KR102144717B1 - 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양전하를 띄는 도전성 재료가 포함되도록 구성되고, 가압에 의해 압축되도록 다공성구조의 판상 형상으로 형성된 제 1 다공레이어부, 상기 제 1 다공레이어부의 하단에 판상 형상으로 배치되고, 음전하를 띄는 도전성 재료가 포함되도록 구성되어 상기 제 1 다공레이어부와 마찰대전 방식으로 접촉되어 전기를 발생시키도록 구비된 전하층, 상기 전하층의 하단에 판상 형상으로 배치되고, 가압에 의해 압축되도록 다공성구조로 형성된 제 2 다공레이어부, 상기 제 1 다공레이어부 및 제 2 다공레이어부와 연결되어 생산된 전기를 외부로 전달하도록 구비된 인출선, 상기 인출선과 연결되어 생산된 전기를 저장하거나 외부로 공급하도록 구비된 에너지저장부 및 상기 인출선 및 상기 에너지저장부의 사이에 구비되어 제 1 다공레이어부 및 전하층으로부터 생산된 전기의 전류를 피뢰침구조를 통해 증폭시키도록 구비된 전류증폭기를 포함한다.

Description

전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기{FRICTION CHARGING GENERATOR WITH CURRENT AMPLIFIER}

본 발명은 마찰대전 발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 마찰대전 발전기에서 전류증폭기를 통해 마찰대전으로 생산된 전기의 전류를 증폭시킬 수 있는 전류증폭기가 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.

따라서, 근래에는 태양광이나, 풍력, 수력 등을 이용한 친환경 에너지 분야가 크게 각광받고 있다.

하지만, 사막과 같이 모래 먼지가 많은 환경에서는 태양광 발전은 모래 먼지로 인한 효율 저하, 고온으로 인한 재료적인 효율 감소로 사용에 제약이 많음. 또한 풍력 발전 또한 모래 먼지가 많은 환경에서는 구동부에 모래가 끼어 잦은 고장의 원인이 된다.

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 기술을 통해 생산된 전기는 전압값은 비교적 높으나(200V 이상) 전류가 매우 낮은(100㎂ 이하)문제가 발생되었다.

공개특허공보 제 10- 2017-0126522호(2017.11.17.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전류증폭기의 피뢰침구조를 통해 전하의 이동을 가속화시키고, 제 1 전류증폭기 및 제 2 전류증폭기를 진동에 의해 점접촉시킴으로써, 전류를 증폭시킬 수 있는 전류증폭기가 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 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기는 양전하를 띄는 도전성 재료가 포함되도록 구성되고, 가압에 의해 압축되도록 다공성구조의 판상 형상으로 형성된 제 1 다공레이어부, 상기 제 1 다공레이어부의 하단에 판상 형상으로 배치되고, 음전하를 띄는 도전성 재료가 포함되도록 구성되어 상기 제 1 다공레이어부와 마찰대전 방식으로 접촉되어 전기를 발생시키도록 구비된 전하층, 상기 전하층의 하단에 판상 형상으로 배치되고, 가압에 의해 압축되도록 다공성구조로 형성된 제 2 다공레이어부, 상기 제 1 다공레이어부 및 제 2 다공레이어부와 연결되어 생산된 전기를 외부로 전달하도록 구비된 인출선, 상기 인출선과 연결되어 생산된 전기를 저장하거나 외부로 공급하도록 구비된 에너지저장부 및 상기 인출선 및 상기 에너지저장부의 사이에 구비되어 제 1 다공레이어부 및 전하층으로부터 생산된 전기의 전류를 피뢰침구조를 통해 증폭시키도록 구비된 전류증폭기를 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 인출선은 상기 전하층과 상기 전류증폭기가 연결되는 제 1 인출선 및 상기 전류증폭기와 상기 에너지저장부가 연결되는 제 2 인출선을 포함하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 전류증폭기는 상기 제 1 인출선과 일측 끝단이 전기적으로 연결된 제 1 전류증폭기 및 상기 제 1 전류증폭기의 타측 끝단과 일측 끝단이 점접촉되어 전류가 증폭되고 타측 끝단이 제 2 인출선과 전기적으로 연결된 제 2 전류증폭기를 포함하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 1 전류증폭기는 상기 제 1 인출선과 일측 끝단이 전기적으로 연결되어 고정되고, 상기 전하층으로부터 전기를 공급받도록 구비된 제 1 고정부 및 상기 제 1 고정부의 타측 끝단에 결합되고, 상기 제 1 고정부로부터 공급된 전하의 이동을 가속시켜 전류를 증폭시키도록 피뢰침형상으로 형성된 피뢰침부를 포함하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 2 전류증폭기는 상기 피뢰침부의 외측면과 일측 끝단이 소정의 간격을 두고 접촉되도록 링형상으로 형성되고, 외부로부터의 진동에 의해 상기 피뢰침부의 외측면과 링형상의 내측면이 점접촉되어 전기적으로 연결되도록 구비된 접촉부 및 상기 제 2 인출선과 타측 끝단이 전기적으로 연결되어 고정되고, 상기 접촉부를 통해 전달된 전기를 에너지저장부로 전달하도록 구비된 제 2 고정부를 포함하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 1 전류증폭기의 하단에는 판상형상의 지지대가 결합되고, 상기 지지대에는 피뢰침부의 일측 끝단이 결합되며 상기 피뢰침부의 타측 끝단은 상기 접촉부와 접촉되는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 지지대의 양측 끝단에는 제 1 피뢰침부 및 제 2 피뢰침부가 각각 결합되며 상기 제 1 피뢰침부 및 제 2 피뢰침부의 타측 끝단은 각각 제 1 접촉부 및 제 2 접촉부가 접촉되는 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 접촉부의 링형상의 내측을 관통한 피뢰침부의 타측 끝단에는 무게추가 결합되고, 상기 무게추는 진동에 의해 움직이는 상기 피뢰침부의 반동을 유지하여 상기 접촉부와의 접촉횟수를 향상시켜 출력을 증폭시키는 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 양전하를 띄는 도전성 재료는 나일론, 쿼츠, 실크, 코튼, 알루미늄 중 어느 하나로 구성되거나 상기 제 1 도전층에 코팅된 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 음전하를 띄는 도전성 재료는 테프론, 실리콘러버, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프타레이트 중 어느 하나로 구성되거나 상기 제 2 도전층에 코팅된 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 2 다공레이어부는 상기 제 1 다공레이어부 및 상기 전하층의 사이에서 다공성구조로 소량의 전류가 흐르고, 가압에 의해 다공성구조가 압축되어 보다 높은 전류가 발생되는 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 2 다공레이어부는 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산, 실리콘러버, 에코플렉스, 테프론 중 적어도 하나 이상의 소재를 이용하여 다공성구조로 구성된 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 2 다공레이어부는 도전성을 갖도록 도전성 파우더와 혼합되거나 외부에 코팅된 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 도전성 파우더는 탄소나노튜브, 은나노와이어, 알루미늄, 구리, 금 중 적어도 하나 이상의 소재로 구성된 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기는 외력을 감지하는 센서에 적용되는 마찰대전 발전기가 적용된 센서일 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기는 외력에 의해 발생된 전기를 통해 신체에 장착된 장치를 구동하도록 구비된 하는 웨어러블 장치용 마찰대전 발전기일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기는 전류증폭기의 피뢰침구조를 통해 전하의 이동을 가속화시키고, 제 1 전류증폭기 및 제 2 전류증폭기를 진동에 의해 점접촉시킴으로써, 전류를 증폭시킬 수 있는 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 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 마찰대전 발전기의 단면도 및 부분확대도이다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기의 사시도이다.

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 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 마찰대전 발전기의 단면도 및 부분확대도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기(100)는 마찰대전시 양전하를 띄도록 마련된 도전성 재료가 포함되도록 구성되고, 가압에 의해 압축되도록 다공성구조의 판상 형상으로 형성된 제 1 다공레이어부(111), 상기 제 1 다공레이어부(111)의 하단에 판상 형상으로 배치되고, 마찰대전시 음전하를 띄도록 마련된 도전성 재료가 포함되도록 구성되어 상기 제 1 다공레이어부(111)와 마찰대전 방식으로 접촉되어 전기를 발생시키도록 구비된 전하층(112), 상기 전하층(112)의 하단에 판상 형상으로 배치되고, 가압에 의해 압축되도록 다공성구조로 형성된 제 2 다공레이어부(113), 상기 전하층(112)과 연결되어 생산된 전기를 외부로 전달하도록 구비된 인출선(120), 상기 인출선(120)과 연결되어 생산된 전기를 저장하거나 외부로 공급하도록 구비된 에너지저장부(130) 및 상기 인출선(120) 및 상기 에너지저장부(130)의 사이에 구비되어 제 1 다공레이어부(111) 및 전하층(112)으로부터 생산된 전기의 전류를 피뢰침구조를 통해 증폭시키도록 구비된 전류증폭기(140)를 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기(100)는 마찰대전시 양전하를 띄도록 마련된 도전성 재료로 구성된 판상 형상의 제 1 다공레이어부(111)를 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 제 1 다공레이어부(111)는 판상형상으로 형성되고, 마찰대전시 양전하를 띄도록 마련된 도전성 재료를 포함하도록 구성되어 전기를 생산하도록 구비된다.

또한, 제 1 다공레이어부(111)의 하단에 판상 형상으로 배치되고, 마찰대전시 음전하를 띄도록 마련된 도전성 재료가 포함되도록 구성되어 상기 제 1 다공레이어부(111)와 마찰대전 방식으로 접촉되어 전기를 발생시키도록 구비된 전하층(112)이 구비된다.

보다 상세하게는, 상기 전하층(112)은 판상형상으로 형성되어 상기 제 1 다공레이어부(111)의 하단에 배치되고 마찰대전시 음전하를 띄도록 마련된 도전성 재료가 포함되도록 구성되어 상기 제 1 다공레이어부(111)와 마찰대전 방식으로 접촉되어 전기가 발생된다.

따라서, 상기 제 1 다공레이어부(111) 및 상기 전하층(112)은 외부로부터의 진동에너지와 같이 외력에 의해서 접촉됨으로 인해 마찰이 발생되고 이러한 마찰대전 효과에 의해서 단순한 구조로 에너지를 수집할 수 있으며, 상기 제 1 다공레이어부(111) 및 전하층(112)은 외부로 연결된 인출선(120)이 결합되어 있으므로, 상기 인출선(120)을 통해 발생된 전기를 외부로 전달하거나 저장할 수 있다.

또한, 전하층(112)의 하단에 판상 형상으로 배치되고, 가압에 의해 압축되도록 다공성구조로 형성된 제 2 다공레이어부(113)가 구비된다.

보다 상세하게는, 상기 제 2 다공레이어부(113)는 상기 전하층(112)의 하단에 배치되고, 가압 시 압축되거나 가압해제 시 본래의 형상으로 복원되는 다공성구조로 형성된다.

즉, 상기 제 2 다공레이어부(113)는 상기 전하층(112)의 하단에 배치되고, 제 1 다공레이어부(111)와 함께 가압 시 압축되거나 가압해제 시 본래의 형상으로 복원되도록 다공의 스폰지 형상으로 탄성이 있는 소재로 구성되어 외력이 작용되면 압축되어 전기를 생산하고 외력이 해제되면 본래의 형상으로 복원된다.

또한, 마찰대전시 양전하를 띄도록 마련된 도전성 재료는 나일론, 쿼츠, 실크, 코튼, 알루미늄 중 어느 하나로 구성되거나 상기 제 1 다공레이어부(111)에 코팅될 수 있다.

또한, 마찰대전시 음전하를 띄도록 마련된 도전성 재료는 테프론, 실리콘러버, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프타레이트 중 어느 하나로 구성되거나 상기 전하층(112)에 코팅될 수 있다.

또한, 제 2 다공레이어부(113)는 상기 제 1 다공레이어부(111) 및 상기 전하층(112)의 사이에서 다공성구조로 소량의 전류가 흐르고, 가압에 의해 다공성구조가 압축되어 보다 높은 전류가 발생될 수 있다.

또한, 제 1 다공레이어부(111) 및 제 2 다공레이어부(113)는 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산, 실리콘러버, 에코플렉스, 테프론 중 적어도 하나 이상의 소재를 이용하여 다공성구조로 구성될 수 있다.

또한, 제 2 다공레이어부(113)는 도전성을 갖도록 도전성 파우더와 혼합되거나 외부에 코팅될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 제 2 다공레이어부(113)는 상기 제 1 다공레이어부(111) 및 상기 전하층(112)이 접촉되어 전기를 생산할 수 있도록 도전성 파우더와 혼합되어 제조되거나 외부에 상기 도전성 파우더가 코팅될 수 있다.

또한, 도전성 파우더는 탄소나노튜브, 은나노와이어, 알루미늄, 구리, 금 중 적어도 하나 이상의 소재로 구성될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 제 2 다공레이어부(113)는 상기 제 1 다공레이어부(111) 및 상기 전하층(112)의 사이에 배치되고, 외력에 의해 압축되거나 외력의 해제시 본래의 형상으로 복원되도록 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산, 실리콘러버, 에코플렉스, 테프론으로 구성될 수 있다.

따라서, 상기 제 2 다공레이어부(113)는 압축 또는 형상복원을 반복하여 지속적인 외력에 의해 전기를 생산할 수 있다.

또한, 제 1 다공레이어부(111)의 하면은 굴곡진 형상으로 요철이 형성되고, 이와 대면되는 상기 전하층(112) 및 상기 전하층(112)과 대면되는 제 2 다공레이어부(113)의 상면도 굴곡진 형상으로 요철이 형성될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 제 1 다공레이어부(111)는 상기 전하층(112)과의 접촉면적을 늘려 전기의 생산성을 높이도록 상기 제 1 다공레이어부(111)와 상기 전하층(112)이 대면되는 면은 굴곡진 형상으로 요철이 형성되고, 이와 대응되어 상기 제 2 다공레이어부(113)의 상면도 굴곡진 형상으로 요철이 형성되므로, 접촉면적을 증가시키고, 요철로 인해 증가된 마찰력으로 인해 발생되는 전기의 생산량도 증가시킬 수 있다.

또한, 제 1 다공레이어부(111) 및 제 2 다공레이어부(113)와 연결되어 생산된 전기를 외부로 전달하도록 인출선(120)이 구비된다.

따라서, 상기 인출선(120)은 제 1 다공레이어부(111) 및 전하층(112)을 통해 생산된 전기가 외부로 전달될 수 있다.

또한, 인출선(120)과 연결되어 생산된 전기를 저장하거나 외부로 공급하도록 에너지저장부(130)가 구비된다.

보다 상세하게는, 상기 에너지저장부(130)는 제 1 다공레이어부(111) 및 제 2 다공레이어부(113)와 인출선(120)에 의해 연결되고, 상기 제 1 다공레이어부(111) 및 상기 전하층(112)의 마찰대전에 의해 발생된 전기를 공급받아 배터리에 저장하거나 외부로 전기를 전달할 수 있다.

또한, 인출선(120) 및 상기 에너지저장부(130)의 사이에 구비되어 제 1 다공레이어부(111) 및 전하층(112)으로부터 생산된 전기의 전류를 피뢰침구조를 통해 증폭시키도록 전류증폭기(140)가 구비된다.

보다 상세하게는, 상기 전류증폭기(140)는 상기 제 1 다공레이어부(111) 및 상기 전하층(112)의 마찰대전에 의해 생산된 전기의 전류를 증폭시켜 상기 에너지저장부(130)에 공급하도록 구비되고, 피뢰침구조를 통해 전자의 이동을 가속화시켜 전류를 증폭시킨다.

또한, 인출선(120)은 상기 전하층(112)과 상기 전류증폭기(140)가 연결되는 제 1 인출선(121) 및 상기 전류증폭기(140)와 상기 에너지저장부(130)가 연결되는 제 2 인출선(122)을 포함할 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 인출선(120)은 제 1 인출선(121) 및 제 2 인출선(122)으로 구성되고, 상기 제 1 인출선(121)은 상기 전하층(112)과 상기 전류증폭기(140)의 사이를 전기적으로 연결하고, 상기 제 2 인출선(122)은 상기 전류증폭기(140)와 상기 에너지저장부(130)를 전기적으로 연결하여 상기 전하층(112)과 상기 에너지저장부(130) 사이의 전류증폭기(140)가 연결되도록 할 수 있다.

또한, 전류증폭기(140)는 상기 제 1 인출선(121)과 일측 끝단이 전기적으로 연결된 제 1 전류증폭기(141) 및 상기 제 1 전류증폭기(141)의 타측 끝단과 일측 끝단이 점접촉되어 전류가 증폭되고 타측 끝단이 제 2 인출선(122)과 전기적으로 연결된 제 2 전류증폭기(144)를 포함할 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 전류증폭기(140)는 제 1 전류증폭기(141) 및 제 2 전류증폭기(144)로 구성되고, 상기 제 1 전류증폭기(141)는 일측 끝단이 제 1 인출선(121)과 전기적으로 연결되며, 타측 끝단이 상기 제 2 전류증폭기(144)의 일측 끝단과 점접촉방식으로 연결되고, 상기 제 2 전류증폭기(144)의 타측 끝단은 상기 제 2 인출선(122)과 연결된다.

즉, 상기 제 1 전류증폭기(141) 및 제 2 전류증폭기(144)는 끝단이 서로 연결되고, 상기 제 1 인출선(121) 및 제 2 인출선(122)의 사이에서 제 1 인출선(121) 및 제 2 인출선(122)과 각각 연결된다. 따라서, 제 1 인출선(121)으로부터 공급된 전기가 제 1 전류증폭기(141) 및 제 2 전류증폭기(144)를 통해 전류가 증폭되어 상기 제 2 인출선(122)으로 공급된다.

또한, 상기 제 1 전류증폭기(141)는 상기 제 1 인출선(121)과 일측 끝단이 전기적으로 연결되어 고정되고, 상기 전하층(112)으로부터 전기를 공급받도록 구비된 제 1 고정부(142) 및 상기 제 1 고정부(142)의 타측 끝단에 결합되고, 상기 제 1 고정부(142)로부터 공급된 전하의 이동을 가속시켜 전류를 증폭시키도록 피뢰침형상으로 형성된 피뢰침부(143)를 포함할 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 제 1 전류증폭기(141)는 제 1 고정부(142) 및 피뢰침부(143)로 구성되고, 상기 제 1 고정부(142)는 상기 제 1 인출선(121)과 일측 끝단이 전기적으로 연결되어 고정되고, 상기 전하층(112)으로부터 전기를 공급받도록 구비되며, 상기 피뢰침부(143)는 상기 제 1 고정부(142)로부터 공급된 전하의 이동을 가속시켜 전류를 증폭시키도록 피뢰침형상으로 형성되고, 전류가 증폭된 전기를 상기 제 2 전류증폭기(144)로 전달할 수 있다.

따라서, 마찰대전방식을 통해 생산된 전기는 일반적으로 전압값은 비교적 높으나(200V 이상) 전류가 매우 낮은(100㎂ 이하)상태를 갖지만, 본 발명에 따른 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기(100)를 통해 생산된 전기는 상기 전류증폭기(140)를 통해 전류가 증폭되므로, 안정적으로 전기를 공급할 수 있다.

또한, 제 2 전류증폭기(144)는 상기 피뢰침부(143)의 외측면과 일측 끝단이 소정의 간격을 두고 접촉되도록 링형상으로 형성되고, 외부로부터의 진동에 의해 상기 피뢰침부(143)의 외측면과 링형상의 내측면이 점접촉되어 전기적으로 연결되도록 구비된 접촉부(146) 및 상기 제 2 인출선(122)과 타측 끝단이 전기적으로 연결되어 고정되고, 상기 접촉부(146)를 통해 전달된 전기를 에너지저장부(130)로 전달하도록 구비된 제 2 고정부(145)를 포함할 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 제 2 전류증폭기(144)는 접촉부(146) 및 제 2 고정부(145)로 구성되고, 상기 접촉부(146)는 일측 끝단이 상기 피뢰침부(143)의 외측면과 소정의 간격을 두고 접촉되도록 링형상으로 형성되고, 외부로부터의 진동에 의해 상기 피뢰침부(143)의 외측면과 링형상의 내측면이 점접촉되어 전기적으로 연결되며, 상기 제 2 고정부(145)는 타측 끝단이 제 2 인출선(122)과 전기적으로 연결되어 고정되고, 상기 접촉부(146)를 통해 전달된 전기를 에너지저장부(130)로 전달할 수 있다.

따라서, 링형상으로 형성된 접촉부(146)와 피뢰침형상으로 형성된 피뢰침부(143)가 진동에 의해서 점접촉되므로, 이를 통해 출력이 증폭되어 안정적으로 전기를 공급할 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기의 사시도이다.

도 3을 참조하면, 제 1 전류증폭기(241)의 하단에는 판상형상의 지지대(244)가 결합되고, 상기 지지대(244)에는 피뢰침부(243)의 일측 끝단이 결합되며 상기 피뢰침부(243)의 타측 끝단은 상기 접촉부(247)와 접촉될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 지지대(244)는 판상형상을 형성되어 제 1 전류증폭기(241)의 하단에 결합되고, 상기 피뢰침부(243)의 일측 끝단이 상기 지지대(244)에 결합되며 타측 끝단은 상기 접촉부(247)와 접촉된다.

따라서, 상기 피뢰침부(243)는 상기 지지대(244)를 통해 안정적으로 상기 제 1 전류증폭기(241)에 결합될 수 있고, 상기 지지대(244)는 판상형상으로 형성되고, 상기 피뢰침부(243)는 얇은 침형상으로 형성되므로, 다수의 피뢰침부(243)가 결합되어 상기 접촉부(247)와 결합되는 것도 가능하다.

또한, 지지대(244)의 양측 끝단에는 제 1 피뢰침부(248) 및 제 2 피뢰침부(249)가 각각 결합되며 상기 제 1 피뢰침부(248) 및 제 2 피뢰침부(249)의 타측 끝단은 각각 제 1 접촉부 및 제 2 접촉부가 접촉될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 접촉부(247)는 제 1 접촉부 및 제 2 접촉부로 구성되고, 상기 지지대(244)는 제 1 전류증폭기(241)의 하단에 결합되며, 양측 끝단에 제 1 피뢰침부(248) 및 제 2 피뢰침부(249)의 일측 끝단이 각각 결합되고, 상기 제 1 피뢰침부(248) 및 제 2 피뢰침부(249)의 타측 끝단에는 각각 제 1 접촉부 및 제 2 접촉부가 점접촉된다. 이때, 상기 제 1 접촉부 및 제 2 접촉부는 하나의 판상형상으로 구성되어 양측에 홀형상으로 형성되어 상기 제 1 피뢰침부(248) 및 제 2 피뢰침부(249)가 관통되어 점접촉될 수 있고, 하나의 와이어가 절곡되어 양끝단에 홀형상을 형성함으로써, 상기 제 1 접촉부 및 제 2 접촉부가 관통 및 점접촉되는 것도 가능하다.

즉, 상기 제 1 접촉부 및 제 2 접촉부는 상기 제 1 피뢰침부(248) 및 제 2 피뢰침부(249)와 평행하여 대응되도록 상기 제 2 전류증폭기(245)의 일측에 형성되고, 상기 제 1 피뢰침부(248) 및 제 2 피뢰침부(249)가 제 1 접촉부 및 제 2 접촉부의 홀형상의 내부를 관통하도록 구비된다.

따라서, 상기 지지대(244)에 제 1 피뢰침부(248) 및 제 2 피뢰침부(249)가 결합되므로, 생산된 전기가 제 1 피뢰침부(248) 및 제 2 피뢰침부(249)를 통해 분배되어 제 1 접촉부 및 제 2 접촉부를 통해 전달되므로, 안정적으로 전기를 공급할 수 있다.

또한, 접촉부(247)의 링형상의 내측을 관통한 피뢰침부(243)의 타측 끝단에는 무게추(250)가 결합될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 무게추(250)는 상기 접촉부의 링형상의 내측을 관통한 피뢰침부(243)의 타측 끝단에는 결합되고, 상기 무게추(250)는 진동에 의해 움직이는 상기 피뢰침부(243)의 반동을 유지하여 상기 접촉부(247)와의 접촉횟수를 향상시켜 출력을 증폭시킬 수 있다. 이때, 상기 진동은 마찰대전 발전기(210)의 전기를 생산하기 위해 마찰대전함에 따라 자연스럽게 발생되는 진동일 수 있고, 상기 무게추(250)의 반동을 위해 별도의 장치를 통해 진동을 가하는 것일 수 있다.

즉, 상기 무게추(250)는 상기 피뢰침부(243)의 타측 끝단에 결합되어 무게가 상기 무게추(250)로 쏠림으로써, 진동에 의해 흔들리는 상기 피뢰침부(243)의 진동을 더욱 증폭시켜 출력을 증폭시키게 된다.

도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기의 사시도이다.

도 4를 참조하면, 제 1 전류증폭기(341)의 하단에는 판상형상의 제 1 지지대(344)가 결합되고, 상기 제 1 지지대(344)에는 피뢰침부(343)의 일측 끝단이 결합되며 상기 피뢰침부(343)의 타측 끝단은 상기 접촉부와 접촉될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 제 1 지지대(344)는 판상형상을 형성되어 제 1 전류증폭기(341)의 하단에 결합되고, 상기 피뢰침부(343)의 일측 끝단이 상기 제 1 지지대(344)에 결합되며 타측 끝단은 상기 접촉부와 접촉된다.

따라서, 상기 피뢰침부(343)는 상기 제 1 지지대(344)를 통해 안정적으로 상기 제 1 전류증폭기(341)에 결합될 수 있고, 상기 제 1 지지대(344)는 판상형상으로 형성되고, 상기 피뢰침부(343)는 얇은침형상으로 형성되므로, 다수의 피뢰침부(343)가 결합되어 상기 접촉부와 결합되는 것도 가능하다.

또한, 제 1 지지대(344)의 양측 끝단에는 제 1 피뢰침부(348) 및 제 2 피뢰침부(349)가 각각 결합되며 상기 제 1 피뢰침부(348) 및 제 2 피뢰침부(349)의 타측 끝단은 제 2 전류증폭기(344)의 하단에 결합된 제 2 지지대(347)와 결합될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 제 1 지지대(344)는 제 1 전류증폭기(341)의 하단에 결합되고, 양측 끝단에 제 1 피뢰침부(348) 및 제 2 피뢰침부(349)의 일측 끝단이 각각 결합되며, 상기 제 1 피뢰침부(348) 및 제 2 피뢰침부(349)의 타측 끝단에는 제 2 전류증폭기(344)의 하단에 결합된 제 2 지지대(347)와 결합된다.

따라서, 상기 제 1 피뢰침부(348) 및 제 2 피뢰침부(349)가 제 1 지지대(344) 및 제 2 지지대로 결합되므로, 안정적으로 전기를 공급할 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기의 사시도이다.

도 5 를 참조하면, 제 1 고정부(442) 및 제 2 고정부(446)는 집게형상으로 형성될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 인출선(420)은 전선형태로 구성되고, 상기 인출선(420)과 전기적으로 연결되어 용이하게 고정되도록 상기 제 1 고정부(442) 및 제 2 고정부(446)는 집게형상으로 형성될 수 있다.

따라서, 상기 제 1 고정부(442) 및 제 2 고정부(446)는 집게 형상으로 형성되고, 상기 인출선(120)과 고정 또는 고정해제를 용이하게 수행할 수 있으므로, 조립공정을 단순화할 수 있다.

또한, 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기는 외력을 감지하는 센서에 적용된 것으로 마찰대전 발전기가 적용된 센서일 수 있다.

또한, 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기는 외력에 의해 발생된 전기를 통해 신체에 장착된 장치를 구동하는 웨어러블 장치용 마찰대전 발전기일 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, 400: 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기
110, 210, 310, 410: 마찰대전 발전기
111: 제 1 다공레이어부
112: 전하층
113: 제 2 다공레이어부
120, 220, 320, 420: 인출선
121, 221, 321, 421: 제 1 인출선
122, 222, 322, 422: 제 2 인출선
130, 230, 330, 430: 에너지저장부
140, 240, 340, 440: 전류증폭기
141, 241, 341, 441: 제 1 전류증폭기
142, 242, 342, 442: 제 1 고정부
143, 243, 343, 443: 피뢰침부
144, 245, 345: 제 2 전류증폭기
145, 246, 346: 제 2 고정부
146, 247: 접촉부
244: 지지대
248, 348, 448: 제 1 피뢰침부
249, 349, 449: 제 2 피뢰침부
250: 무게추
344: 제 1 지지대
347: 제 2 지지대

Claims (16)

1. 마찰대전시 양전하를 띄도록 마련된 도전성 재료가 포함되도록 구성되고, 가압에 의해 압축되도록 다공성구조의 판상 형상으로 형성된 제 1 다공레이어부;
   상기 제 1 다공레이어부의 하단에 판상 형상으로 배치되고, 마찰대전시 음전하를 띄도록 마련된 도전성 재료가 포함되도록 구성되어 상기 제 1 다공레이어부와 마찰대전 방식으로 접촉되어 전기를 발생시키도록 구비된 전하층;
   상기 전하층의 하단에 판상 형상으로 배치되고, 가압에 의해 압축되도록 다공성구조로 형성된 제 2 다공레이어부;
   상기 제 1 다공레이어부 및 제 2 다공레이어부와 연결되어 생산된 전기를 외부로 전달하도록 구비된 인출선;
   상기 인출선과 연결되어 생산된 전기를 저장하거나 외부로 공급하도록 구비된 에너지저장부; 및
   상기 인출선 및 상기 에너지저장부의 사이에 구비되어 제 1 다공레이어부 및 전하층으로부터 생산된 전기의 전류를 피뢰침구조를 통해 증폭시키도록 구비된 전류증폭기;
   상기 전류증폭기는,
   상기 전하층으로부터 전기를 공급받도록 구비된 고정부; 및
   상기 제 1 고정부의 타측 끝단에 결합되며, 피뢰침 형상으로 형성된 피뢰침부;
   내측에 상기 피뢰침부가 삽입되되 상기 피뢰침부와 분리된 상태로 마련된 링 형상으로 형성되고, 외부 진동에 의해 내측면에 상기 피뢰침부의 외측면이 점접촉되어 전기적으로 연결될 수 있도록 마련된 접촉부;
   상기 피뢰침부의 상기 접촉부측 끝단에 결합되며, 상기 외부 진동과 상기 피뢰침부가 공진할 수 있는 무게로 마련됨으로써, 상기 피뢰침부와 상기 접촉부의 접촉횟수를 향상시키도록 마련된 무게추를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 인출선은,
   상기 제 1 다공레이어부 및 제 2 다공레이어부와 상기 전류증폭기가 연결되는 제 1 인출선 및 상기 전류증폭기와 상기 에너지저장부가 연결되는 제 2 인출선을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 전류증폭기는,
   상기 제 1 인출선과 일측 끝단이 전기적으로 연결된 제 1 전류증폭기 및 상기 제 1 전류증폭기의 타측 끝단과 일측 끝단이 점접촉되어 전류가 증폭되고 타측 끝단이 제 2 인출선과 전기적으로 연결된 제 2 전류증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 전류증폭기는,
   상기 제 1 인출선과 일측 끝단이 전기적으로 연결되어 고정되고, 상기 전하층으로부터 전기를 공급받도록 구비된 제 1 고정부; 및
   상기 제 1 고정부의 타측 끝단에 결합되고, 상기 접촉부와의 접촉 및 분리기 반복됨에 따라 상기 제 1 고정부로부터 공급된 전하의 이동을 가속시켜 전류를 증폭시키도록 마련된 피뢰침부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 전류증폭기는,
   상기 접촉부; 및
   상기 제 2 인출선과 타측 끝단이 전기적으로 연결되어 고정되고, 상기 접촉부를 통해 전달된 전기를 에너지저장부로 전달하도록 구비된 제 2 고정부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 전류증폭기의 하단에는 판상형상의 지지대가 결합되고, 상기 지지대에는 피뢰침부의 일측 끝단이 결합되며 상기 피뢰침부의 타측 끝단은 상기 접촉부와 접촉되는 것을 특징으로 하는 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 지지대의 양측 끝단에는 제 1 피뢰침부 및 제 2 피뢰침부가 각각 결합되며 상기 제 1 피뢰침부 및 제 2 피뢰침부의 타측 끝단은 각각 제 1 접촉부 및 제 2 접촉부가 접촉되는 것을 특징으로 하는 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기.
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서, 상기 마찰대전시 양전하를 띄도록 마련된 도전성 재료는 나일론, 쿼츠, 실크, 코튼, 알루미늄 중 어느 하나로 구성되거나 상기 제 1 다공레이어부에 코팅된 것을 특징으로 하는 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 마찰대전시 음전하를 띄도록 마련된 도전성 재료는 테프론, 실리콘러버, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프타레이트 중 어느 하나로 구성되거나 상기 전하층에 코팅된 것을 특징으로 하는 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 다공레이어부 및 상기 전하층은 가압에 의해 다공성구조가 압축되어 보다 높은 전류가 발생되는 것을 특징으로 하는 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 다공레이어부 및 제 2 다공레이어부는 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산, 실리콘러버, 에코플렉스, 테프론 중 적어도 하나 이상의 소재를 이용하여 다공성 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 다공레이어부 및 제 2 다공레이어는 도전성을 갖도록 도전성 파우더와 혼합되거나 외부에 코팅된 것을 특징으로 하는 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 도전성 파우더는 탄소나노튜브, 은나노와이어, 알루미늄, 구리, 금 중 적어도 하나 이상의 소재로 구성된 것을 특징으로 하는 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기.
15. 제 1 항에 따른, 상기 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기는 외력을 감지하는 센서에 적용되는 것을 특징으로 하는 마찰대전 발전기가 적용된 센서.
16. 제 1 항에 따른, 상기 전류증폭기가 구비된 마찰대전 발전기는 외력에 의해 발생된 전기를 통해 신체에 장착된 장치를 구동하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 장치용 마찰대전 발전기.

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