KR102317989B1 - 마찰대전발전기가 구비된 보도블록 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마찰대전발전기가 구비된 보도블록에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지면과 대면되는 판상형상으로 형성된 하부바디; 상기 하부바디의 상측에 배치되고, 보행자 또는 외부로부터의 외력을 받도록 판상형상으로 형성된 상부바디; 상기 하부바디 및 상기 상부바디 사이에 수납공간을 형성하도록 마련된 지지부; 및 상기 수납공간에 배치되고, 상기 상부바디에 가해지는 외력에 의해 압축되어 상기 상부바디 및 상기 하부바디와 마찰대전 방식으로 발전되도록 마련된 전극구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰대전발전기가 구비된 보도블록을 제공한다.

Description

마찰대전발전기가 구비된 보도블록{TRIBOELECTRIFICATION GENERATOR EQUIPPED WITH SIDEWALK BLOCK}

본 발명은 보도블록에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 보행자나 외부로부터의 외력에 의해 전기가 발생되는 마찰대전발전기를 통해 엘이디를 발광시켜 보행자를 안내할 수 있는 마찰대전발전기가 구비된 보도블록에 관한 것이다.

일반적으로, 보도블록이란 노면에 블록 모양의 판재를 덮어 노면을 보호하고, 자전거, 사람 등의 통행을 편하게 하기 위한 것으로, 도로 가의 보도 등에는 동일한 형상을 가진 보도블록이 연속되게 설치된다. 이러한 보도블록은 사람이 편안하게 보행할 수 있도록 해줄 뿐만 아니라, 눈, 비 등으로 인해 진흙탕길이 되는 것을 막아주고, 비로 인해 보도의 흙이 유실되는 것을 막아주는 역할도 한다. 이와 같은 보도블록으로는 여러 형태의 것이 사용되고 있는데, 대부분 직사각형 또는 정사각형의 형상으로, 일부 조금 변형된 형태의 것이 사용되기도 한다.

이러한, 보도블록은 보행자의 식별력을 높이기 위해 발광형 보도블록이 개발이 되고 있는데, 보도블록의 발광을 위한 외부의 전력공급이 필요하고, 도서산간 지역의 경우 원활한 전력 공급의 어려움 등의 문제가 발생되었다.

공개특허공보 제 10- 2010-0041222호(2007.02.05.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 보행자나 외부로부터의 외력에 의해 전기가 발생되는 마찰대전발전기를 통해 엘이디를 발광시켜 보행자를 안내할 수 있는 마찰대전발전기가 구비된 보도블록을 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 지면과 대면되는 판상형상으로 형성된 하부바디; 상기 하부바디의 상측에 배치되고, 보행자 또는 외부로부터의 외력을 받도록 판상형상으로 형성된 상부바디; 상기 하부바디 및 상기 상부바디 사이에 수납공간을 형성하도록 마련된 지지부; 및 상기 수납공간에 배치되고, 상기 상부바디에 가해지는 외력에 의해 압축되어 상기 상부바디 및 상기 하부바디와 마찰대전 방식으로 발전되도록 마련된 전극구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰대전발전기가 구비된 보도블록을 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 지지부는, 상기 하부바디 및 상기 상부바디가 대면되는 외주를 지지하도록 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하부바디 및 상기 상부바디는 동일한 전하를 갖도록 마련되며, 상기 전극구조체는 상기 하부바디 및 상기 상부바디와 반대 전하를 갖도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하부바디의 상단 및 상기 상부바디의 하단은 음전하를 띄도록 형성되며, 상기 전극구조체는 상단 및 하단이 양전하를 띄도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 전극구조체는 상기 상부바디에 의해 압축되었을 때, 상면이 상기 상부바디의 하단과 접하여 마찰발전이 이루어지며, 하면은 상기 하부바디의 상단과 접하여 마찰발전이 이루어지도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 전극구조체의 하단에 배치되어 상기 전극구조체를 지지하도록 마련된 판스프링을 더 포함하며, 상기 판스프링은, 상기 상부바디에 의해 압축되어 상기 상부바디 및 하부바디와 접하게 된 상기 전극구조체가 본래의 형상으로 복원하는 힘을 가하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 판스프링은, 상부바디를 향해 중심부가 볼록한 아치 형태로 형성된 판스프링몸체; 및 상기 판스프링몸체의 내측에 형성되어 상부와 하부가 연통되도록 마련된 판통공을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 판통공은 상기 전극구조체의 하단이 상기 하부바디의 상단과 접하여 마찰발전이 이루어질 수 있도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 전극구조체에서 발생된 마이너스전압을 플러스전압으로 변환하도록 상기 전극구조체와 연결된 정류기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 전극구조체와 연결되어 상기 전극구조체로부터 발생된 전기를 통해 발광되도록 상기 상부바디의 상면에 결합된 엘이디부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 전극구조체에서 발생된 전기를 일시적으로 저장하여 상기 엘이디부의 발광시간을 지연시키도록 상기 전극구조체와 연결된 축전기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 마찰대전발전기가 구비된 보도블록은 엘이디의 발광을 통해 보행자에게 길을 안내하는 시설에 구비된 것을 특징으로 하는 마찰대전발전기가 구비된 보도블록을 이용한 길안내시설을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 마찰대전발전기가 구비된 보도블록은 보행자 또는 외부로부터 외력이 보도블록에 가해지면 마찰대전발전기를 통해 운동에너지가 전기에너지로 변환되고, 변환된 전기에너지를 통해 엘이디부를 발광시키므로, 외부로부터의 전력공급이 필요하지 않고, 영구적으로 작동시킬 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 제1 실시예에 따른 마찰대전발전기가 구비된 보도블록의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마찰대전발전기가 구비된 보도블록의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 판스프링의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마찰대전발전기가 구비된 보도블록이 적용된 반응기의 작동도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마찰대전발전기의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마찰대전발전기의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 마찰대전발전기에서 일부 또는 전면을 감싸는 재료막 및 폴리머층을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 다공 레이어부가 삽입된 마찰대전발전기의 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 마찰대전발전기의 제조방법을 도시한 블럭도이다.
도 10은 본 발명에 따른 마찰대전발전기의 제조방법을 나타낸 촬상도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 마찰대전발전기의 외력에 따라 발생되는 전압 및 전류를 나타낸 그래프이다.
도 12는 종래의 마찰대전발전기의 외력에 따라 발생되는 전압 및 전류를 나타낸 그래프이다.

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 제1 실시예에 따른 마찰대전발전기가 구비된 보도블록의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마찰대전발전기가 구비된 보도블록의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 판스프링의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마찰대전발전기가 구비된 보도블록이 적용된 반응기의 작동도이다.

도 1 내지 도 4을 참조하면, 본 발명에 따른 마찰대전발전기가 구비된 보도블록(1000)은 지면과 대면되는 판상형상으로 형성된 하부바디(100), 상기 하부바디(100)의 상측에 배치되고, 보행자 또는 외부로부터의 외력을 받도록 판상형상으로 형성된 상부바디(200), 상기 하부바디(100) 및 상기 상부바디(200)의 중심부에 수납공간이 구비되고, 상기 하부바디(100) 및 상기 상부바디(200)가 대면되는 외주를 지지하도록 구비된 지지부(300), 상기 수납공간에 배치되고, 상기 상부바디(200)에 가해지는 외력에 의해 압축되어 마찰대전방식으로 전기가 발생되는 전극구조체(400), 상기 전극구조체(400)의 하단에 배치되어 상기 전극구조체(400)를 지지하고, 외력에 의해 압축된 상기 전극구조체(400) 및 상기 상부바디(200)를 본래의 형상으로 복원하도록 아치형상으로 형성된 판스프링(500) 및 상기 전극구조체(400)와 연결되어 상기 전극구조체(400)로부터 발생된 전기를 통해 발광되도록 상기 상부바디(200)의 상면에 결합된 엘이디부(LED)를 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 마찰대전발전기가 구비된 보도블록(1000)은 지면과 대면되는 판상형상으로 형성된 하부바디(100)를 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 하부바디(100)는 판상형상으로 형성되어 하측이 지면과 대면되도록 구비되고, 상기 보도블록을 외부의 외력으로부터 지지하는 역할을 수행한다.

상기 하부바디(100)는 상측에서 볼 때, 보도블록의 조합에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있으나, 바람직하게는 정사각형 또는 직사각형으로 형성된 것이다.

상기 하부바디(100)는 전극구조체로 형성되며, 상단에 양전하를 띄도록 형성된 양전하 레이어가 마련될 수 있다.

또한, 상기 하부바디(100)의 상측에 배치되고, 보행자 또는 외부로부터의 외력을 받도록 판상형상으로 형성된 상부바디(200)가 구비된다.

보다 상세하게는, 상기 상부바디(200)는 상기 하부바디(100)의 상측에 판상형상으로 배치되고, 보행자 또는 외부로부터의 외력을 받도록 구비된다.

상기 상부바디(200)는 상측에서 볼 때, 보도블록의 조합에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있으나, 바람직하게는 정사각형 또는 직사각형으로 형성되거나 상기 하부바디(100)와 대응되도록 형성된 것이다.

상기 상부바디(200)는 전극구조체로 형성되며, 하단에 양전하를 띄도록 형성된 양전하 레이어가 마련될 수 있다.

또한, 상기 하부바디(100) 및 상기 상부바디(200)의 중심부에 수납공간이 구비되고, 상기 하부바디(100) 및 상기 상부바디(200)가 대면되는 외주를 지지하도록 구비된 지지부(300)가 구비된다.

보다 상세하게는, 상기 하부바디(100) 및 상기 상부바디(200) 사이에는 소정의 수납공간이 형성되도록 상기 하부바디(100) 및 상기 상부바디(200)의 외주를 지지하는 지지부(300)가 구비된다.

따라서, 상기 지지부(300)는 상기 하부바디(100) 및 상기 상부바디(200)의 외주를 지지하고 내측에는 수납공간이 형성된다.

또한, 본 발명은 수납공간에 배치되고, 상기 상부바디(200)에 가해지는 외력에 의해 압축되어 마찰대전방식으로 전기가 발생되는 전극구조체(400)를 포함한다.

상기 마찰대전발전기는 서로 다른 극성을 가진 두 개의 물질을 반복적으로 접촉시켜 일종의 정전기 유도에 의한 전위차를 이용하여 전기를 발생시키는 발전기로, 상기 상부바디(200)에 가해지는 외력이 상기 수납공간에 배치된 전극구조체(400)로 전달되어 마찰대전방식에 의해 전기가 발생될 수 있다.

구체적으로, 상기 하부바디(100) 및 상기 상부바디(200)는 동일한 전하를 갖도록 마련되며, 상기 전극구조체(400)는 상기 하부바디(100) 및 상기 상부바디(200)와 반대 전하를 갖도록 마련될 수 있다.

일 예로, 상기 하부바디(100)의 상단 및 상기 상부바디(200)의 하단은 음전하를 띄도록 형성되며, 상기 전극구조체(400)는 상단 및 하단이 양전하를 띄도록 형성될 수 있다.

상기 전극구조체(400)는 상기 상부바디(100)에 의해 압축되었을 때, 상면이 상기 상부바디(200)의 하단과 접하여 마찰발전이 이루어지며, 하면은 상기 하부바디(100)의 상단과 접하여 마찰발전이 이루어지도록 마련될 수 있다.

이를 위해, 상기 전극구조체(400)는 유연성을 갖는 소재로 마련될 수 있다.

또한, 본 발명은 전극구조체(400)의 하단에 배치되어 상기 전극구조체(400)를 지지하고, 외력에 의해 압축된 상기 전극구조체(400) 및 상기 상부바디(200)를 본래의 형상으로 복원하도록 아치형상으로 형성된 판스프링(500)을 포함한다.

그리고, 상기 판스프링(500)은 판스프링몸체(510) 및 판통공(520)을 포함한다.

상기 판스프링몸체(510)는 중심부가 상기 상부바디(200)를 향해 볼록한 아치구조의 판상 형상으로 형성되고, 상기 전극구조체(400)를 지지하도록 상기 전극구조체(400)의 하단에 배치될 수 있다. 즉, 상기 전극구조체(400)는 외력이 가해지지 않은 상태에서는 상기 판스프링몸체(510)와 대응되는 아치 형상을 유지하도록 마련될 수 있다.

상기 판통공(520)은 상기 판스프링몸체(510)의 내측에 하나 이상 형성되며, 상부와 하부가 연통되도록 형성될 수 있다. 이처럼 마련된 상기 판통공(520)은 상기 전극구조체(400)에 외력이 가해졌을 때, 상기 전극구조체(400)의 하단이 상기 하부바디(100)의 상단과 접하여 마찰발전이 이루어지도록 할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 상부바디(200)에 하방 압력이 가해지면 위로 볼록한 형상의 상기 전극구조체(400)는 평면 형상으로 변형된다. 그리고 이와 동시에 상기 전극구조체(400)의 상면은 상부바디(200)의 하단에 접하고, 하단은 하부바디(100)의 상단에 접하여 마찰발전이 이루어진다.

또한, 상기 상부바디(200)에 가해지는 외력이 제거되면, 상기 판스프링몸체(510)는 스프링의 탄성으로 인해 압축된 전극구조체(400)를 중심으로 갈수록 위로 볼록한 본래의 아치 형상으로 복원시킬 수 있고, 상기 상부바디(200)도 탄성에 의해 안정적으로 지지할 수 있다.

한편, 전극구조체(400)와 연결되어 상기 전극구조체(400)로부터 발생된 전기를 통해 발광되도록 상기 상부바디(200)의 상면에 결합된 엘이디부(LED)가 구비된다.

보다 상세하게는, 상기 엘이디부(LED)는 상기 전극구조체(400)와 전기적으로 연결되고, 상기 전극구조체(400)에서 발생되는 전기를 통해 발광하도록 상기 상부바디(200)의 상면에 다수의 엘이디(LED)가 결합된다.

따라서, 외력에 의해 상기 상부바디(200)가 가압되어 외력이 상기 전극구조체(400)로 전달되면 상기 전극구조체(400)가 외력(P)에 의해 마찰대전되어 전기가 발생되고, 발생된 전기를 통해 상기 엘이디부(LED)가 발광하게 된다(도 4의 가압 전(a), 가압 후(b)).

또한, 전극구조체(400)에서 발생된 마이너스전압을 플러스전압으로 변환하도록 상기 전극구조체(400)와 연결된 정류기(120)가 구비된다.

보다 상세하게는, 상기 정류기(120)는 주기적으로 양과 음 두 가지 방향으로 변화하는 교류전류를 한 가지 방향만 갖는 직류전류로 변환시키도록 구비된 것으로, 상기 전극구조체(400)에 발생된 마이너스전압을 플러스전압으로 변환하여 상기 엘이디부(LED)로 공급하게 되므로, 상기 정류기(120)를 통해 상기 엘이디부(LED)로 안정적으로 전기를 공급할 수 있다.

또한, 전극구조체(400)에서 발생된 전기를 일시적으로 저장하여 상기 엘이디부(LED)의 발광시간을 지연시키도록 상기 전극구조체(400)와 연결된 축전기(130)가 구비될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 축전기(130)는 상기 엘이디부(LED)의 발광시간을 지연시켜 보행자의 안내를 돕도록 상기 전극구조체(400)에서 발생된 전기를 일시적으로 저장하였다가 상기 엘이디부(LED)로 전달하게 된다.

즉, 상기 축전기(130)는 보행자가 어두운 길을 보행할 때, 보도블록을 밟고 생산된 전기를 소정의 시간동안 저장한 뒤에 상기 엘이디부(LED)로 전달함으로써, 보행자의 길안내를 돕게 된다.

또한, 본 발명에 따른 보도블록(100)은 인출선(110)과 연결되어 외부로부터 전기를 공급받거나 상기 전극구조체(400)를 통해 생산된 전기를 외부에 저장할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 전극구조체(400) 및 상기 판스프링(500) 대신 메탈울이 구비될 수도 있다. 상기 메탈울은 상기 상부바디(200) 및 상기 하부바디(100)와 반대 전하를 띄도록 형성될 수 있다. 이처럼 마련되면, 상기 메탈울과 상기 상부바디(200) 사이 및 상기 메탈울과 상기 하부바디(100) 사이에 마찰발전이 이루어지도록 할 수 있다.

이하, 보도블록에 적용될 수 있는 다른 마찰대전발전기의 실시예들을 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마찰대전발전기의 단면도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 마찰대전발전기(600)는 양전하를 띄는 도전성 재료로 구성된 판상 형상의 제 1 전극구조체(610), 제 1 전극구조체(610)의 하단에 판상 형상으로 배치되고, 음전하를 띄는 도전성 재료로 구성되어 상기 제 1 전극구조체(610)와 마찰대전 방식으로 접촉되어 전기를 발생시키는 제 2 전극구조체(620) 및 상기 제 1 전극구조체(610) 및 상기 제 2 전극구조체(620)가 소정의 간격으로 접촉 또는 이격되도록 상기 제 1 전극구조체(610) 및 상기 제 2 전극구조체(620)의 사이에 배치된 필러부(630)를 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 마찰대전발전기(600)는 양전하를 띄는 도전성 재료로 구성된 판상 형상의 제 1 전극구조체(610)를 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 제 1 전극구조체(610)는 판상형상으로 형성되고, 양전하를 띄는 도전성 재료로 구성되어 전기를 생산하도록 구비된다.

또한, 제 1 전극구조체(610)의 하단에 판상 형상으로 배치되고, 음전하를 띄는 도전성 재료로 구성되어 상기 제 1 전극구조체(610)와 마찰대전 방식으로 접촉되어 전기를 발생시키는 제 2 전극구조체(620)가 구비된다.

보다 상세하게는, 상기 제 2 전극구조체(620)는 판상형상으로 형성되어 상기 제 1 전극구조체(610)의 하단에 배치되고, 상기 제 1 전극구조체(610)와 마찰에 의해서 전기를 생산하게 된다.

즉, 상기 제 1 전극구조체(610)는 양전하를 띄고 상기 제 2 전극구조체(620)는 음전하를 띄는 도전성 재료로 구성되어 외력(P)에 의해 마찰 또는 접촉됨으로써, 전기를 생산할 수 있다.

따라서, 상기 제 1 전극구조체(610) 및 상기 제 2 전극구조체(620)는 외부로부터의 진동에너지와 같은 외력에 의해서 접촉됨으로 인해 마찰이 발생되고 이러한 마찰대전 효과에 의해서 단순한 구조로 에너지를 수집할 수 있으며, 상기 제 1 전극구조체(610) 및 상기 제 2 전극구조체(620)는 각각 외부로 연결된 인출선이 결합되어 있으므로, 상기 인출선을 통해 발생된 전기를 외부로 전달하거나 저장할 수 있다.

또한, 제 1 전극구조체(610) 및 제 2 전극구조체(620)가 소정의 간격으로 접촉 또는 이격되도록 상기 제 1 전극구조체(610) 및 상기 제 2 전극구조체(620)의 사이에 배치된 필러부(630)가 구비된다.

보다 상세하게는, 상기 필러부(630)는 상기 제 1 전극구조체(610) 및 상기 제 2 전극구조체(620)의 사이에 배치되고, 상기 제 1 전극구조체(610) 및 상기 제 2 전극구조체(620)가 외력에 의해 접촉되거나 외력해제에 의해 이격되도록 구비된다.

따라서, 상기 필러부(630)는 상기 제 1 전극구조체(610) 및 상기 제 2 전극구조체(620)가 접촉 또는 이격을 유지하도록 상기 제 1 전극구조체(610) 및 상기 제 2 전극구조체(620)의 사이에 구비된다.

또한, 필러부(630)는 제 1 전극구조체(610) 및 상기 제 2 전극구조체(620)의 가장자리에 배치되도록 중공의 판상형상으로 형성될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 필러부(630)는 중공의 판상형상으로 형성되어 상기 필러부(630)는 상기 제 1 전극구조체(610) 및 상기 제 2 전극구조체(620)의 가장자리에 배치된다.

따라서, 상기 필러부(630)는 상기 제 1 전극구조체(610) 및 상기 제 2 전극구조체(620)의 가장자리를 지지하고, 중심부에 형성된 중공을 통해 상기 제 1 전극구조체(610) 및 상기 제 2 전극구조체(620)가 접촉 또는 이탈된다.

한편, 상기 제 1 전극구조체(610)는 상단에 양전하를 띄고, 상기 제 2 전극구조체(620)는 하단에 음전하를 띄는 구성으로 기재되어 있으나, 이는 설명 및 이해의 편의를 위한 표현으로 제 1 전극구조체(610)가 하단에 음전하를 띄거나 제 2 전극구조체(620)가 상단에 양전하를 띄는 구성도 가능함은 물론이다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마찰대전발전기의 단면도이다.

도 5및 도 6를 참조하면, 제 1 전극구조체(610, 710)는 양전하를 띄는 메탈울 또는 메탈플레이트로 구성될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 제 1 전극구조체(610, 710)는 상기 제 2 전극구조체(620, 720)와 마찰대전되어 전기가 발생되도록 양전하를 띄는 메탈울(710) 또는 메탈플레이트(610)로 구성될 수 있고, 바람직하게는 표면적을 증가시켜 전기의 생산량을 향상시키고, 제작공정을 단순화하도록 메탈울이 구성될 수 있다.

따라서, 양전하를 띄는 상기 메탈울로 구성된 상기 제 1 전극구조체(610, 710)는 음전하를 띄는 상기 제 2 전극구조체(620, 720)와 마찰대전되어 전기가 발생된다.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 마찰대전발전기에서 일부 또는 전면을 감싸는 재료막 및 폴리머층을 도시한 단면도이다.

도 7을 참조하면, 제 1 전극구조체(810)는 양전하를 띄는 나일론, 쿼츠, 실크, 코튼, 알루미늄 중 어느 하나로 구성된 재료막(812)이 메탈울 또는 메탈플레이트의 일면(A) 또는 전면(B)을 감싸도록 구비된 것일 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 제 1 전극구조체(810)는 제 1 도전층(811) 및 재료막(812)으로 구성되고, 상기 제 1 도전층(811)은 메탈울 또는 메탈플레이트로 구성되며 상기 재료막(812)은 양전하를 띄는 나일론, 쿼츠, 실크, 코튼, 알루미늄 중 어느 하나로 구성되거나 상기 제 1 도전층(811)에 코팅될 수 있다.

따라서, 상기 제 1 전극구조체(810)는 양전하를 띄는 금속울 또는 메탈플레이트 또는 상기 금속울이나 메탈플레이트에 구비된 나일론, 쿼츠, 실크, 코튼, 알루미늄 등의 양전하를 띄는 소재에 의해 결합 또는 코팅되어 구성될 수 있다.

이때, 상기 재료막(812)는 상기 제 1 도전층(811)의 일면 또는 전면을 감싸도록 구비될 수 있다.

또한, 제 2 전극구조체(820)는 표면적을 증가시켜 전기의 생산량을 향상시키도록 메탈울로 구성될 수 있고, 상기 메탈울은 음전하를 띄는 폴리머층(822)과 결합되어 제 2 전극구조체(820)를 이룰 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 제 2 전극구조체(820)은 메탈울로 구성된 제 2 도전층(821)이 구비되고, 상기 제 2 도전층(821)은 가는 선 모양으로 이루어진 메탈울로 구성되므로 표면적을 증가시켜 발전량을 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 메탈울은 음전하를 띄는 도전성 재료인 폴리머로 구성된 폴리머층(822)과 결합되어 음전하를 띄게 된다.

보다 상세하게는, 상기 제 2전극구조체(820)는 제 2 도전층(821) 및 폴리머층(822)으로 구성되고, 상기 제 2 도전층(821)은 금속으로 구성되며 상기 폴리머층(822)은 폴리머 소재로 구성되어 상기 제 2 도전층(821)의 일부 또는 전면을 감싸도록 구비될 수 있다.

또한, 폴리머층(822)은 실리콘러버, 폴리다이메틸실록세인, 에코플렉스, 드래곤스킨, 테프론 용액, 폴리우레탄 중 어느 하나로 구성되고, 상기 메탈울에 상기 실리콘러버, 폴리다이메틸실록세인, 에코플렉스, 드래곤스킨, 테프론 용액, 폴리우레탄 중 어느하나를 투입하여 함께 경화시켜 결합될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 폴리머층(822)은 실리콘러버, 실리콘러버, 폴리다이메틸실록세인, 에코플렉스, 드래곤스킨, 테프론 용액, 폴리우레탄 중 어느 하나로 구성로 구성되고, 상기 메탈울의 일부 또는 전면을 감싸도록 일정 형상으로 형성시킨 메탈울에 상기 실리콘러버, 폴리다이메틸실록세인, 에코플렉스, 드래곤스킨, 테프론 용액, 폴리우레탄 중 어느 하나의 용해액을 투입하여 상온이 비치시키면 일정시간 후 경화되고, 이를 통해 상기 제 2 전극구조체(820)를 완성시킨다.

또한, 메탈울은 금속블럭을 가공하여 하나의 가는 선 형상의 뭉치로 형성되고 형상에 따라 상기 선의 길이를 조절하고, 상기 선의 굵기를 조절하여 상기 메탈울의 표면적을 제어하여 발생되는 전기의 생산량을 제어할 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 메탈울은 금속블럭을 회전시켜 하나의 가는 선을 일정 형상의 뭉치로 형성시키고, 요구되는 형상에 따라 상기 선의 길이를 조절하여 형상의 크기 및 모양을 조절 할 수 있고, 상기 선의 굵기를 조절하여 상기 메탈울의 표면적을 제어할 수 있으며, 이를 통해 발생되는 전기의 생산량을 제어할 수 있다.

즉, 표면적이 넓은 메탈울은 마찰대전시 넓은 접촉면적을 가짐으로써, 전기의 생산량이 증가되고, 표면적이 작은 메탈울은 마찰대전시 작은 접촉면적은 가짐으로써, 전기의 생산량이 줄어들게 된다. 따라서, 상기 메탈울의 굵기를 제어하여 생산되는 전기의 양을 조절할 수 있다.

또한, 상기 메탈울은 하나의 가는 선으로 가공되고, 상기 선을 뭉침으로써 하나의 메탈울을 완성할 수 있다. 따라서, 형상의 크기와 모양에 따라 상기 선의 길이를 제어하고, 이를 통해 전기의 생산량을 조절할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 다공 레이어부가 삽입된 마찰대전발전기의 단면도이다.

도 8을 참조하면, 제 1 전극구조체(910) 및 제 2 전극구조체(920)의 사이에 공간을 채우도록 배치되고, 가압에 의해 압축되도록 다공성구조 형성된 다공 레이어부(930)가 필러부(도 5의 630, 도 6의 730 및 도 7의 830) 대신 구비될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 다공 레이어부(930)는 상기 제 1 전극구조체(910) 및 상기 제 2 전극구조체(920)의 사이에 배치되고, 가압 시 압축되거나 가압해제시 본래의 형상으로 복원되는 다공성구조로 형성된다.

즉, 상기 다공 레이어부(930)는 상기 제 1 전극구조체(910) 및 상기 제 2 전극구조체(920)의 사이에 빈 공간이 없도록 배치되고, 가압 시 압축되거나 가압해제시 본래의 형상으로 복원되도록 탄성이 있는 소재로 구성되어 외력이 작용되면 압축되어 전기를 생산하고 외력이 해제되면 본래의 형상으로 복원된다.

또한, 다공 레이어부(930)는 상기 제 1 전극구조체(910) 및 상기 제 2 전극구조체(920)의 사이에서 다공성구조로 소량의 전류가 흐르고, 가압에 의해 다공성구조가 압축되어 보다 높은 전류가 발생될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 다공 레이어부(930)는 상기 제 1 전극구조체(910) 및 상기 제 2 전극구조체(920)의 사이에 공간을 채우도록 배치되고, 다공성구조로 인해 상기 제 1 전극구조체(910) 및 상기 제 2 전극구조체(920)에 배치되어 적은 접촉면적으로 인해 소량의 전류가 흐르며, 외력에 의한 가압으로 상기 다공 레이어부(930)가 압축되면 상기 제 1 전극구조체(910) 및 상기 제 2 전극구조체(920)와의 접촉면적이 증가되어 마찰대전으로 인해 보다 높은 전류가 발생된다.

즉, 상기 다공레이어부(930)는 가압 시 압력에 의해 마찰력이 증가되고, 접촉면이 증가되므로, 보다 높은 전류가 발생되고, 가압이 해제되면 마찰력이 감소되므로 제 1 전극구조체(910) 및 상기 제 2 전극구조체(920)의 사이에서 흐르는 전류가 낮아진다.

따라서, 상기 다공 레이어부(930)는 상기 제 1 전극구조체(910) 및 상기 제 2 전극구조체(920) 간의 공간을 채우므로, 완충작용에 의해 반복적인 외력에 의해 상기 제 1 전극구조체(910) 및 상기 제 2 전극구조체(920)가 파손되는 것을 방지할 수 있고, 지속적으로 전기를 생산할 수 있다.

이때, 상기 다공 레이어부(930)는 비전도성 소재로 구성될 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 다공 레이어부(930)는 비전도성 소재로 상기 제 1 전극구조체(910) 및 상기 제 2 전극구조체(920)의 사이에 구비될 수 있고, 가압에 의해 압축되면 다공성 구조로 인해 상기 제 1 전극구조체(910) 및 상기 제 2 전극구조체(920)가 접촉되면서 전기가 발생될 수 있다.

즉, 상기 다공 레이어부(930)는 비전도성으로 비가압시 상기 제 1 전극구조체(910) 및 상기 제 2 전극구조체(920)를 분리시키고, 외력에 의해 가압되면 압축되며 다공성구조로 인해 상기 제 1 전극구조체(910) 및 상기 제 2 전극구조체(920)가 접촉가능하게 되고 이를 통해 전기가 발생하게 된다.

또한, 다공 레이어부(930)는 가압 시 압축되고, 가압해제 시 형상복원되도록 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산, 실리콘러버, 에코플렉스, 테프론 중 어느 하나로 구성된 것일 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 다공 레이어부(930)는 상기 제 1 전극구조체(910) 및 상기 제 2 전극구조체(920)의 사이에 배치되고, 외력에 의해 압축되거나 외력의 해제시 본래의 형상으로 복원되도록 폴리우레탄, 폴리디메틸실록산, 실리콘러버, 에코플렉스, 테프론으로 구성될 수 있다.

따라서, 상기 다공 레이어부(930)는 압축 또는 형상복원을 반복하여 지속적인 외력에 의해 전기를 생산할 수 있다.

또한, 다공 레이어부(930)는 도전성을 갖도록 도전성 파우더와 혼합되거나 외부에 코팅된 것일 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 다공 레이어부(930)는 상기 제 1 전극구조체(910) 및 상기 제 2 전극구조체(920)가 접촉되어 전기를 생산할 수 있도록 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 다공 레이어부(930)를 제조할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 마찰대전발전기의 제조방법을 도시한 블럭도이고, 도 10은 본 발명에 따른 마찰대전발전기의 제조방법을 나타낸 촬상도이다.

도 7 및 도 9 내지 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 마찰대전발전기의 제조방법은, a) 상기 제 1 전극구조체(810) 및 필러부(830)를 준비하는 단계(S910), b) 상기 제 2 전극구조체(820)를 제조하기 위해 메탈울을 준비하는 단계(S920), c) 상기 준비된 메탈울을 소정의 형상으로 형성하는 단계(S930), d) 상기 소정의 형상으로 형성된 메탈울을 용기에 담는 단계(S940), e) 용기에 담긴 메탈울에 폴리머를 주입하여 경화시키는 단계(S950), f) 상기 경화된 메탈울 및 폴리머로 구성된 제 2 전극구조체(820)를 용기에서 분리시키는 단계(S960) 및 g) 상기 분리된 제 2 전극구조체(820)를 제 1 전극구조체(810) 및 필러부(830)와 결합하여 마찰대전 발전기를 완성하는 단계(S970)를 포함할 수 있다.

따라서, 작업자는 1) 얇은 실로 구성된 메탈울을 준비하고, 2) 준비된 메탈을 원하는 형상으로 형성시킨 후 용기에 담으며, 3) 용기에 담겨진 상기 메탈울에 용해된 실리콘러버를 원하는 양만큼 투입시켜 경화시키고, 4) 경화된 메탈울 및 실리콘러버로 이루어진 제 2 전극구조체(820)를 분리시킨다.

상기 분리된 제 2 전극구조체(820)를 통해 마찰대전발전기(300)를 제조할 수 있다.

결과적으로, 상기 제 1 전극구조체(810) 및 상기 제 2 전극구조체(820)을 메탈울로 구성하여 복잡한 공정없이 전극구조체를 구비할 수 있고, 폴리머층을 상온에서 경화되는 실리콘러버로 구성함에 따라 추가공정없이 제 2 전극구조체(820)를 제조하여 시간 및 비용을 절감할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 마찰대전발전기의 외력에 따라 발생되는 전압 및 전류를 나타낸 그래프이고, 도 12는 종래의 마찰대전발전기의 외력에 따라 발생되는 전압 및 전류를 나타낸 그래프이다.

도 7 및 도 11 내지 도 12을 참조하면, 우선, 도 11에서 본 발명에 따른 마찰대전발전기는 알루미늄으로 구성된 제 1 전극구조체(810) 및 알루미늄으로 구성된 메탈울이 폴리머층에 의해 둘러싸인 제 2 전극구조체(820)가 외력에 의해서 가압되어 발생되는 전류 및 전압을 OSC(오실로스코프: oscilloscope)측정한 그래프를 도시하였다.

그 중 5kgf의 외력으로 마찰대전발전기를 가압하는 경우 평균전압값은 800V, 평균전류값은 0.4 ㎃이다. 따라서, 본 발명에 따른 마찰대전발전기는 5kgf의 외력이 작용할 때, 적어도 평균전압값이 800V, 평균전류값이 0.4 ㎃ 이상의 값을 갖도록 제조되는 것이 바람직하다.

반면에, 도 12에 도시된 종래의 마찰대전 발전기는 알루미늄으로 구성된 제 1 전극구조체(810) 및 CNT(탄소나노튜브)가 폴리머층에 의해 둘러싸인 제 2 전극구조체(820)가 외력(5kgf)에 의해서 가압되어 발생되는 전류 및 전압을 OSC(오실로스코프: oscilloscope)측정한 그래프를 도시하였다.

종래의 마찰대전 발전기는 상기에서 언급된 외력과 동일한 5kgf의 힘으로 가압하는 경우 평균전압값은 80V, 평균전류값은 15㎂이다.

따라서, 본 발명에 따른 마찰대전발전기의 경우 평균전압값 및 평균전류값은 최소 10배 이상 높은 수치를 나타낸다.

결과적으로, 메탈울이 적용된 마찰대전 발전기를 사용하여 작업공정을 단순화하여 시간 및 비용을 절감할 수 있고, 보다 높은 평균전압값 및 평균전류값을 가짐으로써, 안정적인 전기를 생산할 수 있으며, 낮은 외력에도 종래의 마찰대전 발전기 보다 높은 높은 평균전압값 및 평균전류값을 생산할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 도전성 다공 레이어부가 삽입된 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 도전성 다공 레이어부가 삽입된 마찰대전 발전기는 외력에 의해 발생된 전기를 통해 신체에 장착된 장치를 구동하는 웨어러블 장치용 마찰대전 발전기일 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 도전성 다공 레이어부가 삽입된 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.

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.

1000: 마찰대전발전기가 구비된 보도블록
100: 하부바디
110: 인출선
120: 정류기
130: 축전기
200: 상부바디
300: 지지부
400: 전극구조체
500: 판스프링
510: 판스프링몸체
520: 판통공
600, 700, 800, 900: 마찰대전발전기
610, 710, 810, 910: 제 1 전극구조체
620, 720, 820, 920: 제 2 전극구조체
630, 730, 830: 필러부
811, 911: 제 1 도전층
812, 912: 재료막
621, 721, 821, 921: 제 2 도전층
622, 722, 822, 922: 폴리머층
930: 다공 레이어부

Claims (12)

1. 지면과 대면되는 판상형상으로 형성된 하부바디;
   상기 하부바디의 상측에 배치되고, 보행자 또는 외부로부터의 외력을 받도록 판상형상으로 형성된 상부바디;
   상기 하부바디 및 상기 상부바디 사이에 수납공간을 형성하도록 마련된 지지부; 및
   상기 수납공간에 배치되고, 상기 상부바디에 가해지는 외력에 의해 압축되어 상기 상부바디 및 상기 하부바디와 마찰대전 방식으로 발전되도록 마련된 전극구조체; 및
   상기 전극구조체의 하단에 배치되어 상기 전극구조체를 지지하도록 마련된 판스프링을 포함하며,
   상기 판스프링은, 상기 상부바디에 의해 압축되어 상기 상부바디 및 하부바디와 접하게 된 상기 전극구조체가 본래의 형상으로 복원하는 힘을 가하도록 마련되고,
   상기 판스프링은,
   상부바디를 향해 중심부가 볼록한 아치 형태로 형성된 판스프링몸체; 및
   상기 판스프링몸체의 내측에 형성되어 상부와 하부가 연통되도록 마련된 판통공을 포함하며,
   상기 판통공은 상기 전극구조체의 하단이 상기 하부바디의 상단과 접하여 마찰발전이 이루어지도록 마련되는 것을 특징으로 하는 마찰대전발전기가 구비된 보도블록.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지부는, 상기 하부바디 및 상기 상부바디가 대면되는 외주를 지지하도록 구비된 것을 특징으로 하는 마찰대전발전기가 구비된 보도블록.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 하부바디 및 상기 상부바디는 동일한 전하를 갖도록 마련되며, 상기 전극구조체는 상기 하부바디 및 상기 상부바디와 반대 전하를 갖도록 마련된 것을 특징으로 하는 마찰대전발전기가 구비된 보도블록.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 하부바디의 상단 및 상기 상부바디의 하단은 음전하를 띄도록 형성되며, 상기 전극구조체는 상단 및 하단이 양전하를 띄도록 형성된 것을 특징으로 하는 마찰대전발전기가 구비된 보도블록.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 전극구조체에서 발생된 마이너스전압을 플러스전압으로 변환하도록 상기 전극구조체와 연결된 정류기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰대전발전기가 구비된 보도블록.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극구조체와 연결되어 상기 전극구조체로부터 발생된 전기를 통해 발광되도록 상기 상부바디의 상면에 결합된 엘이디부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰대전발전기가 구비된 보도블록.
    
11. 제 10 항에 있어서, 상기 전극구조체에서 발생된 전기를 일시적으로 저장하여 상기 엘이디부의 발광시간을 지연시키도록 상기 전극구조체와 연결된 축전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰대전발전기가 구비된 보도블록.
    
12. 제 1 항에 따른 마찰대전발전기가 구비된 보도블록은 엘이디의 발광을 통해 보행자에게 길을 안내하는 시설에 구비된 것을 특징으로 하는 마찰대전발전기가 구비된 보도블록을 이용한 길안내시설.

Images