KR20100100580A - 마찰 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마찰을 이용한 마찰 발전기에 관한 것으로, 수력이나 풍력에 의해 움직이는 에너지발생부와; 상기 에너지발생부와 일체로 형성되어 상기 에너지발생부의 움직임에 대응되어 움직이는 제1전극부와; 상기 제1전극부의 형상에 대응되게 형성되어 상기 제1전극부와 마찰되어, 상기 제1전극부와 반대되는 전하가 유도되는 제2전극부와; 상기 제1전극부 및 제2전극부와 전기적으로 연결되어 상기 제1전극부와 제2전극부의 잉여전하를 저장하여 외부에 마찰 전기를 공급하는 축전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마찰 발전기를 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 기존 발전기에서 발생하는 코일 내 전기저항에 의한 에너지의 추가 손실이 없고, 구성이 간단하여 가볍고, 설치 및 유지 관리 비용이 저렴하여 발전기의 대중화에 기여할 것으로 기대된다.

마찰 발전 프로펠러 가변체적 축전 발전기

Description

마찰 발전기{frictional electric generator}

본 발명은 마찰을 이용한 마찰 발전기에 관한 것으로, 수력이나 풍력에 의해 두 전극부 간의 마찰 전기를 유도하여 이를 저장하여 외부 장치에 전류를 출력할 수 있도록 하여, 구성이 간단하고, 설치 및 유지 관리 비용이 저렴한 마찰 발전기에 관한 것이다.

전기를 발생시키는 발전기는 현대 인류문명에서 핵심적인 역할을 하고 있다. 현재 수력, 풍력, 화력, 원자력 발전 등에서 공통적으로 이용되는 발전 방식은 공기가 이동하거나 물이 흘러 프로펠러를 회전시키면, 프로펠러 중심에 고정된 폐회로가 영구 자석 속에서 회전함에 의해 얻어지는 전자기 유도 현상에 의해 전기가 생성되는 방식이다. 태양광 발전을 제외한 발전기라 함은 보통 이러한 전자기 유도현상을 이용한 발전기를 의미한다.

종래의 이러한 발전기는 프로펠러의 중심에 고정된 폐회로가 영구 자석 속에서 회전함에 의해 발생하는 전자기 유도 현상을 이용한 것인데 이때 교류가 발생하게 되는데, 이러한 발전기에 관련된 설비는 매우 무겁고 장치가 복잡하며, 설치 및 유지 관리 비용 또한 높은 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수력이나 풍력에 의해 두 전극부 간의 마찰 전기를 유도하여 이를 저장하여 외부 장치에 전류를 출력할 수 있도록 하여, 구성이 간단하고, 설치 및 유지 관리 비용이 저렴한 마찰 발전기의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 수력이나 풍력에 의해 움직이는 에너지발생부와; 상기 에너지발생부와 일체로 형성되어 상기 에너지발생부의 움직임에 대응되어 움직이는 제1전극부와; 상기 제1전극부의 형상에 대응되게 형성되어 상기 제1전극부와 마찰되어, 상기 제1전극부와 반대되는 전하가 유도되는 제2전극부와; 상기 제1전극부 및 제2전극부와 전기적으로 연결되어 상기 제1전극부와 제2전극부의 잉여전하를 저장하여 외부에 마찰 전기를 공급하는 축전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마찰 발전기를 기술적 요지로 한다.

또한, 상기 에너지발생부는, 프로펠러 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1전극부는, 상기 프로펠러 외주변에 원형고리 형상 또는 원판형으로 형성되거나, 상기 프로펠러 일측에 원형고리 형상 또는 원판형으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2전극부는, 상기 제1전극부의 외주변에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1전극부(200)는 상기 프로펠러 일측에 형성되며 원통형으로 형성되고, 상기 제2전극부는(300) 상기 제1전극부(200) 외주변에 원통형으로 형성되는 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 마찰 발전기에는, 상기 축전부와 병렬연결되며, 용량 조절이 가능한 가변체적 전기주입기(410)가 더 형성되어, 용량 변화에 따라 상기 축전부에 전기를 주입하도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 마찰 발전기에는, 상기 가변체적 전기주입기 양단자에 V자형 단자가 형성되어, 상기 가변체적 전기주입기에서 에너지발생부로의 전하의 역류를 방지하도록 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제1전극부및 제2전극부는, 털, 모피, 유리, 운모, 비단, 면포, 목재, 플라스틱, 금속, 황 및 에보나이트 중의 어느 하나를 조합으로 하여 사용하되, 마찰 전기의 발생이 최대화되도록 각각 양의 전하와 음의 전하가 최대한 대전될 수 있도록 적절한 물질을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의해 본 발명은, 구성이 간단하여 가볍고, 설치 및 유지 관리 비용이 저렴하여 발전기의 대중화에 기여할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 에너지발생부, 제1전극부, 제2전극부 및 축전부로 크게 구성되며, 수력이나 풍력에 의해 회전 또는 위치 변위에 의해 에너지발생부 및 제1전극부가 움직이게 되고, 상기 제1전극부와 제2전극부의 마찰에 의해 잉여전하가 발생하게 되면 이를 축전부에 모아 외부 설비에 전기를 공급할 수 있도록 하는 마찰 전기를 이용한 발전기에 관한 것이다.

먼저, 상기 에너지발생부는 수력이나 풍력 즉 물이나 공기의 흐름에 의해 회전되거나 위치 변위되어 움직일 수 있도록 형성되는 것으로, 에너지 발생 효율이 높은 프로펠러 형상으로 형성되거나, 바람개비 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1전극부는 상기 에너지발생부와 일체로 연결 형성되어 상기 에너지발생부의 움직임에 대응되어 움직이도록 형성되고, 상기 제2전극부는 상기 제1전극부의 형상에 대응되게 형성되어 상기 제1전극부와 마찰되어, 제1전극부에는 양의전하가 대전되고, 제2전극부에는 음의 전하가 대전되도록 한다.

이렇게 발생한 잉여전하는 상기 제1전극부 및 제2전극부와 전기적으로 연결된 축전부에 축적되어 상기 에너지발생부의 속도에 상관없이 일정한 전류를 외부장치로 출력하게 되는 것이다.

상기 제1전극부 및 제2전극부는 서로 간의 마찰에 의해 마찰 전기를 최대한 생성시키기 위해 각각 양의전하와 음의 전하를 최대로 대전시킬 수 있는 물질로 선택되어야 하며, 털, 모피, 유리, 운모, 비단, 면포, 목재, 플라스틱, 금속, 황, 에보나이트 등의 물질을 각각 선택하여 사용할 수 있다. 상기 물질의 나열 순은 음의 전하를 띄기 쉬운 순이며, 그 역순은 양의 전하를 띄기 쉬운 순이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

<제1실시예>

도 1은 본 발명의 제1실시예에 대한 모식도이다.

상기 에너지발생부(100)는 프로펠러 형상으로 형성되고, 상기 제1전극부(200)는 상기 에너지발생부(100)인 프로펠러 외주변에 원형고리 형상으로 형성된 것이다. 상기 프로펠러의 날개 단부에 상기 제1전극부(200)의 원형고리 테두리 내주면이 고정되어, 바람이 불거나 물의 흐름에 의해 상기 프로펠러가 회전하게 되면 상기 제1전극부(200)가 회전되게 된다.

그리고, 상기 제2전극부(300)는 상기 제1전극부(200)보다 약간 큰 지름으로 형성된 원형고리 형상으로 형성되어 상기 제1전극부(200) 외주변에 형성되는 것이다.

상기 제1전극부(200)로는 원형테두리에 털이 부착된 재료를 사용하며, 제2전극부(300)는 유리나 플라스틱 재료를 사용한다.

이와 같이 구성되어 도 1의 화살표 방향으로 바람이 불거나 물이 프로펠러를 지나가게 되면 프로펠러는 회전하게 되고 털로 이루어진 상기 제1전극부(200)도 함께 회전하게 되는데, 상기 제1전극부(200)의 털이 유리나 플리스틱으로 이루어진 상기 제2전극부(300) 안쪽 부분을 문지르면서 회전하게 된다. 이 때 마찰에 의하여 각각 다른 부호의 잉여전하가 발생하게 된다. 즉, 마찰 전기가 발생하게 되는 것이다. 이렇게 발생된 잉여전하들은 외부의 장치와 바로 연결되도록 하여 외부의 장치에 바로 전류를 공급하거나, 축전부(400)에 모이도록 하여 일정한 전류를 외부의 장치로 공급되도록 한다.

<제2실시예>

도 2는 본 발명의 제2실시예에 대한 모식도이다.

본 발명의 제2실시예는 상기 제1실시예와 거의 동일한 구성을 이루되, 상기 제1전극부(200)가 에너지발생부(100)를 이루는 프로펠러 일측에 형성되는 것이다. 즉, 프로펠러 중심에서 약간 떨어진 형태로 마찰이 있는 제1전극부(200)와 제2전극부(300)를 보호해야 하는 경우에 유리한 형태이다. 도 2(a)는 바람이나 물의 방향이 프로펠러 축에 수직한 경우이고, 도 2(b)는 바람이나 물의 방향이 프로펠러 축에 평행한 경우이다.

<제3실시예>

도 3은 본 발명의 제3실시예에 대한 모식도이다.

본 발명의 제3실시예는 상기 제1실시예와 거의 동일한 구성을 이루되, 상기 제1전극부(200) 및 상기 제2전극부(300)의 형상이 일측이 막힌 원판형으로 형성된 것으로, 마찰면적을 극대화하여 마찰 전기의 발생 효율을 높이도록 한 것이다.

<제4실시예>

도 4는 본 발명의 제4실시예에 대한 모식도이다.

본 발명의 제4실시예는 상기 제1실시예와 기본적으로 동일한 구성을 이루되, 상기 제1전극부(200)는 상기 프로펠러 일측에 형성되며, 원통형으로 형성되고, 상기 제2전극부(300)는 상기 제1전극부(200) 외주변에 원통형으로 형성되어, 마찰면적을 보다 극대화한 것이다.

또한, 상기 축전부(400)는 용량 조절이 가능한 가변체적 전기주입기(410)로 형성되어, 용량 변화에 따라 외부의 일반전자장비의 축전기에 전기를 주입하도록 형성된다.

상기 가변체적 전기주입기(410)는 체적을 변화시켜 전기용량에 변화를 주기 위한 것이다. 도 4 및 도 5에 도시된 가변체적 전기주입기(410)는 평판형으로 형성되어 있으나, 원통형이나 다른 형태의 축전기에서도 동일한 방식으로 체적을 축소시켜 가변체적 전기주입기(410)로 사용할 수 있으며, 도면에 나타난 가변체적 전기주입기(410)의 역V자형, V자형 내부구조도는 축전기의 복잡한 내부구조를 상징화하는 동시에 대전된 전하량을 표시한 것이다. 즉, 대전된 전하량은 역V자 및 V자가 벌어진 각도에 따라 비례하게 된다.

도 5는 이에 대한 작용예시도를 나타낸 것으로, 도 5(a)는 가변체적 전기주입기(410)와 일반전자장비의 축전기가 연결된 상태를 나타낸 것이고, 도 5(b)는 가변체적 전기주입기(410)를 압축시켜(체적을 가변하여) 전압을 높이면 가변체적 전기주입기(410)에 축전되어 있던 잔여 전하가 일반전자장비의 축전기로 이동하게 되어, 일반전자장비의 축전기에의 전기의 주입이 가능하게 되는 것이다. 즉, 마찰발전에 의해 저장된 전기를 일차적으로 가변체적 전기주입기(410)에 저장하고, 가변체적 전기주입기(410)의 용량을 줄여 전하가 일반전자장비의 축전기로 이동되도록 하여 필요시에 외부의 축전기에 전기의 주입이 가능하도록 한다.

이를 상세히 살펴보면, 도 5(a)에 도시된 바와 같이 충전이 완료된 가변체적 전기주입기(410)에 일반전자장비의 축전기를 연결한다. 일반전자장비의 축전기에 저장된 전하가 0이었다면, 어느 정도 가변체적 전기주입기(410)에서 일반전자장비 의 축전기로 전하가 이동하여, 충전과정이 이루어질 것이다. 그러나 가변체적 전기주입기(410)와 일반전자장비의 축전기 각각의 전압이 동일한 상황에 도달하면 가변체적 전기주입기(410)에 여전히 전하가 남아 있음에도 불구하고 더 이상 충전되지 않을 것이다. 이 시점에서 상기 가변체적 전기주입기(410)를 도 5(b)에 나타낸 바와 같이 압축시켜 전기용량을 축소시키면, 상기 가변체적 전기주입기(410)의 전압이 일반전자장비의 축전기보다 높아져서 가변체적 전기주입기(410)에 있던 잔존 전하가 일반전자장비의 축전기로 이동하여 충전과정이 완료되게 된다.

또한, 상기 가변체적 전기주입기(410) 양단자에 V자형 단자(500)가 형성되어, 상기 가변체적 전기주입기(410)에서의 에너지발생부(100)인 프로펠러 측으로 전하의 역류를 방지하기 위한 것이다. 즉, 상기 V자형 단자(500)는 에너지발생부(100)의 프로펠러가 회전하면 전하가 발생하여 각도가 벌어지게 되어있고, 적당한 각도 이상이 되면 가변체적 전기주입기(410)에서 나온 단자와 접촉하여 전하가 가변체적 전기주입기(410) 측으로 이동하게 되어 있다. 그리고, 에너지발생부(100)의 프로펠러가 회전을 멈추면 V자형 단자(500)는 중성화되어 그 폭이 좁아져서 가변체적 전기주입기(410) 단자와의 접촉이 끊어지게 된다. 이런 식으로 프로펠러가 회전할 경우에만 전하가 가변체적 전기주입기(410)로 주입되고, 가변체적 전기주입기(410)에서 에너지발생부(100)로의 역류를 차단하게 된다.

이하에서는 본 발명의 제4실시예를 중심으로 작용에 대해 설명하고자 한다.

서로 다른 두 물질이 접촉할 때 두 물질 사이의 전자의 이동에 의해 마찰전기가 발생하게 된다. 전자를 제공하는 제1전극부(200) 측은 양으로 대전되고 전자 를 받아들이는 제2전극부(300) 측은 음으로 대전된다. 도 4에 나타낸 바와 같이 제1전극부(털종류)(200)와 제2전극부(300)는 다른 물질로 이루어져 있으며, 물이나 바람이 화살표 방향으로 이동하여 프로펠러를 회전시키면 제1전극부(200)는 프로펠러와 함께 회전하는데, 제1전극부(200)가 제2전극부(300)를 문지르면서 회전하게 된다. 그러면 제1전극부(200)에 있던 전자가 제2전극부(300)로 이동하여, 제1전극부(200)는 양으로, 제2전극부(300)는 음으로 대전된다. 제2전극부(300)에 대전된 전자들은 축전부(400)인 가변체적 전기주입기(410)의 음극으로 이동하게 되어 축전되게 되며, 필요시에 상기 가변체적 전기주입기(410)의 체적을 감소시켜 용량을 줄이면 이와 연결된 외부의 축전기에 전하가 주입되어 완전한 충전이 이루어지게 된다.

도 1 - 본 발명의 제1실시예에 대한 모식도.

도 2 - 본 발명의 제2실시예에 대한 모식도((a)바람(물)의 방향이 프로펠러 축에 수직, (b)바람(물)의 방향이 프로펠러 축에 평행).

도 3 - 본 발명의 제3실시예에 대한 모식도.

도 4 - 본 발명의 제4실시예에 대한 모식도.

도 5 - 본 발명의 제4실시에 따른 작용예시도.

<도면에 사용된 주요 부호에 대한 설명>

100 : 에너지발생부 200 : 제1전극부

300 : 제2전극부 400 : 축전부

410 : 가변체적 전기주입기 500 : V자형 단자

Claims (8)

1. 수력이나 풍력에 의해 움직이는 에너지발생부(100)와;

   상기 에너지발생부(100)와 일체로 형성되어 상기 에너지발생부(100)의 움직임에 대응되어 움직이는 제1전극부(200)와;

   상기 제1전극부(200)의 형상에 대응되게 형성되어 상기 제1전극부(200)와 마찰되어, 상기 제1전극부(200)와 반대되는 전하가 유도되는 제2전극부(300)와;

   상기 제1전극부(200) 및 제2전극부(300)와 전기적으로 연결되어 상기 제1전극부(200)와 제2전극부(300)의 잉여전하를 저장하여 외부에 마찰 전기를 공급하는 축전부(400);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마찰 발전기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 에너지발생부(100)는,

   프로펠러 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰 발전기.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제1전극부(200)는,

   상기 프로펠러 외주변에 원형고리 형상 또는 원판형으로 형성되거나, 상기 프로펠러 일측에 원형고리 형상 또는 원판형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰 발전기.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제2전극부(300)는,

   상기 제1전극부(200)의 외주변에 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰 발전기.
5. 제 2항에 있어서, 상기 제1전극부(200)는 상기 프로펠러 일측에 형성되며 원통형으로 형성되고, 상기 제2전극부는(300) 상기 제1전극부(200) 외주변에 원통형으로 형성된 것을 특징으로 하는 마찰 발전기.
6. 제 1항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 축전부(400)는,

   용량 조절이 가능한 가변체적 전기주입기(410)로 이루어진 것을 특징으로하는 마찰 발전기.
7. 제 6항에 있어서, 상기 마찰 발전기에는,

   상기 가변체적 전기주입기(410) 양단자에 V자형 단자(500)가 형성되어, 상기 가변체적 전기주입기(410)에서 에너지발생부(100)로의 전하의 역류를 방지하는 것을 특징으로 하는 마찰 발전기.
8. 제 1항에 있어서, 상기 제1전극부(200) 및 제2전극부(300)는,

   각각 양의 전하와 음의 전하가 최대로 대전될 수 있는 물질로 선택되어야하는 것을 특징으로 하는 마찰 발전기.

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