KR20160091656A - Torsional actuators by temperature gradient and energy harvesting device using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a rotary operator. According to the present invention, the rotary operator uses a single polymer fiber, manufactured through electric radiation, or manufactures a polymer sheet, on which the polymer fiber is arranged in a single direction, by twisting and coiling the sheet. The present invention is capable of efficiently converting thermal energy, wasted in the air, into mechanical energy even if temperature is not artificially changed since the present invention enables reversible, fast, and efficient operation by using a constant temperature gradient supplied from a temperature difference in an ordinary environment. Moreover, provided are various types of energy harvesting devices capable of improving the efficiency of collecting thermal energy as electric energy by using the rotary operator.

Description

온도 구배에 의해 구동되는 회전형 구동기 및 이를 이용한 에너지 하베스팅 장치{Torsional actuators by temperature gradient and energy harvesting device using the same}Technical Field [0001] The present invention relates to a rotary actuator driven by a temperature gradient, and an energy harvesting device using the same,

본 발명은 온도 구배에 의해 구동되는 회전형 구동기 및 이를 이용한 에너지 하베스팅 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 낭비되고 있는 주위 환경에서의 열 에너지를 기계적 에너지로 전환할 수 있는 회전형 구동기와 이를 이용하여 전기에너지 생성할 수 있는, 효율이 우수한 에너지 하베스팅 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a rotary actuator driven by a temperature gradient, and to an energy harvesting apparatus using the same, and more particularly, to a rotary actuator capable of converting heat energy into mechanical energy in a wasted environment, The present invention relates to an energy harvesting apparatus capable of generating electric energy.

에너지 수확 기술이란, 주변 환경에 존재하거나, 낭비되고 있는 진동, 열, 빛, RF 등의 에너지를 전기에너지로 변환하는 기술을 의미한다. 이러한 기술이 크게 주목받고 있는 이유는 에너지 수확의 구조 및 성능이 지속적으로 진화하면서 수확되는 전기 에너지의 밀도가 점점 커지고 있기 때문이다.Energy harvesting technology refers to a technology that converts energy such as vibration, heat, light, and RF, which are present in the surrounding environment or are wasted, into electrical energy. This technology is attracting much attention because the density of the harvested electric energy is getting larger as the structure and performance of the energy harvest continue to evolve.

에너지 수확 기술로는 열전 효과(thermoelectricity)를 이용하여 온도차이를 전기에너지로 변환할 수 있는 방법이 있다. 열전효과에 의한 방식은 양단의 온도차에 의해 전압이 발생되는 열전 재료를 이용하는 것으로, 사람의 체온이나 폐열로부터 전기 에너지를 얻을 수 있다는 장점이 있지만, 일정한 온도차이가 존재하여야만 전위차가 발생한다는 점과 효율이 매우 낮다는 등의 문제점이 존재한다.As an energy harvesting technique, there is a method of converting the temperature difference to electrical energy by using thermoelectricity. The thermoelectric effect method utilizes a thermoelectric material that generates a voltage by a temperature difference at both ends. It has an advantage that electric energy can be obtained from human body temperature or waste heat. However, since a potential difference occurs when a constant temperature difference exists, Is very low.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 온도 변화(fluctuation)와 같은 열에너지, 전기화학적, 화학적, 열적 또는 습도로부터 접히거나, 상하로 움직이거나 회전하는 등의 구동(actuation)이 발생되는 다양한 인공근육들이 개발되어 왔다.In order to solve the above problems, various artificial muscles have been developed in which actuation such as thermal fluctuation, thermal energy, electrochemical, chemical, thermal or humidity, folding, moving up and down, come.

일예로, 비틀리고 꼬인 형태의 탄소 나노튜브 실(비특허 문헌 1, 2)은 종래의 일반적인 탄소나노튜브 실보다 약 1000 배 이상 더 큰 회전 구동을 나타냈다. 다시 말해, 상술한 형태의 탄소 나노튜브 실은 열적 에너지로부터 회전 구동이 유도되거나, 변화하는 온도에 의해서 자가 구동될 수 있는 기술이다.For example, twisted and twisted carbon nanotube yarns (non-patent documents 1 and 2) exhibit rotational driving that is about 1000 times greater than conventional carbon nanotube yarns. In other words, the carbon nanotube chamber of the above-described type is a technology that can be driven by rotational drive from thermal energy or self-driven by a changing temperature.

그러나, 상기와 같은 구조의 탄소 나노튜브 실은 높은 전기전도 특성을 기반으로 전압을 인가하여 이의 제기에 따라 수축 또는 팽창하는 것으로, 전기 에너지를 열 에너지 또는 회전 에너지로 전환하는 것이다. 또한, 상기 수축 또는 팽창을 통해 발생되는 전환효율이 낮아, 일상생활 속에서 외부환경의 열 에너지를 충분히 활용할 수 없다는 문제가 존재한다.However, the carbon nanotube yarn having the above-described structure shrinks or expands according to its application by applying a voltage based on high electrical conductivity, thereby converting electric energy into thermal energy or rotational energy. Further, there is a problem that the conversion efficiency generated through the shrinkage or expansion is low, and the thermal energy of the external environment can not be fully utilized in everyday life.

한편, 상기 탄소나노튜브를 기반으로 하는 구동기 외에, 온도변화로부터 에너지를 저장하는 초전 물질(비특허 문헌 3), 폴리머 팽창에 의한 하이브리드 압전 시스템(비특허 문헌 4) 및 형태기억합금(비특허 문헌 5) 등이 개발되어 있으나, 이들은 모두 세밀한 분극 과정이 요구되고, 열 에너지를 기계적에너지 또는 전기에너지로 전환하기 위해서 필요한 온도변화가 높아야 하며, 신축성 및 탄성이 낮아 빠르고 효율적으로, 주위 환경에 존재하는 열에너지를 활용할 수 없다는 문제가 존재하기 때문에, 상기 물질을 이용하여 에너지 전환 장치로 사용되기에는 한계가 존재한다.In addition to the above-mentioned carbon nanotubes-based driver, a piezoelectric material (non-patent document 3) for storing energy from temperature change, a hybrid piezoelectric system by polymer expansion (non-patent document 4), and a shape memory alloy 5) have been developed. However, all of them are required to have a detailed polarization process, a temperature change required to convert thermal energy into mechanical energy or electric energy must be high, and the elasticity and elasticity are low, There is a problem that thermal energy can not be utilized. Therefore, there is a limit to be used as an energy conversion device using the above-mentioned material.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하면서, 일상적인 환경에서의 온도 변화에서도 구동이 가능하고, 가역적이면서 빠르며, 효율적으로 자가 구동할 수 있는 회전형 구동기를 만들고자 노력한 바, 본 발명과 같은 회전형 구동기를 개발하기에 이르렀다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a rotatable type actuator that can be driven even under a temperature change in a normal environment, can be reversibly, rapidly, and efficiently self-driven, Development.

비특허 문헌 1. J. Foroughi, G. M. Spinks, G. G. Wallace, J. Oh , M. E. Kozlov, S. L. Fang, T. Mirfakhrai, J. D. W. Madden, M. K. Shin, S. J. Kim, R. H. Baughman, Science 2011, 334, 494.Non-Patent Documents 1. J. Foroughi, G. M. Spinks, G. G. Wallace, J. Oh, M. E. Kozlov, S. L. Fang, T. Mirfakhrai, J. D. W. Madden, M. K. Shin, S. J. Kim, R. H. Baughman, Science 2011, 334, 494. 비특허 문헌 2. M. D. Lima, N. Li, M. J. de Andrade, S. L. Fang, J. Oh, G. M. Spinks, M. E. Kozlov, C. S. Haines, D. Suh, J. Foroughi, S. J. Kim, Y. S. Chen, T. Ware, M. K. Shin, L. D. Machado, A. F. Fonseca, J. D. W. Madden, W. E. Voit, D. S. Galvao, R. H. Baughman, Science 2012, 338, 928.Non-patent document 2. MD Lima, N. Li, MJ de Andrade, SL Fang, J. Oh, GM Spinks, ME Kozlov, CS Haines, D. Suh, J. Foroughi, SJ Kim, YS Chen, MK Shin, LD Machado, AF Fonseca, JDW Madden, WE Voit, DS Galvao, RH Baughman, Science 2012, 338, 928. 비특허 문헌 3. Y. Yang, S. Wang, Y. Zhang, Z. L. Wang, Nano Lett. 2012, 12, 6408.Non-Patent Document 3. Y. Yang, S. Wang, Y. Zhang, Z. L. Wang, Nano Lett. 2012, 12, 6408. 비특허 문헌 4. X. Wang, K. Kim, Y. Wang, M. Stadermann, A. Noy, A. V. Hamza, J. Yang, D. J. Sirbuly, Nano Lett. 2010, 10, 4091.Non-Patent Document 4. X. Wang, K. Kim, Y. Wang, M. Stadermann, A. Noy, A. V. Hamza, J. Yang, D. J. Sirbuly, Nano Lett. 2010, 10, 4091. 비특허 문헌 5. D. Zakharov, G. Lebedev, O. Cugat, J. Delamare, B. Viala, T. Lafont, L. Gimeno, A. Shelyakov, J. Micromech. Microeng. 2012, 22, 094005.Non-patent document 5. D. Zakharov, G. Lebedev, O. Cugat, J. Delamare, B. Viala, T. Lafont, L. Gimeno, A. Shelyakov, J. Micromech. Microeng. 2012, 22, 094005.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 주위 온도 차이에 의해 회전형 구동기 내 온도구배가 발생하게 되고, 이로 인해 구동하는, 열에 민감한 회전형 구동기를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a rotary type driver which is sensitive to heat and which is driven by the temperature gradient in the rotary type actuator due to the ambient temperature difference.

본 발명의 다른 목적은 상기 회전형 구동기를 이용한 다양한 형태의 에너지 하베스팅 장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide various types of energy harvesting apparatus using the rotatable type driver.

본 발명은 상기 목적을 이루기 위하여, 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 상기 고분자 섬유가 일 방향으로 배향되어 형성된 고분자 시트를 포함하고,In order to achieve the above object, the present invention provides a polymer sheet comprising at least one polymer fiber or a polymer sheet formed by orienting the polymer fibers in one direction,

상기 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 고분자 시트는 내측을 기준으로 상단부 및 하단부로 이루어지고,Wherein the at least one polymer fiber or polymer sheet comprises an upper portion and a lower portion with respect to an inner side,

상기 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 상단부와 하단부는 어느 하나 이상이 고정되어져 있으며,At least one of the upper and lower ends of the at least one polymer fiber or polymer sheet is fixed,

상기 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 고분자 시트는 상단부와 하단부가 서로 같은 방향 혹은 반대방향으로 회전되어 제조된 비틀린(twist) 혹은 꼬인 형태(coil)를 가지는 것을 특징으로 하는 회전형 구동기로,Wherein the at least one polymer fiber or polymer sheet has twisted or twisted coils manufactured by rotating the upper and lower ends in the same or opposite directions,

상기 회전형 구동기의 일부분과 다른 부분의 온도구배가 발생하면, 상기 회전형 구동기의 일부분과 다른 부분의 부피 차가 발생하여 연속적인 회전을 발생하는 것을 특징으로 하는 회전형 구동기를 제공한다.When a temperature gradient is generated between a portion of the rotatable type actuator and another portion of the rotatable type actuator, a volume difference occurs between a portion of the rotatable type actuator and another portion, thereby generating a continuous rotation.

상기 고분자 섬유는 나일론, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 및 고무 등의 고분자 재료로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.The polymer fiber may be any one selected from the group consisting of polymer materials such as nylon, polyurethane, polyethylene and rubber.

상기 회전형 구동기의 일부분과 다른 부분과의 온도구배는 1 ℃이상 일 수 있다.The temperature gradient between a portion of the rotatable actuator and another portion may be at least 1 ° C.

상기 회전형 구동기의 직경은 0.5 내지 200 ㎛일 수 있다.The diameter of the rotary actuator may be 0.5 to 200 탆.

상기 회전형 구동기의 최대온도가 20 내지 80 ℃일 수 있다.The maximum temperature of the rotary actuator may be 20 to 80 캜.

상기 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 상단부와 말단부가 서로 같은 방향 혹은 반대방향으로 회전되어 회전형 구동기로 제조될 때, 상기 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 유리전이온도(Tg) 이상에서, 2,000 내지 60,000 turns/m의 꼬임수로 회전되어 제조되는 것 일 수 있다.In the at least one polymer fiber, or when the upper end and the distal end of the polymer sheet is rotated in the same direction or in opposite directions to each other be made of a rotatable actuator, the polymer fibers or at least the glass transition (T g) temperature of the polymer sheet, 2,000 to Lt; RTI ID = 0.0 > 60,000 turns / m. ≪ / RTI >

상기 회전형 구동기는 고정되기 이전에 전체 길이에 대해 10 내지 60% 인장된 후, 고정될 수 있다.The rotatable actuator can be fixed after being stretched 10 to 60% over its entire length before being fixed.

또한, 본 발명은 상기 회전형 구동기 2 가닥으로 이루어진 2-플라이 구조를 가지고, 한 가닥처럼 거동하는 것을 특징으로 하는 2-플라이 구조의 회전형 구동기를 제공한다.In addition, the present invention provides a two-ply rotary actuator having a two-ply structure composed of two rotatable actuators and behaving like one strand.

또한, 본 발명은 상기 목적을 이루기 위하여, 온도구배에 의해 연속적인 회전을 제공하는 상기 회전형 구동기, 상기 회전형 구동기 내에 지점에 위치하고, 상기 회전형 구동기가 회전함에 따라 회전하는, 적어도 하나 이상의 자성체 또는 코일 및 상기 회전형 구동기와 이격되어 배치되는 적어도 하나 이상의 코일 또는 자성체;를 포함하는 에너지 하베스팅 장치를 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, the present invention also provides a driving apparatus for a vehicle, comprising: a rotatable type actuator for providing continuous rotation by a temperature gradient; at least one magnetic body Or at least one coil or a magnetic body disposed between the coil and the rotative actuator.

상기 회전형 구동기가 온도구배에 의해 회전함에 따라 상기 자성체가 회전하고, 상기 코일 내부를 통과하는 자속의 변화를 유도하여 전기에너지를 생성할 수 있다.As the rotative actuator rotates by the temperature gradient, the magnetic body rotates and induces a change in magnetic flux passing through the inside of the coil to generate electric energy.

상기 자성체는 영구자석이고, 상기 자성체의 무게는 상기 회전형 구동기에 대해 1 내지 1000 배일 수 있다.The magnetic body may be a permanent magnet, and the weight of the magnetic body may be 1 to 1000 times the weight of the rotative actuator.

상기 회전형 구동기는 양단이 모두 고정되어 있거나, 어느 하나의 말단만 고정되어 있고,The rotary actuator may have both ends fixed or only one end fixed,

상기 회전형 구동기가 어느 하나의 말단만 고정된 경우, 상기 회전형 구동기의 고정되지 않은 어느 하나의 말단에 위치변동지지대를 더 포함할 수 있다.In the case where only one end of the rotary actuator is fixed, the rotary actuator may further include a position variation support at one of the non-fixed ends of the rotary actuator.

상기 위치변동지지대는 자성체인 것을 특징으로 하고, 상기 위치변동지지대와 이격되어 위치하고, 둘러싼 코일을 포함하고, 온도구배에 따라 상기 회전형 구동기가 인장되고 수축되면 위치변동지지대가 수평으로 움직이면서 상기 코일 내부를 통과하는 자속이 변하여 전기에너지를 생성하는 것일 수 있다.Wherein the position variation support is a magnetic body and is spaced apart from the position variation support and includes an enclosed coil. When the rotation type actuator is pulled and contracted according to a temperature gradient, the position variation support moves horizontally, Lt; RTI ID = 0.0 > electrical energy. ≪ / RTI >

또한, 본 발명은 상기 목적을 이루기 위하여, 상기 에너지 하베스팅 장치의 상단부 및 하단부 중 어느 한 곳에 부착된, 판, 상기 판은 열림과 닫힘을 발생시키는 개폐구를 포함하고, 상기 회전형 구동기의 일 지점에 위치하고, 상기 판과 이격되어 배치된, 상기 개폐구와 동일한 모양의 적어도 하나의 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치를 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, the present invention also provides an energy harvesting apparatus comprising: a plate attached to one of an upper end portion and a lower end portion of the energy harvesting apparatus; and an opening and closing port for causing the plate to open and close, And at least one pin located at a position spaced apart from the plate and having the same shape as the opening and closing port.

상기 회전형 구동기가 온도구배에 따라 회전하게 되고, 상기 회전형 구동기의 회전에 의해 상기 핀이 상기 개폐구와 이격된 수평 위치에 위치하게 되어 개폐구로부터 유입되는 공기의 흐름을 차단할 수 있다.The rotating actuator rotates in accordance with the temperature gradient and the pin is positioned at a horizontal position spaced apart from the opening and closing port by the rotation of the rotatable actuator to block the flow of air flowing from the opening and closing port.

상기 개폐구가 구비된 각 판과 핀과의 이격거리는 0.1 내지 3 ㎝일 수 있다.The spacing between each plate having the opening and closing port and the fin may be 0.1 to 3 cm.

또한, 본 발명은 상기 목적을 이루기 위하여, 양 말단이 가로축으로 고정되어 있고, 온도구배에 의해 회전하는 상기 회전형 구동기,In order to achieve the above-mentioned object, the present invention also provides a rotary actuator having both ends fixed on a horizontal axis and rotated by a temperature gradient,

상기 회전형 구동기 내의 중앙 지점에 구비된 승강수단,Elevating means provided at a central point in the rotative actuator,

상기 승강수단 하부에 구비되고, 상기 승강수단과 연결되어, 상기 회전형 구동기가 회전함에 따라 위치변동을 갖는, 적어도 하나 이상의 자성체 및At least one magnetic body provided below the elevating means and connected to the elevating means and having a positional variation as the rotative actuator rotates,

상기 자성체의 상하이동에 의해 전계를 발생시키는 적어도 하나 이상의 코일을 포함하는 에너지 하베스팅 장치를 제공한다.And at least one coil for generating an electric field by the up and down movement of the magnetic body.

상기 코일은 상기 자성체의 측면을 둘러싸는 원통형일 수 있다.The coil may be cylindrical to surround the side surface of the magnetic body.

상기 코일은 상기 자성체의 측면 또는 하면에 위치하여 상기 자성체의 상하이동에 의해 전계를 발생시킬 수 있다.The coil is located on a side surface or a lower surface of the magnetic body, and the magnetic field can generate an electric field by the upward and downward movement of the magnetic body.

상기 회전형 구동기가 온도구배에 의해 회전함에 따라 상기 자성체는 상하이동을 갖고, 상기 자성체의 위치변동이 상기 코일과 자성체 간의 이격거리 변동을 야기하여, 상기 코일을 통과하는 자속의 변화가 유도되어 전기에너지를 생성할 수 있다.As the rotary actuator rotates by a temperature gradient, the magnetic body moves up and down, and a change in the position of the magnetic body causes a variation in the distance between the coil and the magnetic body. Thus, a change in magnetic flux passing through the coil is induced, Lt; / RTI >

상기 자성체의 상하이동 거리는 0.1 내지 3 ㎝일 수 있다.The vertical moving distance of the magnetic body may be 0.1 to 3 cm.

상기 승강수단은 회전에너지를 위치에너지로 전환하는 장치일 수 있다.The elevating means may be a device for converting rotational energy into position energy.

본 발명에 따른 회전형 구동기는 전기방사를 통해 제조된 고분자 섬유를 단독으로 사용하거나, 상기 고분자 섬유를 단일 방향으로 배향한 고분자 시트를 사용하여, 여기에 꼬임을 인가함으로써, 주위 환경에 존재하는 온도차이로부터 공급되는 지속적인 온도구배에 민감하고, 가역적이면서 빠르고 효율적인 구동을 가지기 때문에, 큰 온도변화를 제공하지 않아도 공기 중에 낭비되는 열 에너지를 효율적으로 기계적 에너지로 전환할 수 있다.The rotating type actuator according to the present invention can use a polymer fiber produced through electrospinning singly or by applying a twist to a polymer sheet oriented in a unidirection by using the polymer fiber, Since it is sensitive to the continuous temperature gradients supplied from the difference and has a reversible, fast and efficient drive, it is possible to efficiently convert the thermal energy wasted in the air to mechanical energy without providing a large temperature change.

또한, 상기 회전형 구동기는 우수한 회전속도를 가질 뿐만 아니라, 내구성 및 안정성이 우수하여 장기간 사용하여도 회전속도의 감소가 거의 나타나지 않으므로, 수명특성이 우수하다.In addition, the rotatable type actuator is excellent in durability and stability as well as having excellent rotational speed, and shows almost no decrease in rotational speed even when used for a long period of time.

또한, 상기 회전형 구동기를 이용하여 열에너지를 전기에너지로 회수할 수 있는 효율이 향상된 다양한 형태의 에너지 하베스팅 장치를 제공할 수 있다.Also, it is possible to provide various types of energy harvesting apparatuses with improved efficiency of recovering thermal energy as electric energy by using the rotary type driver.

도 1은 본 발명에 따른 회전형 구동기의 다양한 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 회전형 구동기가 공기 중의 온도차이로부터 온도구배가 발생되어 회전구동하게 되는 원리를 나타낸 도면이다.
도 3은 고분자 섬유가 일 방향으로 배향된, 본 발명에 따른 고분자 시트의 제조과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 회전형 구동기를 이용한 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 회전형 구동기를 이용한 에너지 하베스팅 장치의 부가요소에 대한 구조를 나타낸 도면과 사진이다.
도 6a는 본 발명의 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 위에서 바라본 모습을 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 10은 하단부 온도가 53 ℃로 고정되어, 온도구배를 갖는 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기(12 ㎝ 길이, 100 ㎛직경)의 회전속도(■), 회전각(□)을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 11은 회전형 구동기의 상단부와 하단부의 온도차이가 13 ℃로 고정된 상태에서, 하단부 온도가 40~60 ℃일 때, 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기(12 ㎝ 길이, 100 ㎛직경)의 회전속도(■)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 12는 서로 다른 형태의 실시예 1 내지 5로부터 제조된 회전형 구동기들의 상단부와 하단부 간 온도차이가 10 ℃이고, 상기 하단부의 온도가 52 ℃일 때, 회전속도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 13은 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기는 고정되기 이전에 전체 길이에 대해 각각 0 내지 50% 인장(strain)하여, 고정한 것으로, 상기 각 회전형 구동기에 대한 회전스피드와 회전에너지를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 14는 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기의 중앙에 패들을 부착한 다음, 이의 직경을 달리하여, 관성모멘트(moment of inertia)에 따른 회전속도 및 회전에너지(torsional energy)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 15는 길이에 따른 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기의 회전속도 및 회전에너지를 나타낸 그래프이다.
도 16은 하단부 온도가 53 ℃이고, 하단부와 상단부의 온도차이가 13 ℃인 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기를 총 8 시간동안 구동하였을 때, 각 사이클의 회전속도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 17은 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기의 상단부와 하단부 사이에 자성체를 구비한 제조예 1에 따른 에너지 하베스팅 장치의 시간에 따라 생성되는 전압(흑색선)과 평균 온도(청색선)를 나타낸 그래프이다. 이때, 내삽된 그래프는 열에너지를 전기에너지로 전환할 수 있는 상기 에너지 하베스팅 장치의 일예를 나타낸 도면이다.
도 18은 제조예 1에 따른 에너지 하베스팅 장치(평균온도 46 ℃)에서, 히트플레이트를 이용한 대류를 통해 12 ℃ 온도구배를 발생시켰을 때, 시간에 따라 생성되는 전압을 측정한 그래프이다.
도 19는 제조예 1에 따른 에너지 하베스팅 장치의 저항에 따른 전기적 힘과 전압을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 20은 도 18과 동일한 조건에서의 제조예 1에 따른 에너지 하베스팅 장치로부터 생성된 전압을 연결 정류기로 정류한 전압(rectified voltage) 신호를 나타낸 그래프이다. 내삽된 도면은 상기 정류 회로의 도면이다.
1 is a view showing various structures of a rotative actuator according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing a principle in which a rotary actuator according to the present invention is rotationally driven by a temperature gradient generated from a temperature difference in air.
3 is a view showing a process for producing a polymer sheet according to the present invention in which polymer fibers are oriented in one direction.
4 is a cross-sectional view of an energy harvesting apparatus according to an embodiment of the present invention using a rotatable type driver.
5 is a view showing a structure and an additional structure of an additional component of the energy harvesting apparatus using the rotative actuator of the present invention.
6A is a cross-sectional view of an energy harvesting apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6B is a photograph of the energy harvesting apparatus according to another embodiment of the present invention taken from above. FIG.
7 is a cross-sectional view of an energy harvesting apparatus according to another embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view illustrating a structure of an energy harvesting apparatus according to another embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view illustrating a structure of an energy harvesting apparatus according to another embodiment of the present invention.
10 shows the results of measuring the rotational speed (?) And rotational angle (?) Of the rotational actuator (12 cm length, 100 탆 diameter) manufactured from Example 1 having a temperature gradient of 53 ° C. at the lower end Graph.
Fig. 11 is a graph showing the results obtained when the rotating type actuator (12 cm in length, 100 탆 diameter) manufactured in Example 1 was used when the temperature difference between the upper end and the lower end of the rotatable type actuator was fixed at 13 캜 and the lower end temperature was 40 to 60 캜, (2) of the first embodiment of the present invention.
12 is a graph showing the rotation speed measured when the temperature difference between the upper end portion and the lower end portion of the rotative actuators manufactured in Examples 1 to 5 of different embodiments is 10 ° C and the temperature of the lower end portion is 52 ° C.
13 is a graph showing the results of measurement of rotational speed and rotational energy for each of the rotatable actuators by fixing the rotatable actuators manufactured in Example 1 with 0 to 50% Fig.
Fig. 14 is a graph showing the results of measuring the rotational speed and torsional energy according to the moment of inertia by attaching the paddle to the center of the rotative actuator manufactured in Example 1, to be.
15 is a graph showing rotation speed and rotational energy of the rotatable type actuator manufactured from Example 1 according to the length.
16 is a graph showing the results of measuring the rotational speed of each cycle when the rotational type actuator manufactured from Example 1 in which the temperature of the lower end portion was 53 ° C and the temperature difference between the lower end portion and the upper end portion was 13 ° C for 8 hours in total to be.
17 is a graph showing the relationship between the voltage (black line) and the average temperature (blue line) generated over time of the energy harvesting apparatus according to Production Example 1 having a magnetic body between the upper end portion and the lower end portion of the rotatable type driver manufactured in Example 1 Fig. At this time, the interpolated graph shows an example of the energy harvesting device capable of converting heat energy into electric energy.
18 is a graph showing a voltage generated over time when a temperature gradient of 12 占 폚 is generated through convection using a heat plate at an energy harvesting apparatus according to Production Example 1 (average temperature: 46 占 폚).
19 is a graph showing an electric force and a voltage measured according to a resistance of the energy harvesting apparatus according to Production Example 1. FIG.
20 is a graph showing a rectified voltage signal obtained by rectifying the voltage generated from the energy harvesting device according to Production Example 1 under the same condition as that of FIG. 18 with a connection rectifier. The interpolated drawing is a view of the rectifying circuit.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.

종래, 외부환경에 존재하는 열 에너지를 기계적 에너지 혹은 전기에너지로 전환하기 위하여 다양한 초전물질이나 압전물질 등이 개발되어 왔다. 그러나, 상술한 초전물질이나 압전물질은 에너지를 생성하기 위해 우선적으로 상기 초전물질이나 압전물질의 내부에 분극화를 유도하기 위한 제조공정이 요구되는데, 이들은 대부분 고전압(10 ㎷/㎝)을 가하거나, 결정화를 유도하기 위해 고온에서 스트레칭하는 등의 복잡한 공정이며, 이러한 과정들이 세밀하게 이루어져야 한다는 점에서 문제가 존재한다.Conventionally, various kinds of pyroelectric materials and piezoelectric materials have been developed to convert thermal energy existing in the external environment into mechanical energy or electric energy. However, in order to generate energy, the above-mentioned pyroelectric material or piezoelectric material requires a manufacturing process for inducing polarization in the inside of the piezoelectric material or the piezoelectric material. Most of them require high voltage (10 ㎷ / cm) There is a problem in that it is a complicated process such as stretching at a high temperature to induce crystallization and that these processes must be finely performed.

또한, 상기 초전물질이나 압전물질을 사용한 구동기는 열 에너지를 기계적 에너지 또는 전기에너지로 전환하기 위해 필요한 온도변화가 커야하고, 가열과 냉각이 반복적으로 이루어져야 구동하기 때문에, 인위적으로 온도를 가열하고 냉각하는 반복적인 사이클을 제공할 수 있는 장소나, 전체적으로 온도변화가 크게 발생하는 곳, 등에서만 사용가능하기 때문에, 일반 환경으로부터 열 에너지를 기계적 에너지로 전환하기 어렵다는 문제가 존재한다.In addition, since the actuator using the above-mentioned superconductive material or piezoelectric material is required to have a large temperature change required to convert the thermal energy into mechanical energy or electric energy and to be driven by repeating heating and cooling, There is a problem in that it is difficult to convert thermal energy into mechanical energy from the general environment because it can be used only in a place where repetitive cycles can be provided or in a place where a large temperature change occurs as a whole.

다른 하이브리드 실 또는 탄소나노튜브 실은 함입된 물질이 녹는 온도(Tm)가 낮다면 상온에서도 구동될 수는 있으나, 상기 하이브리드 실 또는 탄소나노튜브 실의 구동력이 극도로 감소되기 때문에, 일반적인 환경으로부터 에너지를 발생시키는 효율이 현저히 낮다. 즉, 종래 개발되어진 다양한 형태의 실은 일반적인 환경에서의 온도변화에 의해 구동되는 성능이 현저히 낮거나 적용하기 어렵다는 문제점들이 존재한다.Other hybrids or carbon nanotube chambers may be driven at room temperature if the temperature (T m ) at which the entrapped material is low is low, but since the driving force of the hybrid chamber or carbon nanotube chamber is extremely reduced, Is remarkably low. That is, there are problems that the performance of various types of conventionally developed yarns is remarkably low or difficult to be applied due to a temperature change in a general environment.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하면서, 일상적인 환경에서의 온도 차이에서도 구동이 가능하고, 가역적이며, 빠르며, 연속적인 구동을 하는 회전형 구동기를 제조하고자 노력한 끝에, 본 발명과 같은 구조를 갖는 회전형 구동기를 발명하기에 이르렀다.Therefore, it is an object of the present invention to provide a rotary actuator capable of driving even in a temperature environment in a normal environment, reversible, fast, and continuously driven while solving the above problems, And has come to invent a typical driver.

본 발명의 일 측면은 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 상기 고분자 섬유가 일 방향으로 배향되어 형성된 고분자 시트를 포함하고, 상기 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 고분자 시트는 내측을 기준으로 상단부와 하단부로 나뉘어지며, 상기 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 상단부와 하단부는 어느 하나 이상이 고정되어져 있으며, 상기 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 고분자 시트는 상단부와 하단부가 서로 같은 방향 혹은 반대방향으로 회전되어 제조된 비틀린(twist) 혹은 꼬인 형태(coil)를 가지는 회전형 구동기에 관한 것으로, 상기 회전형 구동기의 일부분과 다른 부분의 온도구배가 발생하면, 상기 회전형 구동기의 일부분과 다른 부분의 부피 차가 발생하여 연속적인 회전을 발생하는 것을 특징으로 한다.In one aspect of the present invention, there is provided a polymer sheet comprising at least one polymer fiber or a polymer sheet formed by orienting the polymer fibers in one direction, wherein the at least one polymer fiber or polymer sheet is divided into an upper portion and a lower portion with respect to the inner side, Wherein at least one of the upper and lower ends of the at least one polymer fiber or polymer sheet is fixed to the upper and lower ends of the at least one polymer fiber or polymer sheet, And when a temperature gradient is generated in a portion different from the portion of the rotary actuator, a volume difference occurs between a portion of the rotary actuator and another portion of the rotary actuator, thereby generating a continuous rotation .

구체적으로, 상기 회전형 구동기의 회전은 일부분과 다른 부분의 온도구배가 발생하면, 상기 일부분은 팽창되어 풀리고, 상기 다른 부분은 다시 감기게되면서, 연속적인 회전을 제공할 수 있다.Specifically, the rotation of the rotatable driver may provide continuous rotation as the temperature gradient of the portion is different from that of the portion, the portion is expanded and loosened, and the other portion is rewound.

이때, 상기 회전형 구동기는 상기 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 상단부와 하단부가 서로 같은 방향으로 회전되어 제조된 형태가 온도구배에 의해, 열 에너지를 회전 에너지로 전환하는데, 우수한 효율을 나타내기 때문에, 가장 바람직한 형태일 수 있다.At this time, the rotary actuator converts the thermal energy into rotational energy by the temperature gradient by the shape formed by rotating the upper and lower ends of the at least one polymer fiber or the polymer sheet in the same direction, , It can be the most preferable form.

즉, 본 발명에 따른 회전형 구동기는 주위환경의 온도변화로부터 상기 회전형 구동기 내에서 온도구배를 계속적으로 일어나게 할 수 있다면, 지속적인 전류의 흐름을 생성할 수 있기 때문에, 이는 일정하지 않은 주위 온도 변화로부터 전기에너지가 지속적으로 생성되게 할 수 있다.That is, since the rotatable actuator according to the present invention can generate a continuous flow of current if the temperature gradient can be continuously generated in the rotatable actuator from the temperature change of the ambient environment, So that the electric energy can be continuously generated.

본 발명은 상기 회전형 구동기 내에서 온도구배가 계속적으로 일어나게 하면서, 이로부터 연속적인 회전을 제공할 수 있는 구조로, 고분자 재료를 채용하고 있다.The present invention employs a polymeric material with a structure capable of providing continuous rotation therefrom while allowing the temperature gradient to continuously occur in the rotary actuator.

즉, 상기 회전형 구동기의 일부분과 다른 부분의 온도구배가 발생하게 되면, 상기 일부분은 수직방향으로는 수축하게 되고, 고분자 섬유 또는 고분자 시트가 비틀린 방사형 방향으로는 팽창하게 되어 풀리게 되나, 상기 일부분을 제외한 다른 부분은 상대적으로 다시 감기게 된다. 이후, 상대적으로 과도하게 감기게 된 다른 부분의 회전에너지가 일부분으로 전달되어 상기 일부분이 다시 감기게 되어, 본 발명에 따른 회전형 구동기는 연속적인 회전을 제공할 수 있다.That is, when a temperature gradient occurs in a portion other than the portion of the rotary actuator, the portion contracts in the vertical direction, and the polymer fiber or polymer sheet expands in the twisted radial direction, Other parts will be rewound relatively. Thereafter, the rotational energy of the other part that has been relatively excessively wound is partially transferred to rewind the part, so that the rotational actuator according to the present invention can provide continuous rotation.

본 발명에 따른 회전형 구동기는 열에 민감하게 반응하도록 하기 위해서, 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 상기 고분자 섬유가 일 방향으로 배향되어 형성된 고분자 시트를 포함할 수 있다.The rotational actuator according to the present invention may include at least one polymer fiber or a polymer sheet formed by orienting the polymer fibers in one direction so as to be sensitive to heat.

상기 고분자 섬유는 단섬유 또는 다섬유일 수 있고, 형상기억효과를 갖는 탄성섬유이면 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 나일론, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 및 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 고분자 섬유 중에서 폴리우레탄이 전기방사 공정을 통해 가장 얇은 직경을 가질 수 있기 때문에, 이를 상기 회전형 구동기에 적용하면 회전속도가 가장 우수하다. 따라서, 본 발명에 따른 회전형 구동기는 상기 고분자 섬유로 폴리우레탄을 사용하는 것이 가장 바람직하다.The polymer fiber may be either short fiber or multifilament, and is not particularly limited as long as it is an elastic fiber having a shape memory effect, but is preferably any one selected from the group consisting of nylon, polyurethane, polyethylene and rubber do. At this time, since the polyurethane among the polymer fibers can have the thinnest diameter through the electrospinning process, the rotation speed is most excellent when applied to the rotary actuator. Therefore, it is most preferable that the rotating type actuator according to the present invention uses polyurethane as the polymer fiber.

또한, 폴리우레탄은 유리전이온도(Tg)와 용융점(Tm) 간에 열적 팽창이 크고 온도변화에 따라 초기상태로 되돌아가려는 형상기억효과가 우수하며, 유리전이온도(Tg)가 25 ℃로 낮기 때문에, 상기 고분자 섬유 중에서 가장 바람직하다.In addition, the polyurethane has excellent shape memory effect, which has a large thermal expansion between the glass transition temperature (T g ) and the melting point (T m ) and tends to return to the initial state according to the temperature change and has a glass transition temperature (T g ) It is most preferable among the above-mentioned polymer fibers.

또한, 상기 단섬유 또는 다섬유의 고분자 섬유만을 사용하는 것보다, 상기 고분자 섬유가 일 방향으로 배향되어 형성된 고분자 시트를 사용하는 것이 가장 바람직한데, 이는 상기 전기방사를 통해 열에 민감하게 반응하면서 부피변화를 보이는 고분자를 마이크로 직경을 갖는 섬유로 뽑아 잘 배열된 시트로 제조한 다음, 상기 시트를 꼬아서 제조함으로써, 열에 민감한 회전형 구동기를 얻을 수 있기 때문이다.It is most preferable to use a polymer sheet formed by orienting the polymer fibers in one direction, rather than using only the short fiber or the multifilament polymer fibers. This is because the polymer sheet, which is sensitive to heat through the electrospinning, Is made of a fiber having micro-diameter to prepare a well-arranged sheet, and then the sheet is twisted to produce a heat-sensitive rotatable actuator.

상기 회전형 구동기의 직경은 0.5 내지 200 ㎛인데, 상기 회전형 구동기의 직경이 200 ㎛를 초과하게 되면 회전속도가 크게 즐어 들어 에너지 전환 효율이 감소하게 되고, 상기 직경이 0.5 ㎛ 미만인 회전형 구동기는 제조가 어려우며, 가능하다고 해도 공정이 복잡하고 민감하다는 문제가 존재한다.When the diameter of the rotatable actuator exceeds 200 탆, the rotation speed greatly increases and the energy conversion efficiency decreases. When the diameter of the rotatable actuator is less than 0.5 탆, And there is a problem that the process is complicated and sensitive even if it is possible.

또한, 상기 회전형 구동기는 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 상기 고분자 섬유가 일 방향으로 배향되어 형성된 고분자 시트를 포함할 수 있는데, 상기 회전형 구동기가 상기 고분자 섬유로 이루어졌을 경우, 상기 고분자 섬유의 직경은 0.5 내지 200 ㎛일 수 있다. 즉, 상기 고분자 섬유의 직경이 0.5 ㎛ 미만이면 균일한 직경을 갖도록 제조하기가 어렵고, 상기 고분자 섬유의 직경이 200 ㎛를 초과하게 되면 회전속도가 현저히 떨어지게 된다.The rotating type actuator may include at least one polymer fiber or a polymer sheet formed by orienting the polymer fibers in one direction. When the rotating type actuator is made of the polymer fibers, the diameter of the polymer fibers is 0.5 to 200 [mu] m. That is, when the diameter of the polymer fibers is less than 0.5 탆, it is difficult to produce the polymer fibers having a uniform diameter, and when the diameter of the polymer fibers exceeds 200 탆, the rotation speed is remarkably decreased.

또한, 상기 회전형 구동기가 상기 고분자 섬유가 일 방향으로 배향되어 형성된 고분자 시트일 경우, 상기 고분자 섬유의 직경이 0.5 ㎛미만이면 고분자 섬유들을 단일배향성을 갖도록 조절하기가 어렵고, 상기 고분자 섬유의 직경이 200 ㎛를 초과하게 되면 회전속도가 현저히 저하될뿐더러, 200 ㎛ 이상의 직경을 갖는 회전형 구동기가 제조되기 때문에 회전속도가 현저히 떨어지게 되게 된다. 따라서, 상기 고분자 시트를 형성하는 고분자 섬유의 직경은 1~10 ㎛인 것이 바람직하다.When the polymeric fiber is a polymer sheet formed by orienting the polymer fibers in one direction, if the diameter of the polymer fibers is less than 0.5 탆, it is difficult to control the polymer fibers to have a single orientation, and the diameter of the polymer fibers If it exceeds 200 탆, the rotational speed is remarkably lowered, and the rotational speed is remarkably lowered because a rotational type actuator having a diameter of 200 탆 or more is manufactured. Therefore, the diameter of the polymer fibers forming the polymer sheet is preferably 1 to 10 mu m.

구체적으로, 상기 고분자 시트를 이용할 경우, 상기 고분자 섬유가 일 방향으로 배향되어 형성된 고분자 시트에 꼬임을 인가하여 비틀린(twist) 또는 꼬인(coil) 형태의 회전형 구동기를 제조하게 되는데, 상기 고분자 시트를 이루고 있는 고분자 섬유는 꼬임이 인가되는 방향으로 고분자 체인이 재정렬하게 된다.Specifically, when the polymer sheet is used, twisted or coiled rotating type actuators are manufactured by applying twist to the polymer sheet formed by orienting the polymer fibers in one direction. The resulting polymer fibers are rearranged in the direction in which the twist is applied.

상기와 같이, 제조된 회전형 구동기에 상기 고분자 시트의 유리전이온도(Tg) 이상의 열이 제공되면, 상기 고분자 시트를 형성하는 고분자 섬유는 초기상태(꼬임이 인가되기 이전 상태)로 회복하고자 하는 형상기억효과에 따라 행동하고자 하고, 고분자 체인은 엔트로피가 증가하는 방향으로 상기 고분자 체인이 꼬이게 된다. As described above, when the polymeric sheet forming the polymer sheet is provided with heat at a temperature higher than the glass transition temperature (Tg) of the polymer sheet in the manufactured rotative actuator, the shape of the polymer fiber to be recovered to the initial state (state before the twist is applied) The polymer chain tends to act according to the memory effect, and the polymer chain is twisted in the direction of increasing entropy.

다시 말해, 상기 형상기억효과에 의해 원래의 형태(꼬임이 인가되기 이전 상태)로 되돌아가려는 성질과 상기 고분자 체인의 엔트로피 증가방향 즉, 고분자 체인이 꼬일려고 하는 방향이 동일하기 때문에, 상기 회전형 구동기가 가열되면, 상술한 두 성질의 '시너지 효과'에 의해 상기 회전형 구동기는 온도구배의 발생에 따라 더 큰 스트로크(stroke)로 회전을 제공할 수 있다.In other words, since the shape of the polymer chain is the same as the original shape (the state before the twist is applied) due to the shape memory effect and the direction of increasing the entropy of the polymer chain, that is, the direction in which the polymer chain tends to twist, The above-described 'synergistic effect' of the two properties allows the rotary actuator to provide rotation with a larger stroke as the temperature gradient is generated.

따라서, 상술한 효과로 인해, 단순히 고분자 섬유만 꼬아서 제조된 회전형 구동기보다 큰 스트로크(stroke)로 회전을 하게 되므로, 고분자 섬유보다 상기 고분자 시트를 사용하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to use the polymer sheet rather than the polymer fiber because of the above-described effect, because the polymer sheet rotates with a stroke larger than that of the rotatable type actuator manufactured by simply twisting polymer fibers.

또한, 상기 단일배향성을 갖는 고분자 시트를 포함하는 회전형 구동기는 단순히 적어도 하나의 고분자 섬유만 꼬아서 제조된 회전형 구동기보다 배향성을 갖고 있어, 표면적도 넓고, 열에 더 민감하기 때문에, 우수한 회전구동을 나타낼 수 있다.Further, since the rotating type actuator including the polymer sheet having the unidirectional orientation is more oriented than the rotating type actuator formed by simply twisting at least one polymer fiber, has a large surface area and is more sensitive to heat, .

상기 회전형 구동기에서 단일배향성을 갖는 고분자 시트는 고분자 용액을 전기방사하여, 적어도 하나의 고분자 섬유가 일 방향으로 배향되어 형성된 것으로, 도 3에 제조과정을 자세히 나타내었다.The polymer sheet having a unidirectional orientation in the rotary actuator is formed by electrospinning a polymer solution and at least one polymer fiber is oriented in one direction, and the manufacturing process is shown in detail in FIG.

도 3을 참조하면, 우선, 적어도 하나의 고분자 섬유가 단일 방향으로 배향된 고분자 시트를 전기방사를 통해 제조할 수 있다. 이때, 상기 고분자 섬유는 0.5 내지 200 ㎛ 직경을 갖는 것이 바람직한데, 상기 고분자 섬유의 직경이 0.5 ㎛미만이면 고분자 섬유들을 단일배향성을 갖도록 조절하기가 어렵고, 상기 고분자 섬유의 직경이 200 ㎛를 초과하게 되면 회전속도가 현저히 저하될뿐더러, 200 ㎛ 이상의 직경을 갖는 회전형 구동기가 제조되기 때문에 회전속도가 현저히 떨어지게 된다. 따라서, 상기 고분자 시트를 형성하는 고분자 섬유의 직경은 바람직하게는 1~10 ㎛일 수 있다.Referring to Fig. 3, first, a polymer sheet in which at least one polymer fiber is oriented in a single direction can be produced through electrospinning. If the diameter of the polymer fibers is less than 0.5 탆, it is difficult to control the polymer fibers to have unidirectionality. If the diameter of the polymer fibers exceeds 200 탆 The rotational speed is remarkably lowered and the rotational speed is remarkably lowered because the rotational type driver having a diameter of 200 占 퐉 or more is manufactured. Therefore, the diameter of the polymer fibers forming the polymer sheet may be preferably 1 to 10 mu m.

보다 구체적으로, 고분자 방사용액을 전기방사함으로써, 본 발명의 회전형 구동기를 구성하는 고분자 섬유 또는 상기 고분자 섬유로 형성된 고분자 시트를 제조할 수 있는데, 상기 고분자 방사용액에 고전압을 가하여 마이크로 크기의 직경을 가지는 섬유를 제조하는 공정으로서 공지의 방법에 따라 실시할 수 있다. 기본적으로 정전기를 이용한 전기적 힘을 사용하고, 콜렉터에 모터와 같은 장치를 사용함으로써 기계적인 힘으로 연신의 효과도 줄 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 상기 전기방사를 통해 제조된 섬유가 가장 바람직하다. 왜냐하면 우수한 회전속도 및 효율을 갖는 회전형 구동기를 제조하기 위해서는 상기 회전형 구동기 내부의 고분자 체인의 배열을 유도하여야 하는데, 전기방사를 통해 제조할 경우, 전기방사에 의해 야기된 잡아당기는 힘(pulling force)에 의해서 마이크로 직경의 상기 고분자 섬유들을 단일 방향으로 배향하여 제조할 수 있고, 여기에 꼬임을 인가함으로써, 상기 인가된 꼬임의 방향 즉, 나선형 방향으로 재정렬하는 방법으로 단순하고 효과적으로 유도할 수 있기 때문이다.More specifically, polymer fibers constituting the rotative actuator of the present invention or a polymer sheet formed of the polymer fibers can be produced by electrospinning the polymer spinning solution. By applying a high voltage to the polymer spinning solution, The branching can be carried out according to a known method as a process for producing a fiber. Basically, by using an electric force using static electricity and using a device such as a motor for the collector, the effect of stretching can also be imparted by mechanical force. However, in the present invention, the fiber produced through the electrospinning is most preferable. In order to manufacture a rotatable type actuator having excellent rotation speed and efficiency, the arrangement of the polymer chains in the rotatable type driver must be induced. When manufactured through electrospinning, the pulling force caused by electrospinning Can be produced by orienting the polymer fibers of a micro-diameter in a single direction by applying a twist, and can be derived simply and effectively by re-arranging the direction of the applied twist, that is, the spiral direction to be.

상술한 바와 같이, 상기 단일 방향으로 배향된 고분자 시트를 구성하고 있는 고분자 섬유는 전기방사를 통해 제조함으로써, 단일 방향으로 배향된 고분자 체인을 유도할 수 있다. 여기서, 단일 방향이란, 상기 회전형 구동기의 세로축 방향을 의미하며 이러한 배향성은 도 3에 나타나있다.As described above, the polymer fibers constituting the polymer sheet oriented in the unidirectional direction can be produced by electrospinning, whereby a polymer chain oriented in a unidirectional direction can be derived. Here, the single direction means the longitudinal axis direction of the rotative actuator, and such orientation is shown in Fig.

다음, 상기와 같은 단일 배향성을 갖는 고분자 시트에 꼬임이 인가되면, 상기 고분자 시트가 꼬이면서, 상기 고분자 시트 내에 배향되어 있던 고분자 체인도 상기 꼬임 방향으로 꼬이게 되는데, 다시 말해, 상기 고분자 시트에 인가된 꼬임 방향 즉, 나선형 방향에 따라 상기 단일 방향이였던 고분자 체인의 배향성이 재정렬 된다.Next, when a twist is applied to the polymer sheet having a unidirectional orientation as described above, the polymer sheet is twisted and the polymer chain oriented in the polymer sheet is also twisted in the twist direction. In other words, The orientations of the polymer chains that were in the single direction were rearranged according to the twist direction, i.e., the helical direction.

상기 본 발명의 고분자 시트에 형성된 고분자 체인의 배향성으로 인해, 상기 고분자 시트를 포함하는 회전형 구동기에 온도구배가 발생하게 되면 상기 배향성을 갖는 고분자 체인이 엔트로피가 증가하는 방향으로 꼬일려고 하는 성질과 형상기억효과에 의해 원래의 형태(나열되어 있던 상태)로 되돌아가려하는 성질이 동일 방향으로 진행되므로 상기 두 성질의 '시너지 효과'가 발생하게 된다. 따라서, 상기 회전형 구동기가 길이방향으로는 수축하고, 부피는 팽창하는, 보다 이상적인 구동을 유도하기 때문에, 상기 회전형 구동기는 더 큰 회전에너지를 제공할 수 있다.Due to the orientation of the polymer chain formed on the polymer sheet of the present invention, when a temperature gradient is generated in the rotatable actuator including the polymer sheet, the polymer chain having the orientation property tends to twist in the direction of increasing entropy The synergy effect of the two properties occurs because the memory effect causes the original shape (state to be listed) to return to the same direction. Therefore, the rotational type actuator can provide greater rotational energy, because the rotational type actuator shrinks in the longitudinal direction and the volume expands, leading to more ideal driving.

상기 고분자 섬유가 단일 배향성을 갖도록 하기 위해서, 상기 전기방사는 방사 노즐과 콜렉터 간의 거리가 5~30 ㎝일 때, 인가 전압이 10~20 ㎸인 조건에서 전기방사하는 것이 바람직하다.In order for the polymer fibers to have unidirectional orientation, the electrospinning is preferably electrospinning under the condition that the applied voltage is 10 to 20 kV when the distance between the spinning nozzle and the collector is 5 to 30 cm.

상기 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 상단부과 하단부를 각각 전기모터와 지지체에 고정하여, 상기 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 상단부과 하단부를 서로 같은 방향 혹은 반대방향으로 회전시켜, 비틀리거나 꼬인 형태의 회전형 구동기를 제조할 수 있다. 이때, 상기 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 유리전이온도(Tg) 이상에서, 2,000 내지 60,000 turns/m의 꼬임수로 회전하여 제조하는 것이 바람직한데, 일예로 상기 고분자 섬유 또는 고분자 시트가 폴리우레탄일 경우, 30 내지 60 ℃에서 수행하는 것이 바람직하다.
The upper end and the lower end of the polymer fiber or polymer sheet are fixed to the electric motor and the support, respectively, and the upper end and the lower end of the polymer fiber or polymer sheet are rotated in the same or opposite directions to each other to form a twisted or twisted rotary type actuator Can be manufactured. At this time, it is preferable that the polymer fiber or the polymer sheet is manufactured by rotating the polymer fiber or the polymer sheet at a twisting number of 2,000 to 60,000 turns / m at a temperature not lower than the glass transition temperature (T g ). For example, when the polymer fiber or polymer sheet is polyurethane , Preferably 30 to 60 < 0 > C.

상기 회전형 구동기의 일부분과 다른 부분과의 온도구배는 회전속도를 제공하는 1 ℃ 이상이면 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 3 내지 30 ℃이면 충분히 우수한 회전속도를 제공할 수 있다.The temperature gradient between the portion of the rotatable type actuator and another portion is not particularly limited as long as it is 1 ° C or more, which provides a rotational speed, but preferably is 3 to 30 ° C, it is possible to provide a sufficiently high rotational speed.

본 발명에서 온도구배란, 특정 지점(일부분)으로부터 다른 부분으로 열이 흐르면서 그 방향에 온도의 차이가 발생하게 되는 것으로, 상기 특정 지점을 본 발명에서는 일부분이라고 하였다.In the present invention, the temperature gradient means that a temperature difference occurs in a direction from a specific point (a part) to another part, and the specific point is referred to as a part in the present invention.

따라서, 상기 회전형 구동기는 온도구배에 의해 기계적 에너지를 발생하기 때문에, 상기 온도가 가장 높은 지점인 일부분의 길이 또는 면적은 특별히 이에 제한되지 않으나, 구체적으로 상기 일부분과 다른 부분과의 길이 비율은 0.1-1 : 1일 수 있다. 이때, 상기 다른 부분은 상기 일부분으로부터 온도구배 즉, 상기 일부분으로부터 다른 부분으로 열이 흐르면서 그 방향에 온도의 차이가 발생하게 되고, 상기 일부분은 팽창되어 풀리고, 상기 다른 부분은 다시 감기게 되면서, 연속적인 회전을 제공할 수 있다.Therefore, since the rotational actuator generates mechanical energy by the temperature gradient, the length or area of the portion at which the temperature is highest is not particularly limited, but specifically, the length ratio between the portion and the other portion is 0.1 -1: 1. At this time, the temperature of the other portion differs from that of the portion, that is, the temperature varies in the direction from the portion to the other portion, the portion is expanded and loosened, the other portion is rewound, Lt; / RTI > rotation.

온도구배가 발생하지 않고, 전체적으로 가열될 경우, 회전에너지는 발생되지 않고, 길이변화만이 생성되기 때문에, 전체적으로 가열될 경우, 회전력이 제공되지 않는다는 문제가 있다.When the temperature gradient is not generated and the whole is heated, no rotational energy is generated, and only a length change is generated. Therefore, when heated as a whole, no rotational force is provided.

상기 일부분이 차지하는 길이의 비율이 다른 부분에 비해 현저히 높아지게 되면, 즉, 전체적으로 가열될 경우, 단순히 가역적인 위치에너지(길이 변화)만을 제공할 뿐, 회전 에너지가 생성되지 않는다. 또한, 온도가 다시 저하되어야만 전체적인 길이가 다시 줄어들기 때문에 가역적이긴 하나, 연속적인 위치에너지 제공이 불가능하다.When the proportion of the length occupied by the portion becomes significantly higher than that of the other portions, that is, when the entire portion is heated, only the reversible position energy (length change) is provided but no rotational energy is generated. In addition, it is impossible to provide continuous position energy, although it is reversible because the overall length is reduced again if the temperature is lowered again.

또한, 상기 회전형 구동기의 최대온도는 상기 회전형 구동기에 포함되는 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있으나, 바람직하게는 상기 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 유리전이온도(Tg) 이상이면 특별히 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는 20 내지 80 ℃이면, 회전속도를 제공할 수 있다. 일예로, 폴리우레탄 섬유가 일방향으로 배향된 고분자 시트에 꼬임을 인가하여 제조된 회전형 구동기의 경우, 상기 폴리우레탄의 유리전이온도(Tg)가 30.6 ℃이기 때문에, 30 내지 80 ℃이면 충분한 회전속도를 제공할 수 있고, 보다 바람직하게는 45 내지 60 ℃에서 가장 우수한 회전속도를 제공한다.The maximum temperature of the rotatable type driver may be appropriately selected depending on the kind of the polymer fiber or polymer sheet included in the rotatable type driver. Preferably, the temperature is higher than the glass transition temperature (Tg) of the polymer fiber or polymer sheet But is not limited thereto. Preferably 20 to < RTI ID = 0.0 > 80 C, < / RTI > As an example, poly case of the rotary actuator produced by applying a polyurethane fiber is twisted in the polymer sheets oriented in one direction, is because the polyester glass transition temperature (T g) of the urethane Geigy 30.6 ℃, 30 to 80 ℃ sufficient rotation Speed, and more preferably provides the best rotational speed at 45 to < RTI ID = 0.0 > 60 C. < / RTI >

상기 회전형 구동기의 구조를 도 1에 자세히 나타내었다. 이를 참조하여 보다 상세히 설명하자면, 상기 회전형 구동기는 내측을 기준으로 상단부와 하단부로 나뉘어지고, 상기 상단부와 하단부의 꼬임 방향에 따라 다양한 형태의 회전형 구동기를 제조할 수 있다.The structure of the rotary actuator is shown in detail in FIG. More specifically, the rotary actuator is divided into an upper portion and a lower portion with reference to the inner side, and various types of rotary actuators can be manufactured according to the twist direction of the upper and lower ends.

도 1a, 도 1b 및 도 1c에 나타난 바와 같이, 상기 회전형 구동기의 상단부과 하단부이 모두 동일한 방향(Z형 또는 S형)으로 꼬아 제조된 형태이거나, 도 1d 및도 1e에 나타난 바와 같이, 상기 상단부과 하단부이 서로 다른 방향으로 제조(어느 하나가 Z형이면 다른 하나는 S형인 키랄성 구조)된 형태일 수 있다.As shown in Figs. 1A, 1B, and 1C, the upper end portion and the lower end portion of the rotatable type actuator are both formed in the same direction (Z type or S shape) or as shown in Figs. 1D and 1E, And the lower end portion may be in a form of being produced in different directions (one is Z-type and the other is S-type chiral structure).

또한, 상기 회전형 구동기는 코일이 형성되지 전까지 꼬아 만든 비틀린 형태(twist)(도 1a)를 갖거나, 상기 비틀린 형태(twist)에서 꼬임을 더 인가하여 꼬인 형태(coil)(도 1b, c, d 및 e)로 제조될 수 있다.The rotary actuator may have a twist (FIG. 1A) that is twisted until the coil is formed, or a coil (FIG. 1B, c, d and e).

이때, 본 명세서에서 상기 "비틀린 형태(twist)"와 "꼬인 형태(coil)"라는 용어는 상기 회전형 구동기를 구성하고 있는 고분자 섬유 또는 고분자 시트에 전기모터를 이용하여 회전(꼬임)을 인가하여 제조된 형태를 나타내는 것으로, 상기 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 직경에 따라 인가되는 회전 즉, 회전수(turn/m)(이하, '꼬임수'라고도 한다.)에 의해 결정된다. 보다 구체적으로 상기 직경이 100 ㎛인 고분자 섬유의 경우, 12,000 내지 18,000 회전수(turn/m)를 인가하면 비틀린 형태(twist)로 제조되는데 반해, 상기 고분자 섬유에 상기 18,000 회전수(turn/m)를 초과한 25,000 내지 30,000의 과도한 회전수(turn/m)가 인가될 경우, 비틀린 형태(twist) 형태에서 나아가 스프링 혹은 코일과 같은 꼬인 형태(coil)로 제조되는 것을 알 수 있다. 이외의 다른 직경을 갖는 고분자 섬유의 경우에 요구되는 회전수를 아래 [표 1]에 상세히 나타내었다.In this specification, the terms "twist" and "coil" are used to apply rotation (twist) to the polymer fiber or polymer sheet constituting the rotative actuator using an electric motor And is determined by rotation (turn / m) (hereinafter also referred to as "twist number") applied according to the diameter of the polymer fiber or polymer sheet. More specifically, in the case of the polymer fiber having a diameter of 100 탆, twist is produced when 12,000 to 18,000 rpm (turn / m) is applied. On the other hand, (Turn / m) of more than 25,000 to 30,000, which is more than 25,000 to 30,000, is produced in the form of a twist and further a coil such as a spring or a coil. The required number of revolutions in the case of polymer fibers having diameters other than those shown in Table 1 below.

이때, 상기 회전형 구동기는 상기 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 상단부와 하단부가 서로 같은 방향으로 회전되어 제조된 형태가 온도구배에 의해, 열 에너지를 회전 에너지로 전환하는데, 가장 효율이 높기 때문에, 가장 바람직한 형태이다.At this time, since the rotary actuator converts the thermal energy into rotational energy by the temperature gradient, the shape produced by rotating the upper and lower ends of the at least one polymer fiber or polymer sheet in the same direction is the most efficient , The most preferable form.

또한, 상기 회전형 구동기는 도 1a, 도 1b 및 도 1d와 같이, 두 말단이 고정되거나, 도 1c 및 도 1e와 같이, 어느 하나의 말단만이 고정된 구조를 가질 수 있다. 이때, 고정되지 않은 다른 말단에는 위치변동지지대가 구비될 수 있다.In addition, the rotary actuator may have a structure in which two ends are fixed or only one end is fixed, as shown in Figs. 1C and 1E, as shown in Figs. 1A, 1B and 1D. At this time, the other end which is not fixed may be provided with a position variation support.

구체적으로, 상기와 같이 두 말단이 고정된 회전형 구동기의 경우, 회전형 구동기 내부에 온도구배가 발생하게 되면, 상하 이동과 같은 선형변위(translational displacement) 즉, 위치에너지의 발생을 방지하고, 상기 회전형 구동기의 꼬임구조가 과도하게 풀려, 비가역적인 상태가 되는 것을 방지하기 위함이다.Specifically, in the case of the rotational type actuator having two fixed ends as described above, when a temperature gradient occurs in the rotational type actuator, it is possible to prevent the occurrence of translational displacement, that is, position energy such as vertical movement, This is to prevent the twisted structure of the rotary actuator from being excessively loosened and becoming irreversible.

또한, 어느 하나의 말단만이 고정되고, 고정되지 않은 다른 말단에 위치변동지지대가 구비된 경우, 상기 회전형 구동기 내부에 온도구배가 발생하게 되면, 상하이동과 같은 선형변위 즉, 위치에너지의 발생은 허용하되, 상기 회전형 구동기의 꼬임구조가 과도하게 풀려, 비가역적인 상태가 되는 것을 방지하기 위함이다.In the case where only one end is fixed and a position variation support is provided at the other end which is not fixed, if a temperature gradient occurs in the rotary actuator, a linear displacement such as a vertical movement, that is, In order to prevent the twisted structure of the rotary actuator from being excessively loosened and becoming irreversible.

다시 말해, 상기 회전형 구동기의 상단부과 하단부이 모두 고정되어 있으면 온도구배에 의해 발생하는 상기 회전형 구동기의 수축 또는 팽창으로 인해 회전에너지만을 갖게 되는데 반해, 상기 회전형 구동기의 상단부과 하단부 중에서 어느 하나만 고정되어 있고, 고정되지 않은 다른 말단에 위치변동지지대가 구비된 경우에는 온도구배에 의해 발생하는 상기 회전형 구동기의 수축 또는 팽창으로 회전에너지 및 상하이동에 의한 위치에너지 모두를 갖게 된다.In other words, if both the upper end portion and the lower end portion of the rotatable type actuator are fixed, only the rotational energy is generated due to the contraction or expansion of the rotatable type actuator caused by the temperature gradient, And when the position change support is provided at the other end which is not fixed, it has both the rotational energy and the potential energy due to the up / down movement due to the contraction or expansion of the rotative actuator caused by the temperature gradient.

고분자 섬유의 직경(㎛)Diameter of polymer fiber (탆) 단섬유Staple fiber 비틀린 형태(twist)Twist 꼬인 형태
(coil)
Twisted shape
(coil)
8080 회전수
(turn/m)
Revolutions
(turn / m)
00 22,00022,000 30,00030,000
100100 회전수
(turn/m)
Revolutions
(turn / m)
00 18,00018,000 25,00025,000
120120 회전수
(turn/m)
Revolutions
(turn / m)
00 9,0009,000 15,00015,000

상기 회전형 구동기의 상단부과 하단부이 모두 고정되어 있는 경우, 상기 회전형 구동기는 고정되기 이전에 전체 길이에 대해 10 내지 60% 인장된 후, 고정되는 것이 바람직하다. 왜냐하면 상기 회전형 구동기가 상기 범위로 인장된 후, 상단부과 하단부이 모두 고정되면 상기 회전형 구동기의 코일 간에 충분한 거리가 형성되기 때문이다.When both the upper and lower ends of the rotatable type actuator are fixed, the rotatable type actuator is preferably fixed after being stretched by 10 to 60% with respect to the entire length before being fixed. This is because a sufficient distance is formed between the coils of the rotary actuator when the upper and lower ends are both fixed after the rotary actuator is stretched in the above range.

즉, 상기 회전형 구동기 내부에 온도구배가 발생하면, 상기 회전형 구동기의 일부가 팽창되어 회전함으로써 회전 에너지를 발생하게 된다. 이때, 상기 회전형 구동기 내 코일 간에 형성된 거리 때문에, 상기 코일 간 마찰이 덜 발생하게 되고, 상기 회전형 구동기의 표면적이 넓어져 더 많은 열을 흡수할 수 있어, 열 전환효율은 향상되고, 마찰에 의한 회전력 손실을 방지할 수 있다.That is, when a temperature gradient occurs in the rotatable type driver, a part of the rotatable type drive unit expands and rotates to generate rotational energy. At this time, due to the distance formed between the coils in the rotatable type driver, the friction between the coils is less generated, the surface area of the rotatable type driver is widened, more heat can be absorbed, thermal conversion efficiency is improved, It is possible to prevent the loss of the rotational force caused by the rotation.

상기 회전형 구동기의 상단부 및 하단부 중 어느 하나만 고정되어 있는 경우, 온도구배 발생시, 상기 회전형 구동기의 상하이동에 의한 위치에너지 변화가 발생하게 되는데, 이는 회전형 구동기의 길이변화에 의한 것이다. 즉, 상기 회전형 구동기의 길이변화는 전체길이에 대해 10 내지 60%일 수 있다.In the case where only one of the upper end portion and the lower end portion of the rotatable type actuator is fixed, a change in position energy due to the up-and-down movement of the rotatable type driver occurs due to a change in length of the rotatable type driver. That is, the change in length of the rotary actuator may be 10 to 60% of the total length.

따라서 상기 회전형 구동기의 각기 다른 구조에 따라서 온도구배에 의해 전환되는 에너지의 종류가 위치에너지 또는 회전에너지로 달라질 뿐만 아니라, 전환되는 회전에너지의 양 즉, 회전각, 회전속도 등이 달라지게 되기 때문에, 원하는 사용목적에 따라서 상기 회전형 구동기의 구조들 중에서 적절히 선택되는 것이 바람직하다.Accordingly, the type of energy that is converted by the temperature gradient varies according to different structures of the rotative actuator, such as position energy or rotational energy, and the amount of rotational energy to be converted, that is, rotational angle, rotational speed, , And is suitably selected from the structures of the rotary actuator according to a desired use purpose.

본 발명에 따른 회전형 구동기는 외부의 온도차이에 의존하여 구동하게 된다. 상기 회전형 구동기는 구동기 주위의 외부환경의 온도차이에 보다 즉각적으로 반응하게 되는데, 상기 온도차이를 제공하는 구동기의 외부환경은 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 기체 또는 액체일 수 있다.The rotational actuator according to the present invention is driven depending on the temperature difference of the outside. The rotational actuator reacts more immediately to the temperature difference of the external environment around the actuator. The external environment of the actuator providing the temperature difference is not particularly limited, but may be preferably gas or liquid.

본 발명에 따른 회전형 구동기는 종래 회전형 구동이 가능한 다양한 구동기와는 달리 풀리고(untwisting), 다시 꼬이는(re-twisting) 두 단계에서의 회전속도가 거의 유사하다.
The rotational type actuator according to the present invention is substantially similar to the rotational speeds in two stages of untwisting and re-twisting, unlike the conventional various types of actuators capable of rotational driving.

본 발명에 따른 회전형 구동기를 사용하는 회전모듈은 회전강도(torsional rigidity)를 사용하는 아래 [식 1]을 통해 계산할 수 있다. 상기 회전모듈을 구하기 이전에 회전 진동 주기는 아래 [식 2]에서 계산할 수 있다.A rotating module using a rotatable actuator according to the present invention can be calculated through Equation 1 below using torsional rigidity. The rotational vibration period before the rotation module is obtained can be calculated from the following equation (2).

[식 1][Formula 1]

S=kAir(1/(LAir,1)+2/(LAir,2))S = k Air (1 / (L Air, 1 ) + 2 / (L Air, 2 ))

상기 식에서 kAir는 회전모듈이고,Where k Air is a rotation module,

LAir ,1과 LAir ,2는 같은 온도에서의 길이이다.
L Air , 1 and L Air , 2 are the lengths at the same temperature.

[식 2][Formula 2]

t=2π(I/S)1/2 t = 2? (I / S) 1/2

상기 식에서,In this formula,

t는 회전 진동 주기(torsional oscillation period)이고,t is a torsional oscillation period,

I는 패들의 관성 모멘트이며, I is the moment of inertia of the paddle,

S는 회전강도(rigidity)
S is rigidity,

<회전형 구동기의 원리><Principle of Rotary Actuator>

본 발명에 따른 회전형 구동기는 주위 환경으로부터 낭비되고 있는 열 에너지를 운동에너지 또는 회전에너지로 회수하기 위한 것이다. 즉, 온도변화가 인위적 또는 주기적으로 발생되는 가열기 및 냉각기 내부와 같은 장소뿐만 아니라, 온도변화가 미미한 평범한 일상생활과 같은 곳에서도 구동할 수 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 온도변화가 미미한 곳은 대류와 같은 공기 중의 미미한 온도 차이가 발생하게 되고, 이러한 온도 차이로 인해, 상기 회전형 구동기 내부의 일부분과 다른 부분간에 발생하는 온도차이 즉, 온도구배 때문에 구동하게 된다.The rotary actuator according to the present invention is for recovering thermal energy wasted from the surrounding environment as kinetic energy or rotational energy. That is, it can be driven not only in a place such as a heater or a cooler in which a temperature change is artificially or periodically generated, but also in a place such as a normal daily life in which the temperature change is insignificant. That is, in a place where the temperature change is insignificant, a slight temperature difference in the air such as convection occurs. Due to such a temperature difference, the temperature difference generated between a part of the inside of the rotative actuator and the other part, .

본 발명의 회전형 구동기는 상기와 같이 상기 회전형 구동기의 일부분과 다른 부분의 온도구배가 발생하게 되면, 상기 일부분은 수직방향으로는 수축하게 되고, 고분자 섬유 또는 고분자 시트가 비틀린 방사형 방향으로는 팽창하게 되어 풀리게 되나, 상기 일부분을 제외한 다른 부분은 상대적으로 다시 감기게 된다. 이후, 상대적으로 과도하게 감기게 된 다른 부분의 회전에너지가 일부분으로 전달되어 상기 일부분이 다시 감기게 되어, 본 발명에 따른 회전형 구동기는 연속적인 회전을 제공함으로써, 공기 중의 열 에너지를 위치에너지 또는 회전에너지와 같은 기계적 에너지로 전환할 수 있다.When the temperature gradient of the portion of the rotary actuator of the present invention is different from that of the portion of the rotary actuator, the portion contracts in the vertical direction, and the polymer fiber or polymer sheet expands in the twisted radial direction , But other portions except for the above part are rewound relatively. Thereafter, the rotational energy of the other part which has been excessively wound is transferred in part so that the part is rewound. Thus, the rotational actuator according to the present invention provides continuous rotation, It can be converted into mechanical energy such as rotational energy.

상기 회전형 구동기의 일부분과 다른 부분과의 온도구배가 1 ℃이상이면, 충분히 우수한 회전속도를 제공할 수 있으나, 우수한 회전속도를 제공하기 위해서는 상기 온도구배가 바람직하게 3 내지 30 ℃일 수 있다.If the temperature gradient between the part of the rotatable type actuator and the other part is not less than 1 ° C, it is possible to provide a sufficient rotational speed, but the temperature gradient may preferably be 3 to 30 ° C to provide a good rotational speed.

또한, 상기 회전형 구동기의 최대온도는 상기 회전형 구동기에 포함되는 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있으나, 바람직하게는 상기 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 유리전이온도(Tg) 이상이면 특별히 이에 한정되지 않으나, 바람직하게는 20 내지 80 ℃이면, 회전속도를 제공할 수 있다. 일예로, 폴리우레탄 섬유가 일방향으로 배향된 고분자 시트에 꼬임을 인가하여 제조된 회전형 구동기의 경우, 상기 폴리우레탄의 유리전이온도(Tg)가 30.6 ℃이기 때문에, 30 내지 80 ℃이면 충분한 회전속도를 제공할 수 있고, 보다 바람직하게는 45 내지 60 ℃에서 가장 우수한 회전속도를 제공한다.The maximum temperature of the rotatable type driver may be appropriately selected depending on the kind of the polymer fiber or polymer sheet included in the rotatable type driver. Preferably, the temperature is higher than the glass transition temperature (Tg) of the polymer fiber or polymer sheet Although not particularly limited thereto, it is preferably 20 to 80 ° C to provide a rotational speed. As an example, poly case of the rotary actuator produced by applying a polyurethane fiber is twisted in the polymer sheets oriented in one direction, is because the polyester glass transition temperature (T g) of the urethane Geigy 30.6 ℃, 30 to 80 ℃ sufficient rotation Speed, and more preferably provides the best rotational speed at 45 to &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 60 C. &lt; / RTI &gt;

상기 회전형 구동기는 온도구배에 의해 기계적 에너지를 발생하기 때문에, 상기 온도가 가장 높거나 낮은 지점인 일부분의 길이 또는 면적은 특별히 제한되지 않으나, 구체적으로 상기 일부분과 다른 부분과의 길이 비율은 0.1-1 : 1일 수 있다. 이때, 상기 다른 부분은 상기 일부분으로부터 온도구배 즉, 상기 일부분으로부터 다른 부분으로 열이 흐르면서 그 방향에 온도의 차이가 발생하게 된다.
Since the rotary actuator generates mechanical energy by a temperature gradient, the length or area of the portion at which the temperature is highest or lowest is not particularly limited, but specifically, the length ratio between the portion and the other portion is 0.1- 1: 1 &lt; / RTI &gt; At this time, the temperature of the other part differs from the temperature of the part, that is, the temperature varies in the direction from the part to the other part.

도 2는 본 발명에 따른 회전형 구동기가 주위 환경에 존재하는 온도차이로부터 내부에 지속적인 온도구배를 발생시켜, 구동되는 원리를 나타낸 것이다. 이때, 상기 회전형 구동기는 양 말단이 고정되지 않고, 위치변동지지대가 부착되어 있는, 동일한 방향으로 꼬인 형태이며, 40 ℃와 53 ℃의 온도구배가 발생함에 의해 회전을 통해 풀리는 과정을 도시화하였다.FIG. 2 shows a driving principle in which the rotating type actuator according to the present invention generates a continuous temperature gradient from the temperature difference existing in the surrounding environment. At this time, the rotative actuator is twisted in the same direction in which the both ends are not fixed but the position variation support is attached, and a process is shown in which the temperature gradient of 40 deg. C and 53 deg.

도 2에서 나타낸 바와 같이, 지속적인 온도구배에 의해 상기 폴리우레탄 시트의 방향에서 발생하게 되면 하단부이 풀리는 만큼 상대적으로 상단부은 더 감기게 된다.As shown in FIG. 2, when the continuous temperature gradient is generated in the direction of the polyurethane sheet, the upper end is wound relatively more as the lower end is released.

즉, 본 발명에 따른 회전형 구동기는 주위 온도가 가열되거나 냉각되지 않아도, 대류에 의해 주위 온도간에 차이가 발생하게 되고, 이로 인해 본 발명의 회전형 구동기 내에 온도구배가 발생하면서, 상기 회전형 구동기의 상단부 및 하단부 각각에서 큰 회전에너지와 상하이동에 따른 위치에너지를 제공할 수 있다.
That is, even if the ambient temperature is not heated or cooled, the rotational type actuator according to the present invention causes a difference in ambient temperature due to the convection, which causes a temperature gradient in the rotational type actuator of the present invention, It is possible to provide a large rotational energy and a potential energy in accordance with the up-and-down movement at the upper and lower ends, respectively.

<에너지 하베스팅 장치><Energy harvesting device>

본 발명의 다른 측면은 상기 온도구배에 의해 연속적인 회전을 제공하는 회전형 구동기를 사용하여 열에너지를 전기에너지로 전환할 수 있는 에너지 하베스팅 장치에 관한 것이다.Another aspect of the invention relates to an energy harvesting device capable of converting thermal energy into electrical energy using a rotatable driver that provides continuous rotation by the temperature gradient.

도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an energy harvesting apparatus according to an embodiment of the present invention.

상기 도 4를 참조하여, 일 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 구체적으로 설명하면, 온도구배에 의해 연속적인 회전을 제공하는, 상기 회전형 구동기(110); 상기 회전형 구동기(110) 내부에 위치하고, 상기 구동기(110)가 회전함에 따라 회전하는, 적어도 하나 이상의 자성체(120); 및 상기 회전형 구동기(110)와 이격되어 배치되며, 상기 자성체(120)가 회전하면서 내부를 통과하는 자속이 변하여 전기에너지(자기력, 전류)를 생성하는 적어도 하나의 코일(130)을 포함한다.Referring to FIG. 4, an energy harvesting apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4. Referring to FIG. 4, the energy harvesting apparatus includes a rotatable driver 110 for providing continuous rotation by a temperature gradient. At least one magnetic body 120 located inside the rotatable type actuator 110 and rotating as the actuator 110 rotates; And at least one coil 130 disposed to be spaced apart from the rotatable type driver 110 and adapted to generate electric energy (magnetic force, current) by changing the magnetic flux passing through the inside of the magnetic body 120 while rotating.

본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치는 자성체(120)와 코일(130) 사이의 상대적인 운동에 의해 전류가 유도되는 패러디(faraday) 전자 유도작용을 이용하여 온도구배에 따라 발생하는 회전형 구동기(110)의 기계적 에너지를 전기 에너지로 발생시키는 장치에 관한 것으로, 상기 상술한 바와 같은 구조를 갖는 회전형 구동기(110)는 내부에 자성체(120)를 포함하고 있고, 상기 회전형 구동기(110) 내에 포함된 자성체(120)와 이격되어 배치된 코일(130)을 포함하는 에너지 하베스팅 장치는, 대류와 같은 온도차이를 갖는 외부 환경으로부터 상기 회전형 구동기(110)의 일부분과 다른 부분의 온도구배가 발생하면, 상기 회전형 구동기의 일부분과 다른 부분의 부피 차가 발생하여 연속적인 회전을 발생하는데, 보다 구체적으로, 상기 회전형 구동기의 회전은 상기 일부분이 팽창되어 풀리고, 상기 다른 부분이 다시 감기게되면서, 연속적인 회전을 제공하여, 정지된 코일(130) 극성과 회전하는 자성체(120)의 극성이 상호 교차되면서 전기가 발생되게 된다. 이때, 상기 구동기(110)는 상단부(140)와 하단부(150)가 고정되어 있을 수도 있고, 상단부(140) 및 하단부(150) 중에서 어느 하나만이 고정될 수 있다. 이때, 상기 고정되지 않은 다른 말단은 위치변동지지대(151)를 더 포함할 수 있다.The energy harvesting apparatus according to the present invention includes a rotatable actuator 110 which is generated according to a temperature gradient using a faraday electromagnetic induction operation in which a current is induced by relative movement between a magnetic body 120 and a coil 130, The rotating type actuator 110 having the above-described structure includes a magnetic body 120 therein, and the rotating type actuator 110, which is included in the rotating type actuator 110, The energy harvesting apparatus including the coil 130 disposed apart from the magnetic body 120 is configured such that when a temperature gradient occurs in a portion other than the portion of the rotatable type driver 110 from an external environment having a temperature difference such as convection , A volume difference occurs between a portion of the rotatable actuator and the other portion, resulting in a continuous rotation. More specifically, rotation of the rotatable actuator causes the portion Unwound is expanded, while the other portion to the forward again, is to provide a continuous rotation, the polarity of the magnetic body 120 to rotate with a stationary coil (130) intersect so as polarity electricity is generated. At this time, the upper end 140 and the lower end 150 of the driver 110 may be fixed, or only one of the upper end 140 and the lower end 150 may be fixed. At this time, the other non-fixed end may further include a position variation support 151.

상기 위치변동지지대(151)는 일반적으로 회전형 구동기(110)의 하단부 말단에 구비되어 상기 회전형 구동기(110)의 선형 변위(translational displacement)는 허용하고, 상기 회전형 구동기(110)의 비가역적인 풀림(untwist)을 방지하여, 보다 안정적인 회전운동을 구동기에 제공한다. 즉, 위치변동지지대(151)는 상기 회전형 구동기(110)에 길이방향으로 스트레스를 가하여 길이 변화와 인장을 유도하여 외부 온도차이로부터 발생되는 온도구배에 따라 변형이 용이한 구조로 만들어 준다. 또한, 온도구배에 의해 발생하는 회전형 구동기(150)의 연속적인 회전을 위치변동지지대(151)는 풀림을 방지하고 자성체의 큰 회전력 발생을 유도한다.The position variation support rod 151 is generally provided at the lower end of the rotatable type driver 110 to permit a translational displacement of the rotatable type driver 110 and an irreversible Thereby preventing untwist and providing a more stable rotational motion to the actuator. That is, the position variation support 151 applies stress to the rotary actuator 110 in the longitudinal direction to induce a change in length and tension, thereby making the structure easy to deform in accordance with a temperature gradient generated from an external temperature difference. Also, the rotation of the rotary actuator 150 caused by the temperature gradient prevents the position variation support 151 from loosening and induces generation of a large rotational force of the magnetic body.

주지하는 바와 같이, 코일(130)의 양 끝에 검류계를 연결하여 코일(130)을 고정하고, 자성체(120)를 움직이면 상기 자성체(120)의 움직임에 따라 코일(130) 속을 흐르는 자속량(자기장)의 크기가 변화되며, 이 자속량(자기장)의 변화에 의해 코일(130)에 전류가 유도되는 전자기 유도(electromagnetic induction)작용으로 전기가 발생되는 즉, 코일(130)이 극성과 자성체(120)의 극성이 상호 교차되면서 전기를 발생시키게 된다.The coil 130 is fixed by connecting a galvanometer system to both ends of the coil 130. When the magnetic body 120 is moved and the magnetic body 120 moves, the magnetic flux flowing through the coil 130 And the coil 130 is driven by an electromagnetic induction operation in which a current is induced in the coil 130 due to a change in the magnetic flux amount And the polarities of the electrodes cross each other to generate electricity.

상기 코일(130)은 보다 구체적으로, 도 4에 나타난 바와 같이, 회전형 구동기(110)의 일 측면에 소정의 거리만큼 이격되어 위치되어 있을 수 있다.More specifically, the coil 130 may be spaced a predetermined distance from one side of the rotatable actuator 110, as shown in FIG.

상기 자성체(120)는 영구자석이면 이에 제한되지 않으나, 본 실시예에서는 네오디윰 자성체를 사용한다. 또한, 상기 자성체(120)의 형태는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 막대 형태이거나 NS극이 좌우로 되어 있는 원기둥 형태일 수 있다.The magnetic body 120 is not limited to a permanent magnet, but a neodymium magnetic body is used in the present embodiment. The shape of the magnetic body 120 is not particularly limited, but may be a rod-like shape or a cylindrical shape with the NS poles on the right and left.

상기 자성체(120)의 무게는 상기 에너지 하베스팅 장치에서 회전형 구동기(110)의 온도구배에 따른 회전속도와 회전에너지를 조절하는데 있어서 중요한 요소이므로, 상기 자성체(120)는 상기 회전형 구동기(110) 보다 1 내지 1000 배인 것이 바람직하다. 상기 자성체(120)의 무게 범위를 벗어나게 되면, 상기 회전형 구동기(110)의 회전속도 및 회전에너지가 감소하게 되어 외부 온도차이로부터 발생하는 상기 회전형 구동기(110)의 온도구배를 기계적 에너지 전환하는 효율이 상대적으로 감소하게 된다. 특히, 폴리우레탄을 포함하는 상기 회전형 구동기(110)의 경우, 회전속도는 빠르나, 회전에너지가 낮기 때문에, 우수한 회전속도를 유지하면서, 이를 전기에너지로 변환하기 위해서는 상기 자성체(120)의 무게가 1 내지 10 배인 것이 바람직하다.Since the weight of the magnetic body 120 is an important factor in controlling the rotational speed and the rotational energy according to the temperature gradient of the rotatable type driver 110 in the energy harvesting apparatus, ) Is preferably 1 to 1000 times. The rotational speed and the rotational energy of the rotary actuator 110 are reduced and the temperature gradient of the rotary actuator 110 generated from the external temperature difference is converted into a mechanical energy The efficiency is relatively reduced. Particularly, in the case of the rotary actuator 110 including polyurethane, since the rotational speed is fast but the rotational energy is low, in order to convert the rotational speed into electric energy while maintaining a good rotational speed, the weight of the magnetic body 120 Preferably 1 to 10 times.

상기 회전형 구동기(110)의 길이는 1 내지 20 ㎝인 것이 바람직하다.The length of the rotatable actuator 110 is preferably 1 to 20 cm.

또한, 상기 자성체(120)와 코일(130) 간의 이격된 거리는 1 mm 인 것이 바람직한데, 상기 이격된 거리가 1 ㎜ 미만이면 코일에 의해 자성체의 회전력이 저하될 수 있다. 자성체의 자기장이 미치는 범위 안에서는 전기에너지를 유도 할 수 있지만 1 ㎜를 초과하게 되면 자성체(120)에 의해 코일(130) 내 자속변화를 유도함에 있어, 손실이 발생하므로 에너지 전환효율이 저하되는 문제가 발생한다.The spacing distance between the magnetic body 120 and the coil 130 is preferably 1 mm. If the spacing distance is less than 1 mm, the rotational force of the magnetic body may be lowered by the coil. Electric energy can be induced within the range of the magnetic field of the magnetic body. However, if the magnetic flux density exceeds 1 mm, the loss of the magnetic flux in the coil 130 is induced by the magnetic body 120, Occurs.

본 발명의 에너지 하베스팅 장치에 온도에 따라 개폐되는 구성요소를 부가하여 파이프 등의 협소하면서 고온의 열이 일정하게 발생하는 장소나 일정한 따뜻한 바람이 발생하는 곳에 부착하기 극히 용이한 것이다.It is extremely easy to attach to the energy harvesting apparatus of the present invention by a component which is opened or closed according to temperature so that it can be adhered to a place where a narrow and high temperature heat such as a pipe is uniformly generated or where a warm wind is generated.

상기 에너지 하베스팅 장치는 개폐구가 구비된 판(170); 상기 개폐구의 열림과 닫힘을 발생시키는 상기 구동기에 연결된 핀(160);을 더 포함할 수 있고. 이러한 구조는 도 5에 보다 상세히 나타내었다.The energy harvesting apparatus includes a plate 170 having an opening / closing port; And a pin (160) connected to the actuator for generating opening and closing of the opening / closing port. This structure is shown in more detail in FIG.

상기 계폐구가 구비된 판(170)은 상기 회전형 구동기(110) 하단부(150) 말단에 위치하고, 상기 핀(160)은 상기 회전형 구동기 하단부(150)의 임의의 위치에 고정되어 있다.The plate 170 with the closure is located at the end of the lower end 150 of the rotary actuator 110 and the pin 160 is fixed at a predetermined position of the lower end of the rotary actuator 150.

도 5에서 열이 상기 판(170)에 구비된 개폐구를 통하여 상기 회전형 구동기(110)를 가열하게 되면 상기 회전형 구동기(110)가 풀리는 방향으로 회전이 발생하게 된다. 이때, 상기 회전형 구동기(110)의 하단부(150)의 임의의 위치에 고정되어 있던 핀(160)이 회전을 하여 상기 개폐구를 통해 올라오던 열을 차단하게 되면 상기 회전형 구동기(110)는 주변온도가 내려감에 따라서 꼬이는 방향으로 회전하게 된다. 상기 회전형 구동기(110)의 회전수는 양끝(140, 150)을 기준으로 가운데로 갈수록 많은 회전수가 발생한다. 발생하는 회전수는 상기 핀(160)의 위치에 따라서 조절 할 수 있으며 상기 핀(160)의 무게는 상기 회전형 구동기(110)의 회전운동 및 토크에 영향을 주지 않는 가벼운 무게이면 이에 제한되지 않는다.
In FIG. 5, when the heat is applied to the rotary actuator 110 through the door provided in the plate 170, the rotary actuator 110 is rotated in the direction of unwinding. At this time, when the pin 160 fixed at an arbitrary position of the lower end portion 150 of the rotatable type driver 110 rotates to block the heat that has risen through the opening / closing port, the rotatable type driver 110 rotates around And is rotated in a twisted direction as the temperature decreases. The number of revolutions of the rotatable type driver 110 increases as the number of rotations increases toward the center with respect to both ends 140 and 150. The number of revolutions generated can be adjusted according to the position of the pin 160 and the weight of the pin 160 is not limited to a light weight that does not affect the rotational motion and torque of the rotatable type driver 110 .

이하, 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치에 대해 도 6을 참조하여 설명한다.Hereinafter, an energy harvesting apparatus according to another embodiment will be described with reference to Fig.

도 6은 본 발명의 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 단면도(a)와, 위에서 바라본 모습(b)을 촬영한 사진이다.6 is a photograph showing a cross-section (a) of the energy harvesting apparatus according to another embodiment of the present invention and a view (b) as viewed from above.

본 발명의 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치는 상기 도 4에 나타낸 일 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치와 비교하여 전반적으로 유사하지만, 도 6a에 도시된 바와 같이, 코일(230)이 상기 회전형 구동기(210) 내에 포함된 자성체(220)를 감싸도록 설치되어 있다는 점에서 차이가 있다. 특히, 상기 자성체(220)는 3계 즉, 세개의 코일(230)이 연결되어 상기 회전형 구동기(210)에 구비된 자성체(220)를 감싸고 있고, 상기 코일(230)은 각 코일(230)과 외부의 장치와 연결할 수 있는 수단(231, 232, 233)이 연장되어 있다. 상기 코일(230)의 구조는 도 6b에 보다 구체적으로 나타나있다.The energy harvesting apparatus according to another embodiment of the present invention is generally similar to the energy harvesting apparatus according to the embodiment shown in FIG. 4, but as shown in FIG. 6A, And is provided so as to surround the magnetic body 220 included in the typical driver 210. More specifically, the magnetic body 220 is connected to three coils 230 to surround the magnetic body 220 of the rotative actuator 210, and the coils 230 are connected to the coils 230, And means (231, 232, 233) for connecting to an external device are extended. The structure of the coil 230 is more specifically shown in FIG. 6B.

또한, 상기 코일(230)은 상기 회전형 구동기(210)에 구비된 자성체(220)와 소정의 거리만큼 이격되어 위치하면서, 상기 자성체(220)를 감싸며 구비된다.
The coil 230 is disposed to surround the magnetic body 220 while being spaced apart from the magnetic body 220 of the rotative actuator 210 by a predetermined distance.

이하, 또 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치에 대해 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 단면도이다.Hereinafter, an energy harvesting apparatus according to another embodiment will be described with reference to FIG. 7 is a cross-sectional view of an energy harvesting apparatus according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 또 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치는 상기 도 4 및 도 6에 나타낸 일 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치와 비교하여 전반적으로 유사하지만, 도 6a에 도시한 바와 같이, 상기 에너지 하베스팅 장치(300)에 구비된 상기 회전형 구동기(310)의 상단부 및 하단부 중 어느 하나의 말단(미도시)이 고정되어 있고, 고정되어 있지 않은 말단(350)은 위치변동지지대가 설치되어 있는데, 이를 본 또 다른 구현예에서는 자성체(351)로 구비하였다는 점에서 차이가 있다.The energy harvesting apparatus according to another embodiment of the present invention is generally similar to the energy harvesting apparatus according to the embodiment shown in FIGS. 4 and 6, but as shown in FIG. 6A, (Not shown) of the upper and lower ends of the rotatable type driver 310 provided in the rotating device 300 is fixed and the end 350 not fixed is provided with a position variation support. In another embodiment of the present invention, a magnetic body 351 is provided.

또한, 상기 자성체(351)를 감싸듯 둘러싸고 있는, 이격되어 배치된 코일(352)을 더 포함한다.The magnetic body 351 further includes a coil 352 that surrounds and surrounds the magnetic body 351.

상기 에너지 하베스팅 장치가 공기 또는 액체와 같은 외부조건하에서, 대류와 같은 에너지 순환에 의한 온도차이에 노출되면, 상기 에너지 하베스팅 장치 내에 포함되는 상기 회전형 구동기(310)의 일부분과 다른 부분의 온도구배가 발생하게 되고, 상기 일부분은 팽창되어 풀리고, 상기 다른 부분은 다시 감기되면서, 연속적인 수직(길이변화) 및 회전(수평)을 제공하게 된다. 이때, 상기 회전형 구동기(310)의 어느 한 말단에 구비된 상기 자성체(351)는 상기 회전형 구동기(310)의 길이변화에 따라 수직적 위치에너지 변화를 갖고, 이러한 상하(수직) 운동에 의해 상기 자성체로 구비된 자성체(351)가 움직이고, 이로 인해 상기 코일(352) 속을 흐르는 자속량(자기장)의 크기가 변화되며, 이 자속량(자기장)의 변화에 의해 코일(352)에 전류가 유도되는 전자기 유도(electromagnetic induction)작용으로 전기가 발생되는 즉, 코일(352)이 극성과 자성체(351)의 극성이 상호 교차되면서 전기를 발생시키게 되므로, 상기 자성체(351)의 위치에너지 변화를 전기에너지로 변환할 수 있다.When the energy harvesting device is exposed to a temperature difference due to energy circulation such as convection under external conditions such as air or liquid, the temperature of a part of the rotatable type driver 310 included in the energy- A gradient is generated, the portion is expanded and loosened, and the other portion is rewound to provide continuous vertical (length variation) and rotation (horizontal). At this time, the magnetic body 351 provided at one end of the rotatable type driver 310 has a vertical position energy change in accordance with a change in length of the rotatable type driver 310, The magnitude of the magnetic flux (magnetic field) flowing through the coil 352 is changed, and the current is induced in the coil 352 due to the change in the magnetic flux amount (magnetic field) The coil 352 generates electric power while the polarity of the coil 352 intersects with the polarity of the magnetic body 351. The change of the positional energy of the magnetic body 351 is converted into electric energy . &Lt; / RTI &gt;

위치변동지지대인 자성체(351)의 형태는 특별히 이에 제한되지 않지만, N극 S극이 아래 위로 있는 원기둥 형태의 자성체가 가장 바람직하다.
The shape of the magnetic body 351 as the position variation support is not particularly limited, but a cylindrical magnetic body having an N pole S pole downward is most preferable.

이하, 또 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치에 대해 도 8을 참조하여 설명한다.Hereinafter, an energy harvesting apparatus according to another embodiment will be described with reference to FIG.

본 발명의 또 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치는 상기 도 4에 나타낸 일 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치와 비교하여 전반적으로 유사하지만, 도 8에 도시한 바와 같이, 온도구배에 의해 연속적인 회전을 제공하는, 상기 회전형 구동기(410); 상기 회전형 구동기(410) 내부에 위치하고, 상기 회전형 구동기(410)가 회전함에 따라 회전하는, 적어도 하나 이상의 코일(420); 및 상기 회전형 구동기(410)와 이격되어 배치되며, 상기 코일(420)이 회전하면서 내부를 통과하는 자속이 변하여 전기에너지(자기력, 전류)를 생성하는 적어도 하나의 자성체(430)를 포함한다는 점에서 차이가 있다.The energy harvesting apparatus according to another embodiment of the present invention is generally similar to the energy harvesting apparatus according to the embodiment shown in FIG. 4, but as shown in FIG. 8, The rotatable actuator 410 providing rotation; At least one coil 420 positioned within the rotatable type driver 410 and rotating as the rotatable type driver 410 rotates; And at least one magnetic body 430 spaced apart from the rotative actuator 410 and generating a magnetic field by changing the magnetic flux passing through the coil 420 while rotating the coil 420 .

상기 자성(430)은 영구자석이면 특별히 이에 제한되지 않으나, 보다 바람직하게는 N, S 극을 갖는 막대형이거나, N 극의 자석과 S 극의 자석이 상기 회전형 구동기(410)를 중심으로 좌우에 설치되고, 상기 코일(420)과 이격되어 배치될 수 있다.
The magnet 430 may be a rod-shaped magnet having N and S poles, or a magnet having an N pole and an S pole may be disposed on the left and right sides of the rotatable actuator 410 And may be disposed apart from the coil 420.

본 발명의 또 다른 측면은 가로축으로 고정되어 있고, 온도구배에 의해 연속적인 회전을 제공하는 회전형 구동기를 사용하여 열에너지를 위치에너지로 전환하고, 이를 다시 전기에너지로 전환하는 또 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치에 관한 것이다 이하, 또 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치에 대해 도 9를 참조하여 설명한다.Yet another aspect of the present invention is directed to a method of transforming thermal energy into position energy using a rotatable actuator that is secured in a transverse axis and provides continuous rotation by a temperature gradient, The energy harvesting apparatus according to another embodiment will now be described with reference to FIG.

도 9는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an energy harvesting apparatus according to another embodiment of the present invention.

상기 도 9를 참조하여, 또 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 구체적으로 설명하면, 양 말단이 가로축으로 고정되어 있고, 온도구배에 의해 연속적인 회전을 제공하는, 회전형 구동기(510); 상기 회전형 구동기(510) 내의 중앙 지점에 구비된 승강수단(520); 상기 승강수단(520) 하부에 구비되고, 상기 승강수단(520)과 연결되어, 상기 회전형 구동기(510)가 회전함에 따라 위치변동을 갖는, 적어도 하나 이상의 자성체(530); 상기 자성체(530)의 상하이동에 의해 전계를 발생시키는 적어도 하나 이상의 코일(540)을 포함한다.Referring to FIG. 9, an energy harvesting apparatus according to another embodiment of the present invention will be described in detail. The energy harvesting apparatus includes a rotatable driver 510 having both ends fixed in the horizontal axis and providing continuous rotation by a temperature gradient. Lifting means (520) provided at a central point in the rotatable type driver (510); At least one magnetic body 530 provided below the elevating means 520 and connected to the elevating means 520 and having a positional variation as the rotative actuator 510 rotates; And at least one coil 540 for generating an electric field by the upward and downward movement of the magnetic body 530.

상술한 구성을 갖는 또 다른 구현예에 따른 에너지 하베스팅 장치는 온도구배에 따라 발생하는 상기 회전형 구동기(510)의 연속적인 회전에너지를 상기 승강수단(520)를 이용하여 위치에너지로 전환하고, 이를 상기 자성체(530)와 코일(540) 사이의 상대적인 운동에 의해 전류가 유도되는 패러디(faraday) 전자 유도작용을 이용하여 전기 에너지로 발생시킬 수 있다.The energy harvesting apparatus according to another embodiment having the above-described configuration converts the continuous rotational energy of the rotatable type driver 510 generated according to the temperature gradient to the potential energy using the elevating means 520, It can be generated as electric energy by using a faraday electromagnetic induction operation in which a current is induced by the relative movement between the magnetic body 530 and the coil 540. [

다만, 상기에서 상기 자성체(530)의 위치에너지를 전기에너지로 바꾸는 코일(540)과 같은 수단이 포함되지 않아도, 열에 의해 구동되는 상기 회전형 구동기(510)에서의 회전 에너지를 위치에너지와 같은 유용한 일로 전환할 수 있다. 그러나, 본 발명에서의 일 예로, 상기 회전형 구동기(510)가 가로축으로 고정되어 있고, 이로부터 상기 자성체(530)와 상기 코일(540)을 더 구비하여 전기에너지를 발생시키는 에너지 하베스팅 장치에 대해 설명하고자 한다.However, even if a means such as the coil 540 for converting the potential energy of the magnetic body 530 into electric energy is not included, the rotational energy in the rotational driving device 510 driven by the heat may be used as useful energy Day. However, in an embodiment of the present invention, the rotative actuator 510 is fixed on the horizontal axis, and further includes the magnetic body 530 and the coil 540 to generate energy. .

다시 말해, 상술한 구성을 갖는 에너지 하베스팅 장치는, 외부 온도차이로부터 상기 회전형 구동기(510)의 일부분과 다른 부분의 온도구배가 발생하게 되면, 상기 일부분은 팽창되어 풀리고, 상기 다른 부분은 다시 감기게 되면서, 연속적인 회전을 제공하게 되고, 이에 따라, 상기 회전형 구동기(510)의 중앙 지점에 연결되어 있는 승강수단(520)이 회전함에 따라 상기 승강수단(520)과 연결된 상기 자성체(530)가 상하이동(세로축 방향 이동)을 한다. 이는 열 에너지가 본 발명에 따른 회전형 구동기에 의해서 기계적(회전, 위치) 에너지로 전환됨을 의미한다.In other words, in the energy harvesting apparatus having the above-described configuration, when a temperature gradient occurs from a portion of the rotatable type driver 510 to another portion from an external temperature difference, the portion is expanded and loosened, The magnetic body 530 connected to the elevating means 520 is rotated by the elevating means 520 connected to the center point of the rotatable type driving device 510. Accordingly, (Vertical axis movement). This means that the thermal energy is converted to mechanical (rotational, position) energy by the rotary actuator according to the present invention.

상기 자성체(530)의 상하이동에 의해, 상기 자성체(530)과 코일(540)의 상대적인 운동에 의해 상기 코일(540)을 통과하는 자속의 변화가 유도되어 전기 에너지를 발생시키는 것을 특징으로 한다.The relative movement of the magnetic body 530 and the coil 540 induces a change in the magnetic flux passing through the coil 540 by the up and down movement of the magnetic body 530 to generate electric energy.

상기 코일(540)은 상기 자성체(530)의 상하이동에 의해 전계를 발생시킬 수 있는 위치라면 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 상기 자성체(530)의 상면, 하면, 측면에 구비되거나, 상기 자성체(530)의 측면을 둘러싸는 원통형 구조일 수 있다.The coil 540 may be provided on the upper surface, the lower surface, or the side surface of the magnetic body 530, as long as the coil 540 is at a position capable of generating an electric field by the upward and downward movement of the magnetic body 530, May be a cylindrical structure that surrounds the side surface of the base 530.

상기 자성체(530)의 측면을 둘러싸는 원통형 구조이면, 상기 자성체(530)의 상하이동시 상기 자성체(530)와 고정되어 있는 상기 원통형 코일(540) 간 상대적인 운동이 발생하여 상기 코일(540)을 통과하는 자속의 변화를 유도하므로, 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.A relative movement between the magnetic body 530 and the cylindrical coil 540 fixed to the magnetic body 530 occurs at the same time as the magnetic body 530 is moved to pass through the coil 540 Thereby inducing electric energy.

상기 승강수단(520)은 회전에너지를 위치에너지로 전환할 수 있는 장치이면 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 도르레일 수 있다.The elevating means 520 is not particularly limited as long as it is an apparatus capable of converting rotational energy into position energy, but may be a pulley.

상기 자성체(530)의 상하이동 거리, 즉, 세로축 방향 위치 변동 거리는 0.1 내지 3 ㎝인 것이 바람직하다.The vertical moving distance of the magnetic body 530, that is, the longitudinal moving distance in the axial direction is preferably 0.1 to 3 cm.

상기 자성체(530)는 영구자석이면 특별히 이에 제한되지 않으나, 보다 바람직하게는 N, S 극을 갖는 막대형이거나, 원통형일 수 있다.
The magnetic body 530 is not particularly limited as long as it is a permanent magnet, but more preferably it may be a rod-like rod having N and S poles, or may be cylindrical.

이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the scope and content of the present invention can not be construed to be limited or limited by the following Examples. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. It is natural that it belongs to the claims.

<실시예 1> 폴리우레탄 회전형 구동기의 제조&Lt; Example 1 > Preparation of a polyurethane rotating type actuator

1) 폴리우레탄 방사용액의 제조.1) Preparation of Polyurethane Spray Solution.

폴리우레탄(SMP MM-2520, SMP Technologies Inc. from Japan)을 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran; Aldrich)에 상온에서 7 일 동안 용해하여 폴리우레탄 방사용액을 제조하였다. 이때, 상기 방사용액의 전체 중량비에 5.5 중량%로 폴리우레탄을 녹여 준비하였다.Polyurethane (SMP MM-2520, SMP Technologies Inc. from Japan) was dissolved in tetrahydrofuran (Aldrich) at room temperature for 7 days to prepare a polyurethane spraying solution. At this time, 5.5 wt% of polyurethane was dissolved in the total weight ratio of the spinning solution.

2) 전기방사 : 폴리우레탄 시트의 제조.2) Electrospinning: Preparation of polyurethane sheet.

상기 1) 단계에서 제조한 폴리우레탄 방사용액을 전기방사 방법으로 단일배향성을 갖는 폴리우레탄 시트를 제조하였다. 이때, 전기방사 조건은 상기 폴리우레탄 방사용액을 실린지 펌프(Kdscientific USA)로 13 ㎕/min의 속도로 공급하고, 18 ㎸의 인가전압을 가함으로써, 방사 노즐은 +11kV이고, 상기 콜렉터는 ??7kV 전압을 갖는다. 상기 방사 노즐과 콜렉터 간의 거리는 20 ㎝이다. 이때, 고전압 DC 전원 공급기(WookyongTECH, Korea)를 사용하여 전압을 인가하였다. 이때, 상기 폴리우레탄 시트를 구성하는 폴리우레탄 섬유의 직경은 ~4.5 ㎛이다.A polyurethane sheet having a unidirectional orientation was prepared by the electrospinning method of the polyurethane spinning solution prepared in the above step 1). At this time, the polyurethane spraying solution was supplied at a rate of 13 μl / min to a syringe pump (Kdscientific USA), and the irradiation nozzle was +11 kV by applying an applied voltage of 18 kV. It has a voltage of 7kV. The distance between the spinning nozzle and the collector is 20 cm. At this time, a voltage was applied using a high voltage DC power supply (WookyongTECH, Korea). At this time, the diameter of the polyurethane fibers constituting the polyurethane sheet is ~ 4.5 mu m.

3) 회전형 구동기 제조3) Manufacture of rotary actuator

상기 2) 단계의 전기방사공정을 통해 제조된 폴리우레탄 시트를 평평한 직사각형 패드와 고정된 지지체를 갖는 전기모터의 샤프트(shaft)에 부착하였다. 상기 폴리우레탄 시트의 고정된 두 말단을 40 ℃ 조건 하에서 전체적으로 꼬인 형태를 가질 때까지 꼬임을 부가하여 회전형 구동기를 제조하였다. 보다 구체적으로, 상기 회전형 구동기는 동일한 방향으로 25,000 trun/m의 회전속도로 꼬임 부가하여 제조된 코일 형태의 회전형 구동기이다.The polyurethane sheet produced through the electrospinning process in the step 2) was attached to a shaft of an electric motor having a flat rectangular pad and a fixed support. Rotary actuators were prepared by adding twist until the two fixed ends of the polyurethane sheet had an overall twisted shape at 40 ° C. More specifically, the rotatable type actuator is a coil type rotatable type actuator manufactured by twisting at a rotation speed of 25,000 trun / m in the same direction.

이때, 상기 회전형 구동기의 내측을 기준으로 상단부과 하단부으로 나뉘어지고, 상단부과 하단부의 꼬임 방향에 따라 다양한 형태의 회전형 구동기를 제조할 수 있다.At this time, the rotary actuator is divided into an upper end portion and a lower end portion with reference to the inner side of the rotary actuator, and various types of rotary actuators can be manufactured according to the twist direction of the upper end portion and the lower end portion.

우선, 상기 회전형 구동기의 상단부과 하단부이 모두 동일한 방향(Z형 또는 S형)으로 꼬아 제조되거나, 상기 상단부과 하단부이 서로 다른 방향으로 제조(어느 하나가 Z형이면 다른 하나는 S형인 키랄성 구조)될 수 있다.First, the upper and lower ends of the rotatable type actuator are twisted in the same direction (Z-shape or S-shape) or the upper and lower ends are manufactured in different directions (one is Z-shaped and the other is S-shaped) .

또한, 상기 회전형 구동기는 코일이 형성되지 전까지 꼬아 만든 비틀린 형태(twist)를 갖거나, 상기 비틀린 형태(twist)에서 꼬임을 더 인가하여 코일 형태(coil)를 가질 수 있다.
In addition, the rotary actuator may have a twisted twist until the coil is formed, or may have a coil by applying a further twist in the twisted twist.

<실시예 2 내지 5>&Lt; Examples 2 to 5 >

상기 실시예 1에서 전기방사를 통해 제조된 폴리우레탄 시트에 각각 19,000 turns/m(제조예 2), 21,000 turns/m(제조예 3), 23,000 turens/m(제조예 4) 및 27,000 turns/m(제조예 5)의 회전속도로 꼬임 부가하여 부분적으로 꼬인 비틀린 형태 또는 코일 형태의 회전형 구동기를 제조했다는 것을 제외하고는 모두 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
M 2 (Production Example 2), 21,000 turns / m (Production Example 3), 23,000 turens / m (Production Example 4), and 27,000 turns / m (Production Example 5) to produce a partially twisted twisted type or coil-shaped rotational type actuator.

제조예Manufacturing example 1. 에너지  1. Energy 하베스팅Harvesting 장치 Device

상기 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기를 이용하여, 열에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 에너지 하베스팅 장치를 고안하였다. 이의 구조를 도 4에 보다 자세히 나타내었다.An energy harvesting device capable of converting thermal energy into electrical energy was devised by using the rotatable type driver manufactured from Example 1 above. Its structure is shown in more detail in Fig.

실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기의 두 말단이 고정되어 있고, 상기 회전형 구동기의 중앙에 자성체가 위치한다. 상기 회전형 구동기와 이격되어 배치된 코일은 상기 구동기에 구비된 상기 자성체와 1 mm 떨어져 위치하도록 배치하여 에너지 하베스팅 장치를 제조하였다. 이때, 상기 코일을 오실로스코프와 연결하였고, 상기 코일은 일반 시계에 사용되는 것을 이용하였다.Two ends of a rotatable actuator manufactured in Example 1 are fixed, and a magnetic body is located at the center of the rotatable actuator. And the coils disposed apart from the rotatable type driver were arranged to be spaced apart 1 mm from the magnetic bodies provided in the driving device to manufacture an energy harvesting device. At this time, the coil was connected to an oscilloscope, and the coil used for a general watch was used.

상기 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기는 인접한 공기의 온도에 존재하는 차이에 따라, 상기 회전형 구동기 내에 온도구배가 발생하게 되고, 이로 인해 상기 회전형 구동기의 꼬임 구조가 풀어지고 다시 감기는 반복적인 행동으로 인해 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하게 되고, 이로 인해 유도된 자성체 회전을 통해, 코일 속을 흐르는 자속을 변화시켜 유도된 시간에 따른 전압을 코일에 연결된 오실로스코프로 측정하였다.
In the rotary actuator manufactured from the first embodiment, a temperature gradient is generated in the rotary actuator according to the difference existing in the temperature of the adjacent air, whereby the twist structure of the rotary actuator is released, The magnetic flux passing through the coil is changed through the induced magnetic body rotation, and the voltage with time induced is measured by an oscilloscope connected to the coil.

<< 평가예Evaluation example 1.> 회전  1.> Rotation 스피드speed 및 회전수의 측정. And the number of revolutions.

회전형 구동기의 회전 스피드를 측정하기 위해서, 두가지 방법을 사용하였다, 하나는 초고속 카메라(1000 frame per second, Phantoms)를 사용하는 것이고, 다른 하나는 자기장 방향의 변화를 측정하는 것이다.In order to measure the rotational speed of the rotary actuator, two methods are used. One is to use 1000 frames per second (Phantoms), and the other is to measure the change in the direction of the magnetic field.

자기장 방향의 변화를 측정하는 방법을 보다 구체적으로 설명하자면, 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기의 상단부과 하단부 중심에 자성체를 부착함으로써, 상기 회전형 구동기가 온도구배에 따라 구동될 때, 자기장 변화를 야기할 수 있도록 제조하였다. 이를 통해 상기 회전형 구동기의 주위에 설치된 코일로부터 전압이 생성되고, 상기 전압은 오실로스코프를 통해 기록될 것이다.To more specifically describe a method for measuring the change in the direction of the magnetic field, it is preferable that, by attaching a magnetic body to the center of the upper end portion and the lower end portion of the rotatable type actuator manufactured from Embodiment 1, when the rotatable type driver is driven in accordance with the temperature gradient, . &Lt; / RTI &gt; Thereby, a voltage is generated from a coil installed around the rotary actuator, and the voltage will be recorded through an oscilloscope.

즉, 회전형 구동기의 회전 스피드와 회전수와 관련되어 있는 전압 신호를 시간에 따라 진동수(Hz)와 피크 수를 확인할 수 있다. 분당 회전 피크는 최고 진동수(Hz) × 60으로 계산된다. 상기 두 방법은 동일한 결과를 보여준다.
That is, the number of frequencies (Hz) and the number of peaks of the voltage signal related to the rotation speed and the number of revolutions of the rotary actuator can be confirmed with time. The rotation peak per minute is calculated as the highest frequency (Hz) x 60. Both methods show the same results.

<평가예 2.> 회전형 구동기의 물리적 특성 분석.&Lt; Evaluation Example 2 > Analysis of Physical Characteristics of Rotary Actuator.

1) 형태분석1) Morphological analysis

전자주사 현미경(FE SEM, Hitachi S4700)을 이용하여 형태를 분석하였다.The morphology was analyzed using a scanning electron microscope (FE SEM, Hitachi S4700).

2) 동역학적 특성 분석(Dynamic mechanical Analysis)2) Dynamic mechanical analysis

회전형 구동기의 열적 특성을 분석하기 위해서, 동역학적열특성 분석기(Dynamic Mechanical Analyzer, Seiko Exstar 6000)을 사용하였다. 이때, 온도는 열전대를 이용하여 측정하였다.
To analyze the thermal characteristics of the rotary actuator, a dynamic mechanical analyzer (Seiko Exstar 6000) was used. At this time, the temperature was measured using a thermocouple.

도 10은 하단부 온도가 53 ℃로 고정되어, 온도구배를 갖는 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기(12 ㎝ 길이, 100 ㎛직경)의 회전속도(■), 회전각(□)을 측정하여 나타낸 그래프이다.10 shows the results of measuring the rotational speed (?) And rotational angle (?) Of the rotational actuator (12 cm length, 100 탆 diameter) manufactured from Example 1 having a temperature gradient of 53 ° C. at the lower end Graph.

도 10에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 1의 회전형 구동기의 온도구배에 의한 상단부과 하단부의 온도차이(7~13 ℃)에 따라서 회전속도와 회전각이 증가한다는 것을 확인하였다. 이를 통해 본 발명에 따른 회전형 구동기는 상단부과 하단부의 온도차이가 1 ℃이상부터 회전속도를 제공하고 있음을 확인할 수 있는데, 약 1,000 rpm의 충분한 회전속도는 3 ℃ 이상부터 제공됨을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 회전형 구동기는 1 ℃ 이상이면 회전에너지 즉, 회전속도를 제공할 수 있고, 바람직하게는 3 내지 30 ℃에서 우수한 회전속도와 회전각을 제공할 수 있다는 것을 알 수 있고, 보다 바람직하게는 9 내지 13 ℃이다.
As shown in FIG. 10, it was confirmed that the rotation speed and the rotation angle were increased according to the temperature difference (7 to 13 ° C) between the upper end portion and the lower end portion due to the temperature gradient of the rotational type actuator of Example 1. As a result, it can be seen that the temperature difference between the upper end portion and the lower end portion of the rotational type actuator according to the present invention provides the rotational speed from 1 ° C or more. It can be seen that a sufficient rotational speed of about 1,000 rpm is provided from 3 ° C or more. Therefore, it can be seen that the rotational type actuator according to the present invention can provide rotational energy, that is, rotational speed, at 1 ° C or more, and can provide excellent rotational speed and rotational angle at 3 to 30 ° C, More preferably 9 to 13 占 폚.

도 11은 회전형 구동기의 상단부과 하단부의 온도차이가 13 ℃로 고정된 상태에서, 하단부 온도가 40~60 ℃일 때, 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기(12 ㎝ 길이, 100 ㎛직경)의 회전속도(■)를 측정하여 나타낸 그래프이다.Fig. 11 is a graph showing the results obtained when the rotating type actuator (12 cm in length, 100 탆 in diameter) manufactured in Example 1 was used when the temperature difference between the upper end portion and the lower end portion of the rotatable type actuator was fixed at 13 캜 and the lower end temperature was 40 to 60 캜, (2) of the first embodiment of the present invention.

도 11에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 1의 회전형 구동기는 폴리우레탄을 사용한 것으로, 상기 폴리우레탄의 유리전이온도(Tg)가 30.6 ℃이기 때문에, 상단부과 하단부의 온도차이가 13 ℃로 동일할 때, 상기 실시예 1의 회전형 구동기는 유리전이온도(Tg)인 30 ℃ 이상이면 충분한 회전속도를 제공할 수 있다는 것도 확인하였다. 그러나, 하단부의 온도가 45~60 ℃ 조건에서 가장 우수한 회전 스트로크(stroke)를 제공할 수 있다.As shown in FIG. 11, the rotating type actuator of Example 1 was made of polyurethane. Since the glass transition temperature (Tg) of the polyurethane was 30.6 ° C, the temperature difference between the upper end portion and the lower end portion was equal to 13 ° C , It was confirmed that the rotational type actuator of Example 1 can provide a sufficient rotational speed when the glass transition temperature (T g ) of 30 ° C or more is provided. However, it is possible to provide the best rotary stroke at the lower end temperature of 45 to 60 ° C.

이를 통해, 본 발명에 따른 회전형 구동기는 30 ℃ 이상이면 충분한 회전속도를 제공할 수 있는데, 바람직하게는 40 ℃이상이고, 3,000 rpm이상의 회전속도를 갖기 위해서는 43 ℃이상인 것이 더욱 바람직하다. 다만, 60 ℃이상부터는 회전속도가 점차 저하되므로, 충분한 회전속도를 제공하는 약 80 ℃까지가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 60 ℃이하일 수 있다.
Accordingly, the rotational type actuator according to the present invention can provide a sufficient rotational speed at 30 ° C or more, preferably 40 ° C or more, and more preferably 43 ° C or more to have a rotational speed of 3,000 rpm or more. However, since the rotation speed gradually decreases from 60 占 폚 or more, it is preferably up to about 80 占 폚, and more preferably 60 占 폚 or less, which provides a sufficient rotation speed.

본 발명에 따른 회전형 구동기는 인가된 꼬임(회전)에 따라 비틀린 형태, 부분적으로 꼬인 비틀린 형태 및 꼬인 형태 등 각기 다른 형태를 갖게 된다. 이때, 상기 각기 다른 형태의 회전형 구동기의 성능을 비교한 것이다. 구체적으로, 도 12는 서로 다른 형태의 실시예 1 내지 5로부터 제조된 회전형 구동기들의 상단부과 하단부 간 온도차이가 10 ℃이고, 상기 하단부의 온도가 52 ℃일 때, 회전속도를 측정하여 나타낸 그래프이다. 여기서, 상기 회전형 구동기들은 모두 100 ㎛의 직경과 8 ㎝길이를 갖도록 제조되었다.The rotatable actuators according to the present invention have different shapes such as twisted, partially twisted and twisted depending on the applied twist (rotation). At this time, the performances of the rotary actuators of the different types are compared. Specifically, FIG. 12 is a graph showing the rotation speed when the temperature difference between the upper end portion and the lower end portion of the rotational type actuators manufactured in Examples 1 to 5 of different types is 10 ° C. and the temperature of the lower end portion is 52 ° C. to be. Here, the rotative actuators were all manufactured to have a diameter of 100 μm and a length of 8 cm.

도 12에 나타난 바와 같이, 전체적으로 꼬인 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기가 가장 우수한 회전속도를 갖고 있다는 것을 알 수 있다. 그러나, 1,000 rpm 이상의 충분한 회전속도를 실시예 2 내지 5 로부터 제조된 회전형 구동기 역시 나타내었다.As shown in Fig. 12, it can be seen that the rotatable type actuator manufactured from the totally twisted embodiment 1 has the best rotation speed. However, the rotational type actuators manufactured from Examples 2 to 5 are also shown with a sufficient rotational speed of 1,000 rpm or more.

즉, 제조과정에서 인가된 꼬임(회전)이 19,000 내지 35,000 turns/m 이면 충분히 우수한 회전속도를 갖는 회전형 구동기를 제조할 수 있음을 알 수 있는데, 2,000 rpm 이상의 회전속도를 얻는 회전형 구동기를 제조하기 위해서는 21,000 내지 30,000 turns/m인 것이 바람직하다.
That is, it can be seen that a rotatable actuator having a sufficiently high rotation speed can be manufactured when the applied twist (rotation) in the manufacturing process is 19,000 to 35,000 turns / m. It can be seen that a rotatable actuator having a rotation speed of 2,000 rpm or more is manufactured It is preferably 21,000 to 30,000 turns / m.

도 13은 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기는 고정되기 이전에 전체 길이에 대해 각각 0 내지 50% 인장(strain)하여, 고정한 것으로, 상기 각 회전형 구동기에 대한 회전스피드와 회전에너지를 측정하여 나타낸 그래프이다.13 is a graph showing the results of measurement of rotational speed and rotational energy for each of the rotatable actuators by fixing the rotatable actuators manufactured in Example 1 with 0 to 50% Fig.

도 13에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 회전형 구동기는 고정되기 이전에 전체 길이에 대해 인장한 %가 높을수록 길이당 회전속도와 길이당 회전에너지가 현저히 향상되는 것을 알 수 있었다.As shown in FIG. 13, it was found that the rotational speed per length and the rotational energy per length were significantly improved as the percentage of the tension applied to the overall length before the rotation of the rotational actuator of Example 1 was increased.

특히, 0%일 때, 회전속도는 100 rpm/㎝이지만, 회전에너지가 너무나 낮은 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 50% 인장되어 고정된 회전형 구동기의 길이당 회전속도와 회전에너지는 0% 인장되어 고정된 회전형 구동기의 길이당 회전속도와 회전에너지보다 각각 3배, 13배 더 우수한 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 회전형 구동기는 고정되기 이전에 전체 길이에 대해 10 내지 50% 인장하여 고정되는 것이 바람직하다.In particular, at 0%, the rotation speed is 100 rpm / cm, but the rotation energy is too low. Specifically, it can be seen that the rotational speed and the rotational energy per length of the rotating type actuator fixed by 50% are 0 and 3 times and 13 times better than the rotational speed and rotational energy per fixed length of the rotational type actuator, have. Therefore, it is preferable that the rotating type actuator according to the present invention is fixed by 10 to 50% tensile with respect to the whole length before being fixed.

이처럼, 회전형 구동기가 인장되어 고정된 경우, 코일 사이에 틈(clearance)이 제공되고, 이를 통해 흡수할 수 있는 열의 양이 많아지게 된다. 또한, 풀리는(untwist) 방향으로 신장(tensile) 강도가 증가함으로써, 열적 팽창에 의해 야기된 코일 사이의 마찰이 감소된다.As such, when the rotary actuator is tensioned and fixed, a clearance is provided between the coils, and the amount of heat absorbed through the coils is increased. Also, as the tensile strength increases in the untwist direction, the friction between the coils caused by thermal expansion is reduced.

상기와 같은 이유를 통해 본 발명에 따른 회전형 구동기는 낮은 온도에서도 빠르게 반응할 수 있고, 회전 구동도 빠르며, 큰 회전각을 제공할 수 있다.
For the same reason, the rotatable type actuator according to the present invention can quickly react even at a low temperature, can rotate rapidly, and can provide a large rotation angle.

도 14는 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기의 중앙에 패들을 부착한 다음, 이의 직경을 달리하여, 관성모멘트(moment of inertia)에 따른 회전속도 및 회전에너지(torsional energy)를 측정하여 나타낸 그래프이다. 이때, 상기 회전에너지는 아래 [식 3]을 통해 계산하였다.Fig. 14 is a graph showing the results of measuring the rotational speed and torsional energy according to the moment of inertia by attaching the paddle to the center of the rotative actuator manufactured in Example 1, to be. At this time, the rotation energy was calculated by the following equation (3).

[식 3][Formula 3]

1/2(Iω2)1/2 (I? 2 )

상기 식에서, I는 관성모멘트이고, ω는 각 속도(angular velocity)이다.Where I is the moment of inertia and? Is the angular velocity.

도 14에 나타난 바와 같이, 최적화된 관성모멘트를 갖는 회전형 구동기의 경우, 3,000 rpm의 높은 회전속도를 나타내었다.As shown in FIG. 14, in the case of the rotatable type actuator having the optimized moment of inertia, the rotation speed of 3,000 rpm was high.

또한, 회전형 구동기의 직경과 회전에너지는 비례하여 증가하는 것을 확인하였는데, 이는 회전형 구동기의 직경이 증가할수록 표면적 또한 증가하기 때문이다. 다만, 회전형 구동기의 직경이 증가할수록 회전속도는 점차 감소한다는 것을 알 수 있다.In addition, it is confirmed that the diameter and the rotational energy of the rotative actuator increase proportionally, because the surface area increases as the diameter of the rotative actuator increases. However, it can be seen that as the diameter of the rotary actuator increases, the rotation speed gradually decreases.

구체적으로, 상기 회전형 구동기의 관성모멘트를 최적화하기 위해서는 상기 회전형 구동기의 직경이 60 내지 120 ㎛ 이면 1,000 rpm이상의 충분한 회전속도를 갖는다는 것을 알 수 있다.
Specifically, in order to optimize the moment of inertia of the rotary actuator, it is understood that the rotary actuator has a sufficient rotation speed of 1,000 rpm or more when the diameter of the rotary actuator is 60 to 120 탆.

도 15는 길이에 따른 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기의 회전속도 및 회전에너지를 나타낸 그래프이다. 이때, 실시예 1의 회전형 구동기의 직경은 100 ㎛이고, 평균온도는 46 ℃이고, 온도차는 1.08 ℃/㎝이다.15 is a graph showing rotation speed and rotational energy of the rotatable type actuator manufactured from Example 1 according to the length. At this time, the diameter of the rotary actuator of Example 1 is 100 占 퐉, the average temperature is 46 占 폚, and the temperature difference is 1.08 占 폚 / cm.

도 15에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 회전형 구동기의 길이가 길어짐에 따라, 회전에너지 및 회전속도도 증가하는 것을 확인하였다. 이는, 상기 회전형 구동기의 회전에너지가 각속도의 제곱이기 때문이다.As shown in FIG. 15, it was confirmed that as the length of the rotary actuator of Example 1 became longer, the rotational energy and rotational speed also increased. This is because the rotational energy of the rotary actuator is the square of the angular velocity.

이를 통해, 본 발명의 회전형 구동기는 100 ㎛ 직경과 12 ㎝ 길이를 가지는 최적화된 관성모멘트를 가질 경우, 매우 높은 4,285 rpm의 회전속도와 7.47 nJ/㎝의 길이당 회전에너지밀도를 나타낸다는 것을 확인하였으며, 회전형 구동기는 약 2,000 rpm의 충분한 회전속도를 갖기 위해 6 ㎝이상의 길이를 갖는다면 특별히 이에 제한되지 않는다는 것도 확인하였다.
This confirms that the rotational actuator of the present invention exhibits a very high rotational speed of 4,285 rpm and a rotational energy density per length of 7.47 nJ / cm when having an optimum moment of inertia of 100 탆 diameter and 12 ㎝ length And that the rotatable actuator is not particularly limited as long as it has a length of 6 cm or more in order to have a sufficient rotation speed of about 2,000 rpm.

도 16은 하단부 온도가 53 ℃이고, 하단부과 상단부의 온도차이가 13 ℃인 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기를 총 8 시간동안 구동하였을 때, 각 사이클의 회전속도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 16 is a graph showing the results of measuring the rotational speed of each cycle when the rotational type actuator manufactured from Example 1 in which the temperature of the lower end portion was 53 ° C and the temperature difference between the lower end portion and the upper end portion was 13 ° C for 8 hours in total to be.

여기서, 상기 회전형 구동기는 적절한 토크(torque)를 발생시키기 위해, 상단부과 하단부 사이에 패들을 더 구비하였다. 상기 패들은 회전형 구동기 전체 중량보다 20 배 무거운 것을 사용하였다.Here, the rotary actuator further includes paddles between the upper and lower ends to generate an appropriate torque. The paddles were 20 times heavier than the total weight of the rotatable actuators.

이때, 상기 회전형 구동기의 온도구배에 의해 풀리고(untwisting), 다시 꼬이는(twisting) 하나의 사이클에 대한 회전각(rotation angle;■)과 회전속도(□)를 측정하여 내삽 그래프에 나타내었다.At this time, rotation angle (□) and rotation speed (□) for one cycle of untwisting and twisting by the temperature gradient of the rotary actuator are measured and shown in the interpolation graph.

도 16에 나타난 바와 같이, 상기 회전형 구동기는 8 시간 동안 성능의 저하없이 가역적이고, 일정한 회전구동을 나타내고 있음을 확인하였다.
As shown in FIG. 16, it was confirmed that the rotary actuator exhibited reversible and constant rotation driving without deteriorating performance for 8 hours.

또한, 상기 패들의 초기속도 변화(acceleration;가속도)는 754 ㎯ 였고, 이는 전기화학적 이중층 전위에 의해 구동되는 탄소나노튜브 실로 이루어진 구동기보다 15배 더 우수한 수치이다(비특허 문헌 1). In addition, the initial velocity change of the paddles was 754 고, which is 15 times better than that of the carbon nanotube chamber driven by the electrochemical bi-layer potential (Non-Patent Document 1).

상기 회전형 구동기 1 ㎎의 토크(torque)는 11 nN??m로, 초기 패들 속도(acceleration;α)과 패들의 관성모멘트(I=1/4MR2+!//12ML2, 여기서 M은 패들 질량, R은 radius, Lㅣ은 길이)로부터 아래 [식 4]를 통해 계산하였다. The torque of the rotary actuator 1 mg is 11 nN? M, and the initial paddle speed? And the moment of inertia of the paddle (I = 1/4 MR2 +? // 12 ML2 where M is the paddle mass, R Is the radius, and L is the length).

[식 4][Formula 4]

τ = I + α
τ = I + α

도 17은 실시예 1로부터 제조된 회전형 구동기의 상단부과 하단부 사이에 자성체를 구비한 제조예 1에 따른 에너지 하베스팅 장치의 시간에 따라 생성되는 전압(흑색선)과 평균 온도(청색선)를 나타낸 그래프이다. 이때, 내삽된 그래프는 열에너지를 전기에너지로 전환할 수 있는 상기 에너지 하베스팅 장치의 일예를 나타낸 도면이다.17 is a graph showing the relationship between the voltage (black line) and the average temperature (blue line) generated over time of the energy harvesting apparatus according to Production Example 1 having a magnetic body between the upper end portion and the lower end portion of the rotative actuator manufactured in Example 1 Fig. At this time, the interpolated graph shows an example of the energy harvesting device capable of converting heat energy into electric energy.

상기 에너지 하베스팅 장치는 두 개의 코일과 하나의 자성체를 더 구비하고 있는 것으로, 상기 자성체는 네오디윰(neodymium)을 사용하였고, 이의 중량은 최적화된 관성모멘트를 가지도록 조절하였으며, 상기 코일의 크기는 상기 자성체의 자기장을 고려하여 제조하였다.The energy harvesting apparatus further comprises two coils and one magnetic body, wherein the magnetic body uses neodymium, the weight of which is adjusted to have an optimal moment of inertia, the size of the coil Taking into account the magnetic field of the magnetic body.

이를 통해 제조된 상기 에너지 하베스팅 장치는 도 17에 나타난 바와 같이, 온도에 따른 전압을 생성하는 것을 확인할 수 있다.
As shown in FIG. 17, the energy harvesting apparatus manufactured through the above process can generate a voltage according to the temperature.

도 18은 제조예 1에 따른 에너지 하베스팅 장치(평균온도 46 ℃)에서, 히트플레이트를 이용한 대류를 통해 12 ℃ 온도구배를 발생시켰을 때, 시간에 따라 생성되는 전압을 측정한 그래프이다.18 is a graph showing a voltage generated over time when a temperature gradient of 12 占 폚 is generated through convection using a heat plate at an energy harvesting apparatus according to Production Example 1 (average temperature: 46 占 폚).

도 18에 나타난 바와 같이, 12 ℃의 온도구배가 발생할 때, 상기 에너지 하베스팅 장치에서 생성된 전압은 0.81 V이고, 상기 에너지 하베스팅 장치의 자성체의 회전속도는 4,200 rpm이였다.
As shown in FIG. 18, when a temperature gradient of 12 DEG C occurred, the voltage generated in the energy harvesting device was 0.81 V, and the rotation speed of the magnetic material of the energy harvesting device was 4,200 rpm.

도 19는 제조예 1에 따른 에너지 하베스팅 장치의 저항에 따른 전기적 힘과 전압을 측정하여 나타낸 그래프이다.19 is a graph showing an electric force and a voltage measured according to a resistance of the energy harvesting apparatus according to Production Example 1. FIG.

상기 도 18과 동일한 조건의 상기 에너지 하베스팅 장치는 31 kΩ의 외부저항을 가질 때, 0.43 μJ 에너지와 4 ㎼ 힘(power)을 갖는다. 이는 임피던스 매칭을 통해서 확인한 것이다.The energy harvesting apparatus having the same condition as that of FIG. 18 has an external resistance of 31 k ?, and has a power of 0.43? J and a power of 4 ?. This is confirmed by impedance matching.

상기 회전형 구동기를 기반으로 하는 에너지 하베스팅 장치의 회전에너지가 전기에너지로 전환된 효율은 9.3%이고, 이는 아래 식 5로부터 계산하였다.The efficiency of conversion of the rotational energy of the energy harvesting device based on the rotary type actuator into electric energy is 9.3%, which is calculated from the following equation (5).

[식 5][Formula 5]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 식에서,In this formula,

V는 외부저항을 가질 때, 생성된 전압이고,V is the generated voltage when having an external resistor,

I는 관성모멘트이며, I is the moment of inertia,

ω는 회전 각속도이다.
ω is the rotational angular velocity.

도 20은 도 18과 동일한 조건에서의 제조예 1에 다른 에너지 하베스팅 장치로부터 생성된 전압을 연결 정류기로 정류한 전압(rectified voltage) 신호를 나타낸 그래프이다. 내삽된 도면은 상기 정류 회로의 도면이다.FIG. 20 is a graph showing a rectified voltage signal obtained by rectifying the voltage generated from another energy harvesting device by a connection rectifier in Production Example 1 under the same condition as FIG. The interpolated drawing is a view of the rectifying circuit.

본 발명에 따른 회전형 구동기를 기반으로 하는 에너지 하베스팅 장치는 1.1 ㎽/㎤의 힘과 0.11 mJ/㎤의 에너지를 갖는데, 이는 종래 온도변화를 이용하는 에너지 하베스팅 장치보다 현저히 우수한 수치임을 알 수 있다.The energy harvesting apparatus based on the rotatable actuator according to the present invention has a force of 1.1 mW / cm3 and an energy of 0.11 mJ / cm3, which is remarkably superior to that of the energy harvesting apparatus using the conventional temperature change .

일예로 고분자의 팽창과 압전 ZnO는 43 ℃의 온도변화로부터 0.285 ㎽/㎤의 힘(비특허 문헌 4)을 생성하고, 하이브리드 SMA와 압전 시스템은 35 ℃ 온도변화로부터 13.84 μJ/㎤의 에너지를 생성하였다(비특허 문헌 5).For example, the expansion of the polymer and the piezoelectric ZnO produce a force of 0.285 mW / cm3 from the temperature change of 43 DEG C (non-patent document 4), and the hybrid SMA and the piezoelectric system generate energy of 13.84 mu J / (Non-Patent Document 5).

상기 에너지 하베스팅 장치에서의 비규칙적인 온도구배에 의해 생성된 상기 AC 전압은 통상의 연결 정류기에 의해 조절하였다. 상기 조절된 전압은 0.28 V 였는데, 이는 상기 연결된 정류기에 의해 전압이 다운되었기 때문이다.The AC voltage generated by an irregular temperature gradient in the energy harvesting device was regulated by a conventional connection rectifier. The regulated voltage was 0.28 V because the voltage was down by the connected rectifier.

Claims (22)

적어도 하나의 고분자 섬유 또는 상기 고분자 섬유가 일 방향으로 배향되어 형성된 고분자 시트를 포함하고,
상기 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 고분자 시트는 내측을 기준으로 상단부 및 하단부로 이루어지고,
상기 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 상단부와 하단부는 어느 하나 이상이 고정되어져 있으며,
상기 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 고분자 시트는 상단부와 하단부가 서로 같은 방향 혹은 반대방향으로 회전되어 제조된 비틀린(twist) 혹은 꼬인 형태(coil)를 가지는 것을 특징으로 하는 회전형 구동기로,
상기 회전형 구동기의 일부분과 다른 부분의 온도구배가 발생하면, 상기 회전형 구동기의 일부분과 다른 부분의 부피 차가 발생하여 연속적인 회전을 발생하는 것을 특징으로 하는 회전형 구동기.
At least one polymer fiber or a polymer sheet formed by orienting the polymer fibers in one direction,
Wherein the at least one polymer fiber or polymer sheet comprises an upper portion and a lower portion with respect to an inner side,
At least one of the upper and lower ends of the at least one polymer fiber or polymer sheet is fixed,
Wherein the at least one polymer fiber or polymer sheet has twisted or twisted coils manufactured by rotating the upper and lower ends in the same or opposite directions,
Wherein when a temperature gradient of a portion of the rotational actuator is different from a portion of the rotational actuator, a volume difference occurs between a portion of the rotational actuator and another portion, thereby generating a continuous rotation.
제1항에 있어서,
상기 고분자 섬유는 나일론, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 및 고무 등의 고분자 재료로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 회전형 구동기.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer fiber is any one selected from the group consisting of polymer materials such as nylon, polyurethane, polyethylene and rubber.
제1항에 있어서,
상기 회전형 구동기의 일부분과 다른 부분과의 온도구배는 1 ℃ 이상인 것을 특징으로 하는 회전형 구동기.
The method according to claim 1,
Wherein a temperature gradient between a part of the rotatable type actuator and another part is 1 DEG C or more.
제1항에 있어서,
상기 회전형 구동기의 직경은 0.5 내지 200 ㎛인 것을 특징으로 하는 회전형 구동기.
The method according to claim 1,
And the diameter of the rotatable type actuator is 0.5 to 200 탆.
제1항에 있어서,
상기 회전형 구동기의 최대온도가 20 내지 80 ℃ 인 것을 특징으로 하는 회전형 구동기.
The method according to claim 1,
Wherein the maximum temperature of the rotary actuator is 20 to 80 占 폚.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 상단부와 하단부가 서로 같은 방향 혹은 반대방향으로 회전되어 회전형 구동기로 제조될 때, 상기 고분자 섬유 또는 고분자 시트의 유리전이온도(Tg) 이상에서, 2,000 내지 60,000 turns/m의 꼬임수로 회전되어 제조되는 것을 특징으로 하는 회전형 구동기.
The method according to claim 1,
In the at least one polymer fiber, or when the upper and lower ends of the polymer sheet is rotated in the same direction or in opposite directions to each other be made of a rotatable actuator, the polymer fibers or at least the glass transition (T g) temperature of the polymer sheet, 2,000 to Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 60,000 turns / m. &Lt; / RTI &gt;
제1항에 있어서,
상기 회전형 구동기는 고정되기 이전에 전체 길이에 대해 10 내지 60% 인장된 후, 고정되는 것을 특징으로 하는 회전형 구동기.
The method according to claim 1,
Wherein the rotatable actuator is tensioned by 10 to 60% of its total length before being fixed.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 회전형 구동기 2 가닥으로 이루어진 2-플라이 구조를 가지고, 한 가닥처럼 거동하는 것을 특징으로 하는 2-플라이 구조의 회전형 구동기.A two-ply structure rotary actuator having a two-ply structure composed of two rotatable actuators according to any one of claims 1 to 7 and acting as one strand. 온도구배에 의해 연속적인 회전을 제공하는, 제1항 또는 제8항에 따른 회전형 구동기;
상기 회전형 구동기 내에 지점에 위치하고, 상기 회전형 구동기가 회전함에 따라 회전하는, 적어도 하나 이상의 자성체 또는 코일; 및
상기 회전형 구동기와 이격되어 배치되는 적어도 하나 이상의 코일 또는 자성체;를 포함하는 에너지 하베스팅 장치.
A rotatable actuator according to any one of the preceding claims, which provides continuous rotation by a temperature gradient;
At least one magnetic body or coil located at a point in the rotary actuator and rotating as the rotary actuator rotates; And
And at least one coil or magnetic body spaced apart from the rotary actuator.
제9항에 있어서,
상기 회전형 구동기가 온도구배에 의해 회전함에 따라 상기 자성체가 회전하고, 상기 코일 내부를 통과하는 자속의 변화를 유도하여 전기에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the magnetic body rotates as the rotatable type actuator rotates by the temperature gradient, and induces a change in magnetic flux passing through the coil to generate electric energy.
제9항에 있어서,
상기 자성체는 영구자석이고,
상기 자성체의 무게는 상기 회전형 구동기에 대해 1 내지 1000 배인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.
10. The method of claim 9,
The magnetic body is a permanent magnet,
Wherein the weight of the magnetic body is 1 to 1000 times the weight of the rotative actuator.
제9항에 있어서,
상기 회전형 구동기는 양단이 모두 고정되어 있거나, 어느 하나의 말단만 고정되어 있고,
상기 회전형 구동기가 어느 하나의 말단만 고정된 경우, 상기 회전형 구동기의 고정되지 않은 어느 하나의 말단에 위치변동지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.
10. The method of claim 9,
The rotary actuator may have both ends fixed or only one end fixed,
Further comprising a position variation support at one of the non-fixed ends of the rotary actuator when the rotary actuator has only one end fixed.
제12항에 있어서,
상기 위치변동지지대는 자성체인 것을 특징으로 하고,
상기 위치변동지지대와 이격되어 위치하고, 둘러싼 코일을 포함하고,
온도구배에 따라 상기 회전형 구동기가 인장되고 수축되면 위치변동지지대가 수평으로 움직이면서 상기 코일 내부를 통과하는 자속이 변하여 전기에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.
13. The method of claim 12,
Wherein the position variation support base is a magnetic body,
And a coil surrounding the position variation support, the coil being surrounded by the position variation support,
Wherein when the rotary actuator is pulled and contracted according to the temperature gradient, the position variation support moves horizontally to change the magnetic flux passing through the coil, thereby generating electric energy.
제9항에 있어서,
상기 에너지 하베스팅 장치의 하단부 및 상단부 중 어느 한 곳에 부착된, 판;
상기 판은 열림과 닫힘을 발생시키는 개폐구를 포함하고,
상기 회전형 구동기의 일 지점에 위치하고, 상기 판과 이격되어 배치된, 상기 개폐구와 동일한 모양의 적어도 하나의 핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.
10. The method of claim 9,
A plate attached to either the lower end or the upper end of the energy harvesting device;
Wherein said plate includes an opening and closing port for causing opening and closing,
And at least one pin located at one point of the rotative actuator and spaced apart from the plate and having the same shape as the opening and closing port.
제14항에 있어서,
상기 회전형 구동기가 온도구배에 따라 회전하게 되고,
상기 회전형 구동기의 회전에 의해 상기 핀이 상기 개폐구와 이격된 수평 위치에 위치하게 되어 개폐구로부터 유입되는 공기의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.
15. The method of claim 14,
The rotative actuator is rotated in accordance with the temperature gradient,
Wherein the pin is positioned at a horizontal position spaced apart from the opening / closing port by rotation of the rotatable type driver, thereby blocking the flow of air flowing from the opening / closing port.
제14항에 있어서,
상기 개폐구가 구비된 각 판과 핀과의 이격거리는 0.1 내지 3 ㎝인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.
15. The method of claim 14,
Wherein the spacing between each plate having the opening and closing part and the fin is 0.1 to 3 cm.
양 말단이 가로축으로 고정되어 있고, 온도구배에 의해 회전하는, 제1항 또는 제8항에 따른 회전형 구동기;
상기 회전형 구동기 내의 중앙 지점에 구비된 승강수단;
상기 승강수단 하부에 구비되고, 상기 승강수단과 연결되어, 상기 회전형 구동기가 회전함에 따라 위치변동을 갖는, 적어도 하나 이상의 자성체; 및
상기 자성체의 상하이동에 의해 전계를 발생시키는 적어도 하나 이상의 코일;을 포함하는 에너지 하베스팅 장치.
The rotary actuator according to claim 1 or 8, wherein both ends are fixed on the horizontal axis and rotated by a temperature gradient;
Elevating means provided at a central point in the rotative actuator;
At least one magnetic body provided below the elevating means and connected to the elevating means and having a positional variation as the rotative actuator rotates; And
And at least one coil for generating an electric field by the up and down movement of the magnetic body.
제17항에 있어서,
상기 코일은 상기 자성체의 측면을 둘러싸는 원통형인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.
18. The method of claim 17,
Wherein the coil is a cylindrical shape surrounding a side surface of the magnetic body.
제17항에 있어서,
상기 코일은 상기 자성체의 측면 또는 하면에 위치하여 상기 자성체의 상하이동에 의해 전계를 발생시키는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.
18. The method of claim 17,
Wherein the coil is located on a side surface or a lower surface of the magnetic body to generate an electric field by the upward and downward movement of the magnetic body.
제17항에 있어서,
상기 회전형 구동기가 온도구배에 의해 회전함에 따라 상기 자성체는 상하이동을 갖고,
상기 자성체의 위치변동이 상기 코일과 자성체 간의 이격거리 변동을 야기하여, 상기 코일을 통과하는 자속의 변화가 유도되어 전기에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.
18. The method of claim 17,
The magnetic body has a vertical movement as the rotary actuator rotates by a temperature gradient,
Wherein a change in the position of the magnetic body causes a variation in distance between the coil and the magnetic body to induce a change in magnetic flux passing through the coil to generate electric energy.
제17항에 있어서,
상기 자성체의 상하이동 거리는 0.1 내지 3 ㎝인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.
18. The method of claim 17,
Wherein the magnetic material has a vertical movement distance of 0.1 to 3 cm.
제17항에 있어서,
상기 승강수단은 회전에너지를 위치에너지로 전환하는 장치인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.
18. The method of claim 17,
Wherein the elevating means is a device for converting rotational energy into position energy.
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