KR102096327B1 - 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기 - Google Patents

일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기 Download PDF

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    • H02N1/04—Friction generators

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Abstract

본 발명은 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양전하를 띄는 도전성 재료로 구성되고, 외부와 전기적으로 연결되도록 다공의 판상 형상의 제 1 전극구조체, 상기 제 1 전극구조체의 하단에 판상 형상으로 배치되고, 음전하를 띄는 도전성 재료로 구성되어 상기 제 1 전극구조체와 마찰대전 방식으로 접촉되어 전기를 발생시키는 음전하레이어 및 상기 음전하레이어의 하단에 다공의 판상 형상으로 배치되고, 상기 음전하레이어에 의해 음전하를 띄며 외부와 전기적을 연결되도록 구비된 제 2 전극구조체를 포함한다.

Description

일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기{TRIBOELECTRIFICATION GENERATOR EQUIPPED WITH INTEGRAL ELECTRODE STRUCTURE}
본 발명은 마찰대전 발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전극구조체를 일체형으로 구성하고, 다공의 탄성있는 소재로 형성하여 전극구조체 간의 접촉간격 없이도 전기를 생산할 수 있는 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기에 관한 것이다.
석탄 및 석유 등 화석 에너지를 이용할 수 있게 된 이후, 기술의 개발에 의해 에너지 수요가 급증하게 되면서, 화석 에너지의 고갈에 대한 염려가 증가하고 있다. 더군다나 에너지 자립도가 낮은 나라들은 대부분의 화석 에너지를 수입에 의존하고 있어, 국가의 경제 발전에 저해요소로 작용하고 있다.
이에 따라서, 빛, 열, 진동 등의 주변 환경에서 버려지는 에너지를 수확하여 전기 에너지로 생산 및 이용하는 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 기술에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 에너지 하베스팅 기술은 온도, 빛, 전자기장, 마찰 등 다양한 형태로 소모되고 있는 에너지를 전기 에너지로 변환하는 방식으로 연구되고 있다.
이 중, 기계적인 운동에서 버려지는 에너지를 마찰 대전 기반의 에너지 수확 원리를 이용하여 전기 에너지로 수확하는 기술 역시 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
마찰 대전 기술은 접촉에 의해 양전하 또는 음전하로 대전되는 물질들을 서로 마찰시킴으로써 변화되는 출력 값을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 방식으로 연구되어 왔다.
하지만, 이러한 마찰 대전 기술은 전기를 생성하기 위해 양전하 또는 음전하로 대전되는 물질의 접촉을 위한 간격이 필요하고, 또한, 양전하 또는 음전하로 대전되는 물질의 소재가 딱딱한 재질로 이루어짐에 따라 유연성이 부족하여 적용가능한 분야가 제한되는 등의 문제가 발생되었다.
공개특허공보 제 10- 2017-0126522호(2017.11.17.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제 1 전극구조체가 음전하레이어와 직접 대면되도록 구성하여 전기를 생산하기 위한 접촉간격없이 배치되고, 제 1 전극구조체 및 제 2 전극구조체가 유연성 및 탄성있는 소재로 구성되어 다양한 분야에 적용가능한 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기는 양전하를 띄는 도전성 재료로 구성되고, 외부와 전기적으로 연결되도록 다공의 판상 형상의 제 1 전극구조체, 상기 제 1 전극구조체의 하단에 판상 형상으로 배치되고, 음전하를 띄는 도전성 재료로 구성되어 상기 제 1 전극구조체와 마찰대전 방식으로 접촉되어 전기를 발생시키는 음전하레이어 및 상기 음전하레이어의 하단에 다공의 판상 형상으로 배치되고, 상기 음전하레이어에 의해 음전하를 띄며 외부와 전기적을 연결되도록 구비된 제 2 전극구조체를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 1 전극구조체 및 상기 제 2 전극구조체는 다공성구조로 형성되고, 가압에 의해 상기 다공성 구조가 압축되면 상기 음전하레이어와의 접촉면이 증가되어 전류가 발생되는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 1 전극구조체 및 상기 제 2 전극구조체는 외력에 의한 가압시 압축되거나 가압해제시 형상복원되도록 탄성이 있는 소재인 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산, 실리콘러버, 에코플렉스, 테프론 중 적어도 하나 이상의 소재를 이용하여 다공성 구조로 형성된 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 1 전극구조체 및 상기 제 2 전극구조체는 도전성을 갖도록 도전성 파우더와 혼합되거나 외부에 코팅된 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 도전성 파우더는 탄소나노튜브, 은나노와이어, 알루미늄, 구리, 금 중 적어도 하나 이상의 소재로 구성된 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 양전하를 띄는 도전성 재료는 나일론, 쿼츠, 실크, 코튼, 알루미늄 중 어느 하나로 구성되고, 탄성이 있는 소재 및 도전성 파우더와 함께 혼합되는 것을 특징으로 하는 일체형 전극구조체가 구비된 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 음전하를 띄는 도전성 재료는 테프론, 실리콘러버, 에코플렉스, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프타레이트 중 어느 하나로 구성되고, 탄성이 있는 소재 및 도전성 파우더와 함께 혼합되는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 1 전극구조체 및 상기 제 2 전극구조체는 외부로 연결되어 전기를 공급하도록 각각 인출선이 연결된 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 1 전극구조체, 상기 음전하레이어 및 상기 제 2 전극구조체의 접촉면은 굴곡진 형상으로 요철부가 형성되고, 상기 요철부는 접촉면적을 증가시켜 발생되는 전기의 생산량을 향상시키도록 형성된 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기가 외력을 감지하는 센서에 적용되는 마찰대전발전기가 적용된 센서일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기는 외력에 의해 발생된 전기를 통해 신체에 장착된 장치를 구동하는 웨어러블장치용 마찰대전 발전기일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제 1 전극구조체가 음전하레이어와 직접 대면되도록 구성하여 전기를 생산하기 위한 접촉간격없이 배치되고, 제 1 전극구조체 및 제 2 전극구조체가 유연성 및 탄성있는 소재로 구성되어 다양한 분야에 적용가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기의 단면도 및 부분확대도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기의 촬상도이다.
도3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기의 단면도이다.
도4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기의 단면도이다.
도5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 제 1 전극구조체 및 제 2 전극구조체의 제조단계를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기의 단면도 및 부분확대도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기의 촬상도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기(100)는 양전하를 띄는 도전성 재료로 구성되고, 외부와 전기적으로 연결되도록 다공의 판상 형상의 제 1 전극구조체(110), 상기 제 1 전극구조체(110)의 하단에 판상 형상으로 배치되고, 음전하를 띄는 도전성 재료로 구성되어 상기 제 1 전극구조체(110)와 마찰대전 방식으로 접촉되어 전기를 발생시키는 음전하레이어(120) 및 상기 음전하레이어(120)의 하단에 다공의 판상 형상으로 배치되고, 상기 음전하레이어(120)에 의해 음전하를 띄며 외부와 전기적을 연결되도록 구비된 제 2 전극구조체(130)를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기(100)는 양전하를 띄는 도전성재료로 구성된 판상형상의 제 1 전극구조체(110)를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 제 1 전극구조체(110)는 판상형상으로 형성되고, 양전하를 띄는 도전성 재료로 구성되어 전기를 생산하도록 구비된다.
또한, 제 1 전극구조체(110)의 하단에 판상 형상으로 배치되고, 음전하를 띄는 도전성 재료로 구성되어 상기 제 1 전극구조체(110)와 마찰대전 방식으로 접촉되어 전기를 발생시키는 음전하레이어(120)가 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 음전하레이어(120)는 상기 제 1 전극구조체(110)의 하단에 구비되고, 음전하를 띄는 도전성 재료로 구성되어 양전하를 띄는 상기 제 1 전극구조체(110)와 마찰대전방식으로 접촉되어 전기를 생산한다.
따라서, 상기 음전하레이어(120)는 음전하를 띄는 도전성 재료로 판상형상으로 형성되고, 상기 제 1 전극구조체(110)와 외력(P)에 의해 마찰됨으로써 전기를 생산하게 된다.
또한, 음전하레이어(120)의 하단에 다공의 판상 형상으로 배치되고, 상기 음전하레이어(120)에 의해 음전하를 띄며 외부와 전기적을 연결되도록 구비된 제 2 전극구조체(130)가 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 제 2 전극구조체(130)는 판상형상으로 형성되어 상기 음전하레이어(120)의 하단에 배치되고, 상기 음전하레이어(120)에 의해서 음전하를 띄도록 구비된다.
즉, 상기 제 1 전극구조체(110)와 상기 음전하레이어(120)가 마찰대전에 의해서 전기가 발생되고, 이에 따라 상기 제 1 전극구조체(110)와 상기 제 2 전극구조체(130)는 외부와 전기적으로 연결되어 전기를 전달할 수 있다.
따라서, 상기 제 1 전극구조체(110) 및 상기 제 2 전극구조체(130)는 외부로부터의 진동에너지와 같이 외력에 의해서 접촉됨으로 인해 마찰이 발생되고 이러한 마찰대전 효과에 의해서 단순한 구조로 에너지를 수집할 수 있으며, 상기 제 1 전극구조체(110) 및 상기 제 2 전극구조체(130)는 각각 외부로 연결된 인출선이 결합되어 있으므로, 상기 인출선을 통해 발생된 전기를 외부로 전달하거나 저장할 수 있다.
또한, 제 1 전극구조체(110) 및 상기 제 2 전극구조체(130)는 다공성구조로 형성되고, 가압에 의해 상기 다공성 구조가 압축되면 상기 음전하레이어(120)와의 접촉면이 증가되어 전류가 발생될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제 1 전극구조체(110) 및 상기 제 2 전극구조체(130)는 다공성구조로 형성되고, 외력에 의해서 가압되면 상기 다공성 구조가 압축되어 상기 제 1 전극구조체(110)와 상기 음전하레이어(120) 및 상기 음전하레이어(120)와 제 2 전극구조체(130)가 접촉되는 면적이 증가하게 되므로 마찰에 의해서 전기가 생산될 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극구조체(110) 및 상기 제 2 전극구조체(130)는 외력에 의한 가압시 압축되거나 가압해제시 형상복원되도록 탄성이 있는 소재인 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산, 실리콘러버, 에코플렉스, 테프론 중 적어도 하나 이상의 소재를 이용하여 다공성 구조로 형성될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제 1 전극구조체(110) 및 상기 제 2 전극구조체(130)는 외력에 의해서 가압시 압축되고, 가압해제시 형상복원되는 구조로, 반복적으로 압축 또는 형상복원되어 전기가 생산되도록 탄성이 있는 소재로 구성되고, 상기 탄성이 있는 소재는 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산, 실리콘러버, 에코플렉스, 테프론 등의 소재가 사용될 수 있다.
그리고, 상기 제 1 전극구조체(110) 및 상기 제 2 전극구조체(130)는 가압시 접촉면적을 증가시키고, 가압해제시 접촉면적을 감소시키도록 다공이 형성된 구조로 형성될 수 있고, 바람직하게는 스폰지형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극구조체(110) 및 상기 제 2 전극구조체(130)는 도전성을 갖도록 도전성 파우더와 혼합되거나 외부에 코팅된 것일 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제 1 전극구조체(110)는 상기 음전하레이어(120)와 접촉되어 전기를 생산하도록 도전성 파우더와 혼합되고, 상기 제 2 전극구조체(130)는 상기 음전하레이어(120)에 의해 음전하를 띄도록 도전성 파우더와 혼합되어 제조되거나 외부에 상기 도전성 파우더가 코팅될 수 있다.
상기 도전성 파우더는 탄소나노튜브, 은나노와이어, 알루미늄, 구리, 금 중 적어도 하나 이상의 소재로 구성될 수 있고, 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산, 실리콘러버, 에코플렉스, 테프론 소재와 도전성 파우더로 탄소나노튜브, 은나노와이어, 알루미늄, 구리, 금 중 적어도 하나 이상의 소재가 추가되어 상기 제 1 전극구조체(110) 및 상기 제 2 전극구조체(130)를 제조할 수 있다.
또한, 제 1 전극구조체(110)는 양전하를 띄는 나일론, 쿼츠, 실크, 코튼, 알루미늄중 어느 하나가 혼합되어 구성될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제 1 전극구조체(110)는 다공이 형성된 스폰지 형상으로 탄성이 있는 소재인 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산, 실리콘러버, 에코플렉스, 테프론 중 적어도 하나 이상의 소재를 이용하여 형성되고 양전하를 띄도록 나일론, 쿼츠, 실크, 코튼, 알루미늄중 어느 하나가 함께 혼합되어 구성될 수 있다.
따라서, 상기 제 1 전극구조체(110)는 양전하를 띄는 소재와 함께 혼합되어 양전하를 띄게 된다. 이때, 도전성 파우더인 탄소나노튜브, 은나노와이어, 알루미늄, 구리, 금 중 적어도 하나 이상의 소재가 함께 혼합되어 구성되어 제 1 전극구조체(110)의 도전성을 향상시키게 된다.
또한, 제 2 전극구조체(130)는 음전하를 띄는 나일론, 쿼츠, 실크, 코튼, 알루미늄 중 어느 하나가 혼합되어 구성될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 제 2 전극구조체(130)는 다공이 형성된 스폰지 형상으로 탄성이 있는 소재인 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산, 실리콘러버, 에코플렉스, 테프론 중 적어도 하나 이상의 소재를 이용하여 형성되고 도전성 파우더인 탄소나노튜브, 은나노와이어, 알루미늄, 구리, 금 중 적어도 하나 이상의 소재가 함께 혼합되어 구성되어 제 2 전극구조체(130)의 도전성을 향상시키게 된다.
이때, 상기 제 2 전극구조체(130)는 음전하를 띄도록 음전하를 띄는 도전성 재료인 테프론, 실리콘러버, 에코플렉스, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프타레이트 중 어느 하나가 함께 혼합되어 구성될 수 있다.
따라서, 상기 제 2 전극구조체(130)는 상기 음전하레이어(120)에 의해 음전하를 띌 수 있고, 상기 음전하를 띄는 도전성 재료가 함께 혼합되어 음전하를 띌 수 있다.
또한, 제 1 전극구조체(110), 상기 음전하레이어(120) 및 상기 제 2 전극구조체(130)의 접촉면은 굴곡진 형상으로 요철부(121)가 형성될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 음전하레이어(120)는 굴곡진 형상으로 형성된 요철부(121)가 구비되고, 상기 음전하레이어(120)와 대면하는 상기 제 1 전극구조체(110)의 하면 및 상기 제 2 전극구조체(130)의 상면은 요철부(121)와 대응되도록 굴곡진 형상으로 형성될 수 있다.
따라서, 상기 제 1 전극구조체(110), 상기 음전하레이어(120) 및 상기 제 2 전극구조체(130)에 형성된 굴곡진 형상으로 인해 접촉면적이 증가하게 되고 이에 따라 발생되는 전기의 생산량이 증가된다.
도3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 제 1 전극구조체(210)와 음전하레이어(220)의 사이에는 다공레이어부(230)가 구비될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 다공레이어부(230)는 비전도성 소재로 구성되어 상기 제 1 전극구조체(210)와 음전하레이어(220)의 사이에 배치되고, 가압에 의해 압축되어 상기 제 1 전극구조체(210)와 음전하레이어(220)가 접촉되어 전기가 발생된다.
즉, 상기 다공레이어부(230)는 다공이 형성된 스폰지형상으로 형성되고, 탄성이 있는 소재인 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산, 실리콘러버, 에코플렉스, 테프론 중 적어도 하나 이상의 소재를 이용하여 형성되므로, 가압시 압축되거나 가압해제시 형상복원될 수 있다.
따라서, 외력에 의해 가압시 상기 다공레이어부(230)가 압축되어 상기 제 1 전극구조체(210)와 음전하레이어(220)가 접촉되며 전기가 발생되고, 가압해제시 상기 다공레이어부(230)는 본래의 형상으로 복원되어 상기 제 1 전극구조체(210)와 음전하레이어(220)의 거리가 이격되어 전기발생이 중단된다.
또한, 본 발명에 따른 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기는 외력을 감지하는 센서에 적용되는 마찰대전 발전기가 적용된 센서일 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 마찰대전 발전기가 적용된 센서는 외력에 따라 전기를 발생시키는 마찰대전 발전기를 적용하여 외력의 작용시 발생되는 전기를 신호로 변환하여 전달함으로써 센서로 활용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기는 외력에 의해 발생된 전기를 통해 신체에 장착된 장치를 구동하는 웨어러블 장치용 마찰대전 발전기일 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기는 외력에 따라 전기를 발생시키고, 이를 통해 신체에 장착된 웨어러블 장치에 전력을 공급할 수 있다.
따라서, 간단한 구조만으로 웨어러블 장치를 구동시키는 웨어러블 장치용 마찰대전 발전기로 활용가능하다.
도4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기(300)는 제 1 전극구조체(310) 및 상기 제 1 전극구조체(310)의 하단에 구비된 음전하레이어(321)에 의해 감싸진 제 2 전극구조체(320)로 구성된다.
보다 상세하게는, 상기 제 1 전극구조체(310)는 양전하를 띄는 도전성 재료로 구성되고, 외부와 전기적으로 연결되도록 다공의 판상 형상으로 구성되어 외력에 의한 가압시 압축되거나 가압해제시 형상복원되도록 탄성이 있는 소재인 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산, 실리콘러버, 에코플렉스, 테프론 중 적어도 하나 이상의 소재를 이용하여 다공성 구조로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극구조체(310)는 도전성을 갖도록 도전성 파우더인 탄소나노튜브, 은나노와이어, 알루미늄, 구리, 금 중 적어도 하나 이상의 소재로 혼합되거나 외부에 코팅되어 구성되고, 양전하를 띄는 도전성 재료인 나일론, 쿼츠, 실크, 코튼, 알루미늄 중 어느 하나와 혼합되거나 외부에 코팅되어 구성될 수 있다.
이때, 상기 제 1 전극구체의 하단에는 음전하레이어(321)에 의해 감싸진 제 2 전극구조체(320)가 구비되고, 상기 제 2 전극구조체(320)는 음전하레이어(321) 및 제조가 단순하고, 쉽게 휘어질 수 있도록 메탈울(322)로 구성된다. 또한, 상기 메탈울(322)은 음전하를 띄는 폴리머로 구성되고, 바람직하게는 실리콘 루버에 의해 제조되는 것이다.
즉, 상기 제 2 전극구조체(320)는 요구되는 형상으로 형성된 메탈울(322)을 용기에 담고 용해된 실리콘 루버를 주입하여 상온에서 경화시킨다. 따라서, 상기 제 2 전극구조체(320)는 내부에는 메탈울(322)로 구성되고 상기 메탈울(322)을 감싸는 실리콘 루버로 제조된다.
결과적으로, 상단에는 양전하를 띄는 제 1 전극구조체(310)가 구비되고, 하단에는 음전하를 띄는 제 2 전극구조체(320)가 구비되어 외력에 의해 다공이 형성된 제 1 전극구조체(310)가 압축되어 표면적이 증가되며 마찰대전 방식에 의해서 전기가 발생된다.
또한, 상기 메탈울(322)은 가는 선형상의 금속을 뭉쳐서 가공한 것으로, 상기 메탈울(322)은 하나의 선으로 가공되어 뭉쳐지는 것으로 형상으로 부피 및 형상에 따라서 선의 길이를 조절하여 제조하는 것으로 부피가 큰 것은 선의 길이를 길게하고 부피가 작은 것은 선의 길이를 짧게하여 제조할 수 있으며, 상기 선의 굵기를 제어하여 상기 메탈울(322)의 표면적으로 조절할 수 있고, 표면적에 따라서, 발생되는 전기의 생산량을 변화시킬 수 있다.
즉, 표면적이 많은 경우 많은 전기를 생산할 수 있고, 표면적이 적은 경우 적은 전기가 생산된다. 따라서, 상기 메탈울(322)의 길이 및 굵기를 제어하여 생산되는 전기의 양을 조절하게 된다.
도5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 제 1 전극구조체 및 제 2 전극구조체의 제조단계를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기의 제 1 전극구조체 및 제 2 전극구조체를 제조하기 위해서 a) 단계에서, 도전성파우더와 설탕을 혼합하고, b)단계에서, 상기 혼합된 분말을 몰드에 넣어 일정한 형상을 유지시키고, c) 단계에서, 일정한 형상을 갖는 혼합된 분말의 형상을 고정하도록 제 1 전극구조체 및 제 2 전극구조체의 구조물질을 혼합하고, d)단계에서, 물에 용해시켜 제 1 전극구조체 및 제 2 전극구조체의 제조를 끝내게 된다.
결과적으로, 상기와 같은 제조공정을 통해 상기 제 1 전극구조체 및 제 2 전극구조체는 압축가능하도록 배치되어 마찰대전 방식에 의해 전기를 생산할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 200, 300: 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기
110, 210, 310: 제 1 전극구조체
120, 220, 321: 음전하레이어
121: 요철부
130, 240, 320: 제 2 전극구조체
230: 다공레이어부
321: 음전하레이어
322: 메탈울

Claims (11)

  1. 양전하를 띄는 도전성 재료로 구성되고, 외부와 전기적으로 연결되도록 다공의 판상 형상의 제 1 전극구조체; 및
    상기 제 1 전극구조체의 하단에 배치되고, 음전하를 띄는 도전성 재료로 구성되어 상기 제 1 전극구조체와 마찰대전 방식으로 접촉되어 전기를 발생시키는 음전하레이어 및 상기 음전하레이어에 의해 감싸진 상태로 마련되며 음전하를 띄는 폴리머로 구성된 메탈울을 갖는 제2 전극구조체를 포함하며,
    상기 제2 전극구조체는 기설정된 형상의 상기 메탈울을 용기에 담고 용해된 실리콘 루버를 주입한 다음 상온에서 경화시켜 형성되고,
    상기 메탈울을 이루는 선형상의 금속의 길이와 굵기를 조절하여 상기 메탈울의 부피 및 표면적을 조절함으로써 전기의 생산량을 제어하도록 마련된 것을 특징으로 하는 일체형전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 1 전극구조체 및 상기 제 2 전극구조체는 다공성구조로 형성되고, 가압에 의해 상기 다공성 구조가 압축되면 상기 음전하레이어와의 접촉면이 증가되어 전류가 발생되는 것을 특징으로 하는 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제 1 전극구조체 및 상기 제 2 전극구조체는 외력에 의한 가압시 압축되거나 가압해제시 형상복원되도록 탄성이 있는 소재인 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산, 실리콘러버, 에코플렉스, 테프론 중 적어도 하나 이상의 소재를 이용하여 다공성 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제 1 전극구조체 및 상기 제 2 전극구조체는 도전성을 갖도록 도전성 파우더와 혼합되거나 외부에 코팅된 것을 특징으로 하는 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 도전성 파우더는 탄소나노튜브, 은나노와이어, 알루미늄, 구리, 금 중 적어도 하나 이상의 소재로 구성된 것을 특징으로 하는 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 양전하를 띄는 도전성 재료는 나일론, 쿼츠, 실크, 코튼, 알루미늄 중 어느 하나로 구성되고, 탄성이 있는 소재 및 도전성 파우더와 함께 혼합되는 것을 특징으로 하는 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 음전하를 띄는 도전성 재료는 테프론, 실리콘러버, 에코플렉스, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프타레이트 중 어느 하나로 구성되고, 탄성이 있는 소재 및 도전성 파우더와 함께 혼합되는 것을 특징으로 하는 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제 1 전극구조체 및 상기 제 2 전극구조체는 외부로 연결되어 전기를 공급하도록 각각 인출선이 연결된 것을 특징으로 하는 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제 1 전극구조체, 상기 음전하레이어 및 상기 제 2 전극구조체의 접촉면은 굴곡진 형상으로 요철부가 형성되고, 상기 요철부는 접촉면적을 증가시켜 발생되는 전기의 생산량을 향상시키도록 형성된 것을 특징으로하는일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기.
  10. 제1항에 따른, 상기 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기는 외력을 감지하는 센서에 적용되는 것을 특징으로하는마찰대전 발전기가 적용된 센서.
  11. 제1항에 따른, 상기 일체형 전극구조체가 구비된 마찰대전 발전기는 외력에 의해 발생된 전기를 통해 신체에 장착된 장치를 구동하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 장치용 마찰대전 발전기.
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