KR20120056486A - fabric type energy harvester and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 명세서는 대체로 에너지 포집소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 모직형 에너지 포집소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present specification relates generally to an energy collecting device, and more particularly, to a woolen energy collecting device and a method of manufacturing the same.
본 발명은 한국연구재단을 통해 교육과학기술부의 미래유망 융합기술 파이오니어사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호 : 2010-0019453, 과제명 : 가변 환경 적응형 통합 에너지 수확 모듈 개발].The present invention was derived from a study conducted by the Korea Research Foundation as part of the future promising convergence technology pioneer project of the Ministry of Education, Science and Technology. .
최근에, 유비쿼터스 환경 영향 하에서 휴대용 전자기기 기술이 비약적으로 발전하고 있으나, 이를 구동하여 주는 전원공급 매체의 발전속도는 더딘 상황에 있다. 전원공급 매체의 더딘 발전속도는 전원공급 기기의 지속적인 교체 필요성과 이에 따른 유지비용의 증가라는 문제를 야기하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 휴대용 전자기기 등에 영구적인 에너지를 공급하기 위한 에너지 포집(energy harvesting) 기술에 관한 여러 연구들이 활발히 진행되고 있다. Recently, portable electronic device technology has been rapidly developed under the influence of ubiquitous environment, but the speed of power generation of the power supply medium for driving the device is slow. The slow generation speed of the power supply medium is causing the problem of the need for continuous replacement of the power supply and the increase in maintenance cost. In order to solve this problem, various researches on energy harvesting technology for supplying permanent energy to portable electronic devices and the like are being actively conducted.
일 실시 예에 있어서, 모직형 에너지 포집소자가 개시(disclosure)된다. 상기 모직형 에너지 포집소자는 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성하는 섬유(fiber)를 포함하는 실(thread)를 포함한다.In one embodiment, a woolen energy harvesting device is disclosed. The woolen energy collecting device includes a thread including fibers that generate electrical energy by deformation due to external force.
다른 실시 예에 있어서, 모직형 에너지 포집소자가 개시된다. 상기 모직형 에너지 포집소자는 복수의 실들로 직조되는 직물을 포함한다. 상기 복수의 실들 중 적어도 일부는 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성하는 섬유를 포함한다.In another embodiment, a woolen energy harvesting device is disclosed. The woolen energy harvesting device includes a fabric woven from a plurality of threads. At least some of the plurality of yarns include fibers that generate electrical energy by deformation by external forces.
또 다른 실시 예에 있어서, 모직형 에너지 포집소자 제조방법이 개시된다. 상기 모직형 에너지 포집소자 제조방법은 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성하는 섬유를 포함하는 실을 준비하는 과정 및 상기 섬유의 표면에 서로 이격되어 배치되는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 과정을 포함한다.
In yet another embodiment, a method of manufacturing a woolen energy harvesting device is disclosed. The method for manufacturing a woolen energy collecting device includes preparing a yarn including a fiber that generates electrical energy by deformation by external force, and forming first and second electrodes spaced apart from each other on the surface of the fiber. Process.
전술한 내용은 이후 보다 자세하게 기술되는 사항에 대해 간략화된 형태로 선택적인 개념만을 제공한다. 본 내용은 특허 청구 범위의 주요 특징 또는 필수적 특징을 한정하거나, 특허청구범위의 범위를 제한할 의도로 제공되는 것은 아니다.The foregoing provides only optional concepts in a simplified form for the details that follow. This disclosure is not intended to limit the main or essential features of the claims or to limit the scope of the claims.
도 1은 일 실시 예에 따른 모직형 에너지 포집소자를 나타내는 도면이다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 모직형 에너지 포집소자를 나타내는 도면이다.
도 3은 또 다른 실시 예에 따른 모직형 에너지 포집소자를 나타내는 도면이다.
도 4는 또 다른 실시 예에 따른 모직형 에너지 포집소자를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 모직형 에너지 포집소자 제조방법을 설명하는 흐름도이다.1 is a view showing a woolen energy collecting device according to an embodiment.
2 is a view showing a woolen energy collecting device according to another embodiment.
3 is a view showing a woolen energy collecting device according to another embodiment.
4 is a view showing a woolen energy collecting device according to another embodiment.
5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a woolen energy collecting device according to an embodiment.
이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고 자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 당업자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되어지며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막), 영역 및 형상을 명확하게 표현하기 위하여 구성요소의 폭, 길이, 두께 또는 형상 등은 과장되어 표현될 수도 있다.Hereinafter, exemplary embodiments disclosed herein will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Unless otherwise indicated in the text, like reference numerals in the drawings indicate like elements. The illustrative embodiments described above in the detailed description, drawings, and claims are not meant to be limiting, other embodiments may be utilized, and other changes may be made without departing from the spirit or scope of the technology disclosed herein. Those skilled in the art can arrange, configure, combine, and designate the components of the present disclosure, that is, the components generally described herein and described in the figures, in a variety of different configurations, all of which are expressly devised and It will be readily understood that they form part of. In order to clearly express various layers (or layers), regions, and shapes in the drawings, the width, length, thickness, or shape of the components may be exaggerated.
일 구성요소가 다른 구성요소와 "서로 연속된" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연속되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.When one component is referred to as "continued" with another component, it may include a case in which one component is directly continuous with the other component, as well as a case where an additional component is interposed therebetween. .
일 구성요소가 다른 구성요소 "에 배치" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 배치되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
When one component is referred to as "positioning to" another component, it may include a case in which one component is directly disposed on the other component, as well as a case where additional components are interposed therebetween.
도 1은 일 실시 예에 따른 모직형 에너지 포집소자를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 모직형 에너지 포집소자(100)는 실(thread, 110)을 포함한다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 모직형 에너지 포집소자(100)는 선택적으로(optionally) 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 모직형 에너지 포지소자(100)는 저장회로(140)를 더 포함할 수 있다.1 is a view showing a woolen energy collecting device according to an embodiment. Referring to FIG. 1, the woolen
실(110)은 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성하는 섬유(fiber, 110A)를 포함한다. 도면에는 실(110)로서 상기 외력에 의한 상기 변형에 의하여 상기 전기에너지를 생성하는 섬유(110A)와 일반적인 섬유(110B)를 포함하는 실(110)이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 실(110)은 섬유(110A)만을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 실(110)은 여러 가닥의 섬유(110A) 및 섬유(110B)를 포함할 수 있다.The
섬유(110A)로서 다양한 종류의 섬유가 사용될 수 있다. 섬유(110A)는 예로서 압전섬유, 압전물질(piezoelectric material)이 코팅된 섬유 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 도면에는 섬유(110A)로서 상기 압전섬유가 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 섬유(110A)로서 압전물질이 코팅된 상기 섬유 또는 상기 압전섬유 및 압전물질이 코팅된 상기 섬유가 조합된 섬유가 사용될 수도 있다. 상기 압전섬유는 상기 압전물질을 사용하여 제작된 섬유일 수 있다. 상기 압전물질은 예로서 PVDF(polyvinylidene fluoride), PZT(lead zirconate titanate) 등일 수 있다. 압전물질이 코팅된 상기 섬유는 예로서 일반적인 섬유(110B)일 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로도 상기한 예시 이외에도 다양한 재료가 사용될 수 있다. 상기 압전물질은 기계적인 변형에 의하여 전하의 분극 현상이 생성되거나, 반대로 전기장에 의하여 기계적인 변형이 생기는 물질을 말한다. 이를 압전 효과라고 한다. 일례로, 길이의 신장과 압축이 반복되는 물체의 표면에 상기 압전물질을 배치하는 경우에 상기 길이의 변화에 따라 상기 물체의 상기 표면에 배치된 상기 압전물질은 기계적 변형을 겪을 수 있다. 상기 기계적 변형에 의하여 상기 압전물질에는 전하의 분극 현상을 발생될 수 있다. 다시 말하면, 상기 물체의 상기 표면에 상기 압전물질을 배치하고 상기 물체를 반복하여 신장하거나 압축하는 경우, 상기 물체의 상기 표면에 배치된 상기 압전물질은 인장과 압축을 반복적으로 경험하게 된다. 상기 압전물질에 인장과 압축이 반복적으로 가해지는 경우 상기 압전물질에 발생되는 상기 전하의 분극 현상은 극성이 반복적으로 바뀌게 된다. 반복적인 인장과 압축을 통해 상기 압전물질은 교류 전기 신호를 생성할 수 있다. 간결하게 기술하기 위하여, 이하에서는 섬유(110A)로서 상기 압전섬유를 사용한 섬유(110A)을 사용하여 설명하기로 한다. 하지만, 이러한 설명이 섬유(110A)를 특정한 유형들이나 특정한 섬유에 한정하는 것은 아니다.As the
섬유(110B)로서 다양한 종류의 섬유가 사용될 수 있다. 섬유(110B)는 그 생성과정에 따라 천연섬유와 인조섬유로 나누어질 수 있다. 천연섬유는 예로서 식물섬유, 동물섬유 또는 광물섬유일 수 있다. 식물섬유는 예로서 면화(cotton), 코이어(coir), 아마, 모시풀, 황마, 삼 등일 수 있다. 동물섬유는 예로서 양모, 산양모, 낙타털, 캐시미어 등일 수 있다. 광물섬유는 예로서 석면일 수 있다. 인조섬유는 예로서 무기섬유 또는 유기섬유일 수 있다. 무기섬유는 예로서 금속섬유, 유리섬유 등일 수 있다. 유기섬유는 예로서 합성섬유일 수 있다. 상기 합성섬유는 예로서 폴리아마이드계 섬유, 아크릴계 섬유 또는 폴리에스터계 섬유일 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 이외에도 다양한 섬유가 사용될 수 있다.As the
제1 전극(120)과 제2 전극(130)은 섬유(110A)의 표면에 서로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 전극(120)과 제2 전극(130)은 상기 외력에 의한 상기 변형으로부터 섬유(110A)에 의해 생성되는 상기 전기에너지를 외부회로에 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 일 실시 예로서, 제1 전극(120)과 제2 전극(130)은 상기 외력에 의한 상기 변형으로부터 섬유(110A)에 의해 생성되는 상기 전기에너지를 저장회로(140)에 제공할 수 있다. 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)으로서 다양한 전도성 재료가 사용될 수 있다. 상기 전도성 재료는 예로서 금속, 전도성 폴리머 등일 수 있다. 도면에는 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)으로서 섬유(110A)의 일면 및 타면에 각각 배치되는 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 제1 전극(120)과 제2 전극(130)은 섬유(110A)에 의해 생성되는 상기 전기에너지를 상기 외부회로에 제공할 수 있는 한 다양한 형태로 섬유(110A) 표면에 배치될 수 있다.The
저장회로(140)는 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 저장회로(140)는 섬유(110A)가 생성하는 상기 전기에너지를 저장할 수 있다. 일 실시 예로서, 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)은 각각 저장회로(140)의 서로 다른 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 도면에는 저장회로(140)로서 제1 전극(141) 및 제2 전극(142)을 포함하는 저장회로(140)가 예로서 표현되어 있다. 제1 전극(141) 및 제2 전극(142)은 각각 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우 상기 변형에 의하여 섬유(110A)가 생성하는 교류 전기 신호는 제1 전극(141) 및 제2 전극(142)을 통하여 저장회로(140)에 저장될 수 있다. 일 실시 예로서, 저장회로(140)는 섬유(110A)에 의하여 생성되는 전류를 수신하는 적어도 하나의 다이오드(미도시) 및 상기 다이오드로부터 출력되는 전류를 저장하는 적어도 하나의 축전기(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 다이오드는 섬유(110A)가 생성하는 상기 교류 전기 신호를 정류하여 상기 축전기에 제공하며, 상기 축전기는 정류된 전기 신호로부터 전기에너지를 저장할 수 있다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 전기에너지를 이용하는 무선 센서 네트워크 등과 같은 회로에서 교류 전기 신호를 직접 이용하는 경우에는 상기 충전기는 생략될 수 있다.The
도 1을 다시 참조하면, 섬유(110A)를 포함하는 실(110)은 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성할 수 있다. 의학기술의 발달로 수많은 센서가 인간의 몸에 삽입되거나 부착되는 추세에 있다. 또한, 휴대용 전자기기의 발달로 wearable computer, smart wear 등과 같은 인간의 몸 또는 의복에 착용 가능한 전자기기에 대한 수요와 연구가 증가하고 있다. 인체부착 센서, wearable computer, smart wear 등과 같은 전자기기는 이들을 구동하기 위한 전원공급 매체를 필요로 한다. 전원공급 매체의 더딘 발전속도는 전원공급 기기의 지속적인 교체 필요성과 이에 따른 유지비용의 증가라는 문제를 야기하고 있다. 인체 에너지를 이용한 에너지 포집 기술을 통하여 상술한 전자기기에 전원공급을 한다면 시간과 공간에 제약을 받지 않고 지속적으로 에너지를 공급할 수 있다. 섬유(110A)를 포함하는 실(110)은 의복 등의 형태로 사람의 몸에 착용될 수 있다. 이 경우, 실(110)을 이용한 에너지 포집 소자는 사람의 의식적인 또는 무의식적인 행동으로 발생되는 인체 에너지를 수확할 수 있다. 이를 통하여 시간과 공간에 제약을 받지 아니하는 지속적인 전원공급기기를 구현할 수 있다.
Referring back to FIG. 1, the
도 2는 다른 실시 예에 따른 모직형 에너지 포집소자를 나타내는 도면이다. 도 2의 (a)는 모직형 에너지 포집소자의 개념도이다. 도 2의 (b)는 씨실과 날실의 스택(stack) 구조를 나타내는 도면이다. 도 2의 (a)를 참조하면, 모직형 에너지 포집소자(200)는 직물(250)을 포함한다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 모직형 에너지 포집소자(200)는 선택적으로(optionally) 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 모직형 에너지 포집소자(200)는 저장회로(240)를 더 포함할 수 있다.2 is a view showing a woolen energy collecting device according to another embodiment. 2 (a) is a conceptual diagram of a woolen energy collecting element. 2B is a view showing a stack structure of the weft and the warp. Referring to FIG. 2A, the woolen
직물(250)은 복수의 실들로 직조된다. 상기 복수의 실들 중 적어도 일부는 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성하는 섬유(210A)를 포함한다. 일 실시 예로서, 섬유(210A)는 상기 외력에 의한 상기 변형에 의하여 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 섬유를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 섬유(210A)는 동일한 외력이 가해질 때 전하의 분극 현상이 서로 반대로 발생하는 섬유들을 포함할 수 있다. 이하에서는 이들 섬유들을 각각 제1 섬유 및 제2 섬유라고 하자. 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유는 예로서 각각 서로 반대 방향으로 분극 처리된 압전섬유로부터 얻어질 수 있다. 또한, 섬유(210A)는 양 옆으로 당겨지면 음의 전압을 띄는 부분과 수축되면 양의 전압을 띄는 부분을 가지는 섬유를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 섬유는 상기 제1 섬유를 적층하거나, 상기 제2 섬유를 적층하여 얻어질 수 있다. 다른 예로, 상기 섬유는 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유를 혼합 적층하여 얻어질 수 있다. 적층되는 상기 제1 섬유 또는 상기 제2 섬유 각각은 서로 다른 크기의 극성을 가질 수 있다. 또한, 섬유(210A)는 양 옆으로 당겨지면 양의 전압을 띄는 부분과 수축되면 음의 전압을 띄는 부분을 가지는 섬유를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 섬유는 상기 제1 섬유를 적층하거나, 상기 제2 섬유를 적층하여 얻어질 수 있다. 다른 예로, 상기 섬유는 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유를 혼합 적층하여 얻어질 수 있다. 적층되는 상기 제1 섬유 또는 상기 제2 섬유 각각은 서로 다른 크기의 극성을 가질 수 있다. 도면에는 직물(250)로서 상기 외력에 의한 상기 변형에 의하여 상기 전기에너지를 생성하는 섬유(210A)와 일반적인 섬유(210B)를 포함하는 상기 복수의 실들로 직조된 직물(250)이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 직물(250)은 섬유(210A)만을 포함하는 상기 복수의 실들로 직조될 수 있다. 섬유(210A) 및 섬유(210B)의 재료, 기능, 구조 및 특성은 각각 도 1과 관련하여 상술한 섬유(110A) 및 섬유(110B)의 재료, 기능, 구조 및 특성과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.
제1 전극(220)과 제2 전극(230)은 섬유(210A)의 표면에 서로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 전극(220)과 제2 전극(230)은 상기 외력에 의한 상기 변형으로부터 섬유(210A)에 의해 생성되는 상기 전기에너지를 외부회로에 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 일 실시 예로서, 제1 전극(220)과 제2 전극(230)은 상기 외력에 의한 상기 변형으로부터 섬유(210A)에 의해 생성되는 상기 전기에너지를 저장회로(240)에 제공할 수 있다. 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)의 재료, 기능, 구조 및 위치관계는 도 1과 관련하여 상술한 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)의 재료, 기능, 구조 및 위치관계와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.The
저장회로(240)는 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)과 전기적으로 연결될 수 있다. 저장회로(240)는 섬유(210A)가 생성하는 상기 전기에너지를 저장할 수 있다. 일 실시 예로서, 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)은 각각 저장회로(240)의 서로 다른 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 도면에는 저장회로(240)로서 제1 전극(241) 및 제2 전극(242)을 포함하는 저장회로(240)가 예로서 표현되어 있다. 제1 전극(241) 및 제2 전극(242)은 각각 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우 상기 변형에 의하여 섬유(210A)가 생성하는 교류 전기 신호는 제1 전극(241) 및 제2 전극(242)을 통하여 저장회로(240)에 저장될 수 있다. 일 실시 예로서, 저장회로(240)는 섬유(210A)에 의하여 생성되는 전류를 수신하는 적어도 하나의 다이오드(미도시) 및 상기 다이오드로부터 출력되는 전류를 저장하는 적어도 하나의 축전기(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 다이오드는 섬유(210A)가 생성하는 상기 교류 전기 신호를 정류하여 상기 축전기에 제공하며, 상기 축전기는 정류된 전기 신호로부터 전기에너지를 저장할 수 있다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 전기에너지를 이용하는 무선 센서 네트워크 등과 같은 회로에서 교류 전기 신호를 직접 이용하는 경우에는 상기 충전기는 생략될 수 있다. 저장회로(240)의 기능, 구조 및 특성은 도 1과 관련하여 상술한 저장회로(140)의 기능, 구조 및 특성과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다. The
도 2의 (b)를 참조하면, 섬유(210A)를 포함하는 상기 복수의 실들로 직조된 직물(250)은 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성할 수 있다. 일 실시 예로서, 모직형 에너지 포집소자(200)는 씨실과 날실의 교차지점에서의 에너지를 수확할 수 있다. 직물(250)은 예로서 씨실과 날실을 교차시켜 직조될 수 있다. 이 경우 씨실과 날실은 교차점에서 서로 만나게 된다. 상기 교차점에서 씨실에 포함되는 섬유(212A)와 날실에 포함되는 섬유(214A)는 서로 스택 구조를 이루게 된다. 이 경우, 직물(250)은 상기 외력에 의한 상기 변형에 의하여 상기 전기에너지를 생성할 수 있다. 일 실시 예로서, 동일한 외력에 대하여, 씨실에 포함되는 섬유(212A)와 날실에 포함되는 섬유(214A)는 서로 다른 특성을 가지는 전기에너지를 생성할 수 있다. 일례로, 도면에 도시된 바와 같이, 씨실에 포함되는 섬유(212A)는 양 옆으로 당겨지면 음의 전압을 띄는 부분과 수축되면 양의 전압을 띄는 부분으로 이루어질 수 있다. 날실에 포함되는 섬유(214A)는 양 옆으로 당겨지면 양의 전압을 띄는 부분과 수축되면 음의 전압을 띄는 부분으로 이루어질 수 있다. 이 경우 제1 전극(220)에는 음의 전압이 가해지며, 제2 전극(230)에는 양의 전압이 가해질 수 있다. 직물(250)에 반복적인 신장과 압축이 가해지면, 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)에 가해지는 전압의 극성은 반복적으로 바뀌게 된다. 이를 통하여 제1 전극(220) 및 제2 전극(230) 양단에서 교류 전기 신호가 생성될 수 있다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 씨실에 포함되는 섬유(212A)는 양의 전압을 띄는 부분과 수축되면 음의 전압을 띄는 부분으로 이루어질 수 있다. 날실에 포함되는 섬유(214A)는 양 옆으로 당겨지면 음의 전압을 띄는 부분과 수축되면 양의 전압을 띄는 부분으로 이루어질 수 있다. 상술한 바와 같이, 서로 다른 특성을 가지는 섬유(210A)가 씨실과 날실에 각각 번갈아 사용되면, 상기 교차점에서 모직구조의 움직임, 수축, 팽창 등에 따라 모직형 에너지 포집소자(200)는 전기에너지를 생성하게 된다. 씨실과 날실을 한 올씩 교차시킨 평직 구조는 구조적으로 튼튼하며, 씨실과 날실 사이의 상기 교차점이 많이 생기게 되므로 다른 구조에 비해 같은 면적에서 많은 에너지를 포집할 수 있다. 씨실과 날실은 유연하고 탄력이 극대화 된 형태로 가공될 수 있다. 섬유(212A) 및 섬유(214A)의 재료, 기능, 구조 및 특성은 도 1과 관련하여 상술한 섬유(110A)의 재료, 기능, 구조 및 특성과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다. Referring to FIG. 2B, the
의학기술의 발달로 수많은 센서가 인간의 몸에 삽입되거나 부착되는 추세에 있다. 또한, 휴대용 전자기기의 발달로 wearable computer, smart wear 등과 같은 인간의 몸 또는 의복에 착용 가능한 전자기기에 대한 수요와 연구가 증가하고 있다. 인체부착 센서, wearable computer, smart wear 등과 같은 전자기기는 이들을 구동하기 위한 전원공급 매체를 필요로 한다. 전원공급 매체의 더딘 발전속도는 전원공급 기기의 지속적인 교체 필요성과 이에 따른 유지비용의 증가라는 문제를 야기하고 있다. 인체 에너지를 이용한 에너지 포집 기술을 통하여 상술한 전자기기에 전원공급을 한다면 시간과 공간에 제약을 받지 않고 지속적으로 에너지를 공급할 수 있다. 섬유(210A)를 포함하는 직물(250)은 의복 등의 형태로 사람의 몸에 착용될 수 있다. 이 경우, 직물(250)을 이용한 에너지 포집 소자는 사람의 의식적인 또는 무의식적인 행동으로 발생되는 인체 에너지를 수확할 수 있다. 이를 통하여 시간과 공간에 제약을 받지 아니하는 지속적인 전원공급기기를 구현할 수 있다. 일반적으로 인체의 운동은 극 저주파 운동, 비공진 모드의 간헐적인 운동, 그리고 자유 방향 운동이라는 특징을 가진다. 기존의 에너지 포집소자는 대부분 고주파수에서 포집소자와 주어진 환경의 진동수가 일치할 때 에너지를 효율적으로 포집하도록 되어있다. 따라서 인체의 운동을 기반으로 에너지 포집소자를 설계한 경우 에너지 포집 효율이 매우 낮고 전자기기를 구동시키기에 부족하다. 도 2와 관련하여 상술한 모직형 에너지 포집소자(200)는 많은 교차점을 가지므로 에너지 포집 효율을 높여 전자기기를 구동하기에 충분한 에너지를 얻을 수 있다. With the development of medical technology, many sensors are inserted or attached to the human body. In addition, with the development of portable electronic devices, the demand for and research on electronic devices that can be worn on a human body or clothes, such as wearable computers and smart wear, are increasing. Electronic devices such as wearable sensors, wearable computers, smart wear, and the like require a power supply medium to drive them. The slow generation speed of the power supply medium is causing the problem of the need for continuous replacement of the power supply and the increase in maintenance cost. If power is supplied to the above-described electronic device through energy collection technology using human energy, energy can be continuously supplied without being restricted by time and space.
도 2를 다시 참조하면, 제1 전극(220)과 제2 전극(230)은 섬유(210A)의 표면에 서로 이격되어 배치될 수 있다. 도면에는 씨실에 포함되는 섬유(210A)의 일면에 배치된 제1 전극(220) 및 날실에 포함되는 섬유(210A)의 일면에 배치된 제2 전극(230)이 예로서 표현되어 있다. 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)은 상기 교차점에서 생성되는 전기에너지를 효율적으로 저장회로(240)에 제공하기 위해 섬유(210A)의 한쪽 면에 배치될 수 있다. 씨실과 날실의 무수히 많은 교차점을 각각 연결할 경우 복잡한 배선구조, 제작의 어려움, 효율성 감소 등의 문제점을 갖는다. 섬유(210A)의 상기 일면에 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)을 배치하여 상기 문제점을 해결할 수 있다. 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)은 저장회로(240)와 연결되어, 섬유(210A)에서 생성된 전기에너지를 저장할 수 있다.
Referring back to FIG. 2, the
도 3은 또 다른 실시 예에 따른 모직형 에너지 포집소자를 나타내는 도면이다. 도 3은 발생되는 전기에너지가 서로 상쇄되지 않도록 압전물질을 모직형태로 구성하는 일 예를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 모직형 에너지 포집소자(300)는 직물(350)을 포함한다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 모직형 에너지 포집소자(300)는 선택적으로(optionally) 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 모직형 에너지 포집소자(300)는 저장회로(340)를 더 포함할 수 있다.3 is a view showing a woolen energy collecting device according to another embodiment. 3 illustrates an example in which a piezoelectric material is formed in a woolen form so that generated electrical energy does not cancel each other. Referring to FIG. 3, the woolen
직물(350)은 복수의 실들로 직조된다. 상기 복수의 실들 중 적어도 일부는 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성하는 섬유(310A)를 포함한다. 섬유(310A)를 포함하는 직물(350)은 도 2와 관련하여 상술한 바와 같이, 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성할 수 있다. 일 실시 예로서, 섬유(310A)는 상기 외력에 의한 상기 변형에 의하여 서로 반대의 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 섬유(312A, 314A)를 포함할 수 있다. 일례로, 섬유(312A)는 양 옆으로 당겨지면 음의 전압을 띄는 부분과 수축되면 양의 전압을 띄는 부분으로 이루어질 수 있다. 섬유(314A)는 양 옆으로 당겨지면 양의 전압을 띄는 부분과 수축되면 음의 전압을 띄는 부분으로 이루어질 수 있다. 다른 예로, 섬유(312A)는 양 옆으로 당겨지면 양의 전압을 띄는 부분과 수축되면 음의 전압을 띄는 부분으로 이루어질 수 있다. 섬유(314A)는 양 옆으로 당겨지면 음의 전압을 띄는 부분과 수축되면 양의 전압을 띄는 부분으로 이루어질 수 있다. 도면에는 직물(350)로서 섬유(312A)를 포함하는 씨실과 섬유(314A)를 포함하는 날실로부터 직조된 직물이 예로서 표현되어 있다. 이 경우 씨실과 날실은 교차점에서 서로 만나게 된다. 상기 교차점에서 섬유(312A)와 섬유(314A)는 서로 스택 구조를 이루게 된다. 상기 교차점에서의 섬유(312A) 및 섬유(314A)의 스택 구조에 의하여, 직물(350)은 외력에 의한 변형으로부터 효과적으로 전기에너지를 생성할 수 있게 한다. 서로 다른 특성을 가지는 섬유(312A) 및 섬유(314A)가 각각 씨실과 날실에 번갈아 사용되면, 상기 교차점에서 모직구조의 움직임, 수축, 팽창 등에 따라 모직형 에너지 포집소자(300)는 전기에너지를 생성하게 된다. 씨실과 날실을 한 올씩 교차시킨 평직 구조는 구조적으로 튼튼하며, 씨실과 날실 사이의 상기 교차점이 많이 생기게 된다. 따라서, 씨실과 날실을 한 올씩 교차시킨 평직 구조는 다른 구조에 비해 같은 면적에서 많은 에너지를 포집할 수 있다. 씨실과 날실은 유연하고 탄력이 극대화 된 형태로 가공될 수 있다. 섬유(312A) 및 섬유(314A)의 재료, 기능, 구조 및 특성은 도 1과 관련하여 상술한 섬유(110A)의 재료, 기능, 구조 및 특성과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.
제1 전극(320)과 제2 전극(330)은 섬유(310A)의 표면에 서로 이격되어 배치될 수 있다. 일 실시 예로서, 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)은 각각 씨실에 포함되는 섬유(312A) 및 날실에 포함되는 섬유(314A)의 일면에 배치될 수 있다. 제1 전극(320)과 제2 전극(330)은 상기 외력에 의한 변형으로부터 섬유(310A)에 의해 생성되는 상기 전기에너지를 외부회로에 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 일 실시 예로서, 제1 전극(320)과 제2 전극(330)은 상기 외력에 의한 변형으로부터 섬유(310A)에 의해 생성되는 상기 전기에너지를 저장회로(340)에 제공할 수 있다. 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)의 재료, 기능, 구조 및 위치관계는 도 2과 관련하여 상술한 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)의 재료, 기능, 구조 및 위치관계와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.The
저장회로(340)는 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)과 전기적으로 연결될 수 있다. 저장회로(340)는 섬유(310A)가 생성하는 상기 전기에너지를 저장할 수 있다. 일 실시 예로서, 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)은 각각 저장회로(340)의 서로 다른 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 도면에는 저장회로(340)로서 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)를 포함하는 저장회로(340)가 예로서 표현되어 있다. 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)은 각각 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우 상기 변형에 의하여 섬유(310A)가 생성하는 교류 전기 신호는 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)을 통하여 저장회로(340)에 저장될 수 있다. 일 실시 예로서, 저장회로(340)는 다이오드(미도시), 축전기(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 다이오드는 섬유(310A)가 생성하는 상기 교류 전기 신호를 정류하여 상기 축전기에 제공하며, 상기 축전기는 정류된 전기 신호로부터 전기에너지를 저장할 수 있다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 전기에너지를 이용하는 무선 센서 네트워크 등과 같은 회로에서 교류 전기 신호를 직접 이용하는 경우에는 상기 충전기는 생략될 수 있다. 저장회로(340)의 기능, 구조 및 특성은 도 1과 관련하여 상술한 저장회로(140)의 기능, 구조 및 특성과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다. The
도 3을 다시 참조하면, 도면에는 외력에 의한 변형에 의하여 서로 다른 극성 또는 세기를 가지는 전기에너지를 생성하는 섬유(312A, 314A)를 포함하는 모직형 에너지 포집소자(300)가 예로서 표현되어 있다. 섬유(312A)와 섬유(314A)는 교차점에서 스택 구조를 이룰 수 있다. 섬유(312A)와 섬유(314A)는 교차점에서의 모직구조의 움직임, 수축, 팽창 등에 의하여 서로 반대 극성의 전기에너지를 생성할 수 있다. 일례로, 상기 모직구조가 수축하는 경우 제1 전극(320) 및 제2 전극(330) 중 어느 한 전극은 상대적으로 양의 전위를 가지며, 나머지 어느 한 전극은 상대적으로 음의 전위를 가질 수 있다. 이 경우 상기 모직구조가 팽창하는 경우 상기 어느 한 전극은 상대적으로 음의 전위를 가지며, 상기 나머지 어느 한 전극은 상대적으로 양의 전위를 가질 수 있다. 즉, 직물(350)에 반복적인 신장과 압축이 가해지면, 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)에 가해지는 전압의 극성은 반복적으로 바뀌게 된다. 이를 통하여 제1 전극(320) 및 제2 전극(330) 양단에서 교류 전기 신호가 생성될 수 있다. 모직형 에너지 포집소자(300)는 외력에 의한 변형이 주어졌을 때 보다 많은 에너지의 수확을 위하여 씨실과 날실의 교차점에서의 스택 구조를 사용한다. 상기 씨실 및 상기 날실은 각각 섬유(312A) 및 섬유(314A)를 포함한다. 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)은 상기 교차점에서 섬유(312A) 및 섬유(314A)에 의해 생성되는 전기에너지를 효율적으로 저장회로(340)에 전달하기 위하여 섬유(312A) 및 섬유(314A)의 상기 일면에 배치될 수 있다. 섬유(312A) 및 섬유(314A)에서 발생하는 전기에너지를 저장회로(340)에 제공하기 위해서는 상기 씨실과 상기 날실의 무수히 많은 교차점을 연결하는 복잡한 배선이 요구될 수 있다. 상기 복잡한 배선은 모직형 에너지 포집소자(300)의 제작을 어렵게 하거나, 에너지 포집의 효율성을 감소시킬 수 있다. 섬유(312A) 및 섬유(314A)의 상기 일면에 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)을 두면, 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)은 섬유가닥 단위로 저장회로(340)와 연결될 수 있다. 즉, 저장회로(340)는 섬유가닥 단위로 발생되는 전기에너지를 저장할 수 있다. 이를 통하여 모직형 에너지 포집소자(300)는 용이하게 제작될 수 있고, 에너지 포집의 효율성을 향상시킬 수 있다. 다시 말하면, 섬유(312A) 및 섬유(314A)의 상기 일면에 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)을 배치하면, 교차점마다 배선연결이 되는 것이 아니라 상기 섬유가닥 단위로 전기 배선이 연결될 수 있다. 일례로, 섬유(312A)는 양 옆으로 당겨지면 음의 전압을 띄는 부분과 수축되면 양의 전압을 띄는 부분으로 이루어질 수 있다. 섬유(314A)는 양 옆으로 당겨지면 양의 전압을 띄는 부분과 수축되면 음의 전압을 띄는 부분으로 이루어질 수 있다. 이 경우 직물(350)이 수축되면, 제1 전극(320)에는 음의 전압이 가해질 수 있으며, 제2 전극(330)에는 양의 전압이 가해질 수 있다. 직물(350)에 반복적인 신장과 압축이 가해지면, 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)에 가해지는 전압의 극성은 반복적으로 바뀌게 된다. 이를 통하여 제1 전극(320) 및 제2 전극(330) 양단에서 교류 전기 신호가 생성될 수 있다. 섬유(312A) 및 섬유(314A)의 상기 일면에 배치되는 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)을 각각 저장회로(340)의 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)에 연결하면, 저장회로(340)은 상기 교류 전기 신호를 저장할 수 있다. 다시 말하면, 직물(350)에 반복적인 신장과 압축이 가해지면, 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)에 가해지는 전압의 극성은 반복적으로 바뀌게 된다. 즉, 직물(350)의 모직구조의 수축 및 팽창에 따라 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)은 상대적으로 음 또는 양의 전위를 가지게 된다. 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)에 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)을 연결하면, 저장회로(340)는 섬유(312A) 및 섬유(314A)의 상기 교차점에서 생성되는 전기에너지를 저장할 수 있다. 이를 통하여, 모직형 에너지 포집소자(300)는 인체의 극 저주파 운동, 비공진 모드의 간헐적인 운동, 자유 방향 운동 등에서 생성되는 인체에너지를 전기에너지로 효율적으로 변환하여 저장할 수 있다. 모직형 에너지 포집소자(300)는 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)을 섬유가닥 상태에서 형성한 후 모직구조를 만들기 때문에 전극 형성을 위한 단계에 소요되는 시간이 단축할 수 있다. 또한, 섬유가닥 단위로 연결되는 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)은 구조가 간단하며, 설계자는 저장회로(340)를 원하는 부분에 용이하게 위치시킬 수 있다. 따라서 제안한 전극 집적 구조는 모직형 에너지 포집소자(300)를 의복 또는 인체에 착용가능 한 형태로 넓은 영역에 사용할 경우에 적합하다. 본 명세서에서 제안한 전극 집적 구조 설계를 사용한 모직형 에너지 포집소자(300)는 전극(320, 330)이 섬유가닥의 표면에 위치하므로 연결이 간단하다. 또한, 모직형 에너지 포집소자(300)는 저장회로(340)를 부착할 수 있는 위치의 선정이 용이하므로 높은 착용감으로 인체 에너지의 무의식적인 수확이 가능하다. Referring again to FIG. 3, there is shown in the figure a woolen
신체의 관절 부위, 옆구리, 복부 등은 끊임없이 팽창과 수축을 반복한다. 이 때 신체 주변의 의복은 신체 움직임에 따라 팽창과 수축을 반복하게 된다. 의복이 섬유(310A)를 포함하는 경우, 신체의 움직임에 따라 섬유(310A)는 팽창과 수축을 반복하게 된다. 이 경우, 섬유(310A)는 섬유(312A) 및 섬유(314A)의 교차점에서 교류 전기에너지를 생성하며, 생성된 상기 교류 전기에너지는 저장회로(340)에 의하여 포집될 수 있다. 일 실시 예로서, 섬유(310A)는 유연하고 탄력이 극대화 된 형태로 가공된 섬유일 수 있다. 모직형 에너지 포집소자(300)는 인체 운동에서 발생하는 굽힘, 수축, 팽창 등의 부피 및 압력 변화에 의해 발생하는 에너지를 효율적으로 포집할 수 있다. 또한, 모직형 에너지 포집소자(300)는 인체 운동에서 발생하는 굽힘, 수축, 팽창 등의 부피 및 압력 변화에 의한 에너지를 이용하여 전자기기에 필요한 에너지를 자체 공급할 수 있다.The joints, flanks, and abdomen of the body constantly expand and contract. At this time, the clothing around the body repeats the expansion and contraction according to the body movement. When the garment includes the
도면에는 직물(350)로서 외력에 의한 변형에 의하여 서로 다른 극성 또는 세기를 가지는 전기에너지를 생성하는 섬유(312A, 314A)를 포함하는 복수의 실들로 직조된 직물(350)이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 직물(350)은 섬유(312A, 314A) 및 일반적인 섬유(210B)를 포함하는 복수의 실들로 직조될 수 있다. 일례로, 직물(350)은 씨실로서 섬유(312A) 및 섬유(210B)를 사용하고, 날실로서 섬유(314A) 및 섬유(210B)를 사용하여 직조될 수 있다. 이 경우 직물(350)은 섬유(312A), 섬유(314A) 및 섬유(210B)를 독립된 올로서 사용하여 직조될 수 있다. 다르게는, 직물(350)은 섬유(312A)와 섬유(210B)를 혼합한 섬유 및 섬유(314A)와 섬유(210B)를 혼합한 섬유를 각각 씨실 및 날실로 사용하여 직조될 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상기한 예시 이외에도 직물(350)은 섬유(312A, 314A)와 섬유(210B)를 이용하여 다양한 방법으로 직조될 수 있다. 즉, 상기 변형에 의하여 서로 다른 극성 또는 세기를 가지는 전기에너지를 생성하는 섬유(312A) 및 섬유(314A)가 각각 씨실 및 날실에 배치되는 한 그 배치방법에는 제한이 없다.
In the figure, a
도 4는 또 다른 실시 예에 따른 모직형 에너지 포집소자를 나타내는 도면이다. 도 4는 발생되는 전기에너지가 서로 상쇄되지 않도록 압전물질을 모직형태로 구성하는 또 다른 실시 예이다. 도 4를 참조하면, 모직형 에너지 포집소자(400)는 직물(450)을 포함한다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 모직형 에너지 포집소자(400)는 선택적으로(optionally) 제1 전극(420) 및 제2 전극(430)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 모직형 에너지 포집소자(400)는 저장회로(440)를 더 포함할 수 있다.4 is a view showing a woolen energy collecting device according to another embodiment. 4 is another embodiment in which the piezoelectric material is configured in a wool form so that generated electrical energy does not cancel each other. Referring to FIG. 4, the woolen
직물(450)은 복수의 실들로 직조된다. 상기 복수의 실들 중 적어도 일부는 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성하는 섬유(410A)를 포함한다. 섬유(410A)를 포함하는 직물(450)은 도 2와 관련하여 상술한 바와 같이, 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성할 수 있다. 일 실시 예로서, 섬유(410A)는 상기 외력에 의한 상기 변형에 의하여 서로 다른 극성 또는 세기를 가지는 전기에너지를 생성하는 섬유를 포함할 수 있다. 일 실시 예로서, 섬유(410A)는 씨실에 포함되는 섬유(412A) 및 날실에 포함되는 섬유(414A)를 포함할 수 있다. 이 경우 섬유(412A)는 상기 변형에 의하여 각각 서로 다른 극성 또는 세기를 가지는 전기에너지를 생성하는 섬유(412An) 및 섬유(412Ap)를 포함할 수 있다. 또한, 섬유(414A)는 상기 변형에 의하여 각각 서로 다른 극성 또는 세기를 가지는 전기에너지를 생성하는 섬유(414An) 및 섬유(414Ap)를 포함할 수 있다. 일례로, 섬유(412An, 414An)는 양 옆으로 당겨지면 음의 전압을 띄는 부분과 수축되면 양의 전압을 띄는 부분으로 이루어질 수 있다. 섬유(412Ap, 414Ap)는 양 옆으로 당겨지면 양의 전압을 띄는 부분과 수축되면 음의 전압을 띄는 부분으로 이루어질 수 있다. 다른 예로, 섬유(412An, 414An)는 양 옆으로 당겨지면 양의 전압을 띄는 부분과 수축되면 음의 전압을 띄는 부분으로 이루어질 수 있다. 섬유(412Ap, 414Ap)는 양 옆으로 당겨지면 음의 전압을 띄는 부분과 수축되면 양의 전압을 띄는 부분으로 이루어질 수 있다. 일 실시 예로서, 직물(450)은 섬유(412A) 및 섬유(414A)를 각각 포함하는 씨실 및 날실로부터 직조될 수 있다. 이 경우 상기 씨실은 상기 변형에 의하여 서로 다른 극성 또는 세기를 가지는 전기에너지를 생성하는 섬유(412An) 및 섬유(412Ap)를 번갈아 가며 배치하여 직조될 수 있다. 또한, 상기 날실은 상기 변형에 의하여 서로 다른 극성 또는 세기를 가지는 전기에너지를 생성하는 섬유(414An) 및 섬유(414Ap)를 번갈아 가며 배치하여 직조될 수 있다. 즉, 직물(450)의 상기 씨실 중 서로 연속된 씨실을 제1 씨실 및 제2 씨실이라고 하고, 직물(450)의 상기 날실 중 서로 연속된 날실을 제1 날실 및 제2 날실이라고 하자. 상기 날실 중 서로 연속된 날실은 제1 날실 및 제2 날실이라 하자. 일례로, 상기 서로 연속된 씨실은 상기 제1 씨실이 상기 제1 섬유를 포함하고, 상기 제2 씨실이 상기 제2 섬유를 포함함으로써 서로 연속될 수 있다. 상기 서로 연속된 날실은 상기 제1 날실이 상기 제1 섬유를 포함하고, 상기 제2 날실이 상기 제2 섬유를 포함함으로써 서로 연속될 수 있다. 일례로, 상기 제1 씨실 및 상기 제2 씨실은 각각 섬유(412An) 및 섬유(412Ap)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 날실 및 상기 제2 날실은 각각 섬유(414An) 및 섬유(414Ap)를 포함할 수 있다. 도면에는 직물(450)로서 섬유(412A)를 포함하는 씨실과 섬유(414A)를 포함하는 날실로부터 직조된 직물이 예로서 표현되어 있다. 이 경우 상기 씨실 중 서로 연속된 씨실은 각각 섬유(412An) 및 섬유(412Ap)를 포함한다. 상기 날실 중 서로 연속된 날실은 각각 섬유(414An) 및 섬유(414Ap)를 포함한다. 상기 날실과 상기 씨실은 교차점에서 서로 만나게 된다. 상기 교차점에서 섬유(412A)와 섬유(414A)는 서로 스택 구조를 이루게 된다. 상기 교차점에서의 섬유(412A) 및 섬유(414A)의 스택 구조에 의하여, 직물(450)은 상기 외력에 의한 상기 변형으로부터 효과적으로 전기에너지를 생성할 수 있게 한다. 서로 다른 특성을 가지는 섬유(412A) 및 섬유(414A)가 각각 씨실과 날실에 번갈아 사용되면, 상기 교차점에서 모직구조의 움직임, 수축, 팽창 등에 따라 모직형 에너지 포집소자(400)는 전기에너지를 생성하게 된다. 씨실과 날실을 한 올씩 교차시킨 평직 구조는 구조적으로 튼튼하며, 씨실과 날실 사이의 상기 교차점이 많이 생기게 된다. 따라서, 씨실과 날실을 한 올씩 교차시킨 평직 구조는 다른 구조에 비해 같은 면적에서 많은 에너지를 포집할 수 있다. 씨실과 날실은 유연하고 탄력이 극대화 된 형태로 가공될 수 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 직물(450)은 섬유(412A, 414A) 및 일반적인 섬유(210B)를 포함하는 복수의 실들로 직조될 수 있다. 일례로, 직물(450)은 씨실로서 섬유(412A) 및 섬유(210B)를 사용하여 날실로서 섬유(414A) 및 섬유(210B)를 사용하여 직조될 수 있다. 이 경우 직물(450)은 섬유(210B)를 독립된 올로서 사용하여 직조될 수 있다. 다르게는, 직물(450)은 섬유(412A)와 섬유(210B)를 혼합한 섬유 및 섬유(414A)와 섬유(210B)를 혼합한 섬유를 각각 씨실 및 날실로 사용하여 직조될 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상기한 예시 이외에도 직물(450)은 섬유(412An, 412Ap, 412An, 414Ap)와 섬유(210B)를 이용하여 다양한 방법으로 직조될 수 있다. 즉, 상기 변형에 의하여 서로 다른 극성 또는 세기를 가지는 전기에너지를 생성하는 섬유(412An, 412Ap, 412An, 414Ap)가 각각 씨실 및 날실에 배치되는 한 그 배치방법에는 제한이 없다. 섬유(412A) 및 섬유(414A)의 재료, 기능, 구조 및 특성은 도 1과 관련하여 상술한 섬유(110A)의 재료, 기능, 구조 및 특성과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.
제1 전극(420)과 제2 전극(430)은 섬유(410A)의 표면에 서로 이격되어 배치될 수 있다. 일 실시 예로서, 제1 전극(420) 및 제2 전극(430)은 각각 씨실에 포함되는 섬유(412A) 및 날실에 포함되는 섬유(414A)의 일면에 배치될 수 있다. 제1 전극(420)과 제2 전극(430)은 외력에 의한 변형으로부터 섬유(410A)에 의해 생성되는 상기 전기에너지를 외부회로에 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 일 실시 예로서, 제1 전극(420)과 제2 전극(430)은 상기 외력에 의한 변형으로부터 섬유(410A)에 의해 생성되는 상기 전기에너지를 저장회로(440)에 제공할 수 있다. 제1 전극(420) 및 제2 전극(430)의 재료, 기능, 구조 및 위치관계는 도 2과 관련하여 상술한 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)의 재료, 기능, 구조 및 위치관계와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.The
저장회로(440)는 제1 전극(420) 및 제2 전극(430)과 전기적으로 연결될 수 있다. 저장회로(440)는 섬유(410A)가 생성하는 상기 전기에너지를 저장할 수 있다. 일 실시 예로서, 제1 전극(420) 및 제2 전극(430)은 저장회로(440)의 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 도면에는 저장회로(440)로서 제1 전극(441), 제2 전극(442) 및 기준전극(443)을 포함하는 저장회로(440)가 예로서 표현되어 있다. 제1 전극(420) 및 제2 전극(430)은 제1 전극(441), 제2 전극(442) 및 기준전극(443)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우 상기 변형에 의하여 섬유(410A)가 생성하는 교류 전기 신호는 제1 전극(441) 및 제2 전극(442)을 통하여 저장회로(440)에 저장될 수 있다. 일 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 같이, 제1 전극(420)은 기준전극(443)과 전기적으로 연결될 수 있다. 섬유(414An)의 일면에 배치되는 제2 전극(430) 및 섬유(414Ap)의 일면에 배치되는 제2 전극(430)은 각각 제1 전극(441) 및 제2 전극(442)과 전기적으로 연결될 수 있다. 직물(450)이 외력에 의하여 변형되면, 기준전극(443)의 전위를 기준전위로 할 경우, 섬유(414An)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430) 및 섬유(414Ap)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430)은 서로 다른 극성 또는 세기를 가지는 전기에너지를 생성할 수 있다. 이를 통하여, 제1 전극(441) 및 제2 전극(442)에는 교류 전기 신호가 제공될 수 있다. 상기 교류 전기 신호는 저장회로(440)에 저장될 수 있다. 다시 말하면, 모직구조가 수축하는 경우 섬유(414An)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430) 및 섬유(414Ap)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430) 중 어느 한 전극은 상대적으로 양의 전위를 가지며, 나머지 어느 한 전극은 상대적으로 음의 전위를 가질 수 있다. 이 경우 상기 모직구조가 팽창하는 경우 상기 어느 한 전극은 상대적으로 음의 전위를 가지며, 상기 나머지 어느 한 전극은 상대적으로 양의 전위를 가질 수 있다. 즉, 직물(450)에 반복적인 신장과 압축이 가해지면, 섬유(414An)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430) 및 섬유(414Ap)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430)에 가해지는 전압의 극성은 반복적으로 바뀌게 된다. 이를 통하여 섬유(414An)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430) 및 섬유(414Ap)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430) 양단에서 교류 전기 신호가 생성될 수 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 제2 전극(430)이 기준전극(443)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우 섬유(412An)의 상기 일면에 배치되는 제1 전극(420) 및 섬유(412Ap)의 상기 일면에 배치되는 제1 전극(420)은 각각 제1 전극(441) 및 제2 전극(442)과 전기적으로 연결될 수 있다. 직물(450)이 외력에 의하여 변형되면, 기준전극(443)의 전위를 기준전위로 할 경우, 섬유(412An)의 상기 일면에 배치되는 제1 전극(420) 및 섬유(412Ap)의 상기 일면에 배치되는 제1 전극(420)은 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성할 수 있다. 이를 통하여, 제1 전극(441) 및 제2 전극(442)에는 교류 전기 신호가 제공될 수 있다. 상기 교류 전기 신호는 저장회로(440)에 저장될 수 있다. 일 실시 예로서, 저장회로(340)는 다이오드(미도시), 축전기(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 다이오드는 섬유(410A)가 생성하는 상기 교류 전기 신호를 정류하여 상기 축전기에 제공하며, 상기 축전기는 정류된 전기 신호로부터 전기에너지를 저장할 수 있다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 전기에너지를 이용하는 무선 센서 네트워크 등과 같은 회로에서 교류 전기 신호를 직접 이용하는 경우에는 상기 충전기는 생략될 수 있다. 저장회로(440)의 기능, 구조 및 특성은 도 1과 관련하여 상술한 저장회로(140)의 기능, 구조 및 특성과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다. The
도 4를 다시 참조하면, 도면에는 외력에 의한 변형에 의하여 서로 다른 극성 또는 세기를 가지는 전기에너지를 생성하는 섬유(412An, 412Ap, 414An, 414Ap)를 포함하는 모직형 에너지 포집소자(400)가 예로서 표현되어 있다. 섬유(412An, 414An)와 섬유(412Ap, 414Ap)는 교차점에서 스택 구조를 이룰 수 있다. 섬유(412An, 414An)와 섬유(412Ap, 414Ap)는 교차점에서의 모직구조의 움직임, 수축, 팽창 등에 의하여 서로 반대 극성의 전기에너지를 생성할 수 있다. 모직형 에너지 포집소자(400)는 외력에 의한 변형이 주어졌을 때 보다 많은 에너지의 수확을 위하여 씨실과 날실의 교차점에서의 스택 구조를 사용한다. 상기 씨실 및 상기 날실은 각각 섬유(412A) 및 섬유(414A)를 포함한다. 제1 전극(420) 및 제2 전극(430)은 상기 교차점에서 섬유(412A) 및 섬유(414A)에 의해 생성되는 전기에너지를 효율적으로 저장회로(440)에 전달하기 위하여 섬유(412A) 및 섬유(414A)의 상기 일면에 배치될 수 있다. 섬유(412A) 및 섬유(414A)에서 발생하는 전기에너지를 저장회로(440)에 제공하기 위해서는 상기 씨실과 상기 날실의 무수히 많은 교차점을 연결하는 복잡한 배선이 요구될 수 있다. 상기 복잡한 배선은 모직형 에너지 포집소자(400)의 제작을 어렵게 하거나, 에너지 포집의 효율성을 감소시킬 수 있다. 섬유(412A) 및 섬유(414A)의 상기 일면에 제1 전극(420) 및 제2 전극(430)을 두면, 제1 전극(420) 및 제2 전극(430)은 섬유가닥 단위로 저장회로(440)와 연결될 수 있다. 즉, 저장회로(440)는 섬유가닥 단위로 발생되는 전기에너지를 저장할 수 있다. 이를 통하여 모직형 에너지 포집소자(400)는 용이하게 제작될 수 있고, 에너지 포집의 효율성을 향상시킬 수 있다. 다시 말하면, 섬유(412A) 및 섬유(414A)의 상기 일면에 제1 전극(420) 및 제2 전극(430)을 배치하면, 교차점마다 배선연결이 되는 것이 아니라 상기 섬유가닥 단위로 전기 배선이 연결될 수 있다. 일례로, 섬유(412An, 414An)는 양 옆으로 당겨지면 음의 전압을 띄는 부분과 수축되면 양의 전압을 띄는 부분으로 이루어질 수 있다. 섬유(412Ap, 414Ap)는 양 옆으로 당겨지면 양의 전압을 띄는 부분과 수축되면 음의 전압을 띄는 부분으로 이루어질 수 있다. 제1 전극(420)은 기준전극(443)과 전기적으로 연결될 수 있다. 섬유(414An)의 일면에 배치되는 제2 전극(430) 및 섬유(414Ap)의 일면에 배치되는 제2 전극(430)은 각각 제1 전극(441) 및 제2 전극(442)과 전기적으로 연결될 수 있다.Referring again to FIG. 4, the drawing illustrates a woolen
이 경우 직물(350)이 수축되면, 섬유(414An)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430)에는 음의 전압이 가해질 수 있으며, 섬유(414Ap)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430)에는 양의 전압이 가해질 수 있다. 직물(450)에 반복적인 신장과 압축이 가해지면, 섬유(414An)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430) 및 섬유(414Ap)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430)에 가해지는 전압의 극성은 반복적으로 바뀌게 된다. 이를 통하여 제1 전극(441) 및 제2 전극(442) 양단에서 교류 전기 신호가 제공될 수 있으며, 저장회로(440)은 상기 교류 전기 신호를 저장할 수 있다. 다시 말하면, 직물(450)에 반복적인 신장과 압축이 가해지면, 섬유(414An)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430) 및 섬유(414Ap)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430)에 가해지는 전압의 극성은 반복적으로 바뀌게 된다. 즉, 직물(450)의 모직구조의 수축 및 팽창에 따라 섬유(414An)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430) 및 섬유(414Ap)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430)은 상대적으로 음 또는 양의 전위를 가지게 된다. 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)은 각각 섬유(414An)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430) 및 섬유(414Ap)의 상기 일면에 배치되는 제2 전극(430)에 연결되므로, 저장회로(440)는 섬유(412A) 및 섬유(414A)의 상기 교차점에서 생성되는 전기에너지를 저장할 수 있다. 이를 통하여, 모직형 에너지 포집소자(400)는 인체의 극 저주파 운동, 비공진 모드의 간헐적인 운동, 자유 방향 운동 등에서 생성되는 인체에너지를 전기에너지로 효율적으로 변환하여 저장할 수 있다. 모직형 에너지 포집소자(400)는 제1 전극(420) 및 제2 전극(430)을 섬유가닥 상태에서 형성한 후 모직구조를 만들기 때문에 전극 형성을 위한 단계에 소요되는 시간이 단축할 수 있다. 또한, 섬유가닥 단위로 연결되는 제1 전극(420) 및 제2 전극(430)은 구조가 간단하며, 설계자는 저장회로(440)를 원하는 부분에 용이하게 위치시킬 수 있다. 따라서 제안한 전극 집적 구조는 모직형 에너지 포집소자(400)를 의복 또는 인체에 착용가능 한 형태로 넓은 영역에 사용할 경우에 적합하다. 본 명세서에서 제안한 전극 집적 구조 설계를 사용한 모직형 에너지 포집소자(400)는 전극(420, 430)이 섬유가닥의 표면에 위치하므로 연결이 간단하다. 또한, 모직형 에너지 포집소자(400)는 저장회로(440)를 부착할 수 있는 위치의 선정이 용이하므로 높은 착용감으로 인체 에너지의 무의식적인 수확이 가능하다. In this case, when the
신체의 관절 부위, 옆구리, 복부 등은 끊임없이 팽창과 수축을 반복한다. 이 때 신체 주변의 의복은 신체 움직임에 따라 팽창과 수축을 반복하게 된다. 의복이 섬유(410A)를 포함하는 경우, 신체의 움직임에 따라 섬유(410A)는 팽창과 수축을 반복하게 된다. 이 경우, 섬유(410A)는 섬유(412An, 414An)와 섬유(412Ap, 414Ap)의 교차점에서 교류 전기에너지를 생성하며, 생성된 상기 교류 전기에너지는 저장회로(440)에 의하여 포집될 수 있다. 일 실시 예로서, 섬유(410A)는 유연하고 탄력이 극대화 된 형태로 가공된 섬유일 수 있다.The joints, flanks, and abdomen of the body constantly expand and contract. At this time, the clothing around the body repeats the expansion and contraction according to the body movement. When the garment includes the
도면에는 직물(450)로서 외력에 의한 변형에 의하여 서로 다른 극성 또는 세기를 가지는 전기에너지를 생성하는 섬유(412An, 414An) 및 섬유(412Ap, 414Ap)를 포함하는 복수의 실들로 직조된 직물(450)이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 직물(450)은 섬유(412An, 412Ap, 414An, 414Ap) 및 일반적인 섬유(210B)를 포함하는 복수의 실들로 직조될 수 있다. 일례로, 직물(450)은 씨실로서 섬유(412An, 412Ap) 및 섬유(210B)를 사용하고, 날실로서 섬유(414An, 414Ap) 및 섬유(210B)를 사용하여 직조될 수 있다. 이 경우 직물(450)은 섬유(412An, 412Ap), 섬유(414An, 414Ap) 및 섬유(210B)를 독립된 올로서 사용하여 직조될 수 있다. 다르게는, 직물(450)은 섬유(412An, 412Ap)와 섬유(210B)를 혼합한 섬유 및 섬유(414An, 414Ap)와 섬유(210B)를 혼합한 섬유를 각각 씨실 및 날실로 사용하여 직조될 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상기한 예시 이외에도 직물(450)은 섬유(412An, 412Ap, 414An, 414Ap)와 섬유(210B)를 이용하여 다양한 방법으로 직조될 수 있다. 즉, 상기 변형에 의하여 서로 다른 극성 또는 세기를 가지는 전기에너지를 생성하는 섬유(412An, 412Ap) 및 섬유(414An, 414Ap)가 각각 씨실 및 날실에 교대로 배치되는 한 그 배치방법에는 제한이 없다.
The
도 5는 일 실시 예에 따른 모직형 에너지 포집소자 제조방법을 설명하는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 510블록에서, 외력에 의한 변형에 의하여 전기에너지를 생성하는 섬유를 포함하는 실을 준비한다. 상기 섬유는 예로서 압전섬유, 압전물질(piezoelectric material)이 코팅된 섬유 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 압전섬유는 상기 압전물질을 사용하여 제작된 섬유일 수 있다. 상기 압전물질은 예로서 PVDF(polyvinylidene fluoride), PZT(lead zirconate titanate) 등일 수 있다. 압전물질이 코팅된 상기 섬유는 예로서 일반적인 섬유(110B)일 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로도 상기한 예시 이외에도 다양한 재료가 사용될 수 있다.5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a woolen energy collecting device according to an embodiment. Referring to FIG. 5, in
520블록에서, 상기 섬유의 표면에 서로 이격되어 배치되는 제1 전극 및 제2 전극을 형성한다. 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로서 다양한 전도성 재료가 사용될 수 있다. 상기 전도성 재료는 예로서 금속, 전도성 폴리머 등일 수 있다. 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 섬유의 상기 표면에 전도성 박막을 형성하여 배치될 수 있다. 상기 전도성 박막은 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자(이하 당업자라 함)에게 잘 알려져 있는 여러 공정들 중 어느 하나가 적용되어 상기 섬유의 상기 표면에 형성될 수 있다. 예로서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 형성하는 상기 공정은 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition), 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition) 등을 포함할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.In
몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 모직형 에너지 포집소자 제조방법은 선택적으로(optionally) 상기 실을 포함하는 복수의 실들을 사용하여 직물을 직조하는 과정을 더 포함할 수 있다. 상기 섬유는 상기 외력에 의한 상기 변형에 의하여 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 제1 섬유 및 제2 섬유를 포함할 수 있다. 일 실시 예로서, 상기 직물을 직조하는 상기 과정은 상기 복수의 실들 중 일부를 씨실로 하고, 나머지 일부를 날실로 하여 상기 직물을 직조하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 씨실 및 상기 날실은 각각 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유를 포함할 수 있다. 다른 실시 예로서, 상기 직물을 직조하는 상기 과정은 상기 복수의 실들 중 일부를 씨실로 하고, 나머지 일부를 날실로 하여 상기 직물을 직조하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 씨실 중 서로 연속된 씨실은 제1 씨실 및 제2 씨실이라 하자. 또한, 상기 날실 중 서로 연속된 날실은 제1 날실 및 제2 날실이라 하자. 일례로, 상기 서로 연속된 씨실은 상기 제1 씨실이 상기 제1 섬유를 포함하고, 상기 제2 씨실이 상기 제2 섬유를 포함함으로써 서로 연속될 수 있다. 상기 서로 연속된 날실은 상기 제1 날실이 상기 제1 섬유를 포함하고, 상기 제2 날실이 상기 제2 섬유를 포함함으로써 서로 연속될 수 있다. 상기 직물에 포함되는 상기 섬유의 배치, 위치관계 등을 포함하는 특징들은 도1 내지 도4와 관련하여 상술한 섬유(110, 210A, 310A, 410A)의 배치, 위치관계 등을 포함하는 특징들로부터 유추할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다. 상기 직물은 당업자에게 잘 알려져 있는 여러 방법들 중 어느 하나가 적용되어 직조될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.In some other embodiments, the method of manufacturing a woolen energy collecting device may optionally further include weaving a fabric using a plurality of yarns including the yarns. The fiber may include a first fiber and a second fiber generating electrical energy having different polarities by the deformation caused by the external force. In one embodiment, the process of weaving the fabric may include a process of weaving the fabric using a part of the plurality of yarns as wefts, and the other part as warps. The weft and the warp may include the first fiber and the second fiber, respectively. In another embodiment, the process of weaving the fabric may include a process of weaving the fabric using some of the plurality of yarns as wefts and the remaining portions as warp yarns. The weft yarns which are continuous with each other of the weft yarns are called first weft yarns and second weft yarns. In addition, the warp that is continuous with each other of the warp is called a first warp and a second warp. In one example, the weft continuous with each other can be continuous with each other by the first weft comprises the first fiber, the second weft comprises the second fiber. The warp that is continuous with each other may be continuous with each other by the first warp including the first fiber and the second warp includes the second fiber. Features including the placement, positional relationship, etc. of the fibers included in the fabric are derived from features including the placement, positional relationship, etc. of the
몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 모직형 에너지 포집소자 제조방법은 530블록에 도시된 바와 같이 선택적으로(optionally) 상기 전기에너지를 저장하는 저장회로를 제공하는 과정을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 저장회로와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 저장회로는 다이오드(미도시), 축전기(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 다이오드는 상기 섬유가 생성하는 교류 전기 신호를 정류하여 상기 축전기에 제공하며, 상기 축전기는 정류된 전기 신호로부터 전기에너지를 저장할 수 있다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 전기에너지를 이용하는 무선 센서 네트워크 등과 같은 회로에서 교류 전기 신호를 직접 이용하는 경우에는 상기 충전기는 생략될 수 있다.
In some other embodiments, the method of manufacturing a woolen energy collecting device may further include providing a storage circuit for selectively storing the electrical energy as shown in
상기로부터, 본 개시의 다양한 실시 예들이 예시를 위해 기술되었으며, 아울러 본 개시의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 가능한 다양한 변형 예들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다. 그리고 개시되고 있는 상기 다양한 실시 예들은 본 개시된 사상을 한정하기 위한 것이 아니며, 진정한 사상 및 범주는 하기의 청구항으로부터 제시될 것이다.From the above, various embodiments of the present disclosure have been described for purposes of illustration, and it will be understood that various modifications are possible without departing from the scope and spirit of the present disclosure. And the various embodiments disclosed are not intended to limit the present disclosure, the true spirit and scope will be presented from the following claims.
Claims (20)
을 포함하는 모직형 에너지 포집소자.Thread containing fiber for generating electrical energy by deformation by external force
Wool energy collecting device comprising a.
상기 섬유의 표면에 서로 이격되어 배치되는 제1 전극 및 제2 전극을 더 포함하는 모직형 에너지 포집소자.The method of claim 1,
Wool energy collecting element further comprises a first electrode and a second electrode disposed on the surface of the fiber spaced apart from each other.
을 포함하는 모직형 에너지 포집소자.Fabric woven from a plurality of yarns, at least some of the plurality of yarns comprising fibers generating electrical energy by deformation by external forces
Wool energy collecting device comprising a.
상기 섬유의 표면에 서로 이격되어 배치되는 제1 전극 및 제2 전극을 더 포함하는 모직형 에너지 포집소자.The method of claim 3,
Wool energy collecting element further comprises a first electrode and a second electrode disposed on the surface of the fiber spaced apart from each other.
상기 섬유는 상기 외력에 의한 상기 변형에 의하여 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 제1 섬유 및 제2 섬유를 포함하는 모직형 에너지 포집소자.The method of claim 3,
The fiber is a woolen energy collecting device comprising a first fiber and a second fiber to generate electrical energy having different polarities by the deformation caused by the external force.
상기 직물은 상기 복수의 실들 중 일부를 씨실로 하고, 나머지 일부를 날실로 하여 직조되며, 상기 씨실 및 상기 날실은 각각 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유를 포함하는 모직형 에너지 포집소자.The method of claim 5,
And the fabric is woven with a part of the plurality of yarns as wefts and the other part as warp yarns, and the weft and the warp yarns each include the first fiber and the second fiber.
상기 씨실의 일면에 배치되는 제1 전극 및 상기 날실의 일면에 배치되는 제2 전극을 더 포함하되,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 서로 이격되어 배치되는 모직형 에너지 포집기.The method of claim 6,
Further comprising a first electrode disposed on one surface of the weft and a second electrode disposed on one surface of the warp,
And the first electrode and the second electrode are spaced apart from each other.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되어 상기 전기에너지를 저장하는 저장회로를 더 포함하되,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 각각 상기 저장회로의 서로 다른 전극과 전기적으로 연결되는 모직형 에너지 포집기.The method of claim 7, wherein
And a storage circuit electrically connected to the first electrode and the second electrode to store the electrical energy.
And the first electrode and the second electrode are each electrically connected to different electrodes of the storage circuit.
상기 직물은 상기 복수의 실들 중 일부를 씨실로 하고, 나머지 일부를 날실로 하여 직조되며,
상기 씨실 중 서로 연속된 씨실-이하 제1 씨실 및 제2 씨실이라 함-은 상기 제1 씨실이 상기 제1 섬유를 포함하고, 상기 제2 씨실이 상기 제2 섬유를 포함함으로써 서로 연속되며,
상기 날실 중 서로 연속된 날실-이하 제1 날실 및 제2 날실이라 함-은 상기 제1 날실이 상기 제1 섬유를 포함하고, 상기 제2 날실이 상기 제2 섬유를 포함함으로써 서로 연속되는 모직형 에너지 포집소자.The method of claim 5,
The fabric is woven with some of the plurality of yarns as wefts and some as warps;
Wefts that are continuous to each other of the weft yarns, hereinafter referred to as first weft yarns and second weft yarns, are contiguous with each other by the first weft yarn comprising the first fiber and the second weft yarn comprising the second fiber,
The warp yarns continuously connected to each other of the warp yarns, hereinafter referred to as first warp yarns and second warp yarns, are woolen yarns which are continuous with each other by the first warp yarns including the first fibers and the second warp yarns including the second fibers. Energy collector.
상기 씨실의 일면에 배치되는 제1 전극 및 상기 날실의 일면에 배치되는 제2 전극을 더 포함하되,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 서로 이격되어 배치되는 모직형 에너지 포집기.10. The method of claim 9,
Further comprising a first electrode disposed on one surface of the weft and a second electrode disposed on one surface of the warp,
And the first electrode and the second electrode are spaced apart from each other.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되어 상기 전기에너지를 저장하는 저장회로를 더 포함하되,
상기 제1 씨실의 상기 일면에 배치되는 상기 제1 전극 및 상기 제2 씨실의 상기 일면에 배치되는 상기 제1 전극은 각각 상기 저장회로의 서로 다른 전극과 전기적으로 연결되며,
상기 저장회로는 상기 제2 전극의 전위를 기준전압으로 하는 모직형 에너지 포집기.The method of claim 10,
And a storage circuit electrically connected to the first electrode and the second electrode to store the electrical energy.
The first electrode disposed on the one surface of the first weft and the first electrode disposed on the one surface of the second weft are electrically connected to different electrodes of the storage circuit, respectively.
And the storage circuit is a woolen energy collector which has a potential of the second electrode as a reference voltage.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되어 상기 전기에너지를 저장하는 저장회로를 더 포함하되,
상기 제1 날실의 상기 일면에 배치되는 상기 제2 전극 및 상기 제2 날실의 상기 일면에 배치되는 상기 제2 전극은 각각 상기 저장회로의 서로 다른 전극과 전기적으로 연결되며,
상기 저장회로는 상기 제1 전극의 전위를 기준전압으로 하는 모직형 에너지 포집기.The method of claim 10,
And a storage circuit electrically connected to the first electrode and the second electrode to store the electrical energy.
The second electrode disposed on the one surface of the first warp and the second electrode disposed on the one surface of the second warp are electrically connected to different electrodes of the storage circuit, respectively.
And said storage circuit is a woolen type energy collector for which the potential of said first electrode is a reference voltage.
상기 섬유는 압전섬유, 압전물질이 코팅된 섬유 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 모직형 에너지 포집소자.The method according to any one of claims 1 to 12,
The fiber is a woolen energy collecting device comprising at least one selected from piezoelectric fibers, piezoelectric material coated fibers and combinations thereof.
상기 섬유의 표면에 서로 이격되어 배치되는 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 과정
을 포함하는 모직형 에너지 포집소자 제조방법.Preparing a thread including fibers for generating electrical energy by deformation due to external force; And
Forming a first electrode and a second electrode spaced apart from each other on the surface of the fiber
Wool energy collecting device manufacturing method comprising a.
상기 실을 포함하는 복수의 실들을 사용하여 직물을 직조하는 과정을 더 포함하는 모직형 에너지 포집소자 제조방법.The method of claim 14,
The method of manufacturing a woolen energy harvesting device further comprising the step of weaving a fabric using a plurality of yarns including the yarn.
상기 섬유는 상기 외력에 의한 상기 변형에 의하여 서로 다른 극성을 가지는 전기에너지를 생성하는 제1 섬유 및 제2 섬유를 포함하는 모직형 에너지 포집소자 제조방법.16. The method of claim 15,
The fiber is a woolen energy harvesting device manufacturing method comprising a first fiber and a second fiber to generate electrical energy having different polarities by the deformation caused by the external force.
상기 직물을 직조하는 상기 과정은 상기 복수의 실들 중 일부를 씨실로 하고, 나머지 일부를 날실로 하여 상기 직물을 직조하는 과정을 포함하되,
상기 씨실 및 상기 날실은 각각 상기 제1 섬유 및 상기 제2 섬유를 포함하는 모직형 에너지 포집소자 제조방법.The method of claim 16,
The process of weaving the fabric includes a process of weaving the fabric with a part of the plurality of yarns as wefts and the other part as warp yarns,
The weft and the warp yarn is a woolen energy harvesting device manufacturing method comprising the first fiber and the second fiber, respectively.
상기 직물을 직조하는 상기 과정은 상기 복수의 실들 중 일부를 씨실로 하고, 나머지 일부를 날실로 하여 상기 직물을 직조하는 과정을 포함하되,
상기 씨실 중 서로 연속된 씨실-이하 제1 씨실 및 제2 씨실이라 함-은 상기 제1 씨실이 상기 제1 섬유를 포함하고, 상기 제2 씨실이 상기 제2 섬유를 포함함으로써 서로 연속되며,
상기 날실 중 서로 연속된 날실-이하 제1 날실 및 제2 날실이라 함-은 상기 제1 날실이 상기 제1 섬유를 포함하고, 상기 제2 날실이 상기 제2 섬유를 포함함으로써 서로 연속되는 모직형 에너지 포집소자 제조방법.The method of claim 16,
The process of weaving the fabric includes a process of weaving the fabric with a part of the plurality of yarns as wefts and the other part as warp yarns,
Wefts that are continuous to each other of the weft yarns, hereinafter referred to as first weft yarns and second weft yarns, are contiguous with each other by the first weft yarn comprising the first fiber and the second weft yarn comprising the second fiber,
The warp yarns continuously connected to each other of the warp yarns, hereinafter referred to as first warp yarns and second warp yarns, are woolen yarns which are continuous with each other by the first warp yarns including the first fibers and the second warp yarns including the second fibers. Method for manufacturing an energy collecting device.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되며, 상기 전기에너지를 저장하는 저장회로를 제공하는 과정을 더 포함하는 에너지 포집소자 제조방법.The method according to any one of claims 14 to 18,
And a step of providing a storage circuit electrically connected to the first electrode and the second electrode and storing the electrical energy.
상기 섬유는 압전섬유, 압전물질이 코팅된 섬유 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 모직형 에너지 포집소자 제조방법.The method according to any one of claims 14 to 18,
The fiber comprises a piezoelectric fiber, a piezoelectric material coated fiber and at least one selected from a combination thereof woolen energy harvesting device manufacturing method.
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KR101658308B1 (en) * | 2015-03-20 | 2016-09-20 | 서강대학교산학협력단 | self-powered wearable sensor integrated with woven piezoelectric energy harvester |
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JPH09160270A (en) * | 1995-06-28 | 1997-06-20 | Ricoh Co Ltd | Positive charge type organic electrophotographic photoreceptor |
JP2003033050A (en) * | 2001-05-07 | 2003-01-31 | Masanobu Kujirada | Clothing power generating system utilizing motion of human body |
JP2003082523A (en) | 2001-09-06 | 2003-03-19 | Nissan Motor Co Ltd | Energy-converting fiber, sound-absorbing and insulating material, sound-absorbing and insulating structure and vehicle interior material using the same |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101366133B1 (en) * | 2012-07-13 | 2014-02-25 | 한국과학기술원 | Fiber for Fabricating Fabric Using Polymer Piezoelectrics and Fabrication Method Thereof |
US9287487B2 (en) | 2012-10-19 | 2016-03-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Textile-based stretchable energy generator |
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