KR102443251B1 - Tire including double sponge structured triboelectric nano-generator and tire include same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부의 압력을 통해 전기 에너지를 생산하기 위한 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어에 관한 것이다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 타이어의 외형을 형성하는 타이어본체; 및 상기 타이어본체의 내부에 마련되되, 상기 타이어본체의 내주면을 따라 연장 형성된 발전모듈을 포함하며, 상기 발전모듈은, 상기 타이어본체가 외력에 의해 변화될 때 대전에 의한 발전이 이루어지도록 마련된 것을 특징으로 하는 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어를 제공한다.The present invention relates to a tire including a contact charging generator having a double sponge structure, and more particularly, to a tire including a contact charging generator having a double sponge structure for producing electric energy through external pressure. The configuration of the present invention for achieving the above object is a tire body forming the outer shape of the tire; and a power generation module provided inside the tire body and extending along an inner circumferential surface of the tire body, wherein the power generation module is provided to generate electricity by charging when the tire body is changed by an external force. It provides a tire comprising a contact charging generator of a double sponge structure comprising:

Description

이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어{TIRE INCLUDING DOUBLE SPONGE STRUCTURED TRIBOELECTRIC NANO-GENERATOR AND TIRE INCLUDE SAME}Tire including a contact electrification generator with a double sponge structure

본 발명은 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부의 압력을 통해 전기 에너지를 생산하기 위한 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어에 관한 것이다.The present invention relates to a tire including a contact charging generator having a double sponge structure, and more particularly, to a tire including a contact charging generator having a double sponge structure for producing electric energy through external pressure.

타이어의 안정성 향상을 위하여, 내부의 공기압 측정을 위한 공기압센서 (Tire-pressure monitoring system: TPMS)를 내부에 장착한 타이어가 상용화 되었다. 그리고, TPMS 외에도 다양한 센서들을 타이어 내부에 탑재하기 위한 개발이 활발히 진행되고 있다. To improve the stability of the tire, a tire equipped with a tire-pressure monitoring system (TPMS) for measuring the internal air pressure has been commercialized. In addition to the TPMS, development for mounting various sensors inside the tire is being actively conducted.

하지만, 타이어 내부는 외부와 단절된 공간이기 때문에 자동차의 발전기에서 생산되는 전기 에너지를 사용하기 어렵다. 따라서, 타이어 내부에 탑재된 센서에 전력을 공급하기 위하여 베터리를 주로 사용하고 있으나, 베터리는 용량이 제한되어 있기 때문에 정기적으로 교환 또는 충전을 필요로 하는 문제가 있다. However, since the inside of the tire is a space isolated from the outside, it is difficult to use the electric energy produced by the vehicle's generator. Accordingly, although a battery is mainly used to supply power to a sensor mounted inside a tire, the battery has a limited capacity and thus requires regular replacement or charging.

한편, 타이어는 주행 중 차체의 무게에 의해 지면과 맞닿는 부분에 지속적인 형태의 변화가 일어난다. 따라서, 지속적으로 일어나는 형태의 변화를 이용해 전기에너지를 생산하는 접촉 대전 발전기와 이를 포함하는 타이어에 관한 특허가 출원된 바 있다. On the other hand, the tire continuously changes shape in the portion in contact with the ground due to the weight of the vehicle body while driving. Accordingly, a patent has been applied for a contact charging generator that produces electrical energy using a continuously occurring change of shape and a tire including the same.

그러나, 종래의 접촉 대전 발전을 수행하는 타이어는 성능이 낮고 제작 비용이 비싸 경제적이지 못한 문제가 있었다.However, the conventional tire performing contact electrification has a problem in that it is not economical because of its low performance and high manufacturing cost.

따라서, 성능을 향상시키고 제작 비용을 감소시킨 접촉 대전 발전기를 갖는 타이어가 필요하다.Accordingly, there is a need for a tire having a contact charging generator with improved performance and reduced manufacturing cost.

한국등록특허 제10-1957990-0000호Korean Patent Registration No. 10-1957990-0000

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 외부의 압력을 통해 전기 에너지를 생산하기 위한 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어를 제공하는 것이다.An object of the present invention to solve the above problems is to provide a tire including a contact charging generator having a double sponge structure for producing electric energy through external pressure.

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.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. There will be.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 타이어의 외형을 형성하는 타이어본체; 및 상기 타이어본체의 내부에 마련되되, 상기 타이어본체의 내주면을 따라 연장 형성된 발전모듈을 포함하며, 상기 발전모듈은, 상기 타이어본체가 외력에 의해 변화될 때 대전에 의한 발전이 이루어지도록 마련된 것을 특징으로 하는 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어를 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object is a tire body forming the outer shape of the tire; and a power generation module provided inside the tire body and extending along an inner circumferential surface of the tire body, wherein the power generation module is provided to generate electricity by charging when the tire body is changed by an external force. It provides a tire comprising a contact charging generator of a double sponge structure comprising:

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 발전모듈은, 외력에 의해 형상이 변하도록 마련된 제1 대전부; 및 상기 제1 대전부와 얽힌 형태로 마련되며 외력에 의해 형상이 변하도록 마련된 제2 대전부를 포함하며, 상기 제1 대전부 및 상기 제2 대전부는 외력에 의해 접촉 면적이 변화되면서 발전이 이루어지도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the power generation module includes: a first charging unit provided to change shape by an external force; and a second charging unit provided in a form entangled with the first charging unit and configured to change shape by an external force, wherein the first charging unit and the second charging unit generate electricity while the contact area is changed by an external force. It may be characterized as provided.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 대전부는, 오픈셀(open cell) 구조로 형성된 제1 스펀지; 및 상기 제1 스펀지를 코팅하도록 형성된 제1 절연층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first charging unit includes: a first sponge formed in an open cell structure; and a first insulating layer formed to coat the first sponge.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2 대전부는, 오픈셀(open cell) 구조로 형성된 제2 스펀지; 및 상기 제2 스펀지를 코팅하도록 형성된 제2 절연층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the second charging unit includes: a second sponge formed in an open cell structure; and a second insulating layer formed to coat the second sponge.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 스펀지 및 상기 제2 스펀지는, 폴리머, 폴리우레탄, 실리콘 고무 및 PDMS 중 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first sponge and the second sponge may be made of at least one of a polymer, polyurethane, silicone rubber, and PDMS.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 스펀지 및 상기 제2 스펀지는, 전도성 카본 물질을 포함하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first sponge and the second sponge may be provided to include a conductive carbon material.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층은, 전도성 카본물질로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first insulating layer and the second insulating layer may be made of a conductive carbon material.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층은, 대전열이 서로 반대 극성을 갖는 소재로 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first insulating layer and the second insulating layer may be formed of a material having opposite polarities to each other.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2 대전부는, 오픈셀(open cell) 구조로 형성된 제2 스펀지로 이루어지며, 상기 제2 스펀지는 상기 제1 절연층과의 접촉 대전에 의해 정전하가 이동하게 되어 발전이 이루어지도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the second charging unit is made of a second sponge formed in an open cell structure, and the second sponge has an electrostatic charge transferred by contact charging with the first insulating layer. It can be characterized in that it is prepared for development to occur.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 발전모듈은, 상기 제1 대전부와 상기 제2 대전부가 외력에 의해 접촉 면적이 달라질 때, 상기 제1 대전부와 상기 제2 대전부 간에 전하가 이동되도록 하는 배선부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the power generation module is configured such that when the contact area between the first charging unit and the second charging unit is changed by an external force, electric charges are transferred between the first charging unit and the second charging unit. It may be characterized by further comprising a wiring unit.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 배선부는, 상기 제1 스펀지와 상기 제2 스펀지 사이에 이동되는 전하를 일방향으로 정류하도록 마련된 정류기; 및 상기 정류기에 의해 정류된 전하를 이용하여 기능하는 부하를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the wiring unit may include: a rectifier provided to rectify charges moving between the first sponge and the second sponge in one direction; and a load functioning using the electric charge rectified by the rectifier.

상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 타이어가 회전함에 따라 지면과 맞닿는 부분에서 발생하는 형태의 변화를 통해, 자체적으로 전기 에너지를 생산할 수 있어 타이어 내부의 센서들을 외부의 전원 없이 작동하도록 할 수 있다. The effect of the present invention according to the above configuration is that, as the tire rotates, it can generate electric energy by itself through a change in the shape that occurs in the part in contact with the ground, so that the sensors inside the tire operate without an external power source. can

또한, 외부 전원을 사용하지 않게 됨에 따라 타이어에 IoT 등의 기술 적용을 가속화할 수 있으며, 베터리의 생산에 필요한 리튬 등의 독성물질을 사용하지 않음으로써 환경오염을 억제할 수 있다.In addition, as external power is not used, the application of technologies such as IoT to tires can be accelerated, and environmental pollution can be suppressed by not using toxic substances such as lithium required for battery production.

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.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and it should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발전모듈의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 대전부의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제2 대전부의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어의 단면도이다.
도 6은 도 5의 A-A'의 단층 구조를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 배선부의 구조도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 배선부의 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어가 외력을 받았을 때의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어가 외력을 받기 전의 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어가 외력을 받았을 때의 예시도이다.1 is a perspective view of a tire including a contact charging generator having a double sponge structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a power generation module according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of a first charging unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of a second charging unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a tire including a contact charging generator having a double sponge structure according to an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary view showing a single-layer structure taken along line A-A' of FIG. 5 .
7 is a structural diagram of a wiring unit according to an embodiment of the present invention.
8 is an exemplary diagram of a wiring unit according to an embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view when a tire including a contact charging generator having a double sponge structure is subjected to an external force according to an embodiment of the present invention.
10 is an exemplary view before a tire including a contact charging generator having a double sponge structure is subjected to an external force according to an embodiment of the present invention.
11 is an exemplary view when a tire including a contact charging generator having a double sponge structure is subjected to an external force according to an embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in several different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

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.Throughout the specification, when a part is "connected (connected, contacted, coupled)" with another part, it is not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member interposed therebetween. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further provided without excluding other components unless otherwise stated.

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.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어의 사시도이다.1 is a perspective view of a tire including a contact charging generator having a double sponge structure according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 것처럼, 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어(10)는 타이어본체(20) 및 발전모듈(100)을 포함한다.As shown in FIG. 1 , a tire 10 including a contact charging generator having a double sponge structure includes a tire body 20 and a power generation module 100 .

상기 타이어본체(20)는 타이어의 기본적인 구조로 이루어져 타이어의 외형을 형성하도록 마련될 수 있다.The tire body 20 may be provided to form the outer shape of the tire by forming the basic structure of the tire.

상기 발전모듈(100)은 상기 타이어본체(20)의 내부에 마련되되, 상기 타이어본체(20)의 내주면을 따라 연장 형성될 수 있다.The power generation module 100 is provided inside the tire body 20 , and may be formed to extend along an inner circumferential surface of the tire body 20 .

그리고, 상기 발전모듈(100)은, 상기 타이어본체(20)가 외력에 의해 형상이 변화될 때 대전에 의한 발전이 이루어지도록 마련될 수 있다.In addition, the power generation module 100 may be provided so that power generation by charging occurs when the shape of the tire body 20 is changed by an external force.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발전모듈의 사시도이다.2 is a perspective view of a power generation module according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 발전모듈(100)은 제1 대전부(110) 및 제2 대전부(120)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the power generation module 100 includes a first charging unit 110 and a second charging unit 120 .

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 대전부의 사시도이다.3 is a perspective view of a first charging unit according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 제1 대전부(110)는 외력에 의해 형상이 변하도록 마련되며, 제1 스펀지(111) 및 제1 절연층(112)을 포함한다.Referring to FIG. 3 , the first charging unit 110 is provided to change shape by an external force, and includes a first sponge 111 and a first insulating layer 112 .

상기 제1 스펀지(111)는 외력에 의해 타이어의 형상이 변할 때 함께 형상이 변화될 수 있도록 오픈셀(open cell) 구조 또는 다공성 구조로 형성될 수 있다.The first sponge 111 may be formed in an open cell structure or a porous structure so that the shape of the tire changes when the shape of the tire is changed by an external force.

그리고, 상기 제1 스펀지(111)는 탄성을 갖는 폴리머, 폴리우레탄, 실리콘 고무 및 PDMS 중 적어도 어느 하나의 소재 이루어질 수 있다.In addition, the first sponge 111 may be made of at least one of elastic polymer, polyurethane, silicone rubber, and PDMS.

또한, 상기 제1 스펀지(111)는, 전도성 카본 물질을 포함하도록 마련될 수도 있다. 일 예로, 상기 제1 스펀지(111)는 카본블랙, 카본나노튜브, 탄화규소 등을 포함하도록 마련될 수도 있다.In addition, the first sponge 111 may be provided to include a conductive carbon material. For example, the first sponge 111 may be provided to include carbon black, carbon nanotubes, silicon carbide, and the like.

제1 절연층(112)은 상기 제1 스펀지(111)를 코팅하도록 형성될 수 있다. The first insulating layer 112 may be formed to coat the first sponge 111 .

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제2 대전부의 사시도이다.4 is a perspective view of a second charging unit according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상기 제2 대전부(120)는 상기 제1 대전부(110)와 얽힌 형태로 마련되고, 외력에 의해 형상이 변하도록 마련되며, 제2 스펀지(121) 및 제2 절연층(122)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the second charging unit 120 is provided in a form entangled with the first charging unit 110 , is provided to change shape by an external force, and includes a second sponge 121 and a second insulation layer 122 .

상기 제2 스펀지(121)는 외력에 의해 타이어의 형상이 변할 때 함께 형상이 변화될 수 있도록 오픈셀(open cell) 구조 또는 다공성 구조로 형성될 수 있다.The second sponge 121 may be formed in an open cell structure or a porous structure so that the shape of the tire changes when the shape of the tire is changed by an external force.

그리고, 상기 제2 스펀지(121)는 상기 제1 스펀지(111)와 얽힌 형태로 마련될 수 있다.In addition, the second sponge 121 may be provided in a form entangled with the first sponge 111 .

이를 위해, 상기 제2 스펀지(121)는 액상의 주제와 경화제를 혼합하여 제1 스펀지(111)에 투입함으로써, 얽힌 구조의 클로즈드-셀 구조의 스펀지를 구성한 다음, thermal zipping이나 liquid quenching을 이용하여 오픈-셀 구조로 만들고, 이후 전도성을 띄게 만들어 제작될 수 있다.To this end, the second sponge 121 mixes a liquid main agent and a curing agent and puts it into the first sponge 111, thereby composing a closed-cell structure sponge of a tangled structure, and then using thermal zipping or liquid quenching. It can be fabricated by making it an open-cell structure and then making it conductive.

그리고, 상기 제2 스펀지(121)는 탄성을 갖는 폴리머, 폴리우레탄, 실리콘 고무 및 PDMS 중 적어도 어느 하나의 소재 이루어질 수 있다.In addition, the second sponge 121 may be made of at least one of elastic polymer, polyurethane, silicone rubber, and PDMS.

또한, 상기 제2 스펀지(121)는, 전도성 카본 물질을 포함하도록 마련될 수도 있다. 일 예로, 상기 제2 스펀지(121)는 카본블랙, 카본나노튜브, 탄화규소 등을 포함하도록 마련될 수도 있다.In addition, the second sponge 121 may be provided to include a conductive carbon material. For example, the second sponge 121 may be provided to include carbon black, carbon nanotubes, silicon carbide, or the like.

제2 절연층(122)은 상기 제2 스펀지(121)를 코팅하도록 형성될 수 있다. The second insulating layer 122 may be formed to coat the second sponge 121 .

이처럼 마련된 상기 제1 스펀지(111)와 상기 제2 스펀지(121)는 오픈셀 구조의 스펀지 형태를 가지기 때문에 흡음을 통하여 소음을 제거할 수 있다. Since the first sponge 111 and the second sponge 121 prepared in this way have a sponge shape of an open cell structure, noise can be removed through sound absorption.

구체적으로, 음파는 전파해갈 때 다른 물질과 마찰하면서 음파 에너지가 다른 물질로 전달되어 그 크기가 감쇄된다. 이때 음파가 다른 물질과 접촉하는 표면적이 넓을수록 음파 에너지의 감쇄가 크게 나타난다. 따라서 음파가 상기 제1 스펀지(111)와 상기 제2 스펀지(112)를 지나가면서, 넓은 범위로 접촉하면서 음파 에너지를 크게 감쇄될 수 있다.Specifically, as the sound wave propagates, the sound wave energy is transferred to the other material while friction with other materials, and the size is attenuated. At this time, the larger the surface area where the sound wave comes into contact with other materials, the greater the attenuation of the sound wave energy. Accordingly, as the sound wave passes through the first sponge 111 and the second sponge 112, the sound wave energy may be greatly attenuated while in contact in a wide range.

상기 제1 절연층(112)과 상기 제2 절연층(122)은 각각 제1 스펀지(111)와 제2 스펀지(121)를 코팅하는 절연물질로 제작될 수 있다. 이때, 상기 제1 절연층(112)과 상기 제2 절연층(122)은 서로 대전열이 반대인 물질 쌍으로 제작됨으로써 출력을 향상시키도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 절연층(112)과 상기 제2 절연층(122)은 폴리테트라 플루오로에틸렌과 나일론과 같은 물질쌍으로 구성될 수 있다.The first insulating layer 112 and the second insulating layer 122 may be made of an insulating material for coating the first sponge 111 and the second sponge 121 , respectively. In this case, the first insulating layer 112 and the second insulating layer 122 may be provided to improve output by being made of a material pair having opposite heats of charge to each other. For example, the first insulating layer 112 and the second insulating layer 122 may be formed of a material pair such as polytetrafluoroethylene and nylon.

이처럼 서로 다른 대전열을 갖도록 마련된 상기 제1 절연층(112)과 상기 제2 절연층(122)은 상기 제1 스펀지(111) 및 상기 제2 스펀지(121)가 외력에 의해 변형됨에 따라 접촉 면적이 변화하게 된다. 그리고, 상기 제1 절연층(112)과 상기 제2 절연층(122) 사이에 접촉이 생기면 상기 제1 절연층(112)과 상기 제2 절연층(122)에 서로 다른 극성의 정전하가 대전되게 된다. 이후, 외력이 사라지면 상기 제1 스펀지(111)와 상기 제2 스펀지(121)가 본래 형태로 복원되면서 정전기 유도 현상에 따라 상기 제1 스펀지(111)와 상기 제2 스펀지(121) 사이에 교류 전류가 흐르면서 전기 에너지가 생성되게 된다.As described above, the first insulating layer 112 and the second insulating layer 122 provided to have different electrification heat contact areas as the first sponge 111 and the second sponge 121 are deformed by an external force. this will change In addition, when a contact occurs between the first insulating layer 112 and the second insulating layer 122 , static charges of different polarities are charged to the first insulating layer 112 and the second insulating layer 122 . will become Thereafter, when the external force disappears, the first sponge 111 and the second sponge 121 are restored to their original shapes, and an alternating current is generated between the first sponge 111 and the second sponge 121 according to an electrostatic induction phenomenon. As it flows, electrical energy is generated.

한편, 상기 제1 절연층(112)과 상기 제2 절연층(122) 중 상기 제2 절연층(122)은 발전모듈(100)의 구성에 반드시 모두 필요한 것은 아니며, 제1 절연층(112) 만으로 제1 스펀지(111)와 제2 스펀지(121) 간에 충분한 절연이 확보된다면, 제1 절연층(112)만 마련될 수도 있다. 단, 이 경우 상기 제1 절연층(112)과 상기 제2 스펀지(121)간의 접촉 대전에 의해 정전하가 이동되도록 마련될 수 있다.On the other hand, the second insulating layer 122 of the first insulating layer 112 and the second insulating layer 122 is not necessarily required for the configuration of the power generation module 100, and the first insulating layer 112 Only the first insulating layer 112 may be provided as long as sufficient insulation is ensured between the first sponge 111 and the second sponge 121 . However, in this case, the electrostatic charge may be moved by contact charging between the first insulating layer 112 and the second sponge 121 .

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어의 단면도이고, 도 6은 도 5의 A-A'의 단층 구조를 나타낸 예시도이다.5 is a cross-sectional view of a tire including a contact charging generator having a double sponge structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an exemplary view showing a single-layer structure taken along line A-A' of FIG. 5 .

도5 및 도 6을 참조하면, 상기 발전모듈(100)은 배선부(130)를 더 포함할 수 있다.5 and 6 , the power generation module 100 may further include a wiring unit 130 .

상기 배선부(130)는 상기 제1 대전부(110)와 상기 제2 대전부(120)가 외력에 의해 접촉 면적이 달라질 때, 상기 제1 대전부(110)와 상기 제2 대전부(120) 간에 전하가 이동되도록 할 수 있다. 이를 위해 상기 배선부(130)는 도선으로 상기 제1 스펀지(110)와 상기 제2 스펀지(120)를 연결할 수 있다.The wiring unit 130 is connected to the first charging unit 110 and the second charging unit 120 when the contact area between the first charging unit 110 and the second charging unit 120 is changed by an external force. ) to allow charge to move between them. To this end, the wiring unit 130 may connect the first sponge 110 and the second sponge 120 with a conductive wire.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 배선부의 구조도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 배선부의 예시도이다.7 is a structural diagram of a wiring unit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is an exemplary diagram of a wiring unit according to an embodiment of the present invention.

도 7 및 도 8을 더 참조하면, 상기 배선부(130)는 정류기(131) 및 부하(132)를 더 포함할 수 있다.7 and 8 , the wiring unit 130 may further include a rectifier 131 and a load 132 .

상기 정류기(131)는 상기 제1 스펀지(111)와 상기 제2 스펀지(112) 사이에 이동되는 전하를 일방향으로 정류하도록 마련될 수 있다. 구체적으로, 발전모듈(100)에 작용하는 외력의 형태(압축력, 인장력 등)에 따라 제1 스펀지(110)와 제2 스펀지(120)간에 전하의 이동 방향이 달라지기 때문에 전하의 이동 방향을 일정하게 유지하게 하기 위해 상기 정류기(131)가 마련될 수 있다.The rectifier 131 may be provided to rectify charges moving between the first sponge 111 and the second sponge 112 in one direction. Specifically, since the direction of movement of electric charges varies between the first sponge 110 and the second sponge 120 according to the type of external force (compressive force, tensile force, etc.) acting on the power generation module 100, the direction of movement of electric charges is fixed. The rectifier 131 may be provided in order to keep it working.

상기 부하(132)는 상기 정류기(131)에 의해 정류된 전하를 이용하여 기능하도록 마련될 수 있다. 일 예로, 상기 부하(132)는 배터리로 마련되어 타이어 내부에 마련된 센서 등에 전력을 제공하도록 마련될 수 있다. 또는 상기 부하(132)는 센서로 마련될 수도 있다.The load 132 may be provided to function using the charge rectified by the rectifier 131 . For example, the load 132 may be provided as a battery to provide power to a sensor provided inside the tire. Alternatively, the load 132 may be provided as a sensor.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어가 외력을 받았을 때의 단면도이다.9 is a cross-sectional view when a tire including a contact charging generator having a double sponge structure is subjected to an external force according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 타이어본체(20) 지면에 닿아 외력을 받게 되면 형상이 변화하게 되고 이때, 발전모듈(100)도 외력으로 인해 형상이 변화하게 된다. 이처럼 형상이 변화하게 되면 제1 절연층(112)과 제2 절연층(122) 사이의 접촉 면적이 변화하면서 대전이 일어나고 전기 에너지가 생성될 수 있다.Referring to FIG. 9 , when the tire body 20 comes into contact with the ground and receives an external force, the shape is changed, and at this time, the shape of the power generation module 100 is also changed due to the external force. When the shape is changed as described above, the contact area between the first insulating layer 112 and the second insulating layer 122 is changed, and charging occurs and electrical energy can be generated.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어가 외력을 받기 전의 예시도이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어가 외력을 받았을 때의 예시도이다.10 is an exemplary view before a tire including a contact charging generator having a double sponge structure according to an embodiment of the present invention is subjected to external force, and FIG. 11 is a contact charging generator having a double sponge structure according to an embodiment of the present invention. It is an exemplary view when the included tire receives an external force.

도 10 및 도 11을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 서로 얽혀 있는 구조의 상기 제1 스펀지(111)와 제2 스펀지(121)의 구성에 따라, 상기 제1 절연층(112)과 상기 제2 절연층(122)의 일부분만 접촉이 일어나 있다. More specifically, with reference to FIGS. 10 and 11 , according to the configuration of the first sponge 111 and the second sponge 121 having an intertwined structure, the first insulating layer 112 and the second Only a portion of the insulating layer 122 is in contact.

그리고, 타이어본체(20)와 지면이 맞닿은 부분에 수직 항력이 작용하며, 타이어본체(20)가 회전됨에 따라 지면과 맞닿은 부분에서 타이어부(20)의 압축과 복원이 반복하여 발생하게 된다.In addition, vertical drag is applied to the portion in contact with the tire body 20 and the ground, and as the tire body 20 is rotated, compression and restoration of the tire portion 20 are repeatedly generated in the portion in contact with the ground.

이때, 상기 타이어본체(20)가 시계 방향으로 회전하는 경우 상기 타이어본체(20)가 지면에 접촉하기 시작하는 부분에 마련된 상기 발전모듈(100)의 상기 제1 스펀지(111)와 제2 스펀지(121) 간의 평균 간극 크기가 줄어들게 된다. 이에 따라, 상기 제1 절연층(112)과 상기 제2 절연층(122)이 접촉하는 표면적이 증가하게 되고, 접촉 대전 현상에 의해 상기 제1 절연층(112)과 상기 제2 절연층(122)에 각각 서로 다른 극성의 정전하가 대전된다.At this time, when the tire body 20 rotates clockwise, the first sponge 111 and the second sponge 121), the average gap size between them is reduced. Accordingly, the contact surface area between the first insulating layer 112 and the second insulating layer 122 increases, and the first insulating layer 112 and the second insulating layer 122 due to the contact charging phenomenon. ) is charged with static charges of different polarities.

또한, 상기 타이어본체(20)가 지면에 접촉하였다가 떨어지기 시작하는 부분에 마련된 마찰 대전 발전기의 상기 제1 스펀지(110)와 상기 제2 스펀지(120) 간의 평균 간극 크기가 줄어들면서, 상기 제1 절연층(112)이 상기 제2 절연층(111)과 접촉하는 표면적이 감소하므로 전자기 유도 현상에 의해 상기 제1 스펀지(111)와 상기 제2 스펀지(121)가 각각 상기 제1 절연층(112)과 상기 제2 절연층(111)에 존재하는 정전하의 극성과 반대 극성의 전하가 유도된다.In addition, as the average size of the gap between the first sponge 110 and the second sponge 120 of the triboelectric generator provided at the portion where the tire body 20 comes into contact with the ground and starts to fall is reduced, the second Since the surface area of the first insulating layer 112 in contact with the second insulating layer 111 is reduced, the first sponge 111 and the second sponge 121 are respectively formed by the first insulating layer ( 112) and a polarity opposite to the polarity of the static charge existing in the second insulating layer 111 is induced.

이와 같이, 발전모듈에 외력이 작용하거나 제거됨에 따라, 상기 제1 스펀지(111)와 상기 제2 스펀지(112) 간에 전하가 이동하면서 전류가 흐르게 된다.As described above, as an external force is applied to or removed from the power generation module, electric current flows while electric charges move between the first sponge 111 and the second sponge 112 .

한편, 상기 타이어본체(20)의 중심축에서 상기 타이어본체(20)의 어느 외면을 연결하는 반지름 상에 같이 위치하는 상기 제1 스펀지(111)와 상기 제2 스펀지(121)에는 동일한 방향에서 외력이 작용하기 때문에 전하의 이동방향이 같다. 따라서, 상기 타이어본체(20)의 중심축에서 상기 타이어본체(20)의 어느 외면을 연결하는 반지름 상에 같이 위치하는 제1 스펀지(111)와 제2 스펀지(112)들은 함께 정류기(131)에 연결될 수 있다.On the other hand, external force in the same direction is applied to the first sponge 111 and the second sponge 121 located together on a radius connecting any outer surfaces of the tire main body 20 from the central axis of the tire main body 20 . Because of this action, the direction of movement of charges is the same. Accordingly, the first sponge 111 and the second sponge 112 located together on a radius connecting any outer surface of the tire body 20 from the central axis of the tire body 20 are together in the rectifier 131. can be connected

또한, 상기 타이어본체(20)의 중심축에서 상기 타이어본체(20)의 어느 외면을 연결하는 반지름 상에 같이 위치하는 상기 제1 스펀지(111)와 상기 제2 스펀지(121)를 각각 하나의 정류기의 양극에 연결할 수 있다. 이때, 각각의 정류기(131)에 연결된 이동하는 전하는 방향이 다르더라도, 각각의 정류기(131)를 통과한 전하들은 같은 방향으로 이동하므로 정류기(131)에 연결된 부하(132)는 일정한 방향으로 흐르는 전류를 이용할 수 있다.In addition, the first sponge 111 and the second sponge 121 positioned together on a radius connecting any of the outer surfaces of the tire body 20 from the central axis of the tire body 20 are combined with one rectifier, respectively. can be connected to the positive pole of At this time, even if the moving charges connected to each rectifier 131 have different directions, since the charges passing through each rectifier 131 move in the same direction, the load 132 connected to the rectifier 131 is a current flowing in a constant direction. is available.

전술한 바와 같이 마련된 본 발명은, 타이어본체(20)가 회전됨에 따라 타이어본체(20)에 압축과 복원이 지속적으로 발생하는 현상을 이용하여 자체적으로 전기 에너지를 생산할 수 있다. 이에 따라, 타이어본체(20)의 내부의 센서들을 배터리 없이 구동하거나 타이어본체(20) 내부에 탑재된 배터리를 외부 전원 없이 스스로 충전하도록 할 수 있다. 그리고, 타이어(20)에 IoT 등의 기술을 손쉽게 접목할 수 있으며 친환경적 방법으로 에너지를 생산함으로써 환경오염을 줄일 수 있다.According to the present invention prepared as described above, as the tire body 20 is rotated, it is possible to generate electric energy by itself by using the phenomenon that compression and restoration continuously occur in the tire body 20 . Accordingly, the sensors inside the tire body 20 can be driven without a battery or the battery mounted inside the tire body 20 can be charged by itself without an external power source. In addition, technologies such as IoT can be easily applied to the tire 20, and environmental pollution can be reduced by producing energy in an eco-friendly way.

또한, 제1 스펀지(110) 및 제2 스펀지(120)가 다수의 기공을 갖는 오픈셀 형태로 마련됨으로 발전과 동시에 타이어본체(20)가 주행중에 발생시키는 소음을 효과적으로 차단할 수 있다.In addition, since the first sponge 110 and the second sponge 120 are provided in the form of an open cell having a plurality of pores, it is possible to effectively block noise generated by the tire body 20 while driving at the same time as power generation.

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.The foregoing description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and likewise components described as distributed may also be implemented in a combined form.

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.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어
20: 타이어본체
100: 발전모듈
110: 제1 대전부
111: 제1 스펀지
112: 제1 절연층
120: 제2 대전부
121: 제2 스펀지
122: 제2 절연층
130: 배선부
131: 정류기
132: 부하10: Tire including a contact charging generator of a double sponge structure
20: tire body
100: power generation module
110: first Daejeon part
111: first sponge
112: first insulating layer
120: second Daejeon
121: second sponge
122: second insulating layer
130: wiring unit
131: rectifier
132: load

Claims (11)

타이어의 외형을 형성하는 타이어본체; 및
상기 타이어본체의 내부에 마련되되, 상기 타이어본체의 내주면을 따라 연장 형성된 발전모듈을 포함하며,
상기 발전모듈은, 상기 타이어본체가 외력에 의해 변화될 때 대전에 의한 발전이 이루어지도록 마련되며
상기 발전모듈은,
외력에 의해 형상이 변하도록 마련된 제1 대전부; 및
상기 제1 대전부와 얽힌 형태로 마련되며 외력에 의해 형상이 변하도록 마련된 제2 대전부를 포함하며,
상기 제1 대전부 및 상기 제2 대전부는 외력에 의해 접촉 면적이 변화되면서 발전이 이루어지도록 마련되고,
상기 제1 대전부는, 오픈셀(open cell) 구조로 형성된 제1 스펀지; 및 상기 제1 스펀지를 코팅하도록 형성된 제1 절연층을 포함하며,
상기 제2 대전부는, 오픈셀(open cell) 구조로 형성된 제2 스펀지; 및 상기 제2 스펀지를 코팅하도록 형성된 제2 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어.
a tire body forming the outer shape of the tire; and
a power generation module provided inside the tire body and extending along the inner circumferential surface of the tire body;
The power generation module is provided to generate power by charging when the tire body is changed by an external force,
The power generation module is
A first charging unit provided to change shape by an external force; and
It is provided in a form entangled with the first charging unit and includes a second charging unit provided to change its shape by an external force,
The first charging unit and the second charging unit are provided to generate power while the contact area is changed by an external force,
The first charging unit may include: a first sponge formed in an open cell structure; and a first insulating layer formed to coat the first sponge,
The second charging unit may include: a second sponge formed in an open cell structure; and a second insulating layer formed to coat the second sponge.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제1 스펀지 및 상기 제2 스펀지는,
폴리머, 폴리우레탄, 실리콘 고무 및 PDMS 중 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어.
The method of claim 1,
The first sponge and the second sponge,
A tire comprising a contact charging generator having a double sponge structure, characterized in that it is made of at least one of polymer, polyurethane, silicone rubber, and PDMS.
 제 1 항에 있어서,
상기 제1 스펀지 및 상기 제2 스펀지는,
전도성 카본 물질을 포함하도록 마련된 것을 특징으로 하는 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어.
The method of claim 1,
The first sponge and the second sponge,
A tire comprising a contact charging generator having a double sponge structure, characterized in that it is prepared to include a conductive carbon material.
 제 1 항에 있어서,
상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층은,
전도성 카본물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어.
The method of claim 1,
The first insulating layer and the second insulating layer,
A tire comprising a contact charging generator having a double sponge structure, characterized in that it is made of a conductive carbon material.
 제 1 항에 있어서,
상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층은,
대전열이 서로 반대 극성을 갖는 소재로 마련된 것을 특징으로 하는 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어.
The method of claim 1,
The first insulating layer and the second insulating layer,
A tire comprising a contact charging generator having a double sponge structure, characterized in that the charging rows are made of a material having opposite polarities.
 제 1 항에 있어서,
상기 제2 대전부는,
오픈셀(open cell) 구조로 형성된 제2 스펀지로 이루어지며,
상기 제2 스펀지는 상기 제1 절연층과의 접촉 대전에 의해 정전하가 이동하게 되어 발전이 이루어지도록 마련된 것을 특징으로 하는 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어.
The method of claim 1,
The second charging unit,
Consists of a second sponge formed in an open cell structure,
and the second sponge is provided to generate electricity by moving the static charge by contact charging with the first insulating layer.
 제 1 항에 있어서,
상기 발전모듈은,
상기 제1 대전부와 상기 제2 대전부가 외력에 의해 접촉 면적이 달라질 때, 상기 제1 대전부와 상기 제2 대전부 간에 전하가 이동되도록 하는 배선부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어.
The method of claim 1,
The power generation module is
When the contact area between the first charging unit and the second charging unit is changed by an external force, the double sponge structure of the double sponge structure, characterized in that it further comprises a wiring unit for allowing electric charges to move between the first charging unit and the second charging unit. A tire comprising a contact electrification generator.
 제 10 항에 있어서,
상기 배선부는,
상기 제1 스펀지와 상기 제2 스펀지 사이에 이동되는 전하를 일방향으로 정류하도록 마련된 정류기; 및
상기 정류기에 의해 정류된 전하를 이용하여 기능하는 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 스펀지 구조의 접촉대전발전기를 포함하는 타이어.11. The method of claim 10,
The wiring part,
a rectifier provided to rectify charges moving between the first sponge and the second sponge in one direction; and
A tire including a contact charging generator having a double sponge structure, characterized in that it includes a load functioning using the electric charge rectified by the rectifier.
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