, Ni, Ag, Pt, Au 및 이들의 합금 중 적어도 하나가 포함될 수 있으며 도전성 폴리머는 예를 들면, PCBM([6,6]- phenyl-C85 butyric acid methyl ester)등이 포함할 수 있다. 하지만 전술한 물질들은 예시적인 것에 불과할 뿐 이에 제한되지 않는다. 제1 전극의 도전성 물질은 제2 대전부재(120)의 제2 전극(124)에도 포함될 수 있다.
제1 및 제2 대전부재(110, 120) 사이에 마찰대전이 발생할 때 마찰대전을 일으키는 표면의 표면적이 넓으면, 더 많은 전기에너지를 생산할 수 있다. 따라서 제1 및 제2 대전부재(110, 120)에서 마찰대전이 일어나는 표면은 표면적이 증가하도록 표면처리가 될 수 있다. 즉, 도 1에서 나타낸 실시예의 경우 도전성 물질을 포함하는 제1 대전부재(110)의 표면 및 제2 대전부재(120)의 표면에 있는 유전체층(122)의 표면이 표면적이 증가하도록 표면처리 될 수 있다.
도 2는 제1 돌기부(110a)의 표면 및 제2 포스트(120c) 표면에 있는 유전체층(122)의 표면적이 증가하도록 표면 처리된 예를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면 표면 처리에 의해 제1 돌기부(110a)에 미세 돌기부들(110b)이 형성되고, 제2 돌기부(120a)에 있는 유전체층(122) 표면에도 미세 돌기부들(120b)이 형성될 수 있다. 도 2에서는, 제1 돌기부 및 제2 돌기부(110a, 120a)의 양쪽 표면이 모두 표면처리된 경우를 예로 들어 나타냈으나 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 돌기부(110a, 120a) 중 하나만 표면처리되어 있을 수도 있다. 그리고 도 3에서는 제1 및 제2 돌기부(110a, 120a)의 표면에 형성된 미세 돌기부들이 나노 피라미드 형상을 가지는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예들 들면, 상기 미세 돌기부들(110b, 120b)은 나노와이어 형상, 솜털형상, 나노입자 형상, 나노로드 형상 등을 가질 수 있다. 여기서, 미세 돌기부들은 대략 1nm 내지 1mm 정도의 크기를 가질 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 도 2에서 도시된 미세 돌기부들 사이에는 미세 돌기부들과 다른 물질이 채워질 수도 있다.
도 3 은 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터는, 도 1 에서 나타낸 실시예와 마찬가지로 제1 및 제2 대전부재(310, 320)를 포함할 수 있다. 그리고 제1 및 제2 대전부재 각각에는 복수의 제1 및 제2 돌기부들(310a, 320a)이 형성되어 있을 수 있다. 도 3 에서 나타낸 실시예에서는, 제1 대전부재(310)는 제1 전극으로 구성될 수 있다. 제1 전극은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 또한 제2 대전부재(320)는 유전체층(322)과 제2 전극(324)를 포함할 수 있다. 유전체층(322)은 압전 물질(piezoelectric materials), 강유전 물질(ferroelectric materials), 전기 활성 고분자(EAP; electric active polymer), 초전성 물질(pyroelectric materials) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 유전체(322)층은 표면처리, 강유전 나노입자 삽입,이종 폴리머 적층에 의해 물성을 제어하는 방법 중 적어도 하나의 방법에 의해 마련될 수 있다. 제1 전극에 포함된 도전성 물질은 금속, 그라핀, CNT(Carbon NanoTube), ITO(Indium Tin Oxide) 및 전도성 폴리머 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속의 예로는, Al, Mg, Cu, Lead, Fe, Ni, Ag, Pt, Au 및 이들의 합금 중 적어도 하나가 포함될 수 있으며 도전성 폴리머는 예를 들면, PCBM([6,6]- phenyl-C85 butyric acid methyl ester)등이 포함할 수 있다. 하지만 전술한 물질들은 예시적인 것에 불과할 뿐 이에 제한되지 않는다. 제1 전극의 도전성 물질은 제2 대전부재(320)의 제2 전극(324)에도 포함될 수 있다.
도 3에서 나타낸 실시예에서는, 도 1에서와 다르게 유전체층(322)이 제2 전극(324)의 표면 전부에 형성되지 않고 일부에만 형성되어 있을 수 있다. 예를 들어 도 3에서 나타낸 바와 같이 유전체층(322)은 제2 포스트(320c)의 옆면에 형성되어 있을 수 있다. 이 때 제2 포스트(320c)의 옆면이란 제2 포스트(320c)에서 제2 돌기부(320c)가 형성된 방향(x축)과 평행한 면을 의미할 수 있다. 또한 도 3에서는 제2 포스트(320c)의 옆면에만 유전체층(322)이 형성된 것을 나타냈으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 유전체층(322)은 제2 포스트(320c)의 윗면에도 형성되어 있을 수 있다. 그리고 도 3에서 나타낸 실시예에서도 도 2에서 나타낸 표면처리 공정이 이루어져 있을 수 있다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 4의 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 내용들과 중복되는 내용은 생략하기로 한다. 도 4를 참조하면, 에너지 하베스터는 제1 및 제2 대전부재(410, 420)를 포함할 수 있다. 또한 제1 및 제2 대전부재(410, 420)는 각각 복수의 제1 및 제2 돌기부(410a, 420a)를 포함할 수 있다. 제1 대전부재(410)는 도전성 물질을 포함하는 제1 전극으로 구성될 수 있다. 제1 전극은 마찰대전을 일으키는 역할과 전극역할을 동시에 수행할 수 있다. 제2 대전부재(420)는 유전체층(422), 제2 전극(424) 및 폴리머 구조체(426)를 포함할 수 있다. 상기 폴리머에는 플라스틱 등이 포함될 수 있다. 이 때 폴리머 구조체(426)는 제2 돌기부들(420a)에 대응하는 형상의 복수의 제2 포스트들(420c)을 포함할 수 있다. 그리고 유전체층(422) 및 제2 전극(424)은 폴리머 구조체(426)의 표면에 형성되어 있을 수 있다. 따라서 유전체층(422) 및 제2 전극(424)는 상기 제2 포스트들(420c)의 표면에 마련되어 있을 수 있다. 도 4에서와 같이 폴리머 구조체(426) 위에 마찰대전을 일으키는 유전체층(322)과 전극 역할을 하는 제2 전극(424)을 얇게 형성하게 되면 전체적으로 제2 대전부재(420)의 무게를 감소시킬 수 있다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 5의 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 내용들과 중복되는 내용은 생략하기로 한다. 도 4를 참조하면, 에너지 하베스터는 제1 및 제2 대전부재(510, 520)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 대전부재(510, 520)는 각각 복수의 제1 및 제2 돌기부(510a, 520a)를 포함할 수 있다. 제1 대전부재(510)는 도전성 물질을 포함하는 제1 전극으로 구성될 수 있다. 제1 전극은 마찰대전을 일으키는 역할과 전극역할을 동시에 수행할 수 있다. 제2 대전부재(520)는 유전체층(522) 및 제2 전극(524)을 포함할 수 있다. 전술한 도 1, 도 3 및 도 4의 실시예와 달리 도 5에서는 유전체층(522)이 복수의 제2 돌기부(520a)를 포함할 수 있다. 그리고 제2 전극(524)은 유전체층(522) 아래에 마련되어 있을 수 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 6의 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 내용들과 중복되는 내용은 생략하기로 한다. 도 6를 참조하면, 에너지 하베스터는 제1 및 제2 대전부재(610, 620)를 포함할 수 있다. 또한 제1 및 제2 대전부재(610, 620)는 각각 복수의 제1 및 제2 돌기부(610a, 620a)를 포함할 수 있다. 제1 대전부재(610)는 도전성 물질을 포함하는 제1 전극으로 구성될 수 있다. 제1 전극은 마찰대전을 일으키는 역할과 전극역할을 동시에 수행할 수 있다. 제2 대전부재(620)는 유전체층(622) 및 제2 전극(624)을 포함할 수 있다. 도 5에서와 마찬가지로 제2 대전부재(620)의 유전체층(622)은 복수의 제2 돌기부들(620a)을 포함할 수 있다. 그리고 제2 전극(624)은 유전체(622) 아래에 마련되어 있을 수 있다. 도 5에서는 제2 전극(524)이 단일 전극으로 되어 있었지만 도 6에서는 제2 전극(624)이 적어도 둘 이상의 서브전극들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(624)은 제1 및 제2 돌기부(610a, 620a)들의 배열방향과 나란하게 배치되며, 서로 전기적으로 연결된 복수의 제1 서브전극(624a)을 포함할 수 있다. 또한 전극(624)은 제1 및 제2 돌기부(610a, 620a)들의 배열방향과 나란하게 배치되며, 서로 전기적으로 연결된 복수의 제2 서브전극(624a)을 포함할 수 있다. 이 때 제1 및 제2 서브전극(624a, 624b)는 서로 전기적으로 단절되어 있을 수 있다.
도 6에서는 제1 서브전극들(624a)이 홀수 번째 배열되고 제2 서브전극들(624b)이 짝수 번째 배열되어 있다. 하지만 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 제1 및 제2 서브전극(624a, 624b)들의 배열순서는 다르게 바뀔 수도 있다. 제1 서브전극들(624a)은 각각 전기적으로 연결되어 있기 때문에 서로 같은 전위를 가질 수 있다. 또한 제2 서브전극들(624b)도 각각 전기적으로 연결되어 있기 때문에 서로 같은 전위를 가질 수 있다. 반면, 제1 서브전극들(624a)과 제2 서브전극들(624b)은 서로 전기적으로 단절되어 있기 때문에 제1 서브전극들(624a) 및 제2 서브전극들(624b)은 서로 다른 전위를 가질 수 있다. 그러므로 제1 및 제2 대전부재(610, 620) 사이에 마찰대전이 일어날 때 제1 서브전극들(624a)과 제2 서브전극들(624b) 사이에 전위차가 발생할 수 있다. 그리고 이 전위차로부터 전기에너지가 발생할 수 있다.
도 7은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 7의 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 내용들과 중복되는 내용은 생략하기로 한다. 도 7을 참조하면, 에너지 하베스터는 제1 및 제2 대전부재(710,720)를 포함할 수 있다. 또한 제1 및 제2 대전부재(710, 720)는 각각 복수의 제1 및 제2 돌기부(710a, 720a)를 포함할 수 있다. 제2 대전부재(720)는 유전체(722) 및 전극(724)를 포함할 수 있다. 제2 대전부재(720)는 예시적으로 도 1에서 나타낸 제2 대전부재(120)를 나타냈으나 이에 제한되지 않으며 도 1 내지 도 6에서 나타낸 제2 대전부재(120, 320, 420, 520, 620)의 실시예가 모두 적용될 수 있다. 한편, 제1 대전부재(710)는 상기 제1 돌기부들(710a)에 대응하는 형상의 복수의 제1 포스트(710c)를 포함하는 제1 플라스틱 구조체(714)와, 상기 제1 플라스틱 구조체(714)의 표면에 마련되는 제1 전극(712)을 포함할 수 있다. 제1 전극(712)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 제1 전극(712)은 마찰전을 일으키면서 전극 역할도 수행할 수 있다. 폴리머 구조체(714)는 제1 포스트들(710c)이 형성되어 있을 수 있다. 이러한 폴리머 구조체(714)의 표면에 제1 전극(712)이 형성됨으로써 제1 대전부재(710)의 무게를 줄일 수 있다.
이상에서는 제1 대전부재의 도전성 물질과 제2 대전부재의 유전체 사이에 마찰대전에 의한 전기에너지를 발생시키는 예들에 관하여 설명하였다. 이하에서는 유전체-유전체 계면 사이의 마찰대전에 의한 전기에너지를 발생시키는 예들에 관하여 설명하겠다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 에너지 하베스터는 제1 및 제2 대전부재(810,820)를 포함할 수 있다. 또한 제1 및 제2 대전부재(810, 820)는 각각 복수의 제1 및 제2 돌기부(810a, 820a)를 포함할 수 있다. 제1 대전부재(810)와 제2 대전부재(820)은 표면에 서로 다른 유전체를 포함할 수 있다. 예를 들어 제1 대전부재(810)가 제1 유전체층으로 구성되고, 제2 대전부재(820)는 제2 유전체를 포함하는 제2 유전체층(822)을 포함할 수 있다. 또한 제2 대전부재(820)는 전극(824)를 포함할 수 있다. 전극(824)은 제2 유전체층(822) 아래에 마련되어 있을 수 있다. 도 8에서 나타낸 전극(824)은 도 7에서와 마찬가지로 제1 및 제2 돌기부들(810a, 820a)의 배열방향과 나란한 방향으로 배치되며, 서로 전기적으로 연결된 복수의 제1 서브전극(824a)을 포함할 수 있다. 또한 전극(824)은 상기 제1 및 제2 돌기부들(810a, 820a)의 배열방향과 나란한 방향으로 배치되며 서로 전기적으로 연결된 복수의 제2 서브전극(824b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 제1 서브 전극들(824a, 824b)는 서로 전기적으로 단절되어 있을 수 있다. 도 8에서는 제1 서브전극들(824a)이 홀수번째 배열되고 제2 서브전극들(824b)이 짝수번째 배열되어 있지만, 이는 예시적인 것에 불과할 뿐 제1 및 제2 서브전극들(824a, 824b)의 배열방식은 달라질 수 있다. 도 6을 참조하여, 전술한 바와 같이 제1 및 제2 서브전극들(824a, 824b) 사이의 전위차를 이용해 전기에너지를 발생시킬 수 있기 때문에 제1 대전부재(810)는 따로 도전성 물질을 포함하지 않아도 좋다. 따라서 제1 대전부재(810)는 마찰대전을 일으키기 위한 제1 유전체층만 포함할 수도 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 대전부재(810)에 포함된 제1 유전체층과 제2 대전부재(820)의 제2 유전체층(822)은 마찰대전에 의해 전기에너지를 발생시키도록 대전율이 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 유전체층는 압전 물질(piezoelectric materials), 강유전 물질(ferroelectric materials), 전기 활성 고분자(EAP; electric active polymer) 및 초전성 물질(pyroelectric materials) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 유전체는 Polyformaldehyde, Ethylcellulose, Polyamide, wool, silk, paper, cotton, steel, wood, PVA, silicon rubber, Teflon, PDMS(polydimethylsiloxane), Kapton, Polypropylene, Polyethylene, PVC, 플루오르 중합체(예를 들어 polyvinylfluoride; PVF), PVDF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), PCTFE (polychlorotrifluoroethylene), PFA (perfluoroalkoxy polymer), FEP (fluorinated ethylene-propylene), ETFE (polyethylenetetrafluoroethylene), PP(polypropylene), PET(polyethyleneterephthalate ), quartz. PZT(Lead zirconium titanate), ZnO, BTO(Barium tin oxide) 등이 있을 수 있다. 하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 및 제2 마찰대전 유전체층을 이루는 물질은 대전율(triboelectric series)과 일함수(work function)을 고려하여 정해질 수 있다. 예를 들어, 일함수를 고려하는 경우, 제1 및 제2 유전체층은 일함수가 적은 물질들을 포함할 수 있다. 그리고, 대전율을 고려하는 경우 제1 및 제2 유전체층 중 어느 하나는 양(+)으로 대전되기 쉬운 물질을 포함할 수 있고 다른 하나는 음(-)으로 대전되기 쉬운 물질을 포함할 수 있다. 양(+)으로 대전되기 쉬운 물질의 예에는, Polyformaldehyde, Etylcellulose, Polyamide, wool, silk, Al, paper, cotton, steel, wood, Ni, Cu, Ag 또는 PVA 등이 포함될 수 있다. 그리고, 음(-)으로 대전되기 쉬운 물질의 예에는, silicone rubber, Teflon, PDMS(polydimethylsiloxane), Kapton, PP(Polypropylene), PE(Polyethylene) 또는 PVC, 강유전체(ferroelectrics) 또는 일렉트릿(electrets) 등과 같은 압전 물질을 포함할 수도 있다. 여기서, 상기 일렉트릿은 예를 들면, flouropolymers, PVF(polyvinylfluoride), PVDF(polyvinylidene fluoride), PCTFE(polychlorotrifluoroethylene), PFA(perfluoroalkoxy polymer), FEP(fluorinated ethylene propylene), ETFE(polyethylenetetrafluoroethylene), PET(polyethylene terephthalate) 또는 quartz 등을 포함할 수 있다. 위의 물질들은 예시적인 것에 불과하며 이에 한정되지 않는다.
도 9는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 9의 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 내용들과 중복되는 내용은 생략하기로 한다. 도 9을 참조하면, 에너지 하베스터는 제1 및 제2 대전부재(910,920)를 포함할 수 있다. 또한 제1 및 제2 대전부재(910, 920)는 각각 복수의 제1 및 제2 돌기부(910a, 920a)를 포함할 수 있다. 제1 대전부재(910)는 제1 유전체층(912) 및 제1 전극(914)를 포함할 수 있다. 마찬가지로 제2 대전부재(920)는 제2 유전체층(922) 및 제2 전극(924)를 포함할 수 있다. 제1 유전체층(912)에는 상기 제1 돌기부들(910a)이 마련되어 있을 수 있다. 또한 제1 전극(914)은 제1 유전체층(912) 아래에 마련되어 있을 수 있다. 제2 유전체층(922)에는 제2 돌기부들(920a)이 형성되어 있을 수 있다. 또한 제2 전극(924)은 제2 유전체층(922) 아래에 마련되어 있을 수 있다. 제1 및 제2 유전체층(912, 922) 사이에 마찰대전효과가 발생하면 제1 및 제2 전극(912, 922) 사이에 전류가 흐름으로써 전기에너지가 발생할 수 있다. 마찰대전 효과 발생을 위해 제1 및 제2 유전체층(912, 922)은 서로 다른 대전율을 가진 유전물질을 포함할 수 있다.
도 10 및 도 11은 또 다른 예시적인 실시예들에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 10 및 도 11의 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 내용들과 중복되는 내용은 생략하기로 한다. 도 10 및 도 11을 참조하면, 에너지 하베스터는 제1 및 제2 대전부재(1010,1020)를 포함할 수 있다. 또한 제1 및 제2 대전부재(1010, 1020)는 각각 복수의 제1 및 제2 돌기부(1010a, 1020a)를 포함할 수 있다. 도 9에서와 마찬가지로 제1 대전부재(1010)는 제1 유전체층(1012) 및 제1 유전체(1012)층 아래에 마련된 제1 전극(1014)을 포함할 수 있다. 그리고 제2 대전부재(1020)는 제2 유전체층(1022) 및 제2 유전체층(1022) 아래에 마련되는 제2 전극(1024)을 포함할 수 있다. 도 9에서와 달리 제2 전극(1024)이 상기 제2 돌기부들(1020a)의 형상에 대응하는 제2 포스트들(1020c)을 포함할 수 있다. 그리고 제2 유전체층(1022)은 제2 전극(1024)의 표면에 형성되어 있을 수 있다. 도 10에서는 제2 유전체층(1022)만 얇게 형성된 경우를 도시했다. 하지만 도 11에서와 같이 제1 및 제2 유전체(1012, 1022) 모두 얇게 형성하는 것도 가능하다. 이 경우 제1 전극(1014)도 제1 돌기부들(1010a)의 형상에 대응하는 제1 포스트들(1010c)을 포함할 수 있다. 제1 유전체층(1012) 또는 제2 유전체층(1022)을 제1 전극(1014) 또는 제2 전극(1024)의 표면에 얇게 형성하면, 대전 전하의 이동이 더 잘 이루어질 수 있다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 12를 참조하면, 에너지 하베스터는 제1 및 제2 대전부재(1210,1220)를 포함할 수 있다. 또한 제1 및 제2 대전부재(1210, 1220)는 각각 복수의 제1 및 제2 돌기부(1210a, 1220a)를 포함할 수 있다. 도 12에서 나타낸 실시예는 도 11과 다르게 제1 및 제2 유전체층(1212, 1222)이 각각 제1 및 제2 포스트(1210c, 1220c)의 옆면에만 형성되어 있을 수 있다. 즉 제1 및 제2 대전부재(1210, 1220) 가운데 적어도 하나가 제2 방향(x축)으로 움직일 때 제1 및 제2 돌기부들(1210a, 1220a)에서 마찰대전이 일어나는 표면에 제1 및 제2 유전체(1212, 1222)가 각각 형성되어 있을 수 있다. 이는 예시적인 것에 불과하며 제1 및 제2 돌기부들(1210a, 1220a)의 표면 전부에 제1 및 제2 유전체(1212, 1222)가 각각 형성되어 잇을 수 있다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 13의 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 내용들과 중복되는 내용은 생략하기로 한다. 도 13을 참조하면, 에너지 하베스터는 제1 및 제2 대전부재(1310,1320)를 포함할 수 있다. 또한 제1 및 제2 대전부재(1310, 1320)는 각각 복수의 제1 및 제2 돌기부(1310a, 1320a)를 포함할 수 있다. 제1 대전부재(1310)는 상기 제1 돌기부들(1310a)에 대응하는 형상의 복수의 제1 포스트(1310c)가 형성된 제1 폴리머 구조체(1316)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1 폴리머 구조체(1316)의 표면에 제1 전극(1314) 및 제1 유전체층(1312)이 마련될 수 있다. 제2 대전부재(1320)도 상기 제2 돌기부들(1320a)에 대응하는 형상의 복수의 제2 포스트(1320c)가 형성된 제2 폴리머 구조체(1326)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제2 폴리머 구조체(1326)의 표면에 제2 전극(1324) 및 제2 유전체층(1322)이 마련될 수 있다. 도 13에서는 제1 및 제2 대전부재(1310, 1320)이 모두 폴리머 구조체를 포함하는 경우를 도시했으나, 제1 및 제2 대전부재 중 다른 하나는 폴리머 구조체를 포함하지 않을 수도 있다. 도 13에서와 같이 제1 및 제2 대전부재(1310, 1320)이 각각 제1 및 제2 폴리머 구조체(1316, 1326)을 포함함으로써 제1 및 제2 대전부재(1310, 1320)의 무게가 감소될 수 있다.
이상에서 에너지 하베스터에 포함될 수 있는 제1 및 제2 대전부재의 다양한 실시예에 관하여 설명하였다. 제1 및 제2 대전부재 중 적어도 하나는 전술한 바와 같이 제1 및 제2 돌기부들이 형성된 방향과 수직한 방향으로 움직일 수 있도록 구성될 수 있다. 하지만 반드시 제1 및 제2 돌기부들이 형성된 방향과 수직한 방향으로만 움직이는 것으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 제1 및 제2 대전부재 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 돌기부들이 형성된 방향과 같은 방향으로도 움직일 수 있다. 이와 같이 제1 및 제2 대전부재를 구성하는 방법에는 다양한 실시예가 있을 수 있다.
도 14는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 14에 나타낸 에너지 하베스터는 제1 및 제2 대전부재(1410, 1420)을 포함할 수 있다. 도 14에서는 제1 및 제2 대전부재(1410, 1420)를 도 1에서 나타낸 제1 및 제2 대전부재(110, 120)과 같은 구조를 가지는 것으로 나타내었다. 즉 제2 대전부재(1420)가 전극(1424) 및 전극(1424)의 표면에 형성된 유전체(1422)를 포함할 수 있으며, 제1 대전부재(1410)는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 이는 예시적인 것에 불과하며 도 14의 제1 및 제2 대전부재(1410, 1420)에는 도 1 내지 도 13에서 나타낸 실시예들이 모두 적용될 수 있다.
도 14를 참조하면, 에너지 하베스터는 제1 및 제2 대전부재(1410, 1420)를 커버하는 케이스(1430)를 더 포함할 수 있다. 제1 대전부재(1410)는 케이스(1430) 내부에 있는 탄성 지지체(1434)에 의해 케이스(1430)와 연결되어 있을 수 있다. 제1 대전부재(1410)는 탄성 지지체(1434)에 의해 지지를 받으며 케이스(1430) 내부에서 움직일 수 있다. 이 경우 제1 대전부재(1410)는 제1 대전부재(1410)의 제1 돌기부들이 형성된 제1 방향(x축)에 수직한 방향(y축)으로 움직일 수 있다. 이에 제한되지 않으며 동시에 제1 대전부재(1410)는 제1 돌기부들이 형성된 제1 방향(x축) 또는 제1 및 제2 방향에 모두 수직한 방향(z축)으로도 움직일 수 있다. 제2 대전부재(1420)는 고정 지지부(1436)에 의해 고정되어 있을 수 있다. 하지만 이는 예시적인 것에 불과할 뿐 제2 대전부재(1420)도 제1 대전부재(1410)과 마찬가지로 탄성 지지체(1434)에 연결되어 케이스(1430) 내부에서 움직일 수 있다.
제1 대전부재(1410)가 관성력 등에 의해 케이스(1430) 내부에서 움직이게 되면 제1 대전부재(1410)는 탄성 지지체(1434)로부터 복원력을 받을 수 있다. 이와 같이 제1 대전부재(1410)가 탄성 지지체(1434)로부터 복원력을 받으면 제1 대전부재(1410)에 가해지는 힘의 방향이 바뀌는 횟수가 더 증가할 수 있다. 그렇게 되면 제1 및 제2 대전부재(1410, 1420) 사이에 마찰대전이 일어나는 횟수가 증가하게 될 수 있다. 그리고 이로부터 발생되는 전기에너지의 양도 증가할 수 있다.
도 15는 탄성 지지체(1434)가 복원력을 가하는 경우(b)와 복원력을 가하지 않는 경우(a) 에너지 하베스터에서 나오는 전기에너지 신호의 차이를 나타낸 도면이다. 예를 들어 도 15에서 나타낸 바와 같이 실시예들에 따른 에너지 하베스터가 웨어러블(wearable) 장치 등에 착용되면 인간의 움직임 등에 의해 제1 및 제2 대전부재가 관성력을 받게 된다. 이러한 관성력에 의해 제1 및 제2 대전부재 중 적어도 하나가 움직이게 되면 마찰대전에 의해 도 15의 (a)와 같은 전기에너지 신호를 발생시킬 수 있다. 그런데 만약 도 14에서 나타낸 바와 같이 탄성 지지체(1434)를 제1 대전부재(1410)와 연결하면, 제1 대전부재(1410)가 관성력 뿐만 아니라 복원력까지 받게된다. 그러면 제1 및 제2 대전부재(1410, 1420) 사이에 일어나는 마찰대전의 횟수가 증가될 수 있으므로, 도 15의 (b)에서 나타낸 바와 같이 전기에너지 신호가 발생하는 횟수가 더 증가할 수 있다.
도 14에서 제1 대전부재(1410)는 상기 제2 방향(y축) 뿐만 아니라 제1 방향(x축)으로도 움직일 수 있다. 이 경우 제1 방향(x축)을 따르는 움직임에 의해서도 제1 및 제2 대전부재(1410, 1420) 사이에 마찰대전에 의한 전기에너지가 발생할 수 있다. 또한 마찰대전에 의한 전기에너지 발생량을 증가시키기 위해 케이스(1430)의 내벽에는 제3 대전부재(1430)가 형성되어 있을 수도 있다. 제3 대전부재(1430)는 유전체층(1442)과 전극(1444)을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 제 3 대전부재(1440)는 케이스(1430)의 내벽에 마련되어 있을 수 있다. 도 14에서는 제2 방향(y축)과 평행한 면에 제3 대전부재(1440)가 마련되어 있으나 이에 제한되지 않으며 제1 방향과 평행한 면(x축) 또는 제1 및 제2 방향(x,y축)에 모두 수직한 면에 제3 대전부재(1440)가 마련되어 있을 수도 있다. 도 14와 같이 제3 대전부재(1440)를 케이스의(1430)의 내벽에 마련해 놓으면 제1 대전부재(1410)가 제1 방향(x축)으로 움직일 때, 제 3 대전부재(1430)와 접촉하거나 사이 간격이 변할 수 있다. 그리고 이로부터 마찰대전에 의한 전기에너지가 발생할 수 있다.
도 16은 도 14에서 나타낸 탄성 지지체(1434)가 설치되는 예를 나타낸 도면이다. 도 16을 참조하면, 탄성 지지체(1434)는 제1 대전부재(1410)과 케이스(1430)의 사이에 마련되어 있을 수 있다. 도 16의 (a)와 같이 탄성 지지체(1434)는 단순히 제1 대전부재(1410)의 외벽과 케이스(1430)의 내벽 사이에 설치되어 있을 수 있다. 이와는 다르게 설치공간을 축소하기 위해서 도 16의 (b)와 같이 제1 대전부재(1410)의 외벽에 홈(1413)이 마련되고 마찬가지로 케이스(1430)의 내벽에 홈(1433)이 마련되어 있을 수 있다. 그리고 탄성 지지체(1434)는 상기 제1 대전부재(1410)의 홈(1413)과 케이스(1430)의 홈(1433) 사이에 배치될 수 있다. 도 16 (b)에서는 제1 대전부재(1410) 및 케이스(1430) 모두에 홈(1413, 1433)이 마련된 경우를 도시했으나 둘 중 하나에만 홈이 마련되어 있을 수도 있다.
도 17은 도 14에서 나타낸 에너지 하베스터의 케이스(1430) 외형을 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 도 14의 케이스(1430) 외부에는 에너지 하베스터로부터 발생된 전기에너지를 외부로 전달하기 위한 케이블 구멍(1437)이 마련되어 있을 수 있다. 도 17에서 나타낸 에너지 하베스터는 모바일 기기, 웨어러블 디바이스, 수력, 풍력 발전 등을 수행하는 장치 등에 내장되어 운동에너지를 전기에너지로 전환하는데 사용될 수 있다.
도 14에서는 에너지 하베스터의 케이스(1430)가 하나인 경우를 도시했으나 에너지 하베스터는 복수의 케이스를 포함할 수도 있다. 도 18은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 18을 참조하면, 에너지 하베스터는 제1 및 제2 대전부재(1810, 1820)와 제1 및 제2 케이스(1830, 1840)를 포함할 수 있다. 제2 대전부재(1820)는 유전체층(1822) 및 전극(1824)을 포함할 수 있다. 도 18에 나타낸 제1 및 제2 대전부재(1810, 1820)는 예시적인 것에 불과할 뿐, 도 1 내지 도 13의 실시예 중 다른 것으로 치환될 수 있다. 도 14를 참조하여 설명한 바와 유사하게 제1 대전부재(1810)는 제1 케이스(1830)의 내측에 마련된 제1 탄성 지지체(1834)에 의해 제1 케이스(1830)과 연결되어 있을 수 있다. 또한 제1 케이스(1830)는 제2 케이스(1840) 내측에 마련된 제2 탄성 지지체(1844)에 의해 제2 케이스(1840)와 연결되어 있을 수 있다. 제1 케이스(1830)가 제2 케이스(1840) 내부에서 움직이면, 제1 케이스(1830) 제2 탄성 지지체(1844)에 의해 복원력을 받을 수 있다. 그리고 제1 케이스(1830)가 받는 복원력은 제1 탄성 지지체(1834)를 통해 제1 대전부재(1810)에 전달될 수 있다. 도 18에서와 같이 제1 케이스(1830)과 제2 케이스(1840) 사이에 제2 탄성 지지체(1844)를 설치함으로써 제1 및 제 2 대전부재(1810, 1820) 사이의 진동운동 횟수를 증가시킬 수 있다. 또는 제 1 탄성 지지체(1834)가 제1 대전부재(1810)와 제2 대전부재(1820) 사이에 설치하여 진동횟수를 증가시킬 수 있다.
도 19는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 사시도이다.
도 19를 참조하면, 에너지 하베스터는 제1 및 제2 대전부재(1910, 1920)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 대전부재(1910, 1920)는 도 1 내지 도 13을 참조하여 설명한 실시예들이 모두 적용될 수 있다. 에너지 하베스터는 제1 및 제2 대전부재(1910, 1920) 중 적어도 하나가 제1 및 제2 돌기부들이 형성된 제1 방향(z축)에 수직한 제2 방향(y축)으로 움직이는 것을 가이드하는 가이드부재(1930)를 포함할 수 있다.
가이드 부재(1930)는, 제1 및 제2 대전부재(1910, 1920) 중 적어도 하나를상기 제2 방향(y축 방향)으로 움직이는 것을 가이드하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해 도19에서 나타낸 바와 같이, 가이드 부재(1930)에는 상기 제2 방향(y축 방향)으로 형성된 가이드 홈(1932)을 포함할 수 있다. 그리고 제1 및 제2 대전부재 (1910, 1920) 중 적어도 하나는 상기 가이드 홈(1932)에 끼워지는 돌출부(1914)를 포함할 수 있다. 도 1에서는 제2 대전부재(1920)은 고정되어 있고 제1 대전부재(1910)가 가이드 부재(1930)의 가이드 홈(1932)을 따라 움직일 수 있는 경우를 예시적으로 나타내었다. 하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 대전부재(1910)는 가이드 부재(1930)에 고정되고 제2 대전부재(1920)가 상기 제2 방향(y축 방향)으로 움직일 수 있다. 또 다른 예로, 제1 및 제2 대전부재(1910, 1920) 모두가 상기 제2 방향(y축 방향)으로 움직일 수도 있다. 이 경우 가이드 부재(1930)는 제1 및 제2 대전부재(1910, 1920) 모두가 움직일 수 있도록 추가적인 가이드 홈을 포함할 수 있다.
또한, 도면에 표시하지는 않았지만 가이드 부재(1930)는 상기 제1 및 제2 대전부재(1910, 1920) 중 적어도 하나가 움직였을 때 상기 제1 및 제2 대전부재(1910, 1920) 중 적어도 하나의 위치를 복원시킬 수 있는 복원력 부재를 포함할 수 있다. 이러한 복원력 부재의 예에는 스프링, 러버(rubber) 등과 같은 탄성 물질이나 자석 등과 같은 자성 물질 등이 포함될 수 있다. 복원력 부재에 의하여 제1 대전부재(1910) 또는 제2 대전부재(1920)의 움직임 횟수가 증가될 수 있다. 즉, 가이드 부재(1930)가 복원력 부재를 포함하게 되면, 제1 대전부재(1910) 또는 제2 대전부재(1920)가 움직인 후 복원력 부재에 의해 움직였던 방향의 반대방향으로 다시 움직일 수 있다. 이에 따라, 제1 대전부재(1910) 또는 제2 대전부재(1920)의 움직임 횟수가 탄성부재에 의해 늘어날 수 있다. 그리고 움직임 횟수가 늘어남에 따라 에너지 하베스터의 전기에너지 생산량도 늘어날 수 있다.
도 20은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 사시도이다.
도 20을 참조하면, 에너지 하베스터는, 제1 방향(z축)으로 형성된 복수의 제1 돌기부(2010a)를 포함하는 제1 대전부재(2010)와, 상기 제1 돌기부들(2010a)사이에 배치되는 복수의 제2 돌기부(2020a)가 형성된 제2 대전부재(2020)를 포함할 수 있다. 또한 에너지 하베스터는, 제1 및 제2 대전부재(2010, 2020) 중 적어도 하나가 제1 및 제2 돌기부들(2010a, 2020a)이 형성된 방향(z축)에 수직한 방향(y축)으로 움직이는 것을 가이드하는 제1 가이드 부재(2030)를 포함할 수 있다. 또한 에너지 하베스터는, 제1 및 제2 대전부재(2010, 2020)중 적어도 하나가 상기 제1 방향(z축)으로 움직이는 것을 가이드하는 제2 가이드 부재(2040)를 더 포함할 수 있다. 이 때 제1 및 제2 대전부재(2010, 2020)에는 도 1내지 도 13을 참조하여 설명한 실시예가 모두 적용될 수 있다.
제2 가이드 부재(2040)는, 제1 가이드 부재(130)를 관통하는 적어도 하나의 가이드 샤프트를 포함할 수 있다. 따라서 상기 제1 가이드 부재(2030)가 상기 가이드 샤프트를 따라 움직임으로써 상기 제1 및 제2 대전부재(2010, 2020) 중 적어도 하나가 상기 제1 방향(z축)으로 움직일 수 있다. 도 20에서는 제1 가이드 부재(2030)가 제1 대전부재(2010)과 연결되어 있다. 따라서 제2 가이드 부재(2040)를 따라 제1 대전부재(2010)가 샤프트의 형성 방향으로 움직일 수 있다. 하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 제1 가이드 부재(2030)가 제2 대전부재(2020)와도 연결되게 되면 제2 대전부재(2020) 또한 제2 가이드 부재(2040)를 따라 샤프트의 형성 방향으로 움직일 수 있다. 도면에 도시하지는 않았지만 제2 가이드 부재(1200)는 상기 제1 및 제2 대전부재(2010, 2020) 중 적어도 하나가 움직였을 때 상기 제1 및 제2 대전부재(2010, 2020) 중 적어도 하나의 위치를 복원시키는 복원력을 가하는 복원력 부재를 포함할 수 있다. 이러한 복원력 부재의 예에는 스프링, 러버(rubber) 등과 같은 탄성 물질이나 자석 등과 같은 자성 물질 등이 포함될 수 있다. 그리고 복원력 부재는 제2 가이드 부재(2040)에 포함된 샤프트에 끼워질 수 있다. 상기 설명한 제1 및 제2 대전부재(2010, 2020)와 제1 및 제2 가이드부재(2030, 2040)도 도 14 및 도 18에서 설명한바와 같이 케이스에 의해 내장될 수 있다.
이상에서, 예시적인 실시예들에 따른 제1 및 제2 대전부재를 포함하는 에너지 하베스터에 관하여 설명하였다. 이상에서 설명은 제1 및 제2 대전부재가 각각 복수의 제1 및 제2 돌기부를 포함하였으나 실시예는 이에 제한되지 않는다.
도 21은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 21을 참조하면, 에너지 하베스터는, 제1 대전부재(2110)와, 일면에 복수의 돌기부(2120a)가 형성되며 제1 대전부재(2110)와 다른 물질을 포함하는 제1 대전물질층(2122) 및 상기 돌기부들 사이에 배치되며 상기 제1 대전부재(2110) 및 상기 제1 대전물질층(2122)과 다른 물질을 포함하는 제2 대전물질층(2124)을 포함하는 제2 대전부재(2120)를 포함할 수 있다.
제1 대전부재(2110)와, 제1 대전물질층(2122) 및 제2 대전물질층(2124)는 각각 서로 다른 대전율을 가진 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 대전부재(2110)가 도전성 물질을 포함하는 경우, 제1 및 제 2 대전물질층(2122, 2124)은 서로 다른 유전체를 포함할 수 있다. 또한 제1 대전부재(2110)가 유전체를 포함하는 경우, 제1 및 제2 대전물질층(2122, 2124)은 제1 대전부재(2110)와 다른 유전체를 포함할 수 있다. 제1 대전부재(2110)가 유전체를 포함할 경우에는 상기 제2 대전물질층(2124)은 유전체가 아닌 도전성 물질을 포함할 수도 있다. 제1 및 제2 대전부재(2110, 2120)가 서로 접촉하거나 사이 간격이 변할 때 제1 대전부재(2110)과 제1 및 제2 대전물질층(2122, 2124) 사이에 마찰대전에 전기에너지가 발생할 수 있다. 제1 대전부재(2110)와 제1 대전물질층(2122) 사이, 그리고 제1 대전부재(2110)와 제2 대전물질층(2124) 사이에 접촉 또는 거리변화에 의해 포텐셜 변화가 발생할 수 있다. 그리고 이로부터 전기에너지가 발생할 수 있다. 여기서 마찰대전은 제1 및 제2 대전부재(2110, 2120) 사이에 접촉이 일어나는 경우뿐 아니라 단순히 사이간격제2 대전부재(2110, 2120) 사이의 거리만 변하는 경우 또한 포함한다. 예를 들어, 제1 및 제2 대전물질층(2122, 2124) 중 어느 하나 이상이 강유전체 및 전기 활성 고분자 등과 같이 상시 대전된 물질을 포함하면, 제1 및 제2 대전부재(2110, 2120)가 서로 접촉하지 않고 그 사이 간격의 변화만 있더라도 전기에너지를 발생시킬 수 있다.
제1 대전부재(2110)과 제1 및 제2 대전물질층(2122, 2124)에 포함될 수 있는 유전체의 예로는 압전 물질(piezoelectric materials), 강유전 물질(ferroelectric materials), 전기 활성 고분자(EAP; electric active polymer) 및 초전성 물질(pyroelectric materials) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 제1 및 제2 유전체층은 Polyformaldehyde, Ethylcellulose, Polyamide, wool, silk, paper, cotton, steel, wood, PVA, silicon rubber, Teflon, PDMS(polydimethylsiloxane), Kapton, Polypropylene, Polyethylene, PVC, 플루오르 중합체(예를 들어 polyvinylfluoride; PVF), PVDF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), PCTFE (polychlorotrifluoroethylene), PFA (perfluoroalkoxy polymer), FEP (fluorinated ethylene-propylene), ETFE (polyethylenetetrafluoroethylene), PP(polypropylene), PET(polyethyleneterephthalate ), quartz. PZT(Lead zirconium titanate), ZnO, BTO(Barium tin oxide) 등이 있을 수 있다. 하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 제1 대전부재(2110) 및 제2 대전물질층(2124) 중 어느 하나에 포함될 수 있는 도전성 물질의 예로는 금속, 그라핀(graphene), CNTs(Carbon NanoTubes), ITO(Indium Tin Oxide), 도전성 폴리머 등을 포함할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것에 불과할 뿐 이에 한정되는 것은 아니다. 전술한 금속은 예를 들면, Al, Mg, Cu, Pb, Fe, Ni, Ag, Pt, Au 등을 포함할 수 있다. 그리고, 도전성 폴리머는 예를 들면, PCBM([6,6]- phenyl-C85 butyric acid methyl ester)등이 포함될 수 있다. 하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 및 제2 대전물질층(2122, 2124)은 제1 대전부재(2110)와 마찰대전이 일어났을 때 서로 다른 전하로 대전될 수 있다. 예를 들어, 제1 대전부재(2110)와 제2 대전부재(2120)가 서로 접촉하거나 사이 간격이 변화하였을 때, 제2 대전부재(2120)의 제1 대전물질층(2122)은 (+) 전하로 대전되고 제2 대전물질층(2124)은 (-)전하로 대전될 수 있다. 물론 반대의 경우도 가능하다. 이를 위해 제1 대전물질층(2122) 및 제2 대전물질층(2124) 중 어느 하나는 상대적으로 양(+)으로 대전되기 쉬운 물질을 포함하고 다른 하나는 상대적으로 음(-)으로 대전되기 쉬운 물질을 포함할 수 있다.
이때 양(+)으로 대전되기 쉬운 물질의 예에는, Polyformaldehyde, Etylcellulose, Polyamide, wool, silk, Al, paper, cotton, steel, wood, Ni, Cu, Ag 또는 PVA 등이 포함될 수 있다. 그리고, 음(-)으로 대전되기 쉬운 물질의 예에는, silicone rubber, Teflon, PDMS(polydimethylsiloxane), Kapton, PP(Polypropylene), PE(Polyethylene) 또는 PVC, 강유전체(ferroelectrics) 또는 일렉트릿(electrets) 등과 같은 압전 물질을 포함할 수도 있다. 여기서, 상기 일렉트릿은 예를 들면, flouropolymers, PVF(polyvinylfluoride), PVDF(polyvinylidene fluoride), PCTFE(polychlorotrifluoroethylene), PFA(perfluoroalkoxy polymer), FEP(fluorinated ethylene propylene), ETFE(polyethylenetetrafluoroethylene), PET(polyethylene terephthalate) 또는 quartz 등을 포함할 수 있다. 위의 물질들은 예시적인 것에 불과하며 이에 한정되지 않는다.
제2 대전부재(2120)의 제1 대전물질층(2122) 아래에는 제1 전극(2132) 및 제2 전극(2134)이 마련되어 있을 수 있다. 제1 전극(2132)과 제2 전극(2134)는 서로 전기적으로 단절되어 있을 수 있다. 그리고 도면에 도시된 바와 같이 제1 전극(2132)는 상기 돌기부들(2120a)의 배열방향으로 배열되며, 전기적으로 연결된 복수의 제1 서브전극(2132)을 포함할 수 있다. 또한 제2 전극(2134)는 상기 돌기부(2120a)들이 배열된 방향으로 배열되며, 서로 전기적으로 연결된 복수의 제2 서브전극(2134)를 포함할 수 있다. 이는 예시적인 것에 불과하며, 제1 전극(2132) 및 제2 전극(2134)는 각각 단일전극으로 구성될 수도 있다. 제2 대전부재(2120)위에서 제1 대전부재(2110)이 좌우로 움직이면 제2 대전부재(2120)의 제1 대전물질층(2122) 및 제2 대전물질층(2124)에서 마찰대전 효과가 일어날 수 있다. 이 때 제2 대전부재(2120)의 각 표면마다 제1 대전부재(2110)의 표면과 떨어진 거리가 달라지기 때문에 제1 전극(2132) 및 제2 전극(2134)에 서로 다른 전위가 유도될 수 있다. 에너지 하베스터는, 상기 제1 및 제2 전극(2132, 2134) 사이의 전위차를 이용해 전기에너지를 생산할 수 있다.
도 22는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 22의 실시예를 설명함에 있어서, 도 21과 중복되는 내용은 생략하기로 한다. 도 22를 참조하면, 도 21의 제1 대전부재(2110)가 복수의 제1 돌기부(2110a)를 포함할 수 있다. 이와 같이 제1 대전부재(2110)의 표면에 단차를 둠으로써 마찰대전 효과가 더 잘 일어나게 할 수 있다. 반면에, 제1 대전물질층(2122)의 돌기부들(2120a) 사이에는 제2 대전물질층(2124)이 삽입되어 있으므로 제2 대전부재(2120)의 표면 단차는 줄어들 수 있다. 이를 통해 제1 대전부재(2110)가 제2 대전부재(2120) 상에서 보다 자유롭게 움직일 수 있다.
도 23은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 23을 참조하면, 에너지 하베스터는, 제1 대전부재(2310) 및 상기 제 1 대전부재(2310)와 이격되어 제1 대전부재(2310)를 둘러싸도록 마련되는 것으로, 상기 제1 대전부재와는 다른 물질을 포함하는 제 2 대전부재(2320)를 포함할 수 있다. 이 때 제1 및 제2 대전부재(2310,2320)중 적어도 하나가 움직임으로써, 제1 대전부재(2310)의 외면(S1)과 상기 제2 대전부재의 내면(S2)이 서로 접촉하거나 상기 제1 대전부재(2310)의 외면(S1)과 상기 제2 대전부재(2320)의 내면(S2) 사이의 간격이 변화할 수 있다. 그리고 이로부터 마찰대전에 의한 전기에너지가 발생할 수 있다. 전술한 바와 같이 마찰대전은 제1 대전부재(2310)의 외면(S1)과 상기 제2 대전부재의 내면(S2)이 접촉하는 경우뿐만 아니라 단순히 사이 간격이 변하여 포텐셜 차이에 의해 전기에너지가 발생하는 경우도 포함한다.
도 23에서 제1 대전부재(2310)는 원판 형상 또는 구 형상을 가질 수 있다. 하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 제1 대전부재(2310)는 도전성 물질을 포함하는 제1 전극을 포함할 수 있다. 따라서 제1 전극은 전극 역할 뿐만 아니라 마찰대전을 발생시키는 역할도 동시에 수행할 수 있다. 제2 대전부재(2320)는 링 형상 또는 제1 대전부재(2310)를 둘러싸는 구 형상을 가질 수 있다. 제2 대전부재(2320)는 내면(S2)에 유전체층(2322)을 포함할 수 있다. 그리고 제2 대전부재(2320)는 상기 유전체층(2322) 바깥에 마련된 제2 전극(2324)를 포함할 수 있다.
상기 유전체층(2322)이 포함할 수 있는 물질의 예로는, 압전 물질(piezoelectric materials), 강유전 물질(ferroelectric materials), 전기 활성 고분자(EAP; electric active polymer) 및 초전성 물질(pyroelectric materials) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 제1 및 제2 유전체층은 Polyformaldehyde, Ethylcellulose, Polyamide, wool, silk, paper, cotton, steel, wood, PVA, silicon rubber, Teflon, PDMS(polydimethylsiloxane), Kapton, Polypropylene, Polyethylene, PVC, 플루오르 중합체(예를 들어 polyvinylfluoride; PVF), PVDF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), PCTFE (polychlorotrifluoroethylene), PFA (perfluoroalkoxy polymer), FEP (fluorinated ethylene-propylene), ETFE (polyethylenetetrafluoroethylene), PP(polypropylene), PET(polyethyleneterephthalate ), quartz. PZT(Lead zirconium titanate), ZnO, BTO(Barium tin oxide) 등이 있을 수 있다. 유전체(2322)는 표면처리, 강유전 나노입자 삽입,이종 폴리머 적층에 의해 물성을 제어하는 방법 중 적어도 하나의 방법에 의해 마련될 수 있다. 또한 제1 대전부재(2310)의 제1 전극이 포함할 수 있는 도전성 물질은 금속, 그라핀, CNT(Carbon NanoTube), ITO(Indium Tin Oxide) 및 전도성 폴리머 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속은 Al, Mg, Cu, Lead, Fe, Ni, Ag, Pt, Au 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 도전성 폴리머는 예를 들면, PCBM([6,6]- phenyl-C85 butyric acid methyl ester)등이 포함될 수 있다. 이러한 도전성 물질은 제2 대전부재(2320)의 전극(2324)에도 포함될 수 있다.
도 23에서 나타낸 에너지 하베스터는, 제1 대전부재(2310)의 외면(S1)과 상기 제2 대전부재(2320)의 내면(S2) 사이에 마련되어 상기 제1 대전부재(2310) 및 상기 제2 대전부재(2320) 중 적어도 하나에 복원력을 가하는 탄성 지지체(2330)를 더 포함할 수 있다. 탄성 지지체(2330)에 의해 제1 및 제2 대전부재(2310, 2320)은 서로 연결되어 있을 수 있다. 설치공간을 축소하기 위해서 도 16의 (b)와 같이 제1 대전부재(1410)의 외벽에 홈(1413)이 마련되고 마찬가지로 케이스(1430)의 내벽에 홈(1433)이 마련되어 있을 수 있다. 제1 대전부재(2310)는 탄성 지지체(2330)에 의해 지지를 받으며 제2 대전부재(2320)에 마련된 빈 공간 안에서 움직일 수 있다. 제1 대전부재(2310)가 제2 대전부재(2320)의 빈 공간에서 움직일 때 탄성 지지체(2330)가 제1 및 제2 대전부재(2310, 2320) 중 적어도 하나에 복원력을 가할 수 있다. 이러한 복원력에 의해 제1 또는 제2 대전부재(2310, 2320)의 진동횟수가 늘어날 수 있다. 그리고 이를 통해 전기에너지 생산량이 많아질 수 있다.
도 24는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 24의 실시예를 설명함에 있어서, 도 23에서와 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 24를 참조하면, 제1 대전부재(2410)는 외면(S1)에 유전체층(2412)을 포함하고 상기 외면(S1) 안쪽에는 유전체층(2412)과 접촉하는 제1 전극(2414)을 포함할 수 있다. 또한 제2 대전부재(2420)는 도전성 물질을 포함하는 제2 전극으로 구성될 수 있다. 여기서, 제2 전극의 도전성 물질은 마찰대전을 일으킴과 동시에 전극 역할을 수행할 수도 있다. 도 24의 제1 대전부재(2410)는 원판 또는 구 형상을 가질 수 있다. 또한 제2 대전부재(2420)는 링 형상 또는 상기 제1 대전부재(2410)를 둘러싸는 구 형상을 가질 수 있다. 이는 예시적인 것에 불과할 뿐 이에 제한되지 않는다. 그리고 도 24의 에너지 하베스터는, 제1 대전부재(2410)의 외면(S1)과 상기 제2 대전부재(2420)의 내면(S2) 사이에 마련되어 상기 제1 대전부재(2410) 및 상기 제2 대전부재(2420) 중 적어도 하나에 복원력을 가하는 탄성 지지체(2430)를 더 포함할 수 있다.
도 25는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 25의 실시예를 설명함에 있어서, 도 23 및 도 24에서와 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 25를 참조하면, 제1 대전부재(2510)는 외면(S1)에 제1 유전체층(2512)을 포함하고, 상기 외면(S1) 안쪽에는 제1 전극(2514)을 포함할 수 있다. 또한 제2 대전부재(2520)는 내면(S2)에 제2 유전체층(2522)를 포함하고, 상기 내면(S2) 바깥 쪽에는 제2 전극(2524)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 유전체층(2512, 2522)은 대전율이 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 그리고 도 25의 에너지 하베스터는, 제1 대전부재(2510)의 외면(S1)과 상기 제2 대전부재(2520)의 내면(S2) 사이에 마련되어 상기 제1 대전부재(2510) 및 상기 제2 대전부재(2520) 중 적어도 하나에 복원력을 가하는 탄성 지지체(2530)를 더 포함할 수 있다.
도 26은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 26을 참조하면, 도 23에서와 마찬가지로 에너지 하베스터는, 제1 대전부재(2610), 제2 대전부재(2620) 및 제1 대전부재(2610)의 외면(S1)과 제2 대전부재(2620)의 내면(S2) 사이에 마련된 제1 탄성 지지체(2630)을 포함할 수 있다. 도 26에서는 제1 대전부재(2610)가 도전성 물질을 포함하는 제1 전극으로 구성되고, 제2 대전부재(2620)는 내면(S2)에 유전체층(2622) 및 내면(S2) 바깥에 제2 전극(2644)를 포함하는 경우를 나타냈다. 하지만 도 26에서 제1 및 제2 대전부재(2610, 2620)는 도 24 및 도 25에서 나타낸 실시예가 적용될 수도 있다. 제2 대전부재(2620)의 외면(S3)에는 제2 대전부재(2620)에 복원력을 가하는 제2 탄성 지지체(2640)이 마련되어 있을 수 있다. 제2 탄성 지지체(2640)는 제2 대전부재(2620)와 다른 지지부(2642) 사이에 마련되어 있을 수 있다. 여기서 다른 지지부(2642)는 제2 대전부재(2620)를 감싸는 케이스에 포함되어 있을 수 있다. 제2 탄성 지지체(2640)는 제2 대전부재(2620)가 움직일 때 제2 대전부재(2620)에 복원력을 가해 제1 및 제2 대전부재(2610, 2620) 사이에 진동운동 횟수를 증가시킬 수 있다.
도 27은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 단면도이다.
도 27을 참조하면, 도 26과 마찬가지로 에너지 하베스터는, 제1 대전부재(2710), 제2 대전부재(2720) 및 제1 대전부재(2710)의 외면(S1)과 제2 대전부재(2710)의 내면(S2) 사이에 마련된 제1 탄성 지지체(2730) 및 제2 대전부재(2720)의 외면(S3)에 마련된 제2 탄성 지지체(2740)를 포함할 수 있다. 도 26에서와 달리 제1 및 제2 탄성지지체(2730, 2740)는 휘어진 곡선 형상을 가질 수 있다. 이 때 제1 및 제2 탄성지지체(2730, 2740)의 곡선형상은 제1 대전부재(2710)의 외면(S1) 또는 제2 대전부재(2720)의 내면(S2)의 곡면과 대응될 수 있다.
도 28은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터의 사시도이다. 도 28을 참조하면, 에너지 하베스터는 제1 전극을 포함하는 제1 대전부재(2810), 상기 제1 대전부재(2810)과 마주보도록 마련되는 것으로, 제2 전극(2824) 및 상기 제2 전극(2824) 상에 방사상으로 배열되는 복수의 유전체층(2822)을 포함하는 제2 대전부재(2820)을 포함할 수 있다. 에너지 하베스터는 제1 대전부재(2810)와 상기 제2 대전부재(2820) 사이의 상대적인 회전 운동에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 제1 대전부재(2810)와 상기 제2 대전부재(2820) 사이의 상대적인 회전 운동에 의해 제1 대전부재(2810)과 제2 대전부재(2820 복수의 유전체층(2822) 각각 사이의 거리가 변할 수 있다. 그리고 이에 따라 복수의 유전체층(2822) 각각과 제1 대전부재(2810) 사이의 전위차가 발생하여 전기에너지가 발생할 수 있다.
도 28에서 도시된 바와 같이 제1 전극을 포함하는 제1 대전부재(2810)은 복수의 유전체층들(2822) 가운데 일부와는 이격되기 위해 제2 대전부재(2820)보다 작은 면적을 가질 수 있다. 또한 제1 대전부재(2810)는 원판 형상을 가지고 제2 대전부재(2820)은 반원판 형상을 가질 수 있다. 상기 반원판 형상은 판의 모양이 반드시 엄격한 의미의 반원이 되어야 함을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어 제2 대저눕재(2820)는 임의의 중심각을 가지는 원의 호 모양을 가지는 판 형상일 수도 있다. 제1 및 제2 대전부재(2810, 2820)은 서로 상대적인 회전운동이 가능하도록 연결되어 있을 수 있다. 예를 들어 도면에 도시하지는 않았지만 제1 대전부재(2810) 및 제2 대전부재(2820)은 회전축이 지나는 지점(30)에 형성된 힌지부를 통해 연결되어 있을 수 있다. 이는 예시적인 것에 불과할 뿐 이에 제한되지 않는다.
제1 대전부재(2810)는 전도성 물질을 포함할 수 있다. 따라서 제1 대전부재(2810)은 전극의 역할을 동시에 수행할 수도 있다. 이러한 전도성 물질에는 금속, 그라핀, CNT(Carbon NanoTube), ITO(Indium Tin Oxide) 및 전도성 폴리머 중 적어도 하나가 포함될 수 있다. 그리고 상기 금속은 Al, Mg, Cu, Lead, Fe, Ni, Ag, Pt, Au 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 전술한 복수의 유전체층들(2722)은 압전 물질(piezoelectric materials), 강유전 물질 (ferroelectric materials), 전기 활성 고분자(EAP; electric active polymer), 초전성 물질(pyroelectric materials) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 위의 물질들은 예시적인 것들에 불과하며 이에 제한되지 않는다.
에너지 하베스터는, 제1 및 제2 대전부재(2810, 2820)의 회전축에 마련된 탄성체를 더 포함할 수 있다. 도 29은 상기 탄성체의 예시적인 실시예를 나타낸 도면이다. 도 29의 탄성체는 제1 및 제2 대전부재(2810, 2820)의 회전축에 마련되어 제1 대전부재(2810) 또는 제2 대전부재(2820)가 회전운동할 때 모양이 변할 수 있다. 예를 들어 탄성체는 말리거나 풀리면서 복원력을 발생시킬 수 있다. 제1 대전부재(2810) 또는 제2 대전부재(2820)가 회전운동하게 되면 탄성체가 말리거나 풀리면서 제1 및 제2 대전부재(2810, 2820) 중 적어도 하나에 복원력을 가할 수 있다. 이를 통해 제1 및 제2 대전부재(2810, 2820) 사이의 회전운동 횟수가 늘어날 수 있다.
이상에서 도 1내지 도 29를 참조하여, 예시적인 실시예들에 따른 에너지 하베스터에 관하여 설명하였다. 이상의 설명에서는 에너지 하베스터가 두 개 내지 세 개의 대전부재를 포함하는 예를 설명하였으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 필요에 따라서 제4, 제5 대전부재 등이 추가로 적층되어 이들 사이의 운동에 의해서도 전기에너지가 발생될 수 있다. 또한 제1 및 제2 대전부재에는 계면의 work function을 변화시키기 위해 복수의 폴리머 물질층이 추가되거나 표면처리가 이루어질 수 있다. 복수의 폴리머 물질층에는 CF, C2F2, C2F4 등을 포함하는 플루오르 카본 계열 물질들이 포함될 수 있다. 또한 표면처리의 구체적인 예로는 플라즈마 표면처리, Self-assembly monolayer 표면처리, 코팅, 임플란트, composite, 적층 등이 있을 수 있다. 전술한 실시예들에 따른 에너지 하베스터는 추가적으로 압전, 열전, 전자기진동 발전 소자 또는 태양전지 등과 함께 결합하여 하이브리드 발전소자를 형성할 수도 있다.
도 1 내지 도 29에서 나타낸 에너지 하베스터는 모바일 기기나 웨어러블 장치에 내장되어 전력 공급원으로 사용될 수도 있다. 도 30은 예시적인 실시예들에 따른 에너지 하베스터를 포함하는 스마트 워치(3000)를 나타낸 도면이다.
도 30을 참조하면, 스마트 워치(3000)는 도 1 내지 도 29를 참조하여 설명한 에너지 하베스터(3010)를 포함하고 있을 수 있다. 도 30에서는 도 17에서 나타낸 에너지 하베스터의 외형을 예시적으로 나타냈지만 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 스마트 워치(3000)는 도 1 내지 도 29를 참조하여 설명한 다른 예시적인 실시예에 따른 에너지 하베스터를 포함하고 있을 수도 있다. 에너지 하베스터(3010)는 스마트 워치(3000)의 버클(3012)에 내장되어 있을 수 있다. 이는 예시적인 것에 불과할 뿐 내장 위치는 바뀔 수 있다. 예를 들어 스마트 워치(3000)의 본체(3014)에 에너지 하베스터(3010)가 내장되어 있을 수 있다. 에너지 하베스터(3010)가 스마트 워치(3000)에 내장되면, 팔의 흔드는 동작에 의한 관성력에 의해 제1 및 제2 대전부재 사이의 상대적인 움직임이 발생할 수 있다. 그리고 이로 인해 상시적으로 전기에너지 충전이 가능하게 된다.
에너지 하베스터(3010)에서 발생되는 전기에너지는 스마트 워치(3000)의 다른 소자에 전달될 수 있다. 다른 소자의 예로는 충전 배터리, 센서, 디스플레이 등이 있을 수 있으며 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 에너지 하베스터(3010)에는 케이블 구멍(3011)이 마련되어 있어 여기에 연결된 wire를 통해 전기에너지가 스마트 워치(3000)의 다른 소자들에게 전달될 수 있다. 효율적인 에너지 전달을 위해 스마트 워치는 전기에너지를 전송하는 전송회로를 포함할 수 있다.
도 31은 스마트 워치(3000)에 포함될 수 있는 전송회로(3020)의 예를 나타낸 도면이다. 도 31을 참조하면, 전송회로(3020)는 교류형태의 전기적 신호를 직류로 전환하는 컨버터(converter; 3022)를 포함할 수 있다. 그리고 전송회로(3020)는, 에너지 하베스터(3010)으로부터 전력소모 소자(3030)에 전달되는 전력의 전달률이 최대가 되도록 상기 전송회로(3020)의 임피던스를 조절하는 제어유닛(3024)를 포함할 수 있다. 제어유닛(3024)는 가변저항 등을 포함하여 전송회로(3020)의 임피던스를 조절할 수 있다. 그리하여 전송회로(3020)를 거쳐 전력소모 소자(3030)에 전달되는 전기에너지 전달률이 최대가 되도록 전송회로(3020)의 임피던스를 매칭할 수 있다. 전송회로(3020)는 상기 컨버터(3022)에서 변환된 직류 전압의 크기가 너무 큰 경우 그 크기를 낮추어주는 스텝 다운 컨버터(step down converter; 3026)를 포함할 수 있다. 스텝 다운 컨버터(3026)은 과도한 전기신호 발생을 억제하여 다른 소자들을 보호하는 역할을 할 수 있다.
이상에서 웨어러블 기기의 예로 스마트 워치(3000)를 예시적으로 설명하였으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 에너지 하베스터는 휴대폰, 라디오, 바이오 센서, 위치센서, 체온 센서, 혈압 센서 등에 포함되어 전력공급 수단으로 사용될 수도 있다. 에너지 하베스터는, 팔이나 다리와 같이 인체에서 항상 움직이는 부위에 착용되는 모바일 기기에 내장되어 상기 팔이나 다리의 움직임에 따른 운동에너지를 전기에너지로 전환할 수 있다. 이 밖에도 에너지 하베스터는 기계장치에 장착되어 기계장치의 진동을 전기에너지로 전환할 수 있다 또한 에너지 하베스터는 바람, 압력, 소리 유체의 흐름 등에 의해 발생하는 진동을 이용해 전기적 에너지를 발생시킬 수도 있다.
이상에서 예시적인 실시예들을 통하여 기술적 내용을 설명하였으나, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
110, 120 : 제1 및 제2 대전부재
110a, 120a : 제1 및 제2 돌기부
122 : 마찰대전 유전체
124 : 전극
110b, 122b : 미세돌기부
3000 : 스마트 워치
3020 : 전송회로

Claims (37)

  1. 복수의 제1 돌기부를 포함하는 제1 대전부재; 및
    상기 제1 돌기부들 사이에 배치되며상기 제1 돌기부와 다른 물질을 포함하는 복수의 제2 돌기부를 포함하는 제2 대전부재;를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 대전부재 중 적어도 하나는 상기 제1 돌기부들의 측면과 상기 제2 돌기부들의 측면 사이의 간격이 변화하도록 움직이게 마련되며,
    상기 제1 및 제2 대전부재 중 적어도 하나가 움직임으로써 상기 제1 돌기부들의 측면과 상기 제2 돌기부들의 측면이 서로 접촉, 마찰하거나 상기 제1 돌기부들의 측면과 상기 제2 돌기부들의 측면 사이의 간격이 변화하여 전기에너지를 발생시키는 에너지 하베스터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 돌기부들은 제1 방향으로 형성되고, 상기 제1 및 제2 대전부재 중 적어도 하나는 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 움직이도록 마련되는 에너지 하베스터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 대전부재는 상기 제1 돌기부들을 포함하는 제1 전극을 포함하는 에너지 하베스터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 대전부재는 상기 제1 돌기부들에 대응하는 형상의 복수의 제1 포스트(post)를 포함하는 제1 플라스틱 구조체와, 상기 제1 플라스틱 구조체의 표면에 마련되는 제1 전극을 포함하는 에너지 하베스터.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 대전부재는 상기 제2 돌기부들에 대응하는 형상의 복수의 제2 포스트를 포함하는 제2 전극과, 상기 제2 포스트들의 표면에 마련되는 마찰대전 유전체층을 포함하는 에너지 하베스터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유전체층은 압전 물질(piezoelectric materials), 강유전 물질(ferroelectric materials), 전기 활성 고분자(EAP; electric active polymer) 및 초전성 물질(pyroelectric materials) 중 적어도 하나를 포함하는 에너지 하베스터.
  7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 대전부재는 제2 전극과, 상기 제2 전극에 마련되며 상기 제2 돌기부들을 포함하는 유전체층을 포함하는 에너지 하베스터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제1 및 제2 돌기부들의 배열방향과 나란하게 배치되며 서로 전기적으로 연결된 복수의 제1 서브전극과, 상기 제1 서브전극들 사이에 배치되며 서로 전기적으로 연결된 복수의 제2 서브전극을 포함하는 에너지 하베스터.
  9. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 대전부재는 상기 제2 돌기부들에 대응하는 형상의 복수의 제2 포스트를 포함하는 제2 플라스틱 구조체와, 상기 제2 플라스틱 구조체에 마련되는 제2 전극과, 상기 제2 전극에 마련되는 유전체층을 포함하는 에너지 하베스터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 대전 부재는 서로 다른 마찰대전 물질을 포함하는 에너지 하베스터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 대전 부재는 제1 전극과, 상기 제1 전극에 마련되는 제1 유전체층을 포함하는 에너지 하베스터.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 대전 부재는 제2 전극과, 상기 제2 전극에 마련되는 제2 유전체층을 포함하는 에너지 하베스터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제1 및 제2 돌기부들의 배열방향과 나란하게 배치되며 서로 전기적으로 연결된 복수의 제1 서브전극과, 상기 제1 서브전극들 사이에 배치되며 서로 전기적으로 연결된 복수의 제2 서브전극을 포함하는 에너지 하베스터.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 돌기부들은 복수의 라인들이 서로 나란하게 형성된 스트라이프 형상을 가지는 에너지 하베스터.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 돌기부들 중 적어도 하나는 표면적이 증가하도록 표면처리가 되어있는 에너지 하베스터.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 대전부재를 내장하는 제1 케이스를 더 포함하는 에너지 하베스터.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 케이스의 내측에 마련되는 것으로, 상기 제1 및 제2 대전부재 중 적어도 하나가 움직였을 때 상기 제1 및 제2 대전부재 중 적어도 하나의 위치를 복원시키는 제1 탄성 지지체를 더 포함하는 에너지 하베스터.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 케이스의 내벽에 마련되는 것으로, 상기 제 1 및 제 2 대전부재 중 적어도 하나와 서로 접촉하거나 그 사이의 간격이 변화함으로써 전기 에너지를 발생시키는 제3 대전부재를 더 포함하는 에너지 하베스터.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 케이스를 내장하는 제 2 케이스; 및
    상기 제 2 케이스의 내측에 마련된느 것으로, 상기 제 1 케이스가 상기 제 2 케이스의 내부에서 움직였을 때 상기 제 1 케이스의 위치를 복원시키는 제 2 탄성체;를 더 포함하는 에너지 하베스터.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 대전부재중 적어도 하나가 제 1 방향으로 움직이는 것을 가이드 하는 제 1 가이드 부재를 더 포함하는 에너지 하베스터.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 대전부재 중 적어도 하나가 상기 제 1 방향과 수직인 제2 방향으로 움직이는 것을 가이드 하는 제 2 가이드 부재를 더 포함하는 에너지 하베스터.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 대전부재와 상기 제 1 및 제 2 가이드 부재를 내장하는 케이스; 및,
    상기 케이스의 내벽에 마련되는 것으로, 상기 제 1 및 제 2 대전부재 중 적어도 하나와 서로 접촉하거나 간격이 변화함으로써 전기 에너지를 발생시키는 제 3 대전부재;를 더 포함하는 에너지 하베스터.
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  36. 제 1 항에 기재된 에너지 하베스터; 및
    상기 에너지 하베스터로부터 발생되는 전기에너지를 상기 에너지 하베스터의 외부로 전송하는 전송회로;를 포함하는 스마트 워치.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 전송회로는, 교류신호를 직류로 전환하는 컨버터(converter), 상기 전송회로를 통해 전달되는 전력전송률이 최대가 되도록 상기 전송회로의 임피던스를 조절하는 제어유닛 및 상기 컨버터에서 전환된 직류 전압의 크기를 조절하는 스텝 다운 컨버터(step down converter)를 포함하는 스마트 워치.
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