KR102600949B1 - 복합 섬유 모터 - Google Patents

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KR102600949B1
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권오석
이동하
이상호
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재단법인대구경북과학기술원
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Abstract

폴리머 섬유 및 열전도체를 포함하는 복합 섬유 모터에 관한 것으로써, 복합 섬유 모터는 열전효과를 이용하는 유연한 열전도체가 폴리머 섬유의 외주면 상에 배치됨으로써 열 동력을 제공하기 위한 구성이 간단한 장점이 있다. 또한, 복합 섬유 모터는 열전도체에 제공되는 전류 방향에 따라 외주면 상의 온도가 가열 또는 냉각됨으로써 빠른 시간 내 열 전달이 가능하여 일반모터와 같이 양방향 회전이 가능할 뿐만 아니라, 전류량 조절을 통해 가열 및 냉각속도를 조절함으로써 복합 섬유 모터의 회전 속도를 빠르고 적절하게 조절할 수 있는 장점이 있다.

Description

복합 섬유 모터{composite fiber motor}
꼬인 형상의 폴리머 섬유 및 열전도체를 포함하는 복합 섬유 모터에 관한 것이다.
종래 섬유기반 구동기는 열 등 다양한 동력원을 통해 동력을 받아 이에 포함된 다수 섬유가 감기거나 풀려 구동이 가능했다.
다만, 종래 섬유기반 구동기는 열 등 동력원을 제공하기 위해 강제 대류를 위한 팬과 이의 구동장치 또는 냉각수 및 이의 유동장치 등 많은 부대장치가 요구되어 시스템이 복잡할 뿐만 아니라 동력원을 제공하기 위한 시간 등이 많이 소요되어 효율성이 전반적으로 낮은 문제점이 있었다.
대한민국 특허등록공보 제10-1779692호
열적으로 동력 받는, 꼬인 형상의 폴리머 섬유; 및 이의 외주면 상에 배치되어, 상기 폴리머 섬유에 열적인 동력을 제공하는 열전도체를 포함하는 복합 섬유 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양태에 따른 복합 섬유 모터는 열적으로 동력 받는, 꼬인 형상의 폴리머 섬유; 상기 폴리머 섬유 외주면 상에 배치되어, 상기 폴리머 섬유에 열적인 동력을 제공하는 열전도체; 및 상기 폴리머 섬유와 상기 열전도체 사이에 배치된 자성체;를 포함하고, 상기 열전도체가 폴리머 섬유 외주면을 가열하면 폴리머 섬유는 풀리고(untwist), 상기 열전도체가 폴리머 섬유 외주면을 냉각하면 폴리머 섬유는 되감기는(retwist) 것을 특징으로 한다.
상기 폴리머 섬유 외주면 상에 제1 자성체가 배치되고, 상기 열전도체의 폴리머 섬유 외주면에 대응되는 면에, 제1 자성체와 동일한 극성을 갖는 제2 자성체가 배치될 수 있다.
상기 열전도체는 상기 폴리머 섬유 외주면과 맞닿는, 일면에 배치되는 제1 열전도부; 타면에 배치되는 제2 열전도부; 상기 제1 열전도부 및 제2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제1 열전도부 및 제2 열전도부 사이의 열 전달을 차단하는 절열부; 및 상기 제1 열전도부 및 제2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제1 열전도부 및 제 2 열전도부를 가열 또는 냉각시키는 열전 소자부;를 포함하며, 상기 제1 열전도부, 제2 열전도부, 절열부 및 열전 소자부는 유연성을 가질 수 있다.
상기 열전 소자부는 열전소자를 포함하고, 상기 열전소자는 p형 반도체;상기 p형 반도체와 전기적으로 직렬 연결된 제1 전도체; 상기 제1 전도체와 전기적으로 직렬 연결된 n형 반도체; 및 상기 n형 반도체와 전기적으로 연결된 제2 전도체;를 포함할 수 있다.
상기 제1 전도체는 상기 제1 열전도부 및 절열부 사이에 배치되고, 상기 제2 전도체는 상기 제2 열전도부 및 절열부 사이에 배치될 수 있다.
상기 열전도체는 전기적으로 병렬 또는 직렬 연결된 복수의 열전 소자부를 포함할 수 있다.
상기 열전도체는 상기 열전 소자부와 전기적으로 연결되는 전원부;를 더 포함할 수 있다.
상기 전원부는 상기 열전 소자부로 공급되는 전류의 방향을 변경할 수 있다.
복합 섬유 모터는 열전효과를 이용하는 유연한 열전도체가 폴리머 섬유의 외주면 상에 배치됨으로써 열 동력을 제공하기 위한 구성이 간단한 장점이 있다. 또한, 복합 섬유 모터는 열전도체에 제공되는 전류 방향에 따라 외주면 상의 온도가 가열 또는 냉각됨으로써 빠른 시간 내 열 전달이 가능하여 일반모터와 같이 양방향 회전이 가능할 뿐만 아니라, 전류량 조절을 통해 가열 및 냉각속도를 조절함으로써 복합 섬유 모터의 회전 속도를 빠르고 적절하게 조절할 수 있는 장점이 있다. 또한, 자성체를 추가적으로 배치시켜 폴리머 섬유의 회전을 원활히 하고 접촉에 의한 마찰을 피하도록 하는 장점이 있다.
도 1은 복합 섬유 모터의 사시도이다.
도 2는 열전도체를 나타낸 정면도 및 평면도이다.
도 3는 열전소자의 펠티어 효과를 나타낸 그림이다.
도 4은 절열부(30) 및 열전 소자부(40)를 나타낸 모식도이다.
도 5 및 도 6는 열전도체(200)가 상기 전원부에서 공급되는 전류의 방향에 따라 가열 또는 냉각되는 형태를 나타낸 모식도이다.
도 7은 복수의 열전 소자부를 전기적으로 병렬 연결한 도이다.
도 8은 복수의 열전 소자부를 전기적으로 직렬 연결한 도이다.
도 9는 복합 섬유 모터를 끝단에 고정시킨 단면도이다.
이상의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.
도 1은 복합 섬유 모터의 사시도이다. 도 1을 참고하면, 열적으로 동력 받는, 꼬인 형상의 폴리머 섬유(100); 및 상기 폴리머 섬유 외주면 상에 배치되어, 상기 폴리머 섬유에 열적인 동력을 제공하는 열전도체(200);를 포함하고, 특히, 열전도체(200)은 상기 폴리머 섬유 외주면과 맞닿는, 일면에 배치되는 제1 열전도부(10); 타면에 배치되는 제2 열전도부(20); 상기 제1 열전도부 및 제2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제1 열전도부 및 제2 열전도부 사이의 열 전달을 차단하는 절열부(30); 및 상기 제1 열전도부 및 제2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제1 열전도부 및 제 2 열전도부를 가열 또는 냉각시키는 열전 소자부(40);를 포함하며, 상기 제1 열전도부, 제2 열전도부, 절열부 및 열전 소자부는 각각 유연성을 가지는 소재를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따라, 폴리머 섬유(100)은 꼬인 형상으로써 열적으로 동력 받아 풀리거나(untwist) 되감길 수 있다(retwist). 즉, 열전도체가 폴리머 섬유 외주면을 가열하면 풀리고(untwist), 상기 열전도체가 폴리머 섬유 외주면을 냉각하면 폴리머 섬유는 되감기면서(retwist) 구동할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 폴리머 섬유 외주면에 열적인 동력을 제공하는 열전도체(200)에서 열전도체 내 열전 소자부와 전기적으로 연결되어 있는 전원부를 통해 전류 방향을 제1 전류 방향으로 전류를 보내는 경우, 폴리머 섬유 외주면과 맞닿는 제1 열전도부가 가열되고 폴리머 섬유의 외주면이 가열됨으로써 폴리머 섬유는 풀리게 된다(untwist). 이때, 폴리머 섬유의 풀리게 되는 구동(untwist)은 폴리머 섬유의 외주면을 가열하면 폴리머 섬유가 직경 방향으로 팽창하고 일반적으로 길이방향으로는 수축, 특정 섬유는 길이 방향으로 팽창, 하지만 직경 방향 팽창율이 더 크기 때문에 폴리머 섬유는 풀리게 될 수 있다. 반대로, 열전도체 내 열전 소자부와 전기적으로 연결되어 있는 전원부를 통해 전류 방향을 제2 전류 방향으로 전류를 보내는 경우, 폴리머 섬유 외주면과 맞닿는 제1 열전도부가 냉각되면서 폴리머 섬유의 외주면이 냉각되어 폴리머 섬유는 되감기게 된다(retwist). 이때, 폴리머 섬유의 되감기게 되는 구동(retwist)은 폴리머 섬유의 외주면을 냉각하면 폴리머 섬유가 원래의 형상으로 되돌아오게 되면서 폴리머 섬유를 되감기게 할 수 있다.
일 실시예에 따라, 폴리머 섬유(100)는 nylon, polyester, polyethylene, 및 Kevlar로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
일 실시예에 따라, 폴리머 섬유(100)와 열전도체(200) 사이에 서로간 척력이 작용하도록, 폴리머 섬유 외주면과 열전도체를 마주보는 면에 동일 극성을 갖는 자성체(미도시)를 각각 배치할 수 있다. 구체적으로, 폴리머 섬유 외주면 상에 제1 자성체가 배치되고, 열전도체의 폴리머 섬유 외주면에 대응되는 면에, 제1 자성체와 동일한 극성을 갖는 제2 자성체가 배치될 수 있다. 이에 따라, 회전 중 폴리머 섬유가 한쪽으로 치우쳐 유연 열전도체와 접촉하는 경우가 생기더라도 동일 극성 자성체 척력에 의해 곧 분리될 수 있으며, 이는 회전을 원활히 하고 접촉에 의한 마찰을 피하도록 하는 효과가 있다.
도 2는 열전도체를 나타낸 정면도 및 평면도이다. 도 2를 참고하면, 폴리머 섬유(100) 외주면과 맞닿는, 일면에 배치되는 제1 열전도부(10); 타면에 배치되는 제2 열전도부(20); 제1 열전도부 및 제2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제1 열전도부 및 제2 열전도부 사이의 열 전달을 차단하는 절열부(30); 및 제1 열전도부 및 제2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제1 열전도부 및 제 2 열전도부를 가열 또는 냉각시키는 열전 소자부(40);를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따라, 열전도체(200)는 열전효과를 갖는 열전도체(200)일 수 있다. 즉, 종래의 열전도체는 열을 전달하는 물체로, 주변을 가열시키거나 냉각시킬 뿐, 2가지의 기능을 수행할 수 없으나, 열전도체(200)는 열전소자를 포함하여, 일면이 가열되면, 타면은 냉각될 수 있고, 전류의 방향을 바꿈으로써, 가열된 일면을 냉각되도록 하고, 냉각된 타면을 가열되도록 변경할 수 있는 장점이 있다.
일 실시예에 따라, 열전도체(200)는 유연성 또는 신축성을 가질 수 있고, 바람직하게는, 제1 열전도부(10); 제2 열전도부(20); 절열부(30); 및 열전 소자부(40);는 유연성 또는 신축성을 가질 수 있고, 바람직하게는 유연성 또는 신축성을 갖는 섬유 소재로 구성될 수 있다.
이에, 열전도체(200)는 유연성 또는 신축성이 요구되는 신축성 전자 소자 또는 플랙시블 전자 소자에 적용될 수 있고, 의자, 방석등의 일상용품에 사용될 수 있다 또한 신축, 굽힘 특성이 우수해 판상의 형태 이외에 다양한 형태로 변형할 수 있다.
일 실시예에 따라, 열전도체(200)는, 신축성 섬유로 구성된 유연성 또는 신축성 열전도체로, 폴리머 섬유(100)의 외면을 둘러쌀 수 있고, 바람직하게는, 열전도체(200)의 제1 열전도부가 폴리머 섬유(100)의 외주면을 직접적으로 둘러싸 이를 가열 및 냉각시킬 수 있다.
일 실시예에 따라 열전도체(200)는 일면 및 타면 사이에 절열부(30)를 포함할 수 있고, 열전 소자부를 상기 절열부(30)에 직조하여 제1 전도체(42)가 제1 열전도부(10) 및 절열부(30) 사이에 배치되고, 제2 전도체(44)가 제2 열전도부(20) 및 절열부(30) 사이에 배치되도록 함으로써, 열전도체(200)의 일면이 가열될 때 상기 열전도체(200)의 타면이 냉각되고, 상기 열전도체(200)의 일면이 냉각될때, 상기 열전도체(200)의 타면이 가열되는 효과를 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따른 열전도체(200)는 일면에 배치되는 제1 열전도부(10) 및 타면에 배치되는 제2 열전도부(20)를 포함할 수 있다. 특히, 제1 열전도부(10)는 열전도체(200)로부터 발생되는 열을 폴리머 섬유(100)로 전달하기 위한 구성일 수 있다.
일 실시예에 따라, 제1 열전도부(10) 및 제2 열전도부(20)는 판상의 형태로, 열전도층 또는 열전도판일 수 있다.
또한, 제1 열전도부(10) 및 제2 열전도부(20)는 유연성 또는 신축성을 가질 수 있고, 신축성 섬유로 구성될 수 있다. 이에, 상기 제1 열전도부 및 제2 열전도부(20)는 신축성 섬유를 포함하는 열전도 유연층 또는 열전도 유연판일 수 있다.
상기 제1 열전도부(10)는 열전도성을 갖기 위해 제1 열전도체를 포함할 수 있고 제2 열전도부(20)는 열전도성을 갖기 위해 제2 열전도체를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 열전도체 또는 제2 열전도체는 금속일 수 있으나 이에 제한된 것은 아니며, 열전도성이 우수한 다른 물질일 수 있다.
일 실시예에 따라, 제1 열전도체 또는 제2 열전도체는 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 및 텅스텐(W) 중 적어도 하나인 금속일 수 있다.
제1 열전도체 및 제2 열전도체는 서로 같은 열전도성 물질일 수 있고, 또는 다른 열전도성 물질일 수 있다.
일 실시예에 따라, 제1 열전도부(10)는 유연성 또는 신축성을 가진 소재에 상기 제1 열전도체가 코팅된 형태일 수 있고, 제2 열전도부(20)는 유연성 또는 신축성을 가진 소재에 상기 제2 열전도체가 코팅된 형태일 수 있다. 이때, 상기 신축성을 가진 소재는, 신축성 섬유 또는 신축성 고분자 재료일 수 있다. 이에, 상기 제1 열전도부(10) 및 제2 열전도부(20)는 금속이 코팅된 신축성 섬유인 것이 바람직할 수 있다.
일 구현예에 따른 열전도체(200)는 제1 열전도부 및 제2 열전도부 사이에 배치되며, 제1 열전도부 및 제2 열전도부 사이의 열 전달을 차단하는 절열부(30)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 절열부(30)는 제1 열전도부의 온도 및 제2 열전도부의 온도가 유지되도록 열 전달을 차단하는 절열층 또는 절열판일 수 있다. 절열부(30)를 통해, 제1 열전도부 및 제2 열전도부는 서로 상반된 온도 상태를 효과적으로 유지할 수 있다. 즉, 상기 제1 열전도부가 냉각될 때, 상기 제2 열전도부가 가열되고, 상기 제1 열전도부가 가열될 때, 상기 제2 열전도부가 냉각되는 상태를 효과적으로 유지할 수 있다.
일 실시예에 따라, 절열부(30)는 유연성 또는 신축성을 가질 수 있고, 절열성의 신축성 섬유 또는 신축성 고분자 복합재로 구성될 수 있다. 이에, 절열부(30)는 신축성 섬유를 포함하는 절열 유연층 또는 절열 유연판일 수 있다.
일 구현예에 따른 열전도체(200)는 제1 열전도부 및 제2 열전도부 사이에 배치되며, 제1 열전도부 및 제2 열전도부를 가열 또는 냉각시키는 열전 소자부(40)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 열전 소자부(40)는 열전도체(200)의 일면을 가열 또는 냉각시키고, 상기 일면이 가열 또는 냉각될때, 상기 타면을 냉각 또는 가열시키기 위한 구성일 수 있다. 이를 위해, 열전 소자부(40)는 열전소자를 포함할 수 있고, 유연성 또는 신축성을 갖는 소재에 상기 열전소자가 코팅된 형태일 수 있다.
일 실시예에 따라, 열전 소자부(40)는 열전소자를 포함하고, 상기 열전소자는 펠티어(Peltier) 효과를 갖는 열전 소자일 수있다.
도 3는 열전소자의 펠티어 효과를 나타낸 그림으로, 도 3에 나타난 바와 같이, 열전소자의 p형 반도체 및 n형 반도체는 전기적으로 직렬 연결되어 있고, 열적으로는 병렬 연결된 구조로, 상기 열전소자에 직류 전류를 인가함으로써, 상기 p형 반도체 및 n형 반도체를 연결하는 전도체 부분은 가열될 수 있고, 상기 전류의 방향을 바꿔줌에 따라 냉각될 수 있다.
도 4은 절열부(30) 및 열전 소자부(40)를 나타낸 모식도로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 열전 소자부(40)는 열전소자를 포함할 수 있고, 상기 열전소자는, p형 반도체(41); 상기 p형 반도체(41)와 전기적으로 직렬 연결된 제 1 전도체(42); 상기 제 1 전도체(42)와 전기적으로 직렬 연결된 n형 반도체(43); 및 상기 n형 반도체(43)와 전기적으로 연결된 제 2 전도체(44);를 포함할 수 있고, p형 반도체(41) 및 상기 n형 반도체(43)는 전기적으로 직렬 연결될 수 있고, 열적으로는 병렬 연결된 것일 수 있다.
이때, p형 반도체(41)는 p형 (Bi,Sb)2Te3, Sb2Te3, Bi2Te3, SiGe, (Pb,Sn)Te, PbTe, 스커터류다이트(skutterudite), AgPbmSbTe2+m, Zn4Sb3, MnSi, FeSi2, Mg2Si 및 이들의 혼합물 중 어느 하나일 수 있다.
또한, n형 반도체(43)은 n형 (Bi,Sb)2Te3, Sb2Te3, Bi2Te3, SiGe, (Pb,Sn)Te, PbTe, 스커터류다이트(skutterudite), AgPbmSbTe2+m, Zn4Sb3, MnSi, FeSi2, Mg2Si 및 이들의 혼합물 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 열전 소자부(40)는 직렬 연결된 복수 개의 열전소자를 포함할 수 있다. 이에 열전 소자부(40)는, 제2 전도체와 전기적으로 연결된 p형 반도체(41'), 상기 p형 반도체(41')와 전기적으로 연결된 제1 전도체(42'), 상기 제1 전도체(42')와 전기적으로 연결된 n형 반도체(43'), 및 상기 n형 반도체(43')와 전기적으로 연결된 제 2 전도체(44')를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 열전 소자부(40)는 상기의 연결방식으로 p형 반도체, 제1 전도체, n형 반도체 및 제2 전도체를 상기 순서로 나열된 복수 개의 p형 반도체, 제1 전도체, n형 반도체 및 제2 전도체를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 전도체 및 제2 전도체는 전기 전도성이 우수한 물질로, 금속일 수 있고, 바람직하게는 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 및 텅스텐(W) 중 적어도 하나인 금속일 수 있고, 더욱 바람직하게는 은(Ag) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 따라, 열전 소자부(40)는 유연성 또는 신축성을 유연판, 유연 띠 또는 유연층에 열전소자가 코팅된 형태일수 있고, 바람직하게는, 열전소자가 코팅된, 직조가능한 유연 띠 형태일 수 있다.
일 실시예에 따라, 열전 소자부(40)는 도 2에 나타난 바와 같이, 열전소자의 제1 전도체(42)가 제1 열전도부(10) 및 절열부(30) 사이에 배치되고, 제2 전도체(44)가 제2 열전도부(20) 및 절열부(30) 사이에 배치되도록 상기 절열부(30)에 직조된 형태로 배치될 수 있다.
이를 통해, 제1 열전도부(10)는 상기 열전소자의 제1 전도체(42)에 의해 열이 전달되어 가열 또는 냉각될 수 있고, 상기 제2 열전도부(20)는 상기 열전소자의 제2 전도체(44)에 의해 열이 전달되어 가열 또는 냉각될 수 있다. 이에, 일 실시예에 따른 열전도체(200)는 가열 및 냉각 기능을 모두 가질 수 있다.
또한, 일 양태에 따른 열전도체(200)는 상기 열전 소자부(40)와 전기적으로 연결되는 전원부, 바람직하게는 열전소자와 전기적으로 연결되는 전원부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 열전도체(200)는 상기 전원부를 통해, 상기 열전소자로 전달되는 전류의 방향을 변경할 수 있고, 상기 열전소자에 전달되는 전류의 량을 조절하여 가열 또는 냉각되는 정도를 조절할 수 있다.
도 5 및 도 6는 열전도체(200)가 상기 전원부에서 공급되는 전류의 방향에 따라 가열 또는 냉각되는 형태를 나타낸 모식도이다. 이를 참고하면, 열전도체(200)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 전류방향으로 전류를 공급받음으로써 제1 전도부(10)가 가열되고, 제2 전도부(20)가 냉각될 수 있고, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제2 전류방향으로 전류를 공급받음으로써 제1 전도부(10)가 냉각되고, 제2 전도부(20)가 가열될 수 있다.
일 실시예에 따른 열전도체(200)는 전기적으로 병렬 또는 직렬 연결된 복수의 열전 소자부(40)를 포함할 수 있다. 도 7은 복수의 열전 소자부를 전기적으로 병렬 연결한 도이고, 도 8은 복수의 열전 소자부를 전기적으로 직렬 연결한 도이다. 도 7 및 도 8를 참고하면, 상기 열전소자부(40)는 열전소자가 코팅된 유연 띠 형태일 수 있고, 상기 유연 띠는 복수개가 전기적으로 병렬 또는 직렬연결될 수 있다. 이와같은 방법으로 열전도체(200)는 복수 개가 직렬 또는 병렬될 수 있다. 이에, 사용자가 원하는 크기로 가로 및 세로 크기를 형성할 수 있어, 활용성을 보다 높일 수 있다.
즉, 복합 섬유 모터는 열전효과를 이용하는 유연한 열전도체가 폴리머 섬유의 외주면 상에 배치됨으로써 열 동력을 제공하기 위한 구성이 간단한 장점이 있다. 또한, 복합 섬유 모터는 열전도체에 제공되는 전류 방향에 따라 외주면 상의 온도가 가열 또는 냉각됨으로써 빠른 시간 내 열 전달이 가능하여 일반모터와 같이 양방향 회전이 가능할 뿐만 아니라, 전류량 조절을 통해 가열 및 냉각속도를 조절함으로써 복합 섬유 모터의 회전 속도를 빠르고 적절하게 조절할 수 있는 장점이 있다.
이에 따라, 복합 섬유 모터는 인체를 비롯한 생체 시스템 환경에 적용할 수 있다. 특히, 도 9는 복합 섬유 모터를 끝단에 고정시킨 단면도이다. 도 9를 참고하면, 폴리머 섬유 끝단을 부착된 고정 원판에 고정시키고, 다른쪽 끝단을 필요에 따라 일반 모터에 연결부품을 체결하듯이 구성시킴으로써 혈관 청소에 사용될 수 있는 브러시를 체결할 수 있다.

Claims (8)

  1. 열적으로 동력 받는, 꼬인 형상의 폴리머 섬유;
    상기 폴리머 섬유 외주면 상에 배치되어, 상기 폴리머 섬유에 열적인 동력을 제공하는 열전도체; 및
    상기 폴리머 섬유와 상기 열전도체 사이에 배치된 자성체;를 포함하고,
    상기 열전도체가 폴리머 섬유 외주면을 가열하면 폴리머 섬유는 풀리고(untwist), 상기 열전도체가 폴리머 섬유 외주면을 냉각하면 폴리머 섬유는 되감기고(retwist),
    상기 폴리머 섬유 외주면 상에 제1 자성체가 배치되고,
    상기 열전도체의 폴리머 섬유 외주면에 대응되는 면에, 제1 자성체와 동일한 극성을 갖는 제2 자성체가 배치되는 것을 특징으로 하는 복합 섬유 모터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열전도체는
    상기 폴리머 섬유 외주면과 맞닿는, 일면에 배치되는 제1 열전도부;
    타면에 배치되는 제2 열전도부;
    상기 제1 열전도부 및 제2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제1 열전도부 및 제2 열전도부 사이의 열 전달을 차단하는 절열부; 및
    상기 제1 열전도부 및 제2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제1 열전도부 및 제 2 열전도부를 가열 또는 냉각시키는 열전 소자부;를 포함하며,
    상기 제1 열전도부, 제2 열전도부, 절열부 및 열전 소자부는 유연성을 가지는, 복합 섬유 모터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열전 소자부는 열전소자를 포함하고,
    상기 열전소자는
    p형 반도체;
    상기 p형 반도체와 전기적으로 직렬 연결된 제1 전도체;
    상기 제1 전도체와 전기적으로 직렬 연결된 n형 반도체; 및
    상기 n형 반도체와 전기적으로 연결된 제2 전도체;를 포함하는, 복합 섬유 모터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 전도체는 상기 제1 열전도부 및 절열부 사이에 배치되고,
    상기 제2 전도체는 상기 제2 열전도부 및 절열부 사이에 배치되는, 복합 섬유 모터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열전도체는 전기적으로 병렬 또는 직렬 연결된 복수의 열전 소자부를 포함하는, 복합 섬유 모터.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 열전도체는
    상기 열전 소자부와 전기적으로 연결되는 전원부;를 더 포함하는, 복합 섬유 모터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전원부는 상기 열전 소자부로 공급되는 전류의 방향을 변경하는, 복합 섬유 모터.
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