KR102471508B1 - Mobile apparatus and power generating apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 모바일장치에 있어서, 적어도 하나의 기능을 수행하는 동작부와; 동작부에 동작전원을 공급하는 전원공급부를 포함하며, 전원공급부는, 제1평판부와, 제1평판부로부터 돌출되도록 형성되는 적어도 하나의 제1돌기를 포함하는 제1대전부재와; 제1대전부재의 제1평판부와 대향하도록 배치되는 제2평판부와, 제2평판부로부터 돌출되도록 형성되고, 적어도 하나의 제1돌기와 접촉 가능한 적어도 하나의 제2돌기를 포함하는 제2대전부재와; 제1대전부재 및 제2대전부재에 의해 발생된 전기에너지를 동작전원으로 변환하여 출력하는 전원회로부를 포함하고, 제1대전부재 및 제2대전부재는, 적어도 하나의 제1돌기 및 적어도 하나의 제2돌기 간의 소정 이격 범위 내에서 상대적 이동이 가능하며, 제1대전부재 및 제2대전부재의 상대적 이동에 따른 적어도 하나의 제1돌기와 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시키고, 적어도 하나의 제1돌기와, 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 제1대전부재의 제1평판부 및 제2대전부재의 제2평판부 중 적어도 하나의 수직 방향에 대해 소정 경사각을 가진다. 이에 따라, 움직임 또는 진동에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체 간의 접촉 또는 분리에 의해 발생되는 전기에너지를 이용하여 모바일장치가 동작을 수행하도록 할 수 있다.A mobile device according to the present invention, comprising: an operating unit that performs at least one function; A power supply unit for supplying operation power to the operation unit, wherein the power supply unit includes: a first charging member including a first flat portion and at least one first protrusion formed to protrude from the first flat portion; A second charging member comprising a second flat portion disposed to face the first flat portion of the first charging member, and at least one second protrusion formed to protrude from the second flat portion and contactable with the at least one first protrusion. absence; A power supply circuit for converting electrical energy generated by the first charging member and the second charging member into operating power and outputting the first charging member and the second charging member, the first charging member and the second charging member comprising: at least one first protrusion and at least one Relative movement is possible within a predetermined distance between the second projections, and electrical energy is generated by contact or separation between at least one first projection and at least one second projection according to the relative movement of the first charging member and the second charging member. and the contact surfaces of the at least one first protrusion and the at least one second protrusion have a predetermined inclination angle with respect to the vertical direction of at least one of the first flat portion of the first charging member and the second flat portion of the second charging member. have Accordingly, the mobile device can perform an operation using electrical energy generated by contact or separation between two triboelectric objects having an inclination structure according to movement or vibration.
Description
본 발명은 모바일장치 및 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 두 물체 사이의 마찰대전에 의해 전기에너지를 발생시키기 위한 발전장치 및 이를 포함하는 모바일장치에 관한 것이다. The present invention relates to a mobile device and a power generating device, and more particularly, to a power generating device for generating electrical energy by frictional electrification between two objects and a mobile device including the same.
최근 소형의 웨어러블 기기(wearable device), 모바일 기기 및 IOT(Internet of Things) 기기의 활용성이 증대되고 있는데, 이러한 기기를 사용함에 있어 배터리 용량의 한계와 제한적인 사용 시간, 배터리 충전 및 교체 등은 해결해야 할 이슈이다. In recent years, the utilization of small wearable devices, mobile devices, and IOT (Internet of Things) devices has been increasing. In using these devices, limitations in battery capacity, limited use time, battery charging and replacement, etc. It is an issue that needs to be addressed.
마찰대전(triboelectrification)에 의한 에너지 하베스팅(energy harvesting) 기술은 서로 다른 두 물체를 마찰함으로써, 한 쪽 물체의 전하가 다른 물체로 이동하여 전기를 발생시키는 기술이다. 이러한 마찰대전에 의해 발생되는 전기에너지는 낮은 진동 주파수를 가지는 일반적인 생활 환경에서는 짧은 피크(peak) 형태의 전압이 출력되므로 발전량이 미미하여 적용이 제한적이다.Energy harvesting technology by triboelectrification is a technology that generates electricity by rubbing two different objects so that the charge of one object moves to another object. The electrical energy generated by triboelectric charging is limited in application because the amount of power generated is insignificant because a voltage in the form of a short peak is output in a general living environment having a low vibration frequency.
따라서, 낮은 주파수의 환경에서도 기기의 사용시간을 연장하거나 배터리의 충전이 필요 없도록 하는 기술이 요구되고 있다. Therefore, there is a need for a technology that extends the use time of a device even in a low frequency environment or eliminates the need to charge a battery.
따라서, 본 발명의 목적은, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체 간의 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시키기 위한 발전장치 및 이를 포함하는 모바일장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a power generation device for generating electric energy by contact or separation between two triboelectric objects having an inclined structure and a mobile device including the same.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 두 개의 마찰대전 물체 간의 접촉면에 복수의 라인을 형성하여 전기에너지의 출력 빈도수를 증가시키기 위한 발전장치 및 이를 포함하는 모바일장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a power generation device for increasing the output frequency of electric energy by forming a plurality of lines on a contact surface between two triboelectric objects and a mobile device including the same.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 모바일장치에 있어서, 적어도 하나의 기능을 수행하는 동작부와; 동작부에 동작전원을 공급하는 전원공급부를 포함하며, 전원공급부는, 제1평판부와, 제1평판부로부터 돌출되도록 형성되는 적어도 하나의 제1돌기를 포함하는 제1대전부재와; 제1대전부재의 제1평판부와 대향하도록 배치되는 제2평판부와, 제2평판부로부터 돌출되도록 형성되고, 적어도 하나의 제1돌기와 접촉 가능한 적어도 하나의 제2돌기를 포함하는 제2대전부재와; 제1대전부재 및 제2대전부재에 의해 발생된 전기에너지를 동작전원으로 변환하여 출력하는 전원회로부를 포함하고, 제1대전부재 및 제2대전부재는, 적어도 하나의 제1돌기 및 적어도 하나의 제2돌기 간의 소정 이격 범위 내에서 상대적 이동이 가능하며, 제1대전부재 및 제2대전부재의 상대적 이동에 따른 적어도 하나의 제1돌기와 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시키고, 적어도 하나의 제1돌기와, 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 제1대전부재의 제1평판부 및 제2대전부재의 제2평판부 중 적어도 하나의 수직 방향에 대해 소정 경사각을 가지는 발전장치에 의해 달성될 수 있다. The above object, according to the present invention, in a mobile device, an operation unit for performing at least one function; A power supply unit for supplying operation power to the operation unit, wherein the power supply unit includes: a first charging member including a first flat portion and at least one first protrusion formed to protrude from the first flat portion; A second charging member comprising a second flat portion disposed to face the first flat portion of the first charging member, and at least one second protrusion formed to protrude from the second flat portion and contactable with the at least one first protrusion. absence; A power supply circuit for converting electrical energy generated by the first charging member and the second charging member into operating power and outputting the first charging member and the second charging member, the first charging member and the second charging member comprising: at least one first protrusion and at least one Relative movement is possible within a predetermined distance between the second projections, and electrical energy is generated by contact or separation between at least one first projection and at least one second projection according to the relative movement of the first charging member and the second charging member. and the contact surfaces of the at least one first protrusion and the at least one second protrusion have a predetermined inclination angle with respect to the vertical direction of at least one of the first flat portion of the first charging member and the second flat portion of the second charging member. Branching can be achieved by a power plant.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따라, 움직임 또는 진동에 따라 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체 간의 접촉 또는 분리에 의해 발생되는 전기에너지를 이용하여 모바일장치가 동작을 수행하도록 할 수 있다. 또한, 배터리의 충전 또는 교체 없이 모바일장치를 위한 자가 충전 기능을 제공하여 사용자에게 편의를 제공할 수 있다. According to this embodiment of the present invention, the mobile device can perform an operation using electric energy generated by contact or separation between two triboelectric objects having an inclination structure according to motion or vibration. In addition, convenience can be provided to the user by providing a self-charging function for the mobile device without charging or replacing the battery.
상기 전원회로부는, 상기 제1대전부재 및 제2대전부재에 각각 연결되어, 상기 발생된 전기에너지의 신호를 입력받는 신호입력전극과; 상기 전극에 입력되는 신호를 정류 및 평활시켜 출력하는 정류평활부와; 상기 정류평활부에 의해 출력되는 전압의 레벨을 변환하여 상기 동작전원을 출력하는 전원출력부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체 간의 접촉 또는 분리에 의해 발생되는 전기에너지를 모바일장치가 동작할 수 있는 전원으로 변환할 수 있다.The power circuit unit may include signal input electrodes connected to the first charging member and the second charging member to receive signals of the generated electrical energy; a rectification and smoothing unit for outputting rectified and smoothed signals input to the electrodes; It may include a power output unit that converts the level of the voltage output by the rectification and smoothing unit and outputs the operating power. Accordingly, electric energy generated by contact or separation between two triboelectric objects having an inclined structure can be converted into a power source for the mobile device to operate.
상기 제1대전부재와 상기 제2대전부재는, 서로 다른 대전열에 속하는 물질을 각각 포함할 수 있다. 이에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체를 서로 다른 대전열에 속하는 물질로 구현함에 의해 마찰에 의해 발생하는 전기에너지의 출력양을 증가시킬 수 있다. The first charging member and the second charging member may each include materials belonging to different charging sequences. Accordingly, the amount of output of electrical energy generated by friction can be increased by implementing two triboelectric objects having an inclined structure with materials belonging to different electrification trains.
상기 제1대전부재는 금속층을 포함하고, 제2대전부재는 유전체층을 포함할 수 있다. 이에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체를 각각 금속과 유전체로 구현함에 의해, 마찰에 의한 전기에너지의 출력양을 증가시키고, 금속의 경우 전극 기능을 함께 수행하도록 할 수 있다.The first charging member may include a metal layer, and the second charging member may include a dielectric layer. Accordingly, by implementing two triboelectric objects having an inclined structure with a metal and a dielectric, respectively, the amount of electrical energy output by friction can be increased, and in the case of metal, the electrode function can be performed together.
상기 제1대전부재와 제2대전부재는, 폴리머와 강유전나노입자의 복합소재를 포함할 수 있다. 이에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체를 폴리머와 강유전나노입자와 같은 유전체로 구현함에 의해서도, 마찰에 의한 전기에너지를 발생시킬 수 있다. The first charging member and the second charging member may include a composite material of a polymer and ferroelectric nanoparticles. Accordingly, electrical energy can be generated by friction even by implementing two triboelectric objects having an inclined structure with a polymer and a dielectric material such as ferroelectric nanoparticles.
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재 중 적어도 하나는 금속층을 포함하는 진동자로 구현될 수 있다. 이에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체 중 하나를 금속으로 구현하고, 진동을 전달하는 기능을 수행하도록 함에 의해, 두 물체 간 마찰에 의해 발생되는 전기에너지의 출력양을 증가시킬 수 있다. At least one of the first charging member and the second charging member may be implemented as a vibrator including a metal layer. Accordingly, by implementing one of the two triboelectric objects having an inclined structure with a metal and performing a function of transmitting vibration, the amount of output of electrical energy generated by friction between the two objects can be increased.
상기 적어도 하나의 제1돌기와, 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 서로 다른 대전열에 속하는 유전체층을 포함할 수 있다. 이에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체의 접촉면에 서로 다른 대전열에 속하는 유전체층을 추가적으로 형성하여, 마찰에 의한 전기에너지의 출력양을 증가시킬 수 있다. Contact surfaces of the at least one first protrusion and the at least one second protrusion may include dielectric layers belonging to different charge lines. Accordingly, by additionally forming dielectric layers belonging to different electrification trains on the contact surfaces of two triboelectric objects having an inclined structure, the output amount of electric energy by friction can be increased.
상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기는, 다각 프리즘 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체를 삼각 또는 사각 프리즘 형상으로 구현하여, 마찰되는 접촉면의 면적을 커지도록 함에 의해 발생되는 전기에너지의 출력양 및 출력시간을 증가시킬 수 있다. The at least one first protrusion and the at least one second protrusion may have a polygonal prism shape. Accordingly, by embodying the two triboelectric objects in a triangular or quadrangular prism shape, the area of the frictional contact surface is increased, thereby increasing the output amount and output time of generated electrical energy.
상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 상호 평행할 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체의 접촉면을 상호 평행하도록 구현하여, 평행하지 않은 경우보다 마찰되는 접촉면의 면적이 커지도록 함에 의해 발생되는 전기에너지의 출력양 및 출력시간을 증가시킬 수 있다.Contact surfaces of the at least one first protrusion and the at least one second protrusion may be parallel to each other. Accordingly, by implementing the contact surfaces of the two triboelectric objects to be parallel to each other, the area of the friction contact surfaces is larger than that of non-parallel cases, thereby increasing the output amount and output time of generated electrical energy.
상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 수평 방향으로 형성된 복수의 선형박층을 포함할 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체의 접촉면에 수평 방향으로 복수의 라인을 형성함에 의해, 마찰에 의한 전기에너지의 출력 빈도수를 증가시킬 수 있다. A contact surface between the at least one first protrusion and the at least one second protrusion may include a plurality of linear thin layers formed in a horizontal direction. Accordingly, by forming a plurality of lines in the horizontal direction on the contact surfaces of the two triboelectric objects, the frequency of outputting electric energy by friction can be increased.
상기 복수의 선형박층은, 일정 간격으로 배열될 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체의 접촉면에 복수의 라인을 일정 간격으로 배열함에 의해, 마찰에 의해 발생되는 전기에너지를 일정 주기로 반복적으로 출력되도록 할 수 있다. The plurality of linear thin layers may be arranged at regular intervals. Accordingly, by arranging a plurality of lines at regular intervals on the contact surfaces of the two triboelectric objects, electrical energy generated by friction can be repeatedly output at regular intervals.
상기 복수의 선형박층은, 상기 적어도 하나의 제1돌기와, 상기 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리되는 방향과 수직인 방향으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체의 접촉면에 형성되는 복수의 라인을 진동 방향과 수직으로 배열함에 의해, 수직이 아닌 경우보다 마찰에 의해 발생되는 전기에너지의 출력 빈도수 및 출력주기를 효과적으로 제어할 수 있다. The plurality of linear thin layers may be formed in a direction perpendicular to a direction of contact or separation between the at least one first protrusion and the at least one second protrusion. Accordingly, by arranging a plurality of lines formed on the contact surface of the two triboelectric objects perpendicular to the vibration direction, the output frequency and output period of electric energy generated by friction can be more effectively controlled than in the non-vertical case. .
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재는 상기 전원회로부와 전기적으로 연결되는 제1전극 및 제2전극을 각각 포함할 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체 간의 접촉 또는 분리에 의해 발생되는 전기에너지를 전원회로를 통해 모바일장치로 공급할 수 있다. The first charging member and the second charging member may include a first electrode and a second electrode electrically connected to the power circuit unit, respectively. Accordingly, electrical energy generated by contact or separation between the two triboelectric objects can be supplied to the mobile device through the power circuit.
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재를 내장하는 제1케이스를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체는 케이스에 내장된 형태로 구현되어, 두 물체 간 접촉 또는 분리가 발생되는 경우에도 두 물체의 위치가 복원되도록 지지하는 기능을 할 수 있다. A first case containing the first charging member and the second charging member may be further included. Accordingly, the two triboelectric objects are implemented in a form embedded in the case, and can function to support the position of the two objects to be restored even when contact or separation between the two objects occurs.
상기 제1케이스의 내측에 마련되어, 상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리되는 방향으로 상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재 중 적어도 하나에 탄성력을 인가하는 탄성지지부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체 중 적어도 하나에 스프링 또는 탄성체 구조를 추가하여, 움직임 또는 진동에 의해 두 물체 간 접촉 또는 분리가 용이하게 발생하도록 할 수 있다. Provided inside the first case, elastic force is applied to at least one of the first charging member and the second charging member in a direction in which the at least one first protrusion and the at least one second protrusion come into contact or are separated. A support may be included. Accordingly, by adding a spring or elastic structure to at least one of the two triboelectric objects, contact or separation between the two objects may be easily caused by movement or vibration.
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재 중 적어도 하나와의 접촉 또는 분리에 의해 추가의 전기에너지를 발생시키는 제3대전부재를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체 중 적어도 하나와 마찰되도록 하는 마찰대전 물체를 추가하여, 마찰에 의한 전기에너지의 출력양을 증가시킬 수 있다. A third charging member generating additional electrical energy by contact with or separation from at least one of the first charging member and the second charging member may be further included. Accordingly, by adding a triboelectric object that rubs against at least one of the two triboelectric objects having an inclined structure, it is possible to increase the output amount of electric energy by friction.
상기 전원회로부는, 태양광을 전기에너지로 변환하여 상기 동작전원의 보조전원을 출력하는 보조전원부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체 간 접촉 또는 분리에 의해 발생되는 전기에너지의 출력양이 소정 기준치에 도달하지 못하는 경우, 태양광으로부터의 에너지를 추가적으로 공급함에 의해, 모바일장치가 동작할 수 있도록 소정 기준치 이상의 전기에너지를 제공할 수 있다. The power circuit unit may further include an auxiliary power unit that converts sunlight into electrical energy and outputs auxiliary power of the operating power. Accordingly, when the output amount of electric energy generated by contact or separation between two triboelectric objects does not reach a predetermined reference value, energy from sunlight is additionally supplied to enable the mobile device to operate. More than one electrical energy can be provided.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 발전장치에 있어서, 제1평판부와, 제1평판부로부터 돌출되도록 형성되는 적어도 하나의 제1돌기를 포함하는 제1대전부재와; 제1대전부재의 제1평판부와 대향하도록 배치되는 제2평판부와, 제2평판부로부터 돌출되도록 형성되고, 적어도 하나의 제1돌기와 접촉 가능한 적어도 하나의 제2돌기를 포함하는 제2대전부재를 포함하고, 제1대전부재 및 제2대전부재는, 적어도 하나의 제1돌기 및 적어도 하나의 제2돌기 간의 소정 이격 범위 내에서 상대적 이동이 가능하며, 제1대전부재 및 제2대전부재의 상대적 이동에 따른 적어도 하나의 제1돌기와 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시키고, 적어도 하나의 제1돌기와, 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 제1대전부재의 제1평판부 및 제2대전부재의 제2평판부 중 적어도 하나의 수직 방향에 대해 소정 경사각을 가지는 발전장치에 의해서도 달성될 수 있다. According to the present invention, a power generation device includes a first charging member including a first flat plate portion and at least one first protrusion formed to protrude from the first flat plate portion; A second charging member comprising a second flat portion disposed to face the first flat portion of the first charging member, and at least one second protrusion formed to protrude from the second flat portion and contactable with the at least one first protrusion. member, wherein the first charging member and the second charging member are capable of relative movement within a predetermined distance range between at least one first protrusion and at least one second protrusion, and the first charging member and the second charging member Electrical energy is generated by contact or separation between at least one first protrusion and at least one second protrusion according to the relative movement of the at least one first protrusion and the contact surface of the at least one second protrusion, the first charging member It can also be achieved by a power generation device having a predetermined inclination angle with respect to the vertical direction of at least one of the first flat plate part of the second charging member and the second flat plate part of the second charging member.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체 간의 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시키도록 하는 효과가 있다. According to this embodiment of the present invention, there is an effect of generating electrical energy by contact or separation between two triboelectric objects having an inclined structure.
상기 발생된 전기에너지를 소정 레벨의 전원신호로 변환하여 출력하는 전원회로부를 더 포함할 수 있다. It may further include a power circuit unit that converts the generated electrical energy into a power signal of a predetermined level and outputs the converted power signal.
상기 전원회로부는, 상기 제1대전부재 및 제2대전부재에 각각 연결되어, 상기 발생된 전기에너지의 신호를 입력받는 신호입력전극과; 상기 전극에 입력되는 신호를 정류 및 평활시켜 출력하는 정류평활부와; 상기 정류평활부에 의해 출력되는 전압의 레벨을 변환하여 외부기기를 위한 동작전원을 출력하는 전원출력부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체 간의 접촉 또는 분리에 의해 발생되는 전기에너지를 외부기기가 동작할 수 있는 전원으로 변환할 수 있다.The power circuit unit may include signal input electrodes connected to the first charging member and the second charging member to receive signals of the generated electrical energy; a rectification and smoothing unit for outputting rectified and smoothed signals input to the electrodes; It may include a power output unit that converts the level of the voltage output by the rectification and smoothing unit and outputs operating power for an external device. Accordingly, electrical energy generated by contact or separation between two triboelectric objects having an inclined structure can be converted into a power source capable of operating an external device.
상기 제1대전부재와 상기 제2대전부재는, 서로 다른 대전열에 속하는 물질을 각각 포함할 수 있다. 이에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체를 서로 다른 대전열에 속하는 물질로 구현함에 의해 마찰에 의해 발생하는 전기에너지의 출력양을 증가시킬 수 있다. The first charging member and the second charging member may each include materials belonging to different charging sequences. Accordingly, the amount of output of electrical energy generated by friction can be increased by implementing two triboelectric objects having an inclined structure with materials belonging to different electrification trains.
상기 제1대전부재는 금속층을 포함하고, 제2대전부재는 유전체층을 포함할 수 있다. 이에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체를 각각 금속과 유전체로 구현함에 의해, 마찰에 의한 전기에너지의 출력양을 증가시키고, 금속의 경우 전극 기능을 함께 수행하도록 할 수 있다.The first charging member may include a metal layer, and the second charging member may include a dielectric layer. Accordingly, by implementing two triboelectric objects having an inclined structure with a metal and a dielectric, respectively, the amount of electrical energy output by friction can be increased, and in the case of metal, the electrode function can be performed together.
상기 제1대전부재와 제2대전부재는, 폴리머와 강유전나노입자의 복합소재를 포함할 수 있다. 이에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체를 폴리머와 강유전나노입자와 같은 유전체로 구현함에 의해서도, 마찰에 의한 전기에너지를 발생시킬 수 있다. The first charging member and the second charging member may include a composite material of a polymer and ferroelectric nanoparticles. Accordingly, electrical energy can be generated by friction even by implementing two triboelectric objects having an inclined structure with a polymer and a dielectric material such as ferroelectric nanoparticles.
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재 중 적어도 하나는 금속층을 포함하는 진동자로 구현될 수 있다. 이에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체 중 하나를 금속으로 구현하고, 진동을 전달하는 기능을 수행하도록 함에 의해, 두 물체 간 마찰에 의해 발생되는 전기에너지의 출력양을 증가시킬 수 있다. At least one of the first charging member and the second charging member may be implemented as a vibrator including a metal layer. Accordingly, by implementing one of the two triboelectric objects having an inclined structure with a metal and performing a function of transmitting vibration, the amount of output of electrical energy generated by friction between the two objects can be increased.
상기 적어도 하나의 제1돌기와, 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 서로 다른 대전열에 속하는 유전체층을 포함할 수 있다. 이에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체의 접촉면에 서로 다른 대전열에 속하는 유전체층을 추가적으로 형성하여, 마찰에 의한 전기에너지의 출력양을 증가시킬 수 있다. Contact surfaces of the at least one first protrusion and the at least one second protrusion may include dielectric layers belonging to different charge lines. Accordingly, by additionally forming dielectric layers belonging to different electrification trains on the contact surfaces of two triboelectric objects having an inclined structure, the output amount of electric energy by friction can be increased.
상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기는, 다각 프리즘 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체를 삼각 또는 사각 프리즘 형상으로 구현하여, 마찰되는 접촉면의 면적을 커지도록 함에 의해 발생되는 전기에너지의 출력양 및 출력시간을 증가시킬 수 있다.The at least one first protrusion and the at least one second protrusion may have a polygonal prism shape. Accordingly, by embodying the two triboelectric objects in a triangular or quadrangular prism shape, the area of the frictional contact surface is increased, thereby increasing the output amount and output time of generated electrical energy.
상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 상호 평행할 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체의 접촉면을 상호 평행하도록 구현하여, 평행하지 않은 경우보다 마찰되는 접촉면의 면적이 커지도록 함에 의해 발생되는 전기에너지의 출력양 및 출력시간을 증가시킬 수 있다.Contact surfaces of the at least one first protrusion and the at least one second protrusion may be parallel to each other. Accordingly, by implementing the contact surfaces of the two triboelectric objects to be parallel to each other, the area of the friction contact surfaces is larger than that of non-parallel cases, thereby increasing the output amount and output time of generated electrical energy.
상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 수평 방향으로 형성된 복수의 선형박층을 포함할 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체의 접촉면에 수평 방향으로 복수의 라인을 형성함에 의해, 마찰에 의한 전기에너지의 출력 빈도수를 증가시킬 수 있다.A contact surface between the at least one first protrusion and the at least one second protrusion may include a plurality of linear thin layers formed in a horizontal direction. Accordingly, by forming a plurality of lines in the horizontal direction on the contact surfaces of the two triboelectric objects, the frequency of outputting electric energy by friction can be increased.
상기 복수의 선형박층은, 일정 간격으로 배열될 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체의 접촉면에 복수의 라인을 일정 간격으로 배열함에 의해, 마찰에 의해 발생되는 전기에너지를 일정 주기로 반복적으로 출력되도록 할 수 있다. The plurality of linear thin layers may be arranged at regular intervals. Accordingly, by arranging a plurality of lines at regular intervals on the contact surfaces of the two triboelectric objects, electrical energy generated by friction can be repeatedly output at regular intervals.
상기 복수의 선형박층은, 상기 적어도 하나의 제1돌기와, 상기 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리되는 방향과 수직인 방향으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체의 접촉면에 형성되는 복수의 라인을 진동 방향과 수직으로 배열함에 의해, 수직이 아닌 경우보다 마찰에 의해 발생되는 전기에너지의 출력 빈도수 및 출력주기를 효과적으로 제어할 수 있다. The plurality of linear thin layers may be formed in a direction perpendicular to a direction of contact or separation between the at least one first protrusion and the at least one second protrusion. Accordingly, by arranging a plurality of lines formed on the contact surface of the two triboelectric objects perpendicular to the vibration direction, the output frequency and output period of electric energy generated by friction can be more effectively controlled than in the non-vertical case. .
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재는 상기 전원회로부와 전기적으로 연결되는 제1전극 및 제2전극을 각각 포함할 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체 간의 접촉 또는 분리에 의해 발생되는 전기에너지를 전원회로를 통해 외부장치로 공급할 수 있다. The first charging member and the second charging member may include a first electrode and a second electrode electrically connected to the power circuit unit, respectively. Accordingly, electrical energy generated by contact or separation between the two triboelectric objects can be supplied to an external device through the power circuit.
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재를 내장하는 제1케이스를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체는 케이스에 내장된 형태로 구현되어, 두 물체 간 접촉 또는 분리가 발생되는 경우에도 두 물체의 위치가 복원되도록 지지하는 기능을 할 수 있다. A first case containing the first charging member and the second charging member may be further included. Accordingly, the two triboelectric objects are implemented in a form embedded in the case, and can function to support the position of the two objects to be restored even when contact or separation between the two objects occurs.
상기 제1케이스의 내측에 마련되어, 상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리되는 방향으로 상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재 중 적어도 하나에 탄성력을 인가하는 탄성지지부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체 중 적어도 하나에 스프링 또는 탄성체 구조를 추가하여, 움직임 또는 진동에 의해 두 물체 간 접촉 또는 분리가 용이하게 발생하도록 할 수 있다.Provided inside the first case, elastic force is applied to at least one of the first charging member and the second charging member in a direction in which the at least one first protrusion and the at least one second protrusion come into contact or are separated. A support may be included. Accordingly, by adding a spring or elastic structure to at least one of the two triboelectric objects, contact or separation between the two objects may be easily caused by movement or vibration.
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재 중 적어도 하나와의 접촉 또는 분리에 의해 추가의 전기에너지를 발생시키는 제3대전부재를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체 중 적어도 하나와 마찰되도록 하는 마찰대전 물체를 추가하여, 마찰에 의한 전기에너지의 출력양을 증가시킬 수 있다. A third charging member generating additional electrical energy by contact with or separation from at least one of the first charging member and the second charging member may be further included. Accordingly, by adding a triboelectric object that rubs against at least one of the two triboelectric objects having an inclined structure, it is possible to increase the output amount of electric energy by friction.
진동 발생이 가능한 외부기기에 모듈 형태로 부착되거나 일체형 구조로 삽입될 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체 간의 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시키는 발전장치를 웨어러블 기기 등에 모듈 형태로 부착하거나, 일체형 구조로 삽입하여, 기기가 동작할 수 있는 전원을 제공해 줄 수 있다. It can be attached to an external device capable of generating vibration in the form of a module or inserted into an integral structure. Accordingly, a power generation device that generates electrical energy by contact or separation between two triboelectric objects can be attached to a wearable device in the form of a module or inserted in an integrated structure to provide power for the device to operate.
상기 전원회로부는, 태양광을 전기에너지로 변환하여 상기 동작전원의 보조전원을 출력하는 보조전원부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 두 개의 마찰대전 물체 간 접촉 또는 분리에 의해 발생되는 전기에너지의 출력양이 소정 기준치에 도달하지 못하는 경우, 태양광으로부터의 에너지를 추가적으로 공급함에 의해, 웨어러블 기기 등이 동작할 수 있도록 소정 기준치 이상의 전기에너지를 제공할 수 있다. The power circuit unit may further include an auxiliary power unit that converts sunlight into electrical energy and outputs auxiliary power of the operating power. Accordingly, when the output amount of electrical energy generated by contact or separation between two triboelectric objects does not reach a predetermined reference value, energy from sunlight is additionally supplied so that a wearable device or the like can operate. It can provide electrical energy above the standard value.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 모바일장치 및 발전장치에 있어, 움직임 또는 진동에 따라, 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체 간의 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지의 출력양 및 출력시간을 증가시키는 효과가 있다. As described above, according to the present invention, in a mobile device and a power generation device, the amount and output time of electric energy are increased by contact or separation between two triboelectric objects having an inclined structure according to movement or vibration. It works.
또한, 본 발명에 의하면, 모바일장치 및 발전장치에 있어, 두 개의 마찰대전 물체 간의 접촉면에 복수의 라인을 형성하여 전기에너지의 출력 빈도수를 증가시키는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, in a mobile device and a power generation device, a plurality of lines are formed on a contact surface between two triboelectric objects to increase the frequency of outputting electric energy.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 모바일장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발전장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발전장치로부터 발생된 전기에너지를 전원회로부를 통해 외부기기에 공급하는 구성을 도시한 예이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수직 방향의 돌기 구조를 갖는 발전장치를 도시한 예이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발전장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 발전장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 제1돌기 및 제2돌기 간 접촉되는 방식을 도시한 예이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 제1돌기 및 제2돌기 간 접촉되는 방식을 도시한 예이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제1돌기 및 제2돌기 간 접촉되는 방식을 도시한 예이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 제1대전부재 및 제2대전부재를 포함하는 발전장치의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 제1대전부재 및 제2대전부재를 포함하는 발전장치의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 제1대전부재 및 제2대전부재를 포함하는 발전장치의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 케이스 및 제3대전부재를 더 포함하는 발전장치의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 서브전극을 포함하는 발전장치의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 제2대전부재의 제2돌기의 접촉면에 복수의 선형박층을 형성하는 예를 도시한 것이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 직육면체 형상의 돌기 구조 대비 프리즘 형상의 돌기 구조에서의 전기에너지의 최대 출력양을 비교하여 도시한 예이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 직육면체 형상의 돌기 구조 대비 프리즘 형상의 돌기 구조에서의 제1돌기와 제2돌기 간 접촉 시간을 비교하여 도시한 예이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 돌기의 접촉면에 형성한 복수의 선형박층에 의해 전기에너지의 출력 빈도수가 증가된 예를 도시한 것이다. 1 is a block diagram showing the configuration of a mobile device according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing the configuration of a power generation device according to an embodiment of the present invention.
3 is an example showing a configuration for supplying electrical energy generated from a power generation device according to an embodiment of the present invention to an external device through a power circuit unit.
Figure 4 is an example showing a power generation device having a vertical projection structure according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view of a power generation device according to an embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view of a power generation device according to an embodiment of the present invention.
7 is an example illustrating a method of contact between a first protrusion and a second protrusion according to an embodiment of the present invention.
8 is an example illustrating a method of contact between a first protrusion and a second protrusion according to an embodiment of the present invention.
9 is an example illustrating a method of contact between a first protrusion and a second protrusion according to an embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view of a power generation device including a first charging member and a second charging member according to an embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view of a power generation device including a first charging member and a second charging member according to an embodiment of the present invention.
12 is a cross-sectional view of a power generation device including a first charging member and a second charging member according to an embodiment of the present invention.
13 is a cross-sectional view of a power generation device further including a case and a third charging member according to an embodiment of the present invention.
14 is a cross-sectional view of a power generation device including a plurality of sub-electrodes according to an embodiment of the present invention.
15 illustrates an example of forming a plurality of linear thin layers on the contact surface of the second projection of the second charging member according to an embodiment of the present invention.
16 is an example showing a comparison of the maximum output amount of electric energy in a prism-shaped protrusion structure compared to a rectangular parallelepiped-shaped protrusion structure according to an embodiment of the present invention.
17 is an example illustrating a comparison of contact time between a first protrusion and a second protrusion in a prismatic protrusion structure compared to a rectangular parallelepiped protrusion structure according to an embodiment of the present invention.
18 illustrates an example in which the frequency of output of electrical energy is increased by a plurality of linear thin layers formed on the contact surface of the protrusion according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. This invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are given to the same or similar components throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 모바일장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 모바일장치(10)는 동작부(15), 전원공급부(16)을 포함하고, 여기서 전원공급부(16)는 제1대전부재(111), 제2대전부재(112) 및 전원회로부(120)를 포함한다. 전원회로부(120)는 신호입력전극(12), 정류평활부(13) 및 전원출력부(14)를 포함한다. 모바일장치(10)는 예컨대, 스마트시계 등과 같은 웨어러블 장치, 스마트폰, 테블릿, 애완견 센서 충전장치, 자동차 센서 충전장치 및 저장장치 등으로 구현될 수 있고, 이 외에도 휴대가 가능하거나, 움직임 또는 진동이 가능한 전자기기라면 모두 적용될 수 있다. 본 발명의 모바일장치(10)에 포함되는 구성은 앞서 기재된 일실시예에 한정되지 않고, 추가적인 다른 구성들을 포함하여 구현될 수 있다. 1 is a block diagram showing the configuration of a mobile device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
동작부(15)는 모바일장치(10)의 적어도 하나의 기능을 수행한다. 예로서, 모바일장치(10)가 스마트시계로 구현되는 경우, 동작부(15)는 영상 표시 기능, 앱 실행 기능, 데이터 송수신 기능, 통화 기능 들을 수행할 수 있고, 모바일장치(10)가 애완견 센서 충전장치로 구현되는 경우, 동작부(15)는 애완견의 위치 전송 기능, 음성수신 기능 등을 수행할 수 있다. 동작부(15)는 프로세서, 디스플레이, 메모리 등으로 구현될 수 있다.The
전원공급부(16)는 동작부(15)에 동작전원을 공급한다. 전원공급부(16)는 제1대전부재(111), 제2대전부재(112) 및 전원회로부(120)를 포함한다. 일실시예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1대전부재(51)는 제1평판부(530)와, 제1평판부(530)로부터 돌출되도록 형성되는 적어도 하나의 제1돌기(53)를 포함하고, 제2대전부재(52)는 제1대전부재(51)의 제1평판부(530)와 대향하도록 배치되는 제2평판부(540)와, 제2평판부(540)로부터 돌출되도록 형성되고, 적어도 하나의 제1돌기(53)와 접촉 가능한 적어도 하나의 제2돌기(54)를 포함한다. 여기서, 적어도 하나의 제1돌기(53)와, 적어도 하나의 제2돌기(54)의 접촉면은, 제1대전부재(51)의 제1평판부(530) 및 제2대전부재(52)의 제2평판부(540) 중 적어도 하나의 수직 방향에 대해 소정 경사각을 가진다. 예컨대, 제1돌기(53)와 제2돌기(54)의 접촉면의 경사각은 0도 보다 크고 90도 보다 작은 크기를 가지도록 구현될 수 있다.The
제1대전부재(51) 및 제2대전부재(52)는 적어도 하나의 제1돌기(53) 및 적어도 하나의 제2돌기(54) 간의 소정 이격 범위 내에서 상대적 이동이 가능하다. 제1대전부재(51) 및 제2대전부재(52)의 상대적 이동에 따른 적어도 하나의 제1돌기(53)와 적어도 하나의 제2돌기(54) 간 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시킨다. 일실시예로서, 제1돌기(53)와 제2돌기(54)의 접촉면이 90도 보다 작은 경사각을 가지는 경우, 90도인 경우에 비해, 접촉면의 면적 및 압력이 커지므로 제1돌기(53) 및 제2돌기(54) 간 접촉 또는 분리 시 더 큰 전기에너지를 발생시킬 수 있다. The first charging
일실시예로서, 제1대전부재(51)와 제2대전부재(52)는, 서로 다른 대전열에 속하는 물질을 각각 포함할 수 있다. 예컨대, 두 물체를 마찰시키는 경우, 한쪽 물체는 전자를 잃어 양(+)전기를, 다른 쪽 물체는 전자를 얻어 같은 양의 음(-)전기를 띠게 되는데, 대전열은 이처럼 물체를 마찰하였을 때 전자를 읽기 쉬운 순서대로 나열한 것이다. 제1대전부재(51)와 제2대전부재(52)는 서로 다른 대전열에 속하는 물질로 구현함으로써, 마찰 시 전자의 이동에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있다. As an example, the first charging
다른 실시예로서, 제1대전부재(51)는 금속층을 포함하고, 제2대전부재(52)는 유전체층을 포함할 수 있다. 예로서, 제1대전부재(51)는, 금속층으로서 Al, Mg, Cu, Lead, Fe, Ni, Ag, Pt, Au 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 제1대전부재(51)는 금속층 외에 그라핀, CNT(Carbon NanoTube), ITO(Indium Tin Oxide) 및 전도성 폴리머 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 전도성 폴리머로는, 예컨대, PCBM([6,6]- phenyl-C85 butyric acid methyl ester)을 포함할 수 있다. 한편, 제1대전부재(51)가 금속층을 포함하는 경우, 전극 기능을 함께 수행할 수 있다. 이 경우 별도의 전극을 포함하기 않고도 제1대전부재(51)가 마찰대전 및 전극의 기능을 수행할 수 있으므로, 비용 절감과 함께 효율성이 증대될 수 있다.As another embodiment, the first charging
제2대전부재(52)는 유전체층으로서, 예컨대, 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 한정되는 것은 아니다. 이러한 유전체층은 물리적, 화학적 표면처리 또는 강유전 나노입자 삽입, 이종 폴리머 적층에 의해 물성을 제어하는 방법 중 적어도 하나의 방법에 의해 구현될 수 있다. The
또 다른 실시예로서, 제1대전부재(51)와 제2대전부재(52)는 폴리머와 강유전나노입자의 복합소재를 포함할 수 있다. 이와 같은 소재로 구성함에 의해 제1대전부재(51) 및 제2대전부재(52)는 마찰에 의한 대전 기능을 수행할 수 있다. As another embodiment, the first charging
또 다른 실시예로서, 제1대전부재(51)와 제2대전부재(52) 중 적어도 하나는 금속층을 포함하는 진동자로 구현될 수 있다. 진동자는, 예컨대, Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Cu. Mo, W 및 합금 중 적어도 하나의 금속층을 포함할 수 있다. 또한, 진동자는, 진동 전달을 위해 탄성체를 연결할 수도 있다. 이와 같은 구성에 의해, 진동 전달 시, 제1대전부재(51)와 제2대전부재(52)는 마찰에 의해 발생되는 전기에너지의 출력양을 증가시킬 수 있다.As another embodiment, at least one of the first charging
일실시예로서, 적어도 하나의 제1돌기(53)와 적어도 하나의 제2돌기(54)의 접촉면은, 서로 다른 대전열에 속하는 유전체층을 포함할 수 있다. 예로서, 제1대전부재(51)와 제2대전부재(52)가 서로 다른 대전열에 속하는 제1물질 및 제2물질을 각각 포함하고, 제1돌기(53)와 제2돌기(54)의 접촉면에 서로 다른 대전열에 속하는 제1유전체층 및 제2유전체층을 각각 포함할 수 있다. 이 경우 제1물질 및 제2물질의 마찰에 의한 전기에너지의 출력양에 비해, 제1돌기(53)와 제2돌기(54)의 접촉면에 제1유전체층 및 제2유전체층을 더 추가한 경우 마찰에 의한 전기에너지의 출력양을 더 증가시킬 수 있다. As an example, contact surfaces of the at least one
일실시예로서, 적어도 하나의 제1돌기(53)와 적어도 하나의 제2돌기(54)는, 다각 프리즘 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 제1돌기(53) 및 제2돌기(54)를 삼각 또는 사각 프리즘 형상으로 구현하여, 마찰되는 접촉면의 면적 및 압력을 커지도록 함에 의해 발생되는 전기에너지의 출력양 및 출력시간을 증가시킬 수 있다. As an example, at least one
일실시예로서, 적어도 하나의 제1돌기(53)와 적어도 하나의 제2돌기(54)의 접촉면은 상호 평행하게 마련될 수 있다. 이 경우, 제1돌기(53)와 제2돌기(54)의 접촉면이 평행하지 않은 경우에 비해, 돌기 간 마찰되는 접촉면의 면적이 커지도록 함에 의해 발생되는 전기에너지의 출력양 및 출력시간을 증가시킬 수 있다.As an example, contact surfaces of the at least one
전원회로부(120)는 상기와 같이 제1대전부재(111) 및 제2대전부재(112)에 의해 발생된 전기에너지를 동작전원으로 변환하여 출력한다. 전원회로부(120)는 제1대전부재(111) 및 제2대전부재(112)에 각각 연결되어, 발생된 전기에너지의 신호를 입력받는 신호입력전극(12)와, 전극에 입력되는 신호를 정류 및 평활시켜 출력하는 정류평활부(13)와, 정류평활부에 의해 출력되는 전압의 레벨을 변환하여 동작전원을 출력하는 전원출력부(14)를 포함한다. 전원회로부(120)는 상기 구성에 의해 제1대전부재(111) 및 제2대전부재(112)에 의해 발생된 전기에너지를 각각의 전극으로 연결하여 모바일장치(10)가 동작할 수 있도록 하는 동작전원을 출력할 수 있다. As described above, the
일실시예로서, 전원회로부(120)는, 태양광을 전기에너지로 변환하여 동작전원의 보조전원을 출력하는 보조전원부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제1대전부재(111) 및 제2대전부재(112)에 의해 발생되는 전기에너지의 출력양이 소정 기준치에 도달하지 못하는 경우, 보조전원부는 태양광으로부터 얻은 전기에너지를 추가적으로 공급함에 의해, 모바일장치(10)가 동작할 수 있도록 소정 기준치 이상의 전기에너지를 제공할 수 있다. As an embodiment, the
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 모바일장치(10)는, 움직임 또는 진동에 따라 경사 구조를 갖는 두 개의 마찰대전 물체 간의 접촉 또는 분리에 의해 발생되는 전기에너지를 이용하여 모바일장치가 동작을 수행하도록 할 수 있다. 또한, 배터리의 충전 또는 교체 없이 모바일장치를 위한 자가 충전 기능을 제공하여 사용자에게 편의를 제공할 수 있는 장점이 있다. The
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발전장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 발전장치(20)는 제1대전부재(211), 제2대전부재(212) 및 전원회로부(220)를 포함하고, 외부기기(25)와 연결될 수 있다. 외부기기(25)는 예컨대, 스마트시계 등과 같은 웨어러블 장치, 스마트폰, 테블릿, 애완견 센서 충전장치, 자동차 센서 충전장치 및 저장장치 등으로 구현될 수 있다. 발전장치(20)를 구성하는 제1대전부재(211), 제2대전부재(212) 및 전원회로부(220)는 도 1의 제1대전부재(111), 제2대전부재(112) 및 전원회로부(120)에 각각 대응하는 구성이므로, 공통되는 설명은 생략하기로 한다. 2 is a block diagram showing the configuration of a power generation device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the
발전장치(20)는 움직임 또는 진동에 의한 제1대전부재(211) 및 제2대전부재(212)의 마찰대전에 의해 전기에너지를 발생시킨다. 일실시예로서, 제1대전부재(211) 및 제2대전부재(212)는 각각 적어도 하나의 제1돌기 및 제2돌기를 포함하고, 소정의 움직임 또는 진동이 있는 경우 제1돌기 및 제2돌기 간 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시킨다. The
전기회로부(220)는 신호입력전극(22), 정류평활부(23) 및 전원출력부(24)를 포함한다. 전기회로부(220)는 제1대전부재(211) 및 제2대전부재(212)에서 발생된 전기에너지의 신호를 신호입력전극(22)에서 입력받아, 정류평활부(23)에서 정류 및 평활시켜 출력하고, 전원출력부(24)에서 전압의 레벨을 변환하여 외부기기(25)를 위한 동작전원을 출력한다. The
이에 따라, 발전장치(20)는 제1대전부재(211) 및 제2대전부재(212)로부터 발생된 전기에너지를 웨어러블 장치와 같은 외부기기(25)의 전력원으로 제공함에 의해, 충전을 필요로하는 배터리를 대체하는 용도로 이용될 수 있는 장점이 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 의한 발전장치(20)는 별도의 충전을 필요로 하지 않고, 움직임 또는 진동이 있는 경우 제1대전부재(211)의 제1돌기 및 제2대전부재(212)의 제2돌기 간 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있다. Accordingly, the
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발전장치로부터 발생된 전기에너지를 전원회로부를 통해 외부기기에 공급하는 구성을 도시한 예이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 발전장치(30)는 적어도 하나의 제1돌기를 포함하는 제1대전부재(31)와 적어도 하나의 제2돌기를 포함하는 제2대전부재(32)를 포함한다. 발전장치(30)는 제1대전부재(31) 및 제2대전부재(32)의 상대적 이동에 따른 제1돌기와 제2돌기 간 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시키고, 발생된 전기에너지를 전원회로부(33)로 공급한다.3 is an example showing a configuration for supplying electrical energy generated from a power generation device according to an embodiment of the present invention to an external device through a power circuit unit. As shown in FIG. 3, the
전원회로부(33)는 임피던스 매칭부(331), MPPT(Maximum Power Point Tracking) 컨트롤러(332), 정류부(333), 스텝다운 컨버터(334), DC-DC 컨버터(335) 및 전원관리부(336)을 포함한다. 임피던스 매칭부(331)는 발전장치(30)로부터 발생된 전기에너지를 외부의 웨어러블 장치(34) 또는 저장장치(35)로 전달함에 있어, 전기에너지의 전달율이 최대가 되도록 임피던스를 매칭하는 기능을 수행한다. 정류부(333)는 임피던스 매칭부(331)를 통해 임피던스가 매칭된 전기에너지의 신호를 정류 및 평활한다. MPPT 컨트롤러(332)는 임피던스 매칭부(331) 및 정류부(333)를 거친 전기에너지가 최고 전력양을 생성할 수 있도록 제어하는 알고리즘을 수행한다. The
스텝다운 컨버터(step down converter)(334)는 전달된 교류 형태의 전기적 신호를 직류로 변환하고, 변환된 직류 전압의 크기가 너무 큰 경우 그 크기를 낮추어 주는 기능을 수행한다. DC-DC 컨버터(335)는 직류 전압을 다른 크기의 직류 전압으로 변환하기 위해 전력 용량이 큰 교류를 발생시켜 다른 전압의 교류로 변환하고, 이것을 다시 직류 전압으로 변환하는 기능을 수행한다. 전원관리부(336)는 DC-DC 컨버터(335)를 통해 변환된 전압을 외부의 웨어러블 장치(34) 또는 저장장치(35) 등의 동작전원으로 출력한다. The step down
이와 같이, 전원회로부(33)는 제1대전부재(31) 및 제2대전부재(32)를 포함하는 발전장치(33)로부터 발생된 전기에너지를 외부의 웨어러블 장치(34) 또는 저장장치(35)의 전력원으로 제공하기 위해, 소정 레벨의 전원신호로 변환하여 출력하는 역할을 할 수 있다. As such, the
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수직 방향의 돌기 구조를 갖는 발전장치를 도시한 예이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 발전장치(40)는 제1대전부재(41) 및 제2대전부재(42)를 포함한다. 일실시예로서, 제1대전부재(41)는 제1평판부(430)와, 제1평판부(430)로부터 수직 방향으로 돌출된 적어도 하나의 제1돌기(43)를 포함할 수 있다. 제2대전부재(42)는 제1평판부(430)와 대향하도록 배치되는 제2평판부(440)와, 제2평판부(440)로부터 수직 방향으로 돌출되고, 적어도 하나의 제1돌기(43)와 접촉 가능한 적어도 하나의 제2돌기(44)를 포함할 수 있다.Figure 4 is an example showing a power generation device having a vertical projection structure according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4 , the
제1대전부재(41) 및 제2대전부재(42)는, 적어도 하나의 제1돌기(43) 및 적어도 하나의 제2돌기(44) 간의 소정 이격 범위 내에서 상대적 이동이 가능할 수 있다. 제1대전부재(41) 및 제2대전부재(42)의 상대적 이동에 따른 적어도 하나의 제1돌기(43)와 적어도 하나의 제2돌기(44) 간 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 예로서, 적어도 하나의 제1돌기(43)와 적어도 하나의 제2돌기(44) 간 접촉 또는 분리가 이루어지는 방향은 제1평판부(430) 및 제2평판부(440) 중 적어도 하나와 수평인 방향에 대해 이루어질 수 있다. 이 때, 제1돌기(43)와 제2돌기(44) 간 접촉 또는 분리가 이루어지는 방향은 이에 한정되지 않고, 제1돌기(43) 및 제2돌기(44)가 접촉 가능한 여러 방향에 대해 이루어질 수 있다. The first charging
일실시예로서, 제1대전부재(41)와 제2대전부재(42)는, 서로 다른 대전열에 속하는 물질을 각각 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1대전부재(41)와 제2대전부재(42)는, 움직임 또는 진동에 의한 제1돌기(43)와 제2돌기(44) 간 접촉 또는 분리 시 전자의 이동에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있다. As an example, the first charging
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발전장치의 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 발전장치(50)는 제1대전부재(51)와 제2대전부재(52)를 포함한다. 제1대전부재(51)는 제1평판부(530)와, 제1평판부(530)로부터 돌출되도록 형성되는 적어도 하나의 제1돌기(53)를 포함하고, 제2대전부재(52)는 제1대전부재(51)의 제1평판부(530)와 대향하도록 배치되는 제2평판부(540)와, 제2평판부(540)로부터 돌출되도록 형성되고, 적어도 하나의 제1돌기(53)와 접촉 가능한 적어도 하나의 제2돌기(54)를 포함한다. 여기서, 적어도 하나의 제1돌기(53)와, 적어도 하나의 제2돌기(54)의 접촉면은, 제1대전부재(51)의 제1평판부(530) 및 제2대전부재(52)의 제2평판부(540) 중 적어도 하나의 수직 방향에 대해 소정 경사각을 가진다. 예컨대, 제1돌기(53)와 제2돌기(54)의 접촉면의 경사각은 0도 보다 크고 90도 보다 작은 크기를 가지도록 구현될 수 있다.5 is a perspective view of a power generation device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5 , the
제1대전부재(51) 및 제2대전부재(52)는 적어도 하나의 제1돌기(53) 및 적어도 하나의 제2돌기(54) 간의 소정 이격 범위 내에서 상대적 이동이 가능하다. 제1대전부재(51) 및 제2대전부재(52)의 상대적 이동에 따른 적어도 하나의 제1돌기(53)와 적어도 하나의 제2돌기(54) 간 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있다.The first charging
일실시예로서, 발전장치(50)는 진동 발생이 가능한 외부기기에 모듈 형태로 부착되거나 일체형 구조로 삽입될 수 있다. 이 때, 발전장치(50)는 제1대전부재(51) 및 제2대전부재(52)로부터 발생된 전기에너지를 외부기기로 전달하기 위한 제1케이블 연결부(55) 및 제2케이블 연결부(56)를 포함할 수 있다. As one embodiment, the
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 발전장치의 단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 발전장치(60)는 제1대전부재(61)와 제2대전부재(62)를 포함하고, 제1대전부재(61) 및 제2대전부재(62)로부터 발생된 전기에너지를 외부기기로 전달하기 위한 제1케이블 연결부(65) 및 제2케이블 연결부(66)를 더 포함할 수 있다. 제1대전부재(61)는 제1평판부(630)와, 제1평판부(630)로부터 돌출되도록 형성되는 적어도 하나의 제1돌기(63)를 포함하고, 제2대전부재(62)는 제1대전부재(61)의 제1평판부(630)와 대향하도록 배치되는 제2평판부(640)와, 제2평판부(640)로부터 돌출되도록 형성되고, 적어도 하나의 제1돌기(63)와 접촉 가능한 적어도 하나의 제2돌기(64)를 포함한다. 6 is a cross-sectional view of a power generation device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the
적어도 하나의 제1돌기(63)와, 적어도 하나의 제2돌기(64)의 접촉면은, 제1대전부재(61)의 제1평판부(630) 및 제2대전부재(62)의 제2평판부(640) 중 적어도 하나의 수직 방향에 대해 소정 경사각을 가진다. 예컨대, 제1돌기(63)와 제2돌기(64)의 접촉면의 경사각은 0도 보다 크고 90도 보다 작은 크기를 가지도록 구현될 수 있다. 이처럼 제1돌기(63)와 제2돌기(64)의 접촉면이 90도 보다 작은 경사각을 가지는 경우, 90도의 경사각을 가지는 경우에 비해 제1돌기(63) 및 제2돌기(64) 간 접촉면의 면적 및 압력이 커지게 되므로, 마찰에 의해 발생하는 전기에너지의 출력양을 증가시킬 수 있다. The contact surface between the at least one
제1대전부재(61) 및 제2대전부재(62)는 적어도 하나의 제1돌기(63) 및 적어도 하나의 제2돌기(64) 간의 소정 이격 범위 내에서 상대적 이동이 가능하다. 제1대전부재(61) 및 제2대전부재(62)의 상대적 이동에 따른 적어도 하나의 제1돌기(63)와 적어도 하나의 제2돌기(64) 간 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있다.The first charging
일실시예로서, 제1대전부재(61) 및 제2대전부재(62) 간 상대적 이동은, 제1평판부(630) 및 제2평판부(640) 중 적어도 하나와 수평인 방향에 대해 이루어질 수 있다. 다른 실시예로서, 제1대전부재(61) 및 제2대전부재(62) 간 상대적 이동은, 제1평판부(630) 및 제2평판부(640) 중 적어도 하나에 대해 소정 각도를 가지는 방향으로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 제1대전부재(61) 및 제2대전부재(62) 간 상대적 이동이 이루어지는 방향은 본 발명의 실시예에 의해 한정되지 않고, 제1돌기(63) 및 제2돌기(64) 간 접촉 또는 분리가 일어날 수 있도록 하는 방향을 모두 포함할 수 있다. As an embodiment, the relative movement between the first charging
일실시예로서, 제1대전부재(61) 및 제2대전부재(62) 간 상대적 이동은, 제1대전부재(61) 및 제2대전부재(62) 중 적어도 하나의 이동에 의해 이루어질 수 있다. 예로서, 제1대전부재(61)는 고정된 상태이고, 제2대전부재(62)는 탄성체를 연결하여 수평방향으로 이동 가능한 상태로 구현되는 경우, 외부의 움직임 또는 진동에 의해 제2대전부재(62)가 수평방향으로 이동하여 제1돌기(63) 및 제2돌기(64) 간 접촉 또는 분리가 일어나도록 할 수 있다. 다른 예로서, 제1대전부재(61) 및 제2대전부재(62)가 각각 탄성체를 연결하여 모두 수평 방향으로 이동 가능한 상태로 구현되는 경우, 외부의 움직임 또는 진동에 의해 제1대전부재(61) 및 제2대전부재(62)가 동시에 수평 방향으로 이동하여 제1돌기(63) 및 제2돌기(64) 간 접촉 또는 분리가 일어나도록 할 수 있다. As an example, the relative movement between the first charging
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 제1돌기 및 제2돌기 간 접촉되는 방식을 도시한 예이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1돌기(73) 및 제2돌기(74)는 서로 다른 대전열에 속한 물질을 포함하고, 제1돌기(73) 및 제2돌기(74) 간 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 일실시예로서, 제1돌기(73) 및 제2돌기(74) 간 소정 간격의 유지 또는 변화에 의해서도 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 7 is an example illustrating a method of contact between a first protrusion and a second protrusion according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the
일실시예로서, 제2돌기(74)는 고정되어 있는 상태이고, 제1돌기(73)가 제2돌기(74)와의 접촉면을 따라 상향 이동하여 마찰을 일으킬 수 있다. As an example, the
제1돌기(73) 및 제2돌기(74)는 삼각 프리즘 형태로 구현될 수 있고, 이 때 제1돌기(73)와 제2돌기(74)의 접촉면이 수평 방향에 대해 소정 크기의 경사각을 가질 수 있다. 제1돌기(73) 및 제2돌기(74)의 형태는 본 발명의 실시예에 의해 한정되지 않고, 사각 프리즘 등의 다각 프리즘 형태로 마련될 수 있다. 제1돌기(73) 및 제2돌기(74)가 삼각 프리즘 형태로 구현되는 경우, 직육면체의 형태로 구현되는 경우에 비해 접촉면의 면적이 커지고 돌기 간 접촉을 유지하는 시간이 길어질 수 있다. 이에 따라, 제1돌기(73) 및 제2돌기(74) 간 접촉 또는 분리에 의해 발생되는 전기에너지의 출력양 및 출력시간을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. The
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 제1돌기 및 제2돌기 간 접촉되는 방식을 도시한 예이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1돌기(83) 및 제2돌기(84)는 서로 다른 대전열에 속한 물질을 포함하고, 제1돌기(83) 및 제2돌기(84) 간 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 일실시예로서, 제1돌기(83)는 고정되어 있는 상태이고, 제2돌기(84)가 제1돌기(83)와의 접촉면을 따라 하향 이동하여 마찰을 일으킬 수 있다. 제1돌기(83) 및 제2돌기(84)는 삼각 프리즘 형태로 구현되어 제1돌기(83) 및 제2돌기(84) 간 접촉 또는 분리에 의해 발생되는 전기에너지의 출력양 및 출력시간을 증가시킬 수 있다. 8 is an example illustrating a method of contact between a first protrusion and a second protrusion according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8 , the
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제1돌기 및 제2돌기 간 접촉되는 방식을 도시한 예이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제1돌기(93) 및 제2돌기(94)는 서로 다른 대전열에 속한 물질을 포함하고, 제1돌기(93) 및 제2돌기(94) 간 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 일실시예로서, 제1돌기(93) 및 제2돌기(94)가 접촉면을 따라 각각 상향 및 하향 이동하여 마찰을 일으킬 수 있다. 제1돌기(93) 및 제2돌기(94)는 삼각 프리즘 형태로 구현되어 제1돌기(89) 및 제2돌기(94) 간 접촉 또는 분리에 의해 발생되는 전기에너지의 출력양 및 출력시간을 증가시킬 수 있다. 9 is an example illustrating a method of contact between a first protrusion and a second protrusion according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9 , the
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 제1대전부재 및 제2대전부재를 포함하는 발전장치의 단면도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 발전장치(100)는 제1평판부(1030)와, 제1평판부(1030)로부터 돌출되도록 형성되는 적어도 하나의 제1돌기(103)를 포함하는 제1대전부재(101)와, 제1평판부(1030)와 대향하도록 배치되는 제2평판부(1040)와, 제2평판부(1040)로부터 돌출되도록 형성되고, 제1돌기(103)와 접촉 가능한 적어도 하나의 제2돌기(104)를 포함하는 제2대전부재(102)를 포함한다. 적어도 하나의 제1돌기(103)와, 적어도 하나의 제2돌기(104)의 접촉면은, 제1대전부재(101)의 제1평판부(1030) 및 제2대전부재(102)의 제2평판부(1040) 중 적어도 하나의 수직 방향에 대해 소정 경사각을 가진다. 여기서, 적어도 하나의 제1돌기(103) 및 적어도 하나의 제2돌기(104)는 다각 프리즘 형상으로 구현될 수 있고, 제1돌기(103)와 제2돌기(104)의 접촉면은, 상호 평행하게 구현될 수 있다. 이에 따라, 제1돌기(103)와 제2돌기(104) 간 접촉면의 면적 및 접촉 유지시간이 증가되어, 마찰 시 발생되는 전기에너지의 출력양 및 출력시간을 증가시킬 수 있는 효과가 있다. 10 is a cross-sectional view of a power generation device including a first charging member and a second charging member according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the
제1대전부재(101) 및 제2대전부재(102)는, 적어도 하나의 제1돌기(103) 및 적어도 하나의 제2돌기(104) 간의 소정 이격 범위 내에서 상대적 이동이 가능하며, 제1대전부재(101) 및 제2대전부재(102)의 상대적 이동에 따른 적어도 하나의 제1돌기(103)와 적어도 하나의 제2돌기(104) 간 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있다. The
일실시예로서, 제1대전부재(101) 및 제2대전부재(102) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 제1돌기(103) 및 적어도 하나의 제2돌기(104)가 형성된 방향과 수직한 제1방향(y방향)으로 이동될 수 있다. 다른 예로서, 제1대전부재(101) 및 제2대전부재(102) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 제1돌기(103) 및 적어도 하나의 제2돌기(104)가 형성된 방향과 평행한 제2방향(x방향)으로 이동될 수 있다. 또 다른 예로서, 제1대전부재(101) 및 제2대전부재(102) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 제1돌기(103)와 적어도 하나의 제2돌기(104)의 접촉면이 형성된 방향 중 제3방향(s1방향)으로 이동될 수 있다. 또 다른 예로서, 제1대전부재(101) 및 제2대전부재(102) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 제1돌기(103)와 적어도 하나의 제2돌기(104)의 접촉면이 형성된 방향 중 제4방향(s2방향)으로 이동될 수 있다. 제1대전부재(101) 및 제2대전부재(102)의 상대적 이동은 본 발명의 실시예에 의해 한정되지 않고, 제1돌기(103) 및 제2돌기(104) 간 접촉 및 분리가 될 수 있는 다양한 방향으로 이루어질 수 있다. As an embodiment, at least one of the first charging
제1대전부재(101) 및 제2대전부재(102)는 서로 다른 대전열에 속하는 물질을 각각 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1대전부재(101) 및 제2대전부재(102)의 상대적 이동에 따른 적어도 하나의 제1돌기(103) 및 제2돌기(104) 간 접촉 또는 분리 시, 서로 다른 대전열에 속하는 물질들 간에 전자가 이동하여 전기에너지를 발생시킬 수 있다. The
일실시예로서, 제1대전부재(101)는 금속층을 포함하고, 제2대전부재(102)는 유전체층을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 제1대전부재(101)와 제2대전부재(102)는 폴리머와 강유전나노입자의 복합소재를 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 제1대전부재(101) 및 제2대전부재(102) 중 적어도 하나는 금속층을 포함하는 진동자로 구현될 수 있다. As an example, the first charging
발전장치(100)는 발생된 전기에너지를 소정 레벨의 전원신호로 변환하여 출력하는 전원회로부를 더 포함할 수 있다. 전원회로부는 제1대전부재(101) 및 제2대전부재(102)에 각각 연결되어, 발생된 전기에너지의 신호를 입력받는 신호입력전극과, 전극에 입력되는 신호를 전류 및 평활시켜 출력하는 정류평활부와, 정류평활부에 의해 출력되는 전압의 레벨을 변환하여 외부기기를 위한 동작전원을 출력하는 전원출력부를 포함할 수 있다. 제1대전부재(101) 및 제2대전부재(102)는 전원회로부와 전기적으로 연결되는 제1전극 및 제2전극을 각각 포함할 수 있다. 전원회로부는, 태양광을 전기에너지로 변환하여 동작전원의 보조전원을 출력하는 보조전원부를 더 포함할 수 있다. 발전장치(100)는 진동 발생이 가능한 외부기기에 모듈 형태로 부착되거나 일체형 구조로 삽입될 수 있다. The
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 제1대전부재 및 제2대전부재를 포함하는 발전장치의 단면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 발전장치(110)는 제1대전부재(111) 및 제2대전부재(112)를 포함한다. 제1대전부재(111)는 제1평판부(1130) 및 제1돌기(113)를 포함하고, 제2대전부재(112)는 제2평판부(1140), 제2돌기(114) 및 제2돌기(114)의 외측을 둘러싸고 있는 유전체층(115)를 포함한다. 제1대전부재(111) 및 제2대전부재(112)의 일부 구성은 도 10의 구성 중 제1대전부재(101) 및 제2대전부재(102)의 구성에 각각 대응하므로, 공통적인 특징에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. 11 is a cross-sectional view of a power generation device including a first charging member and a second charging member according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11 , the
제1대전부재(111) 및 제2대전부재(112) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 제1돌기(113) 및 적어도 하나의 제2돌기(114)가 형성된 방향과 수직한 제1방향(y방향) 또는 평행한 제2방향(x방향)으로 이동될 수 있다. 다른 예로서, 제1대전부재(111) 및 제2대전부재(112) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 제1돌기(113)와 적어도 하나의 제2돌기(114)의 접촉면이 형성된 방향 중 제3방향(s1방향) 또는 제4방향(s2방향)으로 이동될 수 있다. At least one of the first charging
제1대전부재(111) 및 제2대전부재(112)는 서로 다른 대전열에 속하는 물질을 각각 포함할 수 있다. 제2돌기(114)의 외측을 둘러싸고 있는 유전체층(115)은 제1대전부재(111) 및 제2대전부재(112)와는 다른 대전열에 속하는 물질을 포함할 수 있다. 유전체층(115)은 제2돌기(114)의 외측을 둘러싸는 형태로 구현되거나, 제1돌기(113)와 접촉 가능한 제2돌기(114)의 측면에 형성될 수 있다. 유전체층(115)은, 예컨대, 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. 유전체층(115)은 물리적, 화학적 표면처리 또는 강유전 나노입자 삽입, 이종 폴리머 적층에 의해 물성을 제어하는 방법 중 적어도 하나의 방법에 의해 구현될 수 있다. The
이와 같은 구성에 의해, 발전장치(110)는 제1대전부재(111) 및 제2대전부재(112)의 상대적 이동에 따른 적어도 하나의 제1돌기(113) 및 제2돌기(114) 간 접촉 또는 분리 시, 서로 다른 대전열에 속하는 물질들 간에 전자가 이동하여 전기에너지를 발생시킬 수 있다. With this configuration, the
한편, 제1대전부재(111) 및 제2대전부재(112)의 유전체층(115)은 전원회로부(미도시)와 전기적으로 연결되는 제1전극 및 제2전극을 각각 포함할 수 있다.Meanwhile, the
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 제1대전부재 및 제2대전부재를 포함하는 발전장치의 단면도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 발전장치(120)는 제1대전부재(121) 및 제2대전부재(122)를 포함한다. 제1대전부재(121)는 제1평판부(1230), 제1돌기(123) 및 제1돌기(123)의 외측을 둘러싸고 있는 제1유전체층(125)을 포함하고, 제2대전부재(122)는 제2평판부(1240), 제2돌기(124) 및 제2돌기(124)의 외측을 둘러싸고 있는 제2유전체층(126)를 포함한다. 제1대전부재(121) 및 제2대전부재(122)의 일부 구성은 도 10의 구성 중 제1대전부재(101) 및 제2대전부재(102)의 구성에 각각 대응하므로, 공통적인 특징에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. 12 is a cross-sectional view of a power generation device including a first charging member and a second charging member according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12 , the
제1대전부재(121) 및 제2대전부재(122) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 제1돌기(123) 및 적어도 하나의 제2돌기(124)가 형성된 방향과 수직한 제1방향(y방향) 또는 평행한 제2방향(x방향)으로 이동될 수 있다. 다른 예로서, 제1대전부재(121) 및 제2대전부재(122) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 제1돌기(123)와 적어도 하나의 제2돌기(124)의 접촉면이 형성된 방향 중 제3방향(s1방향) 또는 제4방향(s2방향)으로 이동될 수 있다. At least one of the first charging
제1대전부재(121) 및 제2대전부재(122)는 서로 다른 대전열에 속하는 물질을 각각 포함할 수 있다. 제1돌기(123)의 외측을 둘러싸고 있는 제1유전체층(125)과, 제2돌기(124)의 외측을 둘러싸고 있는 제2유전체층(126)은 서로 다른 대전열에 속하는 물질을 각각 포함할 수 있다. 또한, 제1유전체층(125) 및 제2유전체층(126)은 제1대전부재(121) 및 제2대전부재(122)와 서로 다른 대전열에 속하는 물질을 포함할 수 있다. The
제1유전체층(125) 및 제2유전체층(126)은, 예컨대, 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. 제1유전체층(125) 및 제2유전체층(126)은 물리적, 화학적 표면처리 또는 강유전 나노입자 삽입, 이종 폴리머 적층에 의해 물성을 제어하는 방법 중 적어도 하나의 방법에 의해 구현될 수 있다. The
이와 같은 구성에 의해, 발전장치(120)는 제1대전부재(121) 및 제2대전부재(122)의 상대적 이동에 따른 적어도 하나의 제1돌기(123) 및 제2돌기(124) 간 접촉 또는 분리 시, 서로 다른 대전열에 속하는 물질들 간에 전자가 이동하여 전기에너지를 발생시킬 수 있다. With this configuration, the
한편, 제1대전부재(121)의 제1유전체층(125) 및 제2대전부재(122)는 전원회로부(미도시)와 전기적으로 연결되는 제1전극 및 제2전극을 각각 포함할 수 있다.Meanwhile, the
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 케이스 및 제3대전부재를 더 포함하는 발전장치의 단면도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 발전장치(130)는 제1대전부재(131) 및 제2대전부재(132)를 포함한다. 제1대전부재(131)는 제1평판부(1330) 및 제1돌기(133)를 포함하고, 제2대전부재(132)는 제2평판부(1340), 제2돌기(134) 및 제2돌기(134)의 외측을 둘러싸고 있는 유전체층(135)을 포함한다. 제1대전부재(131) 및 제2대전부재(132)의 일부 구성은 도 10의 구성 중 제1대전부재(101) 및 제2대전부재(102)의 구성에 각각 대응하므로, 공통적인 특징에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. 13 is a cross-sectional view of a power generation device further including a case and a third charging member according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13 , the
발전장치(130)는, 제1대전부재(131) 및 제2대전부재(132)를 내장하는 제1케이스(137)를 더 포함할 수 있다. 발전장치(130)는, 제1케이스(137)의 내측에 마련되어, 적어도 하나의 제1돌기(133)와 적어도 하나의 제2돌기(134) 간 접촉 또는 분리되는 방향으로 제1대전부재(131)에 탄성력을 인가하는 탄성지지부(1371)를 포함할 수 있다. 탄성지지부(1371)는 제1대전부재(131)와 제1케이스(137)를 예컨대, 스프링 또는 탄성체를 이용하여 연결함에 의해, 제1대전부재(131)가 제1케이스(137) 내부에서 수평 방향(y방향)으로 이동되도록 할 수 있다. 다른 실시예로서, 탄성지지부(1371)는 제1대전부재(131) 뿐만 아니라 제2대전부재(132)에 대해서도 제1케이스(137)와 스프링 또는 탄성체를 이용하여 연결되도록 할 수 있다. The
발전장치(130)는, 제1케이스(137)의 내측에 마련되어, 제2대전부재(132)와 제1케이스(137)를 연결하는 고정지지부(1372)를 포함할 수 있다. 이 때, 제2대전부재(132)는 고정지지부(1372)에 의해 고정될 수 있다. The
일실시예로서, 발전장치(130)는, 제1케이스(137)의 내측에 마련되고, 제1대전부재(131)와의 접촉 또는 분리에 의해 추가의 전기에너지를 발생시키는 제3대전부재(138)를 더 포함할 수 있다. 제3대전부재(138)는 유전체층(139)를 포함할 수 있고, 전원회로부와 전기적으로 연결되는 전극을 더 포함할 수 있다. 다른 예로서, 제3대전부재(138)는, 제2대전부재(132)의 아래 쪽에 위치하도록 하여, 제2대전부재(132)와의 접촉 또는 분리에 의해 추가의 전기에너지를 발생시키도록 할 수도 있다.As an embodiment, the
제1대전부재(131), 제2대전부재(132) 및 제2대전부재(138)는 서로 다른 대전열에 속하는 물질을 각각 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1대전부재(131) 및 제2대전부재(132)의 상대적 이동에 따른 적어도 하나의 제1돌기(133) 및 제2돌기(134) 간 접촉 또는 분리 시, 서로 다른 대전열에 속하는 물질들 간에 전자가 이동하여 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 또한, 제2대전부재(132)가 제2돌기(134)가 형성된 방향과 평행한 방향(x방향)으로 이동되는 경우, 제3대전부재(138)와의 접촉 또는 분리에 의해 추가의 전기에너지를 발생시킬 수 있다. The
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 서브전극을 포함하는 발전장치의 단면도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 발전장치(140)는 제1대전부재(141) 및 제2대전부재(142)를 포함한다. 제1대전부재(141)는 제1평판부(1430) 및 제1돌기(143)를 포함하고, 제2대전부재(142)는 제2평판부(1440) 및 제2돌기(144)를 포함한다. 제1대전부재(141) 및 제2대전부재(142)의 일부 구성은 도 10의 구성 중 제1대전부재(101) 및 제2대전부재(102)의 구성에 각각 대응하므로, 공통적인 특징에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. 14 is a cross-sectional view of a power generation device including a plurality of sub-electrodes according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14 , the
제2대전부재(142)는 전원회로부와 전기적으로 연결되고, 제1돌기(143) 및 제2돌기(144)의 배열 방향과 나란한 방향으로 배치되는 전극(145)을 포함할 수 있다. 전극(145)은 서로 전기적으로 연결된 복수의 제1서브전극(145a) 및 복수의 제2서브전극(145b)을 포함할 수 있다. 복수의 제1서브전극(145a)과 복수의 제2서브전극(145b)은 서로 전기적으로 단절되어 있을 수 있다. 복수의 제1서브전극(145a)과 복수의 제2서브전극(145b)은 각각 홀수 번째와 짝수 번째에 배열될 수 있고, 복수의 제1서브전극(145a)과 복수의 제2서브전극(145b)의 배열방식은 이에 한정되지 않고 다양한 방식으로 구현될 수 있다. The
제1대전부재(141) 및 제2대전부재(142)는 서로 다른 대전열에 속하는 물질을 각각 포함할 수 있다. 이에 따라, 발전장치(140)는 제1대전부재(141) 및 제2대전부재(142)의 상대적 이동에 따른 적어도 하나의 제1돌기(143) 및 제2돌기(144) 간 접촉 또는 분리 시, 서로 다른 대전열에 속하는 물질들 간에 전자가 이동하여 전기에너지를 발생시킬 수 있다. 또한, 발전장치(140)는, 복수의 제1서브전극(145a)과 복수의 제2서브전극(145b) 사이의 전위차를 이용해 전기에너지를 발생시킬 수 있다. The
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 제2대전부재의 제2돌기의 접촉면에 복수의 선형박층을 형성하는 예를 도시한 것이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 발전장치(155)는 적어도 하나의 제1돌기(1553)가 형성된 제1대전부재(1551) 및 적어도 하나의 제1돌기(1553)와 접촉 가능한 적어도 하나의 제2돌기(150)가 형성된 제2대전부재(1552)를 포함한다. 적어도 하나의 제1돌기(1553) 및 적어도 하나의 제2돌기(150)는 다각 프리즘 형상을 가질 수 있고, 제1돌기(1553)와 제2돌기(150)의 접촉면은 상호 평행하게 배치될 수 있다. 15 illustrates an example of forming a plurality of linear thin layers on the contact surface of the second projection of the second charging member according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 15, the
제2대전부재(1552)의 적어도 하나의 제2돌기(150)의 접촉면은, 수평 방향으로 형성된 라인 형태의 복수의 선형박층(151)을 포함할 수 있다. 복수의 선형박층(151)은, 일정 간격으로 배열될 수 있다. 복수의 선형박층(151)은 제2돌기(150)의 접촉면에 대해 대전이 가능한 물질을 증착하여 형성할 수 있다. A contact surface of at least one
일실시예로서, 제2돌기(150)는 금속층(152)을 포함할 수 있고, 복수의 선형박층(151)은 폴리머층 및 전극을 포함하도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 적어도 하나의 제1돌기(1553)와 적어도 하나의 제2돌기(150) 간의 접촉 또는 분리시, 제2돌기(150)를 이루는 금속층(152)과 복수의 선형박층(151)의 폴리머층이 교대로 접촉되므로, 일정 주기의 전기에너지의 출력 파형이 생성 될 수 있다. 이 때, 전기에너지의 출력 파형은 복수의 선형박층(151)의 라인의 개수만큼 생성될 수 있다. As an example, the
일실시예로서, 복수의 선형박층(151)은, 적어도 하나의 제1돌기(1553)와, 적어도 하나의 제2돌기(150) 간 접촉 또는 분리되는 방향과 수직인 방향으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 복수의 선형박층(151)은, 진동 방향과 수직으로 배열되는 경우 가장 효과적으로 전기에너지의 출력 파형을 생성할 수 있다. As an example, the plurality of linear
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 직육면체 형상의 돌기 구조 대비 프리즘 형상의 돌기 구조에서의 전기에너지의 최대 출력양을 비교하여 도시한 예이다. 도 16에 도시된 바와 같이, (a) 및 (b)는, 발전장치에 있어, 제1대전부재와 제2대전부재 간의 상대적 이동에 따른 적어도 하나의 제1돌기 및 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리 시, 발생되는 전기에너지의 출력 파형을 나타낸 그래프이다. 16 is an example showing a comparison of the maximum output amount of electric energy in a prism-shaped protrusion structure compared to a rectangular parallelepiped-shaped protrusion structure according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 16, (a) and (b) are, in the power generation device, between at least one first projection and at least one second projection according to the relative movement between the first charging member and the second charging member. It is a graph showing the output waveform of electrical energy generated upon contact or separation.
그래프 (a)는 적어도 하나의 제1돌기 및 적어도 하나의 제2돌기가 직육면체 형상을 가지는 경우이고, 그래프 (b)는 적어도 하나의 제1돌기 및 적어도 하나의 제2돌기가 다각 프리즘 형상을 가지는 경우이다. 그래프 (a)는 발생되는 전기에너지의 최대 출력전압이 165V이고, 그래프 (b)는 발생되는 전기에너지의 최대 출력전압이 296V이다. 즉, 적어도 하나의 제1돌기 및 적어도 하나의 제2돌기가 다각 프리즘 형상을 가지는 경우가, 직육면체 형상을 가지는 경우에 비해 마찰 대전에 의해 발생되는 전기에너지의 출력양을 증가시킬 수 있다. In graph (a), at least one first protrusion and at least one second protrusion have a rectangular parallelepiped shape, and in graph (b), at least one first protrusion and at least one second protrusion have a polygonal prism shape. is the case In graph (a), the maximum output voltage of generated electrical energy is 165V, and in graph (b), the maximum output voltage of electrical energy generated is 296V. That is, when at least one first protrusion and at least one second protrusion have a polygonal prism shape, the output amount of electric energy generated by triboelectric charging can be increased compared to a case where the at least one first protrusion and at least one second protrusion have a rectangular parallelepiped shape.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 직육면체 형상의 돌기 구조 대비 프리즘 형상의 돌기 구조에서의 제1돌기와 제2돌기 간 접촉 시간을 비교하여 도시한 예이다. 도 17에 도시된 바와 같이, (a) 및 (b)는, 발전장치에 있어, 제1대전부재와 제2대전부재 간의 상대적 이동에 따른 적어도 하나의 제1돌기 및 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리 시, 제1돌기 및 제2돌기 간 접촉 유지시간을 나타낸 그래프이다. 17 is an example illustrating a comparison of contact time between a first protrusion and a second protrusion in a prismatic protrusion structure compared to a rectangular parallelepiped protrusion structure according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 17, (a) and (b) are, in the power generation device, between at least one first projection and at least one second projection according to the relative movement between the first charging member and the second charging member. It is a graph showing the contact maintenance time between the first protrusion and the second protrusion upon contact or separation.
그래프 (a)는 적어도 하나의 제1돌기 및 적어도 하나의 제2돌기가 직육면체 형상을 가지는 경우이고, 그래프 (b)는 적어도 하나의 제1돌기 및 적어도 하나의 제2돌기가 다각 프리즘 형상을 가지는 경우이다. 그래프 (a)는 적어도 하나의 제1돌기 및 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 유지시간이 3ms이고, 그래프 (b)는 적어도 하나의 제1돌기 및 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 유지시간이 5ms이다. 즉, 적어도 하나의 제1돌기 및 적어도 하나의 제2돌기가 다각 프리즘 형상을 가지는 경우가, 직육면체 형상을 가지는 경우에 비해 제1돌기 및 제2돌기 간 접촉 유지시간을 증가시키고, 이에 따라 발생되는 전기에너지의 출력시간을 증가시킬 수 있다. In graph (a), at least one first protrusion and at least one second protrusion have a rectangular parallelepiped shape, and in graph (b), at least one first protrusion and at least one second protrusion have a polygonal prism shape. is the case In graph (a), the contact holding time between at least one first protrusion and at least one second protrusion is 3 ms, and in graph (b), the contact holding time between at least one first protrusion and at least one second protrusion is 5 ms. to be. That is, when at least one first protrusion and at least one second protrusion have a polygonal prism shape, the contact holding time between the first protrusion and the second protrusion is increased compared to the case where they have a rectangular parallelepiped shape. The output time of electrical energy can be increased.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 돌기의 접촉면에 형성한 복수의 선형박층에 의해 전기에너지의 출력 빈도수가 증가된 예를 도시한 것이다. 도 18에 도시된 바와 같이, (a)는, 발전장치에 있어, 제1대전부재의 적어도 하나의 제1돌기와 제2대전부재의 적어도 하나의 제2돌기와의 접촉면에 복수의 선형박층을 형성하는 경우, 제1돌기 및 제2돌기 간 접촉 또는 분리에 의해 발생되는 전기에너지의 출력 파형을 나타낸 그래프이다. 18 illustrates an example in which the frequency of output of electrical energy is increased by a plurality of linear thin layers formed on the contact surface of the protrusion according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 18, (a) forms a plurality of linear foil layers on the contact surface between at least one first protrusion of the first charging member and at least one second protrusion of the second charging member in the power generation device. In this case, it is a graph showing an output waveform of electrical energy generated by contact or separation between the first protrusion and the second protrusion.
그래프 (b)는, 그래프 (a)를 소정 시간 구간에 대해 확대하여 나타낸 것으로, 복수의 선형박층을 형성하지 않은 경우에 비해 전기에너지의 출력 빈도수가 증가되고 있음을 보여준다. 즉, 적어도 하나의 제1돌기 및 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면에 복수의 선형박층을 형성함에 의해, 복수의 선형박층의 라인의 개수만큼 전기에너지의 출력 파형을 생성할 수 있으므로 전기에너지의 출력 빈도수를 효과적으로 증가시킬 수 있다. Graph (b) is an enlargement of graph (a) for a predetermined time period, and shows that the frequency of output of electrical energy is increased compared to the case where a plurality of linear thin layers are not formed. That is, by forming a plurality of linear thin layers on the contact surfaces of at least one first protrusion and at least one second protrusion, as many output waveforms of electrical energy as the number of lines of the plurality of linear thin layers can be generated, the output of electrical energy frequency can be effectively increased.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.Although the present invention has been described in detail through preferred embodiments, the present invention is not limited thereto and may be variously practiced within the scope of the claims.
10: 모바일장치
111: 제1대전부재
112: 제2대전부재
120: 전원회로부
12: 신호입력전극
13: 정류평활부
14: 전원출력부
15: 동작부
16: 전원공급부
20: 발전장치
211: 제1대전부재
212: 제2대전부재
220: 전원회로부
22: 신호입력전극
23: 정류평활부
24: 전원출력부
25: 외부기기10: mobile device
111: first charging member
112: second charging member
120: power circuit part
12: signal input electrode
13: rectification smoothing unit
14: power output unit
15: operating part
16: power supply
20: generator
211: first charging member
212: second charging member
220: power circuit part
22: signal input electrode
23: rectification smoothing unit
24: power output unit
25: external device
Claims (36)
적어도 하나의 기능을 수행하는 동작부와;
상기 동작부에 동작전원을 공급하는 전원공급부를 포함하며,
상기 전원공급부는,
제1평판부와, 상기 제1평판부로부터 돌출되도록 형성되는 적어도 하나의 제1돌기를 포함하는 제1대전부재와;
상기 제1대전부재의 제1평판부와 대향하도록 배치되는 제2평판부와, 상기 제2평판부로부터 돌출되도록 형성되고, 상기 적어도 하나의 제1돌기와 접촉 가능한 적어도 하나의 제2돌기를 포함하는 제2대전부재와;
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재에 의해 발생된 전기에너지를 상기 동작전원으로 변환하여 출력하는 전원회로부를 포함하고,
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재는, 상기 적어도 하나의 제1돌기 및 상기 적어도 하나의 제2돌기 간의 소정 이격 범위 내에서 상대적 이동이 가능하며,
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재의 상대적 이동에 따른 상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리에 의해 상기 전기에너지를 발생시키고,
상기 적어도 하나의 제1돌기와, 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 상기 제1대전부재의 제1평판부 및 상기 제2대전부재의 제2평판부 중 적어도 하나에 대해 90도보다 작은 각도의 소정 경사각을 가지는 모바일장치.In a mobile device,
an operating unit that performs at least one function;
A power supply unit for supplying operation power to the operation unit;
The power supply unit,
a first charging member including a first flat plate portion and at least one first protrusion protruding from the first flat plate portion;
A second flat portion disposed to face the first flat portion of the first charging member, and at least one second protrusion formed to protrude from the second flat portion and contactable with the at least one first protrusion. a second charging member;
A power circuit unit for converting electrical energy generated by the first charging member and the second charging member into the operating power and outputting it;
The first charging member and the second charging member are capable of relative movement within a predetermined distance between the at least one first protrusion and the at least one second protrusion,
The electrical energy is generated by contact or separation between the at least one first protrusion and the at least one second protrusion according to the relative movement of the first charging member and the second charging member,
The contact surfaces of the at least one first protrusion and the at least one second protrusion have an angle smaller than 90 degrees with respect to at least one of the first flat portion of the first charging member and the second flat portion of the second charging member. A mobile device having a predetermined inclination angle of
상기 전원회로부는,
상기 제1대전부재 및 제2대전부재에 각각 연결되어, 상기 발생된 전기에너지의 신호를 입력받는 신호입력전극과;
상기 신호입력전극에 입력되는 신호를 정류 및 평활시켜 출력하는 정류평활부와;
상기 정류평활부에 의해 출력되는 전압의 레벨을 변환하여 상기 동작전원을 출력하는 전원출력부를 포함하는 모바일장치.According to claim 1,
The power circuit part,
signal input electrodes connected to the first charging member and the second charging member to receive signals of the generated electric energy;
a rectification and smoothing unit for rectifying and smoothing the signal input to the signal input electrode and outputting the signal;
and a power output unit converting the level of the voltage output by the rectification and smoothing unit to output the operating power.
상기 제1대전부재와 상기 제2대전부재는, 서로 다른 대전열에 속하는 물질을 각각 포함하는 모바일장치. According to claim 1,
The mobile device of claim 1 , wherein the first charging member and the second charging member include materials belonging to different charging sequences.
상기 제1대전부재는 금속층을 포함하고, 제2대전부재는 유전체층을 포함하는 모바일장치. According to claim 1,
The mobile device of claim 1 , wherein the first charging member includes a metal layer, and the second charging member includes a dielectric layer.
상기 제1대전부재와 제2대전부재는, 폴리머와 강유전나노입자의 복합소재를 포함하는 모바일장치. According to claim 1,
The first charging member and the second charging member include a composite material of a polymer and ferroelectric nanoparticles.
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재 중 적어도 하나는 금속층을 포함하는 진동자로 구현되는 모바일장치.According to claim 1,
At least one of the first charging member and the second charging member is implemented as a vibrator including a metal layer.
상기 적어도 하나의 제1돌기와, 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 서로 다른 대전열에 속하는 유전체층을 포함하는 모바일장치.According to claim 1,
Contact surfaces of the at least one first protrusion and the at least one second protrusion include dielectric layers belonging to different charging lines.
상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기는, 다각 프리즘 형상을 가지는 모바일장치.According to claim 1,
The at least one first protrusion and the at least one second protrusion have a polygonal prism shape.
상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 상호 평행한 모바일장치.According to claim 1,
Contact surfaces of the at least one first protrusion and the at least one second protrusion are parallel to each other.
적어도 하나의 기능을 수행하는 동작부와;
상기 동작부에 동작전원을 공급하는 전원공급부를 포함하며,
상기 전원공급부는,
제1평판부와, 상기 제1평판부로부터 돌출되도록 형성되는 적어도 하나의 제1돌기를 포함하는 제1대전부재와;
상기 제1대전부재의 제1평판부와 대향하도록 배치되는 제2평판부와, 상기 제2평판부로부터 돌출되도록 형성되고, 상기 적어도 하나의 제1돌기와 접촉 가능한 적어도 하나의 제2돌기를 포함하는 제2대전부재와;
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재에 의해 발생된 전기에너지를 상기 동작전원으로 변환하여 출력하는 전원회로부를 포함하고,
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재는, 상기 적어도 하나의 제1돌기 및 상기 적어도 하나의 제2돌기 간의 소정 이격 범위 내에서 상대적 이동이 가능하며,
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재의 상대적 이동에 따른 상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리에 의해 상기 전기에너지를 발생시키고,
상기 적어도 하나의 제1돌기와, 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 상기 제1대전부재의 제1평판부 및 상기 제2대전부재의 제2평판부 중 적어도 하나의 수직 방향에 대해 소정 경사각을 가지며,
상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 수평 방향으로 형성된 복수의 선형박층을 포함하는 모바일장치. In a mobile device,
an operating unit that performs at least one function;
A power supply unit for supplying operation power to the operation unit;
The power supply unit,
a first charging member including a first flat plate portion and at least one first protrusion protruding from the first flat plate portion;
A second flat portion disposed to face the first flat portion of the first charging member, and at least one second protrusion formed to protrude from the second flat portion and contactable with the at least one first protrusion. a second charging member;
A power circuit unit for converting electrical energy generated by the first charging member and the second charging member into the operating power and outputting it;
The first charging member and the second charging member are capable of relative movement within a predetermined distance between the at least one first protrusion and the at least one second protrusion,
The electrical energy is generated by contact or separation between the at least one first protrusion and the at least one second protrusion according to the relative movement of the first charging member and the second charging member,
The contact surfaces of the at least one first protrusion and the at least one second protrusion have a predetermined inclination angle with respect to the vertical direction of at least one of the first flat portion of the first charging member and the second flat portion of the second charging member. has,
A contact surface between the at least one first protrusion and the at least one second protrusion includes a plurality of linear thin layers formed in a horizontal direction.
상기 복수의 선형박층은, 일정 간격으로 배열되는 모바일장치.According to claim 10,
The plurality of linear thin layers are arranged at regular intervals.
상기 복수의 선형박층은, 상기 적어도 하나의 제1돌기와, 상기 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리되는 방향과 수직인 방향으로 형성되는 모바일장치.According to claim 10,
The plurality of linear thin layers are formed in a direction perpendicular to a direction of contact or separation between the at least one first protrusion and the at least one second protrusion.
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재는 상기 전원회로부와 전기적으로 연결되는 제1전극 및 제2전극을 각각 포함하는 모바일장치.According to claim 1,
The first charging member and the second charging member each include a first electrode and a second electrode electrically connected to the power circuit unit.
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재를 내장하는 제1케이스를 더 포함하는 모바일장치.According to claim 1,
The mobile device further comprising a first case containing the first charging member and the second charging member.
상기 제1케이스의 내측에 마련되어, 상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리되는 방향으로 상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재 중 적어도 하나에 탄성력을 인가하는 탄성지지부를 포함하는 모바일장치.According to claim 14,
Provided inside the first case, elastic force is applied to at least one of the first charging member and the second charging member in a direction in which the at least one first protrusion and the at least one second protrusion come into contact or are separated. A mobile device comprising a support unit.
적어도 하나의 기능을 수행하는 동작부와;
상기 동작부에 동작전원을 공급하는 전원공급부를 포함하며,
상기 전원공급부는,
제1평판부와, 상기 제1평판부로부터 돌출되도록 형성되는 적어도 하나의 제1돌기를 포함하는 제1대전부재와;
상기 제1대전부재의 제1평판부와 대향하도록 배치되는 제2평판부와, 상기 제2평판부로부터 돌출되도록 형성되고, 상기 적어도 하나의 제1돌기와 접촉 가능한 적어도 하나의 제2돌기를 포함하는 제2대전부재와;
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재에 의해 발생된 전기에너지를 상기 동작전원으로 변환하여 출력하는 전원회로부를 포함하고,
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재는, 상기 적어도 하나의 제1돌기 및 상기 적어도 하나의 제2돌기 간의 소정 이격 범위 내에서 상대적 이동이 가능하며,
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재의 상대적 이동에 따른 상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리에 의해 상기 전기에너지를 발생시키고,
상기 적어도 하나의 제1돌기와, 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 상기 제1대전부재의 제1평판부 및 상기 제2대전부재의 제2평판부 중 적어도 하나의 수직 방향에 대해 소정 경사각을 가지며,
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재 중 적어도 하나와의 접촉 또는 분리에 의해 추가의 전기에너지를 발생시키는 제3대전부재를 더 포함하는 모바일장치. In a mobile device,
an operating unit that performs at least one function;
A power supply unit for supplying operation power to the operation unit;
The power supply unit,
a first charging member including a first flat plate portion and at least one first protrusion protruding from the first flat plate portion;
A second flat portion disposed to face the first flat portion of the first charging member, and at least one second protrusion formed to protrude from the second flat portion and contactable with the at least one first protrusion. a second charging member;
A power circuit unit for converting electrical energy generated by the first charging member and the second charging member into the operating power and outputting it;
The first charging member and the second charging member are capable of relative movement within a predetermined distance between the at least one first protrusion and the at least one second protrusion,
The electrical energy is generated by contact or separation between the at least one first protrusion and the at least one second protrusion according to the relative movement of the first charging member and the second charging member,
The contact surfaces of the at least one first protrusion and the at least one second protrusion have a predetermined inclination angle with respect to the vertical direction of at least one of the first flat portion of the first charging member and the second flat portion of the second charging member. has,
and a third charging member generating additional electrical energy by contacting or separating at least one of the first charging member and the second charging member.
상기 전원회로부는, 태양광을 전기에너지로 변환하여 상기 동작전원의 보조전원을 출력하는 보조전원부를 더 포함하는 모바일장치.According to claim 1,
The power circuit unit further includes an auxiliary power unit converting sunlight into electric energy and outputting auxiliary power of the operation power.
제1평판부와, 상기 제1평판부로부터 돌출되도록 형성되는 적어도 하나의 제1돌기를 포함하는 제1대전부재와;
상기 제1대전부재의 제1평판부와 대향하도록 배치되는 제2평판부와, 상기 제2평판부로부터 돌출되도록 형성되고, 상기 적어도 하나의 제1돌기와 접촉 가능한 적어도 하나의 제2돌기를 포함하는 제2대전부재를 포함하고,
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재는, 상기 적어도 하나의 제1돌기 및 상기 적어도 하나의 제2돌기 간의 소정 이격 범위 내에서 상대적 이동이 가능하며,
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재의 상대적 이동에 따른 상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시키고,
상기 적어도 하나의 제1돌기와, 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 상기 제1대전부재의 제1평판부 및 상기 제2대전부재의 제2평판부 중 적어도 하나에 대해 90도보다 작은 각도의 소정 경사각을 가지는 발전장치.In the power plant,
a first charging member including a first flat plate portion and at least one first protrusion protruding from the first flat plate portion;
A second flat portion disposed to face the first flat portion of the first charging member, and at least one second protrusion formed to protrude from the second flat portion and contactable with the at least one first protrusion. Including a second charging member,
The first charging member and the second charging member are capable of relative movement within a predetermined distance between the at least one first protrusion and the at least one second protrusion,
Electrical energy is generated by contact or separation between the at least one first protrusion and the at least one second protrusion according to the relative movement of the first charging member and the second charging member,
The contact surfaces of the at least one first protrusion and the at least one second protrusion have an angle smaller than 90 degrees with respect to at least one of the first flat portion of the first charging member and the second flat portion of the second charging member. Power generation device having a predetermined inclination angle of.
상기 발생된 전기에너지를 소정 레벨의 전원신호로 변환하여 출력하는 전원회로부를 더 포함하는 발전장치.According to claim 18,
A power generation device further comprising a power circuit unit that converts the generated electrical energy into a power signal of a predetermined level and outputs the converted power signal.
상기 전원회로부는,
상기 제1대전부재 및 제2대전부재에 각각 연결되어, 상기 발생된 전기에너지의 신호를 입력받는 신호입력전극과;
상기 신호입력전극에 입력되는 신호를 정류 및 평활시켜 출력하는 정류평활부와;
상기 정류평활부에 의해 출력되는 전압의 레벨을 변환하여 외부기기를 위한 동작전원을 출력하는 전원출력부를 포함하는 발전장치.According to claim 19,
The power circuit part,
signal input electrodes connected to the first charging member and the second charging member to receive signals of the generated electric energy;
a rectification and smoothing unit for rectifying and smoothing the signal input to the signal input electrode and outputting the signal;
A generator comprising a power output unit that converts the level of the voltage output by the rectification and smoothing unit to output operating power for an external device.
상기 제1대전부재와 상기 제2대전부재는, 서로 다른 대전열에 속하는 물질을 각각 포함하는 발전장치.According to claim 18,
The first charging member and the second charging member each include a material belonging to a different charging sequence.
상기 제1대전부재는 금속층을 포함하고, 제2대전부재는 유전체층을 포함하는 발전장치.According to claim 18,
The first charging member includes a metal layer, and the second charging member includes a dielectric layer.
상기 제1대전부재와 제2대전부재는, 폴리머와 강유전나노입자의 복합소재를 포함하는 발전장치.According to claim 18,
The first charging member and the second charging member include a composite material of a polymer and ferroelectric nanoparticles.
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재 중 적어도 하나는 금속층을 포함하는 진동자로 구현되는 발전장치.According to claim 18,
At least one of the first charging member and the second charging member is implemented as a vibrator including a metal layer.
상기 적어도 하나의 제1돌기와, 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 서로 다른 대전열에 속하는 유전체층을 포함하는 발전장치.According to claim 18,
Contact surfaces of the at least one first protrusion and the at least one second protrusion include dielectric layers belonging to different charge lines.
상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기는, 다각 프리즘 형상을 가지는 발전장치.According to claim 18,
The at least one first protrusion and the at least one second protrusion have a polygonal prism shape.
상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 상호 평행한 발전장치.According to claim 18,
The contact surface of the at least one first projection and the at least one second projection is parallel to each other.
제1평판부와, 상기 제1평판부로부터 돌출되도록 형성되는 적어도 하나의 제1돌기를 포함하는 제1대전부재와;
상기 제1대전부재의 제1평판부와 대향하도록 배치되는 제2평판부와, 상기 제2평판부로부터 돌출되도록 형성되고, 상기 적어도 하나의 제1돌기와 접촉 가능한 적어도 하나의 제2돌기를 포함하는 제2대전부재를 포함하고,
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재는, 상기 적어도 하나의 제1돌기 및 상기 적어도 하나의 제2돌기 간의 소정 이격 범위 내에서 상대적 이동이 가능하며,
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재의 상대적 이동에 따른 상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리에 의해 전기에너지를 발생시키고,
상기 적어도 하나의 제1돌기와, 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 상기 제1대전부재의 제1평판부 및 상기 제2대전부재의 제2평판부 중 적어도 하나의 수직 방향에 대해 소정 경사각을 가지며,
상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기의 접촉면은, 수평 방향으로 형성된 복수의 선형박층을 포함하는 발전장치. In the power plant,
a first charging member including a first flat plate portion and at least one first protrusion protruding from the first flat plate portion;
A second flat portion disposed to face the first flat portion of the first charging member, and at least one second protrusion formed to protrude from the second flat portion and contactable with the at least one first protrusion. Including a second charging member,
The first charging member and the second charging member are capable of relative movement within a predetermined distance between the at least one first protrusion and the at least one second protrusion,
Electrical energy is generated by contact or separation between the at least one first protrusion and the at least one second protrusion according to the relative movement of the first charging member and the second charging member,
The contact surfaces of the at least one first protrusion and the at least one second protrusion have a predetermined inclination angle with respect to the vertical direction of at least one of the first flat portion of the first charging member and the second flat portion of the second charging member. has,
The contact surface of the at least one first protrusion and the at least one second protrusion includes a plurality of linear thin layers formed in a horizontal direction.
상기 복수의 선형박층은, 일정 간격으로 배열되는 발전장치.29. The method of claim 28,
The plurality of linear thin layers are arranged at regular intervals.
상기 복수의 선형박층은, 상기 적어도 하나의 제1돌기와, 상기 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리되는 방향과 수직인 방향으로 형성되는 발전장치.29. The method of claim 28,
The plurality of linear thin layers are formed in a direction perpendicular to a direction in which the at least one first protrusion and the at least one second protrusion are contacted or separated.
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재는 상기 전원회로부와 전기적으로 연결되는 제1전극 및 제2전극을 각각 포함하는 발전장치.According to claim 19,
The first charging member and the second charging member each include a first electrode and a second electrode electrically connected to the power circuit unit.
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재를 내장하는 제1케이스를 더 포함하는 발전장치.According to claim 18,
A generator further comprising a first case containing the first charging member and the second charging member.
상기 제1케이스의 내측에 마련되어, 상기 적어도 하나의 제1돌기와 상기 적어도 하나의 제2돌기 간 접촉 또는 분리되는 방향으로 상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재 중 적어도 하나에 탄성력을 인가하는 탄성지지부를 포함하는 발전장치.33. The method of claim 32,
Provided inside the first case, elastic force is applied to at least one of the first charging member and the second charging member in a direction in which the at least one first protrusion and the at least one second protrusion come into contact or are separated. Power generation device including a support.
상기 제1대전부재 및 상기 제2대전부재 중 적어도 하나와의 접촉 또는 분리에 의해 추가의 전기에너지를 발생시키는 제3대전부재를 더 포함하는 발전장치.According to claim 18,
and a third charging member generating additional electrical energy by contact with or separation from at least one of the first charging member and the second charging member.
진동 발생이 가능한 외부기기에 모듈 형태로 부착되거나 일체형 구조로 삽입되는 발전장치.According to claim 18,
A generator that is attached to an external device capable of generating vibration in the form of a module or inserted as an integral structure.
상기 전원회로부는, 태양광을 전기에너지로 변환하여 상기 동작전원의 보조전원을 출력하는 보조전원부를 더 포함하는 발전장치.21. The method of claim 20,
The power circuit unit further comprises an auxiliary power unit converting sunlight into electrical energy and outputting auxiliary power of the operating power.
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|---|---|---|---|
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| KR1020150116276A KR102471508B1 (en) | 2015-08-18 | 2015-08-18 | Mobile apparatus and power generating apparatus |
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-
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- 2015-08-18 KR KR1020150116276A patent/KR102471508B1/en active IP Right Grant
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 3D Stack Integrated Triboelectric Nanogenerator for Harvesting Vibration Energy, Weiqing Yang 외8, Adv. Funct. Mater. 2014 (2014. 03. 24. 공개)* |
| Silicon-Based Hybrid Energy Cell for Self-Powered Electrodegradation and Personal Electronics, Ya Yang 외7, ACS NANO, (2013.02.23. 공개)* |
| Simultaneously harvesting mechanical and chemical energies by a hybrid cell for self-powered biosensors and personal electronics, Ya Yang 외5, Energy Environ. Sci., (2013.04.11. 공개)* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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