KR20110062677A

KR20110062677A - 선형 자가발전체

Info

Publication number: KR20110062677A
Application number: KR1020090119466A
Authority: KR
Inventors: 전병옥
Original assignee: 실버레이 주식회사
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-10

Abstract

본 발명은 선형 자가발전체에 관한 것으로, 특히, 선형으로 형성되어 다양한 방향으로 작용되는 외력에 대해 전원을 생산할 수 있고, 특히, 길이방향으로의 신축길이가 조절되도록 함으로써 길이방향으로 신축되면서 안정되게 발전할 수 있는 선형 자가발전체를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 선형 자가발전체는, 선형 자가발전체에 있어서, 압전재료를 포함하는 압전소자; 및 신축성 갖는 선형 구조로 형성되어 인장력의 작용시에 상기 압전소자와 함께 변형되되, 상기 선형 압전소자가 최대 변형범위에 도달되기 전에 먼저 최대 변형범위에 도달되어, 상기 압전소자의 과변형을 차단하여 손상을 방지하도록 하는 신축길이조절부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 따르면, 자가발전체가 길이방향과 내외측 방향으로 신축되는 선형 구조이므로, 길이방향, 사선방향, 수직방향 등 모든 방향에서 작용되는 외력에 대해 전원을 발전할 수 있는 효과가 있다. 특히, 길이방향으로의 신축길이가 조절되므로, 압전소자의 손상이나 파손 없이 안정되게 발전할 수 있고, 충분한 내구성을 확보할 수 있는 장점을 갖는다.

아울러, 자가발전체를 의복 등에 제직할 수 있을 정도로 가늘고 무한 길이로 제조할 수 있으므로, 스마트의복 등에 적용할 수 있는 자가발전장치를 용이하게 구성할 수 있다. 또한, 자가발전체를 제직방법과 유사한 방식으로 간단하고 신속하게 저렴한 비용으로 대량생산할 수 있는 효과가 있다.

선형 자가발전체, 선형 압전소자, 신축길이조절

Description

선형 자가발전체 {LINE TYPE POWER GENERATOR}

본 발명은 선형 자가발전체에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 선형으로 형성되어 다양한 방향으로 작용되는 외력에 대해 전원을 생산할 수 있고, 특히, 길이방향으로의 신축길이가 조절되도록 함으로써 길이방향으로 신축되면서 안정되게 발전할 수 있는 선형 자가발전체에 관한 것이다.

생활 주변이나 산업현장에서 볼 수 있는 대부분의 물품이나 장치는 전기를 동력원으로 하고 있고, 사회의 고도화에 따라 그 수요가 증가되고 있다. 이에 따라, 화석에너지를 이용한 화력발전, 핵융합 및 핵분열을 이용한 원자력발전 등 다양한 발전시설에 대한 시설투자가 지속적으로 증가되고 있고, 최근에는 에너지자원의 고갈로 인해 태양광발전, 풍력발전, 조력발전, 등 다양한 대체 발전시설에 투자와 개발이 활발하게 진행되고 있다.

그리고, 발전시설로부터 생산된 전기는 전력케이블을 매개로 비교적 큰 사용전력이 요구되는 가정용 및 산업용 장치나 제품에 공급되어 에너지원으로 사용되고 있지만, 가로등, 소규모의 가전제품이나, 휴대용 단말기 등과 같이 휴대성이나 활동성이 요구되는 대부분의 물품은 1차전지나 리듐이온전지와 같은 2차전지를 구비 하여 전원으로 사용하고 있다.

하지만, 배터리는 한정된 사용시간으로 인해 전원이 방전되면 다시 충전해서 사용하여야 하고, 이동 중에 있거나 야외에서는 충전할 수 없으므로 방전시에는 해당 제품을 사용할 수 없게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 최근에는 다양한 자가 발전장치가 개발되어 비상시에 필요한 전원을 사용할 수 있도록 하고 있다.

예컨대, 대한민국 등록특허 등록번호 제10-0890917호에는 베이스와, 이 베이스에 돌출되게 다수 개로 형성된 압전소자, 압전소자의 양면에 형성된 전극, 압전소자를 서로 연결시키는 연결진동판을 구비한 진동형 미소 발전소자가 개시되어 있다.

이러한, 진동형 미소 발전소자는 압전소자를 이용하여 전기를 생성하는 장치로서 비교적 부피가 작아 공간적 제한을 받는 물품이나 장치에 적용할 수 있으나, 전기를 발생시키기 위해서는 압전소자가 적어도 센티미터(cm) 단위 정도의 기본적인 길이와 폭을 갖추어야 하고 연결진동판을 등을 구비하여야 하므로 휴대용 단말기 등에 적용하기에는 여전히 한계점을 갖고 있다.

그리고, 압전소자로부터 생성되는 전기량은 매우 작아서 전기를 필요로 하는 휴대기기나 장치 등의 소비전력을 고려할 때 에너지원이나 충전전원으로 사용한다는 것은 비효율적이어서 현실적인 적용이 불가능한 실정이다.

한편, 대한민국 공개특허 공개번호 제10-2009-0108201호에는 발전 효율이 향상된 압전소자를 이용한 미세 자가발전 패키징 구조와 이를 이용한 결빙감지 장치 가 개시되어 있다.

상기한 미세 자가발전 패키징 구조는 도1에 도시된 바와 같이 원형 중심봉(21)에 나선형으로 압전소자(20)를 설치하고, 비닐, 박판 알루미늄 등과 같은 박리층(22)으로 압전소자를 씌운 후, 액체상태의 고무, 폴리우레탄 등의 패키징 외장재(23)를 부어서 틀에 의하여 패키징을 제작함으로서 패키징 외장제가 고체화되어 일정 틀을 형성하게 되면, 얇은 박리층(22)에 의하여 원형 중심봉(21)과 나선형으로 감긴 압전소자(20)는 패키징 외장제(23)에 가해지는 압력은 그대로 전달되지만, 박리층(22)에 의하여 분리되도록 되어 있다.

그리고, 전술한 미세 자가발전 패키징 구조를 도로에 설치하면, 도로면에 가해지는 압력을 이용하여 자가발전된 미세한 전력을 결빙방지용으로 사용할 수 있는 장점을 갖는 것이지만, 나선형으로 감김된 압전소자(20)는 그 수직방향으로 인가되는 외력에 대해서만 자가발전을 수행하므로 발전효율이 낮고, 반복되는 압력에 대해 박리층(22)을 포함하는 패키징 외장제(23)가 분리되면 결국 압전소자(20)가 손상되므로 충분한 내구성을 확보할 수 없다.

보다 구체적으로 설명하면, 미세 자가발전 패키징 구조는 신축되지 않는 구조의 원형 중심봉(21)에 압전소자(20)가 밀착되어 있으므로, 인가되는 압력에 대한 변위량이 극히 작아서 매우 작은 양의 전력만이 생성된다. 특히, 미세 자가발전 패키징 구조는 길이방향으로 원형 중심봉(21)이 전혀 신축되지 않으므로, 길이방향으로 외력이 작용될 경우 압전소자(20) 또한 변형되지 않으므로 전혀 전력을 생성할 수 없게 된다. 그리고, 원형 중심봉(21)을 외력에 대해 신축되게 구성한다고 하더 라도 압전소자(20)의 최대 신장거리를 초과하는 정도의 외력이 작용될 경우 압전소자(20)가 쉽게 파단되면서 제기능을 수행할 수 없게 된다.

또한, 미세 자가발전 패키징 구조는 원형 중심봉(21)에 압전소자(20)를 감고 박리층(22)으로 압전소자를 씌운 후, 액체상태의 고무 등의 패키징 외장재(23)를 부어서 틀에 의하여 성형하는 것이므로, 제조공정이 복잡하여 제조시간과 제조비용이 증가되는 문제점을 갖게 된다. 특히, 패키징 외장재(23)를 틀에 의하여 성형하는 것이므로, 미세 자가발전 패키징 구조의 전체적인 굵기는 매우 커지게 되어 1mm 이하의 굵기로 형성한다는 것은 불가능하고, 제조할 수 있는 길이 또한 틀의 한계로 인해 제한될 수밖에 없는 것이다. 결국, 종래 미세 자가발전 패키징 구조는 도로 등에서 사용할 수 있는 발전장치는 구현할 수 있지만, 의복이나 휴대형 기기의 발전장치로는 구성할 수는 없는 한계점을 갖는다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 착안한 것으로, 선형으로 형성되어 다양한 방향으로 작용되는 외력에 대해 전원을 생산할 수 있도록 한 선형 자가발전체를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 길이방향으로의 신축길이가 조절되도록 함으로써, 길이방향으로 신축되면서 안정되게 발전할 수 있고, 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 선형 자가발전체를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 의복 등에 제직할 수 있을 정도로 가늘고 무한 길이 로 제조할 수 있는 선형 자가발전체를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 제조과정이 단순하여 신속하게 제조할 수 있도록 함으로써 생산성이 향상되고 제조비용이 절감되도록 한 선형 자가발전체를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 선형 자가발전체는, 선형 자가발전체에 있어서, 압전재료를 포함하는 압전소자; 및 신축성 갖는 선형 구조로 형성되어 인장력의 작용시에 상기 압전소자와 함께 변형되되, 상기 선형 압전소자가 최대 변형범위에 도달되기 전에 먼저 최대 변형범위에 도달되어, 상기 압전소자의 과변형을 차단하여 손상을 방지하도록 하는 신축길이조절부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 압전소자는 선형으로 형성된 선형 압전소자로 구성되고, 상기 신축길이조절부재는 상기 선형 압전소자가 일자형으로 펼쳐지기 전에 먼저 최대 신장범위에 도달되어 상기 선형 압전소자의 신장범위가 제어되도록, 신축성 재질에 의해 중심에 중공부를 갖는 선형 구조의 튜브선으로 구성되며, 상기 선형 압전소자는 상기 튜브선의 외주면 또는 상기 중공부 내에 나선상으로 배치되어 구성될 수 있다.

상기 압전소자는 선형으로 형성된 선형 압전소자로 구성되고, 상기 신축길이조절부재는 상기 선형 압전소자가 일자형으로 펼쳐지기 전에 먼저 최대 신장범위에 도달되어 상기 선형 압전소자의 신장범위가 제어되도록, 신축성 재질에 의해 중심부가 채워진 환봉 형상의 선형 구조로 형성되는 지지선으로 구성되며, 상기 선형 압전소자는 상기 지지선의 외주면에 감김되거나, 상기 지지선의 내부에 매설될 수 있다.

상기 압전소자는 신축성을 갖도록 환봉 형상의 선형 구조로 형성된 선형 압전소자로 구성되고, 상기 신축길이조절부재는 선형 구조로 형성되어 상기 선형 압전소자의 내부에 파형 구조 또는 나선상으로 배치되는 신축길이조절선으로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 압전소자는 신축성을 갖도록 환봉 형상의 선형구조로 형성된 선형 압전소자로 구성되고, 상기 신축길이조절부재는 환봉 형상의 선형 구조로 형성되어, 그 외주면에 상기 선형 압전소자가 돌출 또는 매입 구조로 형성되되, 상기 선형 압전소자에 비해 신축성이 낮은 소재로 구성되어 상기 선형 압전소자가 최대 변형범위에 도달되기 전에 먼저 최대 변형범위에 도달되어 상기 선형 압전소자의 변형이 방지되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 압전소자는 선형으로 형성되어, 파형 구조 또는 나선상으로 배치되는 선형 압전소자로 구성되고, 상기 신축길이조절부재는 인장력의 작용시에 상기 선형 압전소자가 일자형으로 펼쳐지기 전에 먼저 일자형으로 펼쳐져 상기 선형 압전소자의 신장범위가 제어되도록, 상기 선형 압전소자의 최대 신장 길이 보다 짧은 길이를 갖는 적어도 한 가닥 이상의 선재를 상기 선형 압전소자의 길이방향을 따라 배치하여 구성한 신축길이조절선일 수 있다.

상기 선형 압전소자의 내부에 배치되는 내선을 구비하되, 상기 내선은 상기 압전소자의 신축시에 연동되어 신축되도록 신축성을 갖는 선재로 구성되고, 상기 선형 압전소자는 상기 내선에 감김 형성될 수 있다.

상기 신축길이조절선은 도전성 선재로 구성되어, 상기 선형 압전소자의 신축길이를 제어하는 기능을 수행하면서도 상기 압전소자와 전기적으로 접속되어 생성된 전원을 전달할 수 있는 도전선의 기능을 수행하도록 될 수 있다.

상기 선형 압전소자 및 상기 신축길이조절선은 신축성 소재에 의해 원통형으로 형성된 신축몸체내에 매설될 수 있다.

그리고, 상기 선형 압전소자는, 길이방향을 따라 배치되는 중심선과, 상기 중심선의 외주면에 압전재료로 적층되는 압전소자층을 포함할 수 있다.

상기 압전소자에 접속되는 도전선과 연결되어 생성한 발전전원을 사용 가능한 상태로 정류하는 회로부를 구비할 수 있다.

그리고, 상기 압전소자는 복수 개로 배치되어 상기 도전선에 의해 병렬로 접속될 수 있다.

상기 도전선은 인가되는 외력에 대해 신축성을 갖도록 파형 구조 또는 나선형상으로 배치될 수 있다.

그리고, 상기 회로부 또는 상기 회로부와 접속되는 전하저장수단과 연결되어 전원 및 전기신호를 전달하는 전원공급선, 상기 회로부 또는 상기 전하저장수단과 접속되어 인가되는 전원에 의해 발열되는 발열선 중에서 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 전원공급선 및 상기 발열선은 인가되는 외력에 의해 신축되도록 파형 구조 또는 나선상으로 형성될 수 있다.

상기 선형 압전소자 및 상기 신축길이조절선의 외부에 인장력에 대해 신축성 을 갖도록 형성된 외피층을 더 포함할 수 있다.

상기 외피층은 상기 선형 압전소자 및 상기 신축길이조절선을 내부 중심에 위치하도록 이송시키는 과정에서 그 외주면상으로 섬유사를 엮어 환타 조물(Tubular braided fabric)로 형성한 섬유사층일 수 있다.

한편, 상기 선형 자가발전체에 권취되는 유도코일; 및 상기 유도코일을 따라 배치되어 전자기유도작용으로 상기 유도코일에 기전력이 형성되도록 N극 및 S극이 반복적으로 형성되는 마그네트부를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 마그네트부는 신축성을 갖는 선형부재에 소정 간격으로 이격되게 N극 및 S극이 반복 형성될 수 있다.

상기 마그네트부는 파형 구조 또는 나선상으로 배치되는 선형부재에 소정 간격으로 이격되게 N극 및 S극이 반복 형성될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 선형 자가발전체에 의하면, 자가발전체가 길이방향과 내외측 방향으로 신축되는 선형 구조이므로, 길이방향, 사선방향, 수직방향 등 모든 방향에서 작용되는 외력에 대해 전원을 발전할 수 있는 효과가 있다. 특히, 길이방향으로의 신축길이가 조절되므로, 압전소자의 손상이나 파손 없이 안정되게 발전할 수 있고, 충분한 내구성을 확보할 수 있는 장점을 갖는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도2a 내지 도10b에 의거하여 상세히 설명하고, 도2a 내지 도10b에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다. 한편 각 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.

첨부도면 도2a 및 도2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 자가발전체를 설명하기 위한 도면으로서, 각 도면에서는 이해를 돕기 위해 압전소자와 길이조절부재를 분리한 도면과 서로 결합한 상태에서의 형태를 나타낸 도면을 개략적으로 도시한다.

도2a 및 도2b를 참조하면, 본 발명에 따른 선형 자가발전체(1)는 압전소자(11)와 신축길이조절부재(12)를 구비하여 인가되는 외력에 대해 전기를 자체적으로 생성하도록 선형 구조로 형성하되, 이 자가발전체(1)의 수직방향, 경사방향, 및 길이방향 등 모든 방향에서 작용되는 외력에 대해 전기를 생성할 수 있도록 구성한 것이다.

신축길이조절부재(12)는 인장력의 작용시에 압전소자(11)와 함께 변형되도록 신축성 갖는 선형 구조로 형성되되, 압전소자(11)가 최대 변형범위에 도달되기 전에 먼저 최대 변형범위에 도달되어 선형 압전소자(111)의 변형을 차단하여 손상이나 파손으로부터 보호하는 스토퍼의 역할을 수행하도록 구성된다.

그리고, 본 발명에 따른 선형 자가발전체(1)는 압전소자(11)로부터 생성한 발전전원을 사용 가능한 상태로 정류하는 회로부(미도시)를 구비한다. 그리고, 회로부와 접속되어 전원을 저장하는 전하저장수단(미도시)을 구비할 수 있다. 회로부와 전하저장수단은 자가발전 분야에서 적용되고 있는 통상적인 기술이므로 구체적인 설명은 생략한다.

압전소자(11)는 기계적 에너지와 전기적 에너지가 상호 변환되는 압전재료를 이용하여 구성하는 것으로, 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민, 수정, 전기석, 및 로셀염과 같은 물질을 선형으로 구성하여 적용할 수 있지만, 본 발명에서는 도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이 어느 정도의 가요성 또는 신축성이 요구되므로 유연성을 갖는 압전재료로 알려져 있는 PVDF(Polyvinylidine fluride) 재료를 이용하여 선형으로 형성한 선형 압전소자(111)가 적용되어 구성된다.

선형 압전소자(111)는 도2a에 도시된 바와 같이 파형 구조로 배치, 형성되거나, 도2b에 도시된 바와 같이 나선상으로 형성된다. 이때, 선형 압전소자는 성형기와 같은 제조장치로 파형 구조나 나선 형상을 갖도록 성형하거나, 일자형의 선으로 먼저 형성한 상태에서 권취기와 같은 기계장치로 감는 방식으로 구성할 수 있다.

도2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 자가발전체의 제1 변형예를 나타내는 사시도이다.

도2c를 참조하면, 선형 자가발전체(1)는 선형 압전소자(111) 및 신축길이조절선(121)의 외부에 인장력에 대해 신축성을 갖도록 형성된 외피층(13)을 더 구비 한다. 이 외피층(13)은 섬유사에 의해 신축성을 갖도록 엮여져 구성되거나, 신축성 수지에 덧씌워지는 형태로 구성될 수 있다.

예컨대, 외피층(13)은 선형 압전소자(111) 및 신축길이조절선(121)을 내부 중심에 위치하도록 하여 이송시키는 과정에서 그 외주면상으로 섬유사를 엮어 환타 조물(Tubular braided fabric) 형태로 형성한 섬유사층으로 구성한다. 이때, 섬유사로서 신축성 섬유사로 널리 사용되고 있는 스판사를 포함할 경우 보다 고신축 구조로 형성할 수 있다.

도2d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 자가발전체의 제2 변형예를 나타내는 사시도이다.

도2d를 참조하면, 선형 자가발전체(1)는 선형 압전소자(111)와 신축길이조절선(121) 외에 상기 선형 압전소자로부터 생성된 발전전원을 회로부 또는 전하저장수단에 전달하기 위한 도전선(14)을 구비한다.

도전선(14)은 인가되는 외력에 대한 신축성을 갖도록 구성된다. 즉, 선형 압전소자(111)와 신축길이조절선(121)과 마찬가지로 파형 구조 또는 나선상으로 배치되게 구성된다.

한편, 전술한 압전소자(11)는 첨부된 도면에서는 1개로 배치, 구성하였지만, 바람직하게는 단위 진동이나 움직임에 대해 발전효율이 배가되도록 복수 개(미도시)로 구성되고, 이 경우 압전소자들의 각 전극은 도전선(14)에 의해 병렬 구조로 접속되어 회로부와 연결된다.

도2e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 자가발전체의 제3 변형예를 나타 내는 사시도이다.

도2e를 참조하면, 선형 자가발전체(1)는 선형 압전소자(111)과 신축길이조절선(121), 도전선(14) 외에 전하저장수단(미도시)과 연결되어 전원 및 전기신호를 외부 장치(램프, 휴대전자기기 등과 같은 전원사용개소)로 전달하는 전원공급선(15) 및/또는 상기 전하저장수단으로부터 인가되는 전원에 의해 발열되는 발열선(16)을 구비할 수 있다.

이때, 상기 전원공급선(15) 및 상기 발열선(16)은 인가되는 외력에 의해 신축되도록 파형 구조 또는 나선상으로 감김, 형성되어 있다.

도3은 본 발명에 따른 선형 자가발전체의 압전소자를 설명하기 위한 사시도이다.

선형 압전소자(111)는 전체를 압전재료로 하여 구성하거나, 압전재료를 코팅, 부착하는 등의 방식으로 구성할 수 있다. 예컨대, 도3에 나타난 바와 같이 선형 압전소자(111)는 길이방향을 따라 배치되는 중심선(1111)과, 이 중심선(1111)의 외주면에 압전재료로 적층되는 압전소자층(1112)을 갖는 구조로 구성할 수 있다.

신축길이조절부재(12)는 적어도 한 가닥 이상의 선재를 선형 압전소자(111)의 길이방향을 따라 배치하여 구성한 신축길이조절선(121)으로 구성된다. 이때, 신축길이조절선(121)은 인장력의 작용시에 선형 압전소자(111)가 일자형으로 펼쳐지기 전에 먼저 일자형으로 펼쳐져 선형 압전소자(111)의 신장범위가 제어되도록 선형 압전소자의 최대 신장 길이 보다 짧은 길이를 갖도록 형성된 점에 특징이 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 선형 압전소자(111)와 신축길이조절선(121)을 한 묶음의 선으로 구성한 상태에서 양측에서 인장력이 작용될 경우, 상대적으로 짧은 신축길이조절선(121)은 그 길이에 해당되는 만큼 늘어나 일자형으로 펼쳐지면서 더 이상 길이가 늘어나지 않는 상태에 있게 되고, 이로 인해 상대적으로 길이가 길게 형성된 선형 압전소자(111) 또한 더 이상 길이의 변화되지 않으므로 손상이나 파단지점까지 늘어나지 않게 된다. 결국 신축길이조절선(121)은 선형 압전소자(111)의 신축길이를 제어하는 스토퍼의 기능을 수행하게 되는 것이다.

이때, 신축길이조절선(121)은 선형 압전소자(111)와 비교하여 높은 인장강도를 갖는 소재로 형성되어야 신축길이를 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 신축길이조절선(121)의 인장강도는 선형 자가발전체가 설치되는 피설치물에 가해지는 외력의 크기보다 크면 어느 것이든 적용 가능하지만, 본 실시예에서는 섬유사로서 높은 인장강도를 갖는 아라미드사, 케브라사 등을 적용한다.

한편, 상기 신축길이조절선(121)은 도전성 선재로 구성될 수 있다. 이 경우 신축길이조절선(121)은 선형 압전소자(111)의 신축길이를 제어하는 신축길이조절부재로서의 기능을 기본적으로 수행하면서도 그 자체가 도전성을 갖고 있으므로, 압전소자(11)의 전극과 전기적으로 접속될 경우 생성된 전원을 회로부나 전하저장수단으로 전달할 수 있는 도전선의 기능을 수행할 수 있다.

그리고, 신축길이조절선(121)을 형성하는 도전성 선재로는 동선과 같은 금속도전사나, 도전성 물질이 코팅된 섬유사, 탄소사 등이 적용될 수 있지만, 본 실시예에서는 직경 10 내지 50 마이크로미터 정도의 동선 복수 가닥과 고장력 섬유사를 합사한 상태에서 도전성 선재의 직경이 40 내지 500 마이크로미터 정도가 되도록 형성한 것을 사용한다.

도4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 자가발전체의 제4 변형예를 나타내는 사시도이다.

도4a를 참조하면, 선형 자가발전체(1)는 압전소자(11)를 선형 압전소자(111)로 구성하고, 신축길이조절부재(12)를 신축길이조절선(121)으로 구성하되, 내부 중심에 내선(17)을 더 구비한다.

그리고, 내선(17)은 압전소자(11)의 신축시에 연동되어 신축되도록 신축성을 갖는 선재로 구성되고, 선형 압전소자(111)와 신축길이조절선(121)은 내선(17)의 외주면에 권취되도록 구성한다.

내선(17)은 인가되는 외력에 대해 신축성을 갖는다면 제한 없이 다양한 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 내선(17)은 신축성 실리콘수지(silicone resin)로 형성되거나, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레트탈레이트 또는 이들의 공중합체로 구성될 수 있다.

도4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 자가발전체의 제5 변형예를 나타내는 사시도로서, 이에 도시된 바와 같이 선형 자가발전체(1)는 내선(17)상에 선형 압전소자(111)로부터 생성된 발전전원을 회로부 또는 전하저장수단에 전달하기 위한 도전선(14)이 권취되어 구성된다.

도4c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 자가발전체의 제6 변형예를 나타내는 사시도로서, 이에 도시된 바와 같이 선형 자가발전체(1)는 선형 압전소자(111) 및 신축길이조절선(121)의 외부에 인장력에 대해 신축성을 갖도록 형성된 외 피층(13)을 더 구비한다. 이 외피층(13)은 선형 압전소자 및 신축길이조절선을 내부 중심에 위치하도록 하여 이송시키는 과정에서 그 외주면상으로 섬유사를 엮어 환타 조물(Tubular braided fabric) 형태로 형성한 섬유사층으로 구성한다.

도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 자가발전체의 제7 변형예를 나타내는 사시도이다.

도5를 참조하면, 선형 자가발전체(1)는 압전소자(11)를 선형 압전소자(111)로 구성하고, 신축길이조절부재(12)를 신축길이조절선(121)으로 구성하되, 선형 압전소자(111)와 신축길이조절선(121)이 설치되는 신축몸체(18)를 더 구비한다.

신축몸체(18)는 실리콘 수지 등의 신축성 소재에 의해 원통형으로 형성되는 것으로, 그 내주면과 외주면 사이의 두께에 해당되는 부분에 선형 압전소자(111)와 신축길이조절선(121)이 매설되도록 형성한다. 선형 압전소자(111)와 신축길이조절선(121)은 나선상 또는 파형 구조로 매설될 수 있지만, 본 실시예에서는 신축길이조절선(121)을 선형 압전소자(111)에 비해 짧은 길이가 되도록 파형 구조로 매설하여 구성한다.

이러한 구조의 선형 자가발전체는 신축몸체(18)의 내부에 중공홀(181)이 형성되어 있으므로, 이 중공홀(181)을 통해 선형 압전소자(111)로부터 생성된 발전전원을 전달하는 도전선(미도시)을 인출할 수 있는 공간으로 이용할 수 있다.

도6a 및 도6b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선형 자가발전체를 설명하기 위한 사시도로서, 제2 실시예는 신축길이조절부재를 원통 형상 또는 환봉 형상으로 구성한 점에 특징을 갖는 것이다. 그리고, 이하의 실시예에서는 구체적으로 설명하 지는 않지만 전술한 제1 실시예의 변형예에 나타난 구성들을 선택적으로 적용할 수 있다.

도6a 및 도6b를 참조하면, 제2 실시예에 따른 선형 자가발전체(2)는 압전소자(21)를 선형으로 형성된 선형 압전소자(211)로 구성하고, 신축길이조절부재(22)는 선형 압전소자(211)가 일자형으로 펼쳐지기 전에 먼저 최대 신장범위에 도달되어 선형 압전소자의 신장범위가 제어되도록 신축성 재질에 의해 중심에 중공부를 갖는 선형 구조의 튜브선(221)으로 구성된다.

그리고, 상기 선형 압전소자(211)는 도6a에 도시된 바와 같이 튜브선(221)의 외주면상에 나선상으로 배치되게 구성된다.

또한, 상기 선형 압전소자(211)는 도6b에 도시된 바와 같이 튜브선(221)의 중공부(2211) 내에 나선상으로 배치되어 구성될 수 있다.

튜브선(221)은 신축성 실리콘수지(silicone resin)로 형성되거나, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레트탈레이트 또는 이들의 공중합체로 구성될 수 있다.

제2 실시예에 따른 선형 자가발전체(2)는 전술한 바와 같이 신축길이조절부재(22)를 원통형의 튜브 구조로 형성함으로써, 길이방향으로 작용되는 외력에 대해 신축되면서 전원을 생성할 수 있고, 길이방향에 대해 직교방향으로 외력이 작용될 경우에도 전원을 생성하는 것은 물론이고 중공부(2211)에 의한 쿠션작용을 수행한다는 점에 특징을 갖는 것이다.

아울러, 튜브선(221)의 외주면 또는 중공부(2211)에는 선형 압전소자(211)의 전극과 연결되는 도전선(24)이 파형 구조 또는 나선상으로 배치되어 있다.

도7a 및 도7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선형 자가발전체의 변형예를 나타내는 사시도이다.

도7a 및 도7b를 참조하면, 선형 자가발전체(2)는 압전소자(21)를 선형의 선형 압전소자(211)로 구성하고, 신축길이조절부재(22)를 중심부가 채워진 환봉 형상의 선형 구조로 형성한 지지선(222)으로 구성한다.

지지선(222)은 신축성을 갖는 소재를 이용하여 형성하되, 선형 압전소자(211)가 일자형으로 펼쳐지기 전에 먼저 최대 신장범위에 도달되어 선형 압전소자의 신장범위가 제어되도록 구성한다. 그리고, 선형 압전소자(211)는 도7a에 도시된 바와 같이 지지선(222)의 외주면에 감김되거나, 도7b에 도시된 바와 같이 지지선(222)의 내부에 매설되도록 한다.

이러한 구조의 선형 자가발전체를 제조하는 방법은 지지선(222)의 성형시에 선형 압전소자(211)를 지지선(222)의 중심에 위치하도록 공급하거나, 지지선(222)의 외주면에 위치하도록 공급하여 일체로 결합되게 구성한다.

도8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 선형 자가발전체를 나타내는 사시도로서, 제3 실시예는 압전소자를 환봉 형상으로 구성한 점에 특징을 갖는 것이다.

도8을 참조하면, 제3 실시예에 따른 선형 자가발전체(3)는 압전소자(31) 및 신축길이조절부재(32)를 구비하되, 압전소자(31)는 압전재료를 신축성을 갖도록 환봉 형상의 선형 구조로 형성한 선형 압전소자(311)로 구성되고, 신축길이조절부재(32)는 선형 구조로 형성되어 선형 압전소자의 내부에 파형 구조 또는 나선상으로 배치되는 신축길이조절선(321)으로 구성된다.

선형 압전소자(311)는 유연성을 갖는 압전재료로 알려져 있는 PVDF(Polyvinylidine fluride) 재료를 이용하여 환봉 형상으로 성형하고, 신축길이조절선(321)은 전술한 제1 실시예에 나타난 바와 같이 고장력 섬유사나 금속사와 같은 도전사로 구성될 수 있다.

도9a 및 도9b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 선형 자가발전체를 나타내는 사시도로서, 제4 실시예에 따른 선형 자가발전체는 압전소자와 신축길이조절부재를 신축성을 갖는 소재에 의해 모두 일자형 환봉 구조로 형성한 점에 특징을 갖는다.

도9a 및 도9b를 참조하면, 제4 실시예에 따른 선형 자가발전체(4)는 압전소자(41) 및 신축길이조절부재(42)를 구비하되, 압전소자(41)는 신축성을 갖는 압전재료를 선형으로 형성한 선형 압전소자(411)로 구성되고, 신축길이조절부재(42)는 환봉 형상의 선형구조로 형성된다.

선형 압전소자(411)는 도9a에 도시된 바와 같이 신축길이조절부재(42)의 외주면상으로 돌출되거나, 도9b에 도시된 바와 같이 신축길이조절부재(42)에 매입되게 구성된다. 선형 압전소자(411)가 매입 구조로 형성되는 경우, 신축길이조절부재(42)는 그 외주면에 매입홈이 형성되도록 구성한다.

그리고, 신축길이조절부재(42)는 선형 압전소자(411)에 비해 신축성이 낮은 경질의 소재로 구성되어 선형 압전소자(411)가 최대 변형범위에 도달되기 전에 먼저 최대 변형범위에 도달되어 선형 압전소자의 변형을 차단함으로써 손상을 방지할 수 있도록 한다.

도10a 및 도10b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 선형 자가발전체를 나타내는 사시도로서, 구성을 명확하게 확인할 수 있도록 각 도면에서 위쪽 부분은 주요 구성의 분리된 상태를 나타낸 것이고, 아래쪽 부분은 결합된 상태를 나타낸 것이다.

본 실시예에서는 압전소자에 의한 발전작용과 함께 전자기유도작용에 의한 발전작용이 동시에 이루어지도록 한 점에 특징을 갖는다.

도10a를 참조하면, 제5 실시예에 따른 선형 자가발전체(5)는 신축성을 갖는 압전재료를 선형으로 형성한 선형 압전소자(51)와, 이 선형 압전소자(51)의 외부 또는 내부에 권취되는 유도코일(52)과, 이 유도코일(52)을 따라 배치되고, 전자기유도작용으로 유도코일에 기전력이 생성되어 발전할 수 있도록 N극 및 S극(532)이 반복적으로 형성되는 마그네트부(53)를 구비한다.

마그네트부(53)는 신축성 실리콘 수지 등으로 형성되어 신축성을 갖는 선형부재(531)에 소정 간격으로 이격되게 N극 및 S극(532)이 반복 형성되도록 구성한다. 이와 같이 유도코일(52)과 마그네트부(53)가 구비되면 선형 자가발전체(5)에 인장력과 같은 외력이 인가될 경우 유도코일(52) 또는 마그네트부(53)가 유동되므로 전자기유도작용에 의해 전원이 생성된다.

그리고, 본 실시예에 따른 선형 자가발전체(5)는 신축길이를 조절할 수 있도록 선형으로 형성한 신축길이조절선을 별도로 구비할 수 있지만, 본 실시예에서는 마그네트부(53)가 신축길이조절선의 기능을 수행하도록 구성한다.

도10b를 참조하면, 마그네트부(53)는 신축성을 갖지 않는 소재로 형성되고 소정 간격으로 N극 및 S극(534)이 반복 형성된 선형부재(533)를 파형 구조 또는 나선상으로 배치되도록 하여 구성한다.

한편, 전술한 본 발명에 따른 선형 자가발전체는 전체적인 형태가 선형이므로 그 굵기를 조정하여 이동성, 움직임이 있는 다양한 물품이나 장치에 설치하여 전기를 생성하도록 구성할 수 있다. 예컨대, 선형 자가발전체를 1mm 이하의 굵기로 형성하여 의복의 제작시에 관절 부위 등에 꿰매거나, 이를 위사 또는 경사로 공급하여 제직한 원단으로 의복을 제작하여 착용하게 되면 사용자가 착용 후 활동하게 되면 자연스럽게 전기를 생성하게 되므로 발전기능을 갖는 의복을 구현할 수 있다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형 자가발전체를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

도1은 종래 선형 자가발전체를 설명하기 위한 도면,

도2a 및 도2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 자가발전체를 설명하기 위한 도면,

도2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 자가발전체의 제1 변형예를 나타내는 사시도,

도2d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 자가발전체의 제2 변형예를 나타내는 사시도,

도2e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 자가발전체의 제3 변형예를 나타내는 사시도,

도3은 본 발명에 따른 선형 자가발전체의 압전소자를 설명하기 위한 사시도,

도4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 자가발전체의 제4 변형예를 나타내는 사시도,

도4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 자가발전체의 제5 변형예를 나타내는 사시도,

도4c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 자가발전체의 제6 변형예를 나타내는 사시도,

도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 자가발전체의 제7 변형예를 나타내는 사시도,

도6a 및 도6b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선형 자가발전체를 설명하기 위한 사시도,

도7a 및 도7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선형 자가발전체의 변형예를 나타내는 사시도,

도8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 선형 자가발전체를 나타내는 사시도,

도9a 및 도9b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 선형 자가발전체를 나타내는 사시도,

도10a 및 도10b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 선형 자가발전체를 나타내는 사시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1,2,3,4,5:선형 자가발전체 11,21,31,41:압전소자

111,211,311,411,51:선형 압전소자 12,22,32,42:신축길이조절부재

121,321:신축길이조절선 13:외피층

14,24:도전선 15:전원공급선

16:발열선 17:내선

18:신축몸체 221:튜브선

222:지지선 52:유도코일

53:마그네트부

Claims

선형 자가발전체에 있어서,

압전재료를 포함하는 압전소자; 및

신축성 갖는 선형 구조로 형성되어 인장력의 작용시에 상기 압전소자와 함께 변형되되, 상기 선형 압전소자가 최대 변형범위에 도달되기 전에 먼저 최대 변형범위에 도달되어, 상기 압전소자의 과변형을 차단하여 손상을 방지하도록 하는 신축길이조절부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제1항에 있어서,

상기 압전소자는 선형으로 형성된 선형 압전소자로 구성되고,

상기 신축길이조절부재는 상기 선형 압전소자가 일자형으로 펼쳐지기 전에 먼저 최대 신장범위에 도달되어 상기 선형 압전소자의 신장범위가 제어되도록, 신축성 재질에 의해 중심에 중공부를 갖는 선형 구조의 튜브선으로 구성되며,

상기 선형 압전소자는 상기 튜브선의 외주면 또는 상기 중공부 내에 나선상으로 배치되어 구성된 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제1항에 있어서,

상기 압전소자는 선형으로 형성된 선형 압전소자로 구성되고,

상기 신축길이조절부재는 상기 선형 압전소자가 일자형으로 펼쳐지기 전에 먼저 최대 신장범위에 도달되어 상기 선형 압전소자의 신장범위가 제어되도록, 신축성 재질에 의해 중심부가 채워진 환봉 형상의 선형 구조로 형성되는 지지선으로 구성되며,

상기 선형 압전소자는 상기 지지선의 외주면에 감김되거나, 상기 지지선의 내부에 매설된 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제1항에 있어서,

상기 압전소자는 신축성을 갖도록 환봉 형상의 선형 구조로 형성된 선형 압전소자로 구성되고,

상기 신축길이조절부재는 선형 구조로 형성되어 상기 선형 압전소자의 내부에 파형 구조 또는 나선상으로 배치되는 신축길이조절선인 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제1항에 있어서,

상기 압전소자는 신축성을 갖도록 환봉 형상의 선형구조로 형성된 선형 압전소자로 구성되고,

상기 신축길이조절부재는 환봉 형상의 선형 구조로 형성되어, 그 외주면에 상기 선형 압전소자가 돌출 또는 매입 구조로 형성되되, 상기 선형 압전소자에 비해 신축성이 낮은 소재로 구성되어 상기 선형 압전소자가 최대 변형범위에 도달되기 전에 먼저 최대 변형범위에 도달되어 상기 선형 압전소자의 변형이 방지되도록 된 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제1항에 있어서,

상기 압전소자는 선형으로 형성되어, 파형 구조 또는 나선상으로 배치되는 선형 압전소자로 구성되고,

상기 신축길이조절부재는 인장력의 작용시에 상기 선형 압전소자가 일자형으로 펼쳐지기 전에 먼저 일자형으로 펼쳐져 상기 선형 압전소자의 신장범위가 제어되도록, 상기 선형 압전소자의 최대 신장 길이 보다 짧은 길이를 갖는 적어도 한가닥 이상의 선재를 상기 선형 압전소자의 길이방향을 따라 배치하여 구성한 신축길이조절선인 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제6항에 있어서,

상기 선형 압전소자의 내부에 배치되는 내선을 구비하되,

상기 내선은 상기 압전소자의 신축시에 연동되어 신축되도록 신축성을 갖는 선재로 구성되고,

상기 선형 압전소자는 상기 내선에 감김 형성된 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제6항에 있어서,

상기 신축길이조절선은 도전성 선재로 구성되어, 상기 선형 압전소자의 신축 길이를 제어하는 기능을 수행하면서도 상기 압전소자와 전기적으로 접속되어 생성된 전원을 전달할 수 있는 도전선의 기능을 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제6항에 있어서,

상기 선형 압전소자 및 상기 신축길이조절선은 신축성 소재에 의해 원통형으로 형성된 신축몸체내에 매설된 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 선형 압전소자는,

길이방향을 따라 배치되는 중심선과,

상기 중심선의 외주면에 압전재료로 적층되는 압전소자층을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 압전소자에 접속되는 도전선과 연결되어 생성한 발전전원을 사용 가능한 상태로 정류하는 회로부를 구비한 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제11항에 있어서,

상기 압전소자는 복수 개로 배치되어 상기 도전선에 의해 병렬로 접속된 것 을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제11항에 있어서,

상기 도전선은 인가되는 외력에 대해 신축성을 갖도록 파형 구조 또는 나선형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제11항에 있어서,

상기 회로부 또는 상기 회로부와 접속되는 전하저장수단과 연결되어 전원 및 전기신호를 전달하는 전원공급선, 상기 회로부 또는 상기 전하저장수단과 접속되어 인가되는 전원에 의해 발열되는 발열선 중에서 적어도 하나 이상을 포함하고,

상기 전원공급선 및 상기 발열선은 인가되는 외력에 의해 신축되도록 파형 구조 또는 나선상으로 형성된 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 선형 압전소자 및 상기 신축길이조절선의 외부에 인장력에 대해 신축성을 갖도록 형성된 외피층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제15항에 있어서,

상기 외피층은 상기 선형 압전소자 및 상기 신축길이조절선을 내부 중심에 위치하도록 이송시키는 과정에서 그 외주면상으로 섬유사를 엮어 환타 조물 (Tubular braided fabric)로 형성한 섬유사층인 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 선형 자가발전체에 권취되는 유도코일; 및

상기 유도코일을 따라 배치되어 전자기유도작용으로 상기 유도코일에 기전력이 형성되도록 N극 및 S극이 반복적으로 형성되는 마그네트부를 구비한 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제17항에 있어서,

상기 마그네트부는 신축성을 갖는 선형부재에 소정 간격으로 이격되게 N극 및 S극이 반복 형성된 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.
제17항에 있어서,

상기 마그네트부는 파형 구조 또는 나선상으로 배치되는 선형부재에 소정 간격으로 이격되게 N극 및 S극이 반복 형성된 것을 특징으로 하는 선형 자가발전체.