KR20170006861A - Hybrid electric energy harvester for generating electric energy by magnetic field variation and contact - Google Patents

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KR20170006861A KR1020150098175A KR20150098175A KR20170006861A KR 20170006861 A KR20170006861 A KR 20170006861A KR 1020150098175 A KR1020150098175 A KR 1020150098175A KR 20150098175 A KR20150098175 A KR 20150098175A KR 20170006861 A KR20170006861 A KR 20170006861A
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Abstract

A hybrid electric energy harvester is disclosed. The hybrid electric energy harvester includes: an electrode; a first contact electrification layer which is arranged on the electrode and includes a coil; and a second contact electrification layer which is arranged on the first contact electrification layer, repeats contact and non-contact with the first contact electrification layer, and is electrified to be opposite to the first contact electrification layer, and includes a magnet. If a distance between the first contact electrification layer and the second contact electrification layer is changed, electric energy in accordance with a magnetic field variation is generated. If the contact and non-contact between the first contact electrification layer and the second contact electrification layer are repeated, electric energy due to the contact is generated.

Description

자기장 변화 및 접촉에 의한 발전이 가능한 하이브리드 전기에너지 하베스터{HYBRID ELECTRIC ENERGY HARVESTER FOR GENERATING ELECTRIC ENERGY BY MAGNETIC FIELD VARIATION AND CONTACT}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a hybrid electric energy harvester, and more particularly,

본 발명은 하이브리드 전기에너지 하베스터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기장 변화에 따른 전기에너지 발생이 가능하고, 동시에 마찰에 의한 전기에너지 발생이 가능한 하이브리드 전기에너지 하베스터에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hybrid electric energy harvester, and more particularly, to a hybrid electric energy harvester capable of generating electric energy according to a change in magnetic field and generating electric energy by friction at the same time.

마찰전기를 이용하여 전기에너지를 발생하는 마찰전기 발전소자는 일상 생활에서 빈번히 일어나는 마찰 현상을 통해 전기에너지를 얻을 수 있다. 그러나 마찰전기 발전소자는 발생하는 전압의 크기에 비하여 전류의 크기가 상대적으로 작은 문제점이 있다. 또한 코일을 통과하는 자속변화에 의한 전기에너지를 발생하는 유도기전력 발전소자는 발생하는 전류의 크기에 비하여 전압의 크기가 상대적으로 작은 문제점이 있다. A triboelectric power plant that uses triboelectricity to generate electrical energy can obtain electrical energy through frequent frictional phenomena in everyday life. However, the triboelectric power plant has a problem that the magnitude of the current is relatively small compared to the magnitude of the generated voltage. In addition, the induction electromotive force generating the electric energy by the magnetic flux passing through the coil has a problem that the magnitude of the voltage is relatively small compared to the magnitude of the generated current.

이에 본 발명자는 마찰전기 발전소자의 장점인 높은 출력 전압과 유도기전력 발전소자의 장점인 높은 출력 전류를 동시에 발생할 수 있는 하이브리드 전기에너지 하베스터를 개발하기에 이르렀다.
Accordingly, the inventor has developed a hybrid electric energy harvester capable of simultaneously generating a high output voltage, which is an advantage of a triboelectric power plant, and a high output current, which is an advantage of an induction electromotive power plant.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 접촉에 의한 전기에너지 및 자기장 변화에 의한 전기에너지를 발생할 수 있는 하이브리드 전기에너지 하베스터를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a hybrid electric energy harvester capable of generating electrical energy due to electrical energy and magnetic field change due to contact.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터는 전극; 상기 전극 상에 배치되고 코일을 포함하는 제1 접촉대전층; 및 상기 제1 접촉 대전층 상에 배치되고, 상기 제1 접촉대전층과 접촉 및 비접촉을 반복할 수 있으며, 상기 제1 접촉대전층과 반대로 대전되고, 자석을 포함하는 제2 접촉대전층을 포함하고, 상기 제1 접촉대전층과 상기 제2 접촉대전층 사이의 거리가 변경되는 경우에는 자기장 변화에 따른 전기에너지가 발생하고, 상기 제1 접촉대전층과 상기 제2 접촉대전층이 접촉 및 비접촉하는 경우에는 접촉에 의한 전기에너지가 발생할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a hybrid electric energy harvester comprising: an electrode; A first contact charging layer disposed on the electrode and including a coil; And a second contact charging layer disposed on the first contact charging layer and capable of repeating contact and non-contact with the first contact charging layer, charged oppositely to the first contact charging layer, and comprising a magnet And when the distance between the first contact charging layer and the second contact charging layer is changed, electric energy is generated in accordance with a change in magnetic field, and the first contact charging layer and the second contact charging layer are in contact with each other, Electric energy may be generated by contact.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터는 상기 제1 접촉대전층과 상기 제2 접촉대전층 양 단부 사이에 형성된 절연층을 더 포함하고, 상기 제1 접촉대전층의 양 단부의 상부면과 상기 제2 접촉대전층의 양 단부 하부면은 각각 상기 절연층의 하부면 및 상부면과 각각 접촉되어 있을 수 있다. 따라서, 상기 제1 접촉대전층과 상기 제2 접촉대전층 양 단부는 절연층을 통하여 서로 접촉하고 있고 접촉되지 않은 제1 접촉대전층과 상기 제2 접촉대전층의 영역이 서로 저촉 및 비접촉을 반복할 수 있다. The hybrid electric energy harvester according to the embodiment of the present invention further comprises an insulating layer formed between the first contact charging layer and both ends of the second contact charging layer, and the upper surface of both ends of the first contact charging layer The lower surfaces of both end portions of the second contact charging layer may be respectively in contact with the lower surface and the upper surface of the insulating layer. Thus, the first contact charging layer and the second contact charging layer both ends are in contact with each other through the insulating layer, and the areas of the first contact charging layer and the second contact charging layer, which are not in contact with each other, can do.

하나의 실시예로 상기 코일은 상기 제1 접촉대전층 내부에 포함되어 있을 수 있다. In one embodiment, the coil may be contained within the first contact charging layer.

하나의 실시예로 상기 자석은 복수 개일 수 있고, 상기 제2 접촉대전층은 패터닝된 상부면을 갖으며, 패터닝된 영역에 상기 복수 개의 자석이 배치되어 있을 수 있다. In one embodiment, the plurality of magnets may be provided, and the second contact charging layer may have a patterned upper surface, and the plurality of magnets may be disposed in the patterned region.

하나의 실시예로 상기 자석은 복수 개일 수 있고, 상기 제2 접촉대전층은 일정한 간격을 두고 패터닝된 상부면을 갖고, 상기 패터닝된 영역에 상기 복수 개의 자석이 규칙적으로 배치되어 있을 수 있다. In one embodiment, the plurality of magnets may be provided, and the second contact charging layer may have a top surface that is patterned at regular intervals, and the plurality of magnets may be regularly disposed in the patterned area.

하나의 실시예로 상기 자석은 상기 제2 접촉대전층 내부에 포함되어 있을 수 있다. In one embodiment, the magnet may be contained within the second contact charging layer.

하나의 실시예로 상기 자석은 복수 개일 수 있고, 상기 제2 접촉대전층 내부에서 랜덤하게 분포되어 있을 수 있다. In one embodiment, the magnets may be plural and may be randomly distributed within the second contact charging layer.

하나의 실시예로 상기 자석은 복수 개일 수 있고, 상기 제2 접촉대전층 내부에서 규칙적으로 분포되어 있을 수 있다. In one embodiment, the magnets may be plural, and may be regularly distributed within the second contact charging layer.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터는 상기 코일과 전기적으로 연결된 제1 인출선; 및 상기 제2 접촉대전층 및 상기 전극과 전기적으로 연결된 제2 인출선을 더 포함할 수 있다. A hybrid electric energy harvester according to an embodiment of the present invention includes a first lead wire electrically connected to the coil; And a second lead line electrically connected to the second contact charging layer and the electrode.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터는 상기 제1 인출선 및 상기 제2 인출선 중 하나 이상에 각각 전기적으로 연결된 정류 다이오드를 더 포함할 수 있다. The hybrid electric energy harvester according to the embodiment of the present invention may further include a rectifier diode electrically connected to at least one of the first lead wire and the second lead wire.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터는 상기 제1 인출선 및 상기 제2 인출선 중 하나 이상에 각각 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함할 수 있다. The hybrid electric energy harvester according to an embodiment of the present invention may further include a load electrically connected to at least one of the first lead wire and the second lead wire.

하나의 실시예로 상기 전극, 상기 제1 접촉대전층 및 상기 제2 접촉대전층은 각각 탄성을 가지는 재질로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다. 따라서, 외부에서 힘이 인가되지 않는 경우에 상기 전극, 상기 제1 접촉대전층 및 상기 제2 접촉대전층은 원래 형태로 복원이 가능하다.
In one embodiment, the electrode, the first contact charging layer, and the second contact charging layer may each be made of a material having elasticity. Therefore, when no external force is applied, the electrode, the first contact charging layer and the second contact charging layer can be restored to their original shape.

상기와 같은 본 발명은, 접촉에 의하여 전기에너지를 발생시킬 수 있고, 동시에 자기장 변화에 의하여 전기에너지를 발생시킬 수 있는 효과가 있다. According to the present invention as described above, it is possible to generate electric energy by contact, and at the same time, electric energy can be generated by a magnetic field change.

접촉 및 자기장 변화에 의하여 전기에너지를 발생시킬 수 있기 때문에 안정적으로 전기에너지를 발생할 수 있는 효과가 있다. Electric energy can be generated by the contact and the magnetic field change, so that the electric energy can be stably generated.

접촉에 의한 전기에너지 발전소자의 낮은 전류 출력과 자기장 변화에 의한 전기에너지 발전소자의 낮은 전압 출력을 서로 보완하여 발생되는 전기에너지의 효율을 향상시킬 수 있다. The electric energy generated by the contact can be improved by complementing the low current output of the power plant and the low voltage output of the electric energy plant due to the magnetic field change.

본 발명은 자기장 제어가 가능하기 때문에 발생되는 전기에너지를 조절할 수 있는 효과가 있다. The present invention has the effect of controlling the electric energy generated because the magnetic field can be controlled.

본 발명은 박막 형태를 가지면서도 유연성을 가지고 있기 때문에 센서, 웨어러블 기기 등 산업 다방면에 적용할 수 있는 효과가 있다.
Since the present invention has a thin film shape and flexibility, it is applicable to various industrial fields such as sensors and wearable devices.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터를 설명하기 위한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2 접촉대전층을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 접촉에 의하여 전기에너지가 발생하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 자기장 변화에 의하여 전기에너지가 발생하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터에서 전기에너지가 발생하는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a perspective view illustrating a hybrid electric energy harvester according to an embodiment of the present invention.
2 is a side view for explaining a hybrid electric energy harvester according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a second contact charging layer according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the principle of generation of electric energy by contact.
5 is a diagram for explaining the principle of generating electric energy by a change in magnetic field.
6 is a view for explaining the principle of generating electric energy in a hybrid electric energy harvester according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터를 설명하기 위한 측면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2 접촉대전층을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 1 is a perspective view for explaining a hybrid electric energy harvester according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view for explaining a hybrid electric energy harvester according to an embodiment of the present invention, FIG. And the second contact charging layer according to the second embodiment.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터(1000)는 전극(100), 제1 접촉대전층(200) 및 제2 접촉대전층(300)을 포함할 수 있다. 1 to 3, a hybrid electric energy harvester 1000 according to an embodiment of the present invention may include an electrode 100, a first contact charging layer 200, and a second contact charging layer 300 have.

전극(100)은 박막 형태일 수 있고, 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로 전극(100)으로는 전도성 금속이 사용될 수 있고 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 또는 크롬(Cr) 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 전극(100)은 유연성을 가지면서도 탄성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. The electrode 100 may be in the form of a thin film and may be made of a conductive material. For example, the electrode 100 may be formed of a conductive metal, and gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), or chromium (Cr) may be used. In addition, the electrode 100 may be made of a material having elasticity and flexibility.

제1 접촉대전층(200)은 전극(100) 상에 배치되고 코일(120)을 포함할 수 있다. 제1 접촉대전층(200)을 이루는 물질은 공지된 마찰전기 시리즈를 참고하여 선택될 수 있으며, 아래의 제2 접촉대전층(300)과 접촉 및 비접촉하는 경우에 서로 반대로 대전되는 전하의 양이 많은 물질로 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 접촉대전층(200)은 변형이 발생할 수 있는 부분이기 때문에 유연성이 있으면서도 탄성이 있는 물질로 선택되는 것이 바람직하다. The first contact charging layer 200 may be disposed on the electrode 100 and may include the coil 120. The material constituting the first contact charging layer 200 can be selected with reference to a known triboelectric series and the amount of charges charged oppositely to each other when contacting and not contacting the second contact charging layer 300 It is preferable to select a large number of materials. In addition, since the first contact charging layer 200 is a part where deformation may occur, it is preferable that the first contact charging layer 200 is selected as a material that is flexible and elastic.

일 예로 코일(coil, 120)은 제1 접촉대전층(200) 내부에 포함되어 있을 수 있다. 제1 접촉대전층(200) 내부에 코일(120)이 포함되어 있기 때문에 제1 접촉대전층(200)과 제2 접촉대전층(300)의 접촉에 의한 코일(120)의 손상이 방지되고 기계적 안정성이 향상될 수 있다. For example, a coil 120 may be included in the first contact charging layer 200. Since the coil 120 is included in the first contact charging layer 200, damage of the coil 120 due to contact between the first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300 is prevented, The stability can be improved.

제2 접촉대전층(300)은 제1 접촉 대전층(200) 상에 서로 대향하도록 배치되고, 제1 접촉대전층(300)과 접촉 및 비접촉을 반복할 수 있다. 일 예로 접촉 및 비접촉을 위하여 제1 접촉대전층(200)의 양 단부의 상부면과 제2 접촉대전층(300)의 양 단부 하부면 사이에는 절연층(250)이 형성될 수 있다. 일 예로 절연층(250)은 제1 접촉대전층(200)의 양 단부의 상부면과 제2 접촉대전층(300)의 양 단부 하부면 상에 절연물질을 코팅함으로써 형성될 수 있다. 제1 접촉대전층(200) 및 제2 접촉대전층(300)의 양 단부가 절연층에 접촉된 상태에서 제1 접촉대전층(200) 및 제2 접촉대전층(300) 중 하나 이상이 변형되어 서로 접촉 및 비접촉을 반복할 수 있다. 외부에서 인가되는 힘에 의하여 제1 접촉대전층(200) 및 제2 접촉대전층(300)에 변형이 발생할 수 있다. 일 예로 제1 접촉대전층(200) 및 제2 접촉대전층(300)이 서로 접촉 및 비접촉되기 위하여 제1 접촉대전층(200) 및 제2 접촉대전층(300)은 각각 반대되는 방향으로 돌출되어 있는 곡면 형상을 가질 수 있다. The second contact charging layer 300 is disposed so as to face each other on the first contact charging layer 200 and can repeat contact and non-contact with the first contact charging layer 300. For example, an insulating layer 250 may be formed between the upper surfaces of both ends of the first contact charging layer 200 and the lower surfaces of both ends of the second contact charging layer 300 for contact and non-contact. For example, the insulating layer 250 may be formed by coating an insulating material on upper surfaces of both ends of the first contact charging layer 200 and lower surfaces of both ends of the second contact charging layer 300. At least one of the first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300 is deformed when the both ends of the first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300 are in contact with the insulating layer Contact and non-contact can be repeated. Deformation may occur in the first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300 due to external force. The first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300 may protrude in opposite directions in order that the first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300 are in contact with each other and not in contact with each other And can have a curved surface shape.

제2 접촉대전층(300)은 제1 접촉대전층(200)과 반대로 대전되고, 자석(320)을 포함할 수 있다. 제2 접촉대전층(300)을 이루는 물질은 공지된 마찰전기 시리즈를 참고하여 선택될 수 있으며, 제1 접촉대전층(200)과 접촉 및 비접촉하는 경우에 서로 반대로 대전되는 전하의 양이 많은 물질로 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 제2 접촉대전층(300)은 변형이 발생할 수 있는 부분이기 때문에 유연성이 있으면서도 탄성이 있는 물질로 선택되는 것이 바람직하다. The second contact charging layer 300 is charged oppositely to the first contact charging layer 200 and can include the magnet 320. [ The material constituting the second contact charging layer 300 may be selected with reference to a known triboelectric series and may be selected from a material having a large amount of electric charge that is charged oppositely to each other in contact with and contact with the first contact charging layer 200 . In addition, since the second contact charging layer 300 is a portion where deformation may occur, it is preferable that the second contact charging layer 300 is selected as a flexible and elastic material.

일 예로 자석(320)은 제2 접촉대전층(300) 내부에 포함되어 있을 수 있다. 다른 일 예로 자석(320)은 복수 개일 수 있고, 제2 접촉대전층(300)은 패터닝된 상부면을 갖을 수 있고 패터닝된 영역에 복수 개의 자석(320)이 배치되어 있을 수 있다. 또 다른 일 예로 자석(320)은 복수 개일 수 있고, 제2 접촉대전층(300)은 일정한 간격을 두고 패터닝된 상부면을 갖을 수 있고 패터닝된 영역에 복수 개의 자석(320)이 규칙적으로 배치되어 있을 수 있다. 또 다른 일 예로 자석(320)은 복수 개일 수 있고, 제2 접촉대전층(300) 내부에서 랜덤하게 분포되거나 규칙적으로 분포되어 있을 수 있다. 제2 접촉대전층(300)의 상부면을 패터닝하여 패터닝된 패턴의 간격, 패턴의 모양, 자석을 배치하는 방식을 변경하거나 제2 접촉 대전층(300) 내부에 자석(320)을 배치하는 방식을 변경함으로써 발생되는 자기장을 제어할 수 있다. For example, the magnet 320 may be included in the second contact charging layer 300. As another example, the magnets 320 may be plural, the second contact charging layer 300 may have a patterned upper surface, and a plurality of magnets 320 may be disposed in the patterned region. As another example, a plurality of magnets 320 may be provided, and a second contact charging layer 300 may have a top surface patterned at regular intervals, and a plurality of magnets 320 may be regularly arranged in the patterned area Can be. As another example, the magnets 320 may be plural and may be randomly distributed or regularly distributed within the second contact charging layer 300. The upper surface of the second contact charging layer 300 is patterned to change the pattern spacing, the pattern shape, the manner of arranging the magnets, or the method of disposing the magnets 320 in the second contact charging layer 300 The magnetic field generated by changing the magnetic field can be controlled.

제1 접촉대전층(200)과 제2 접촉대전층(300) 중 하나 이상에 변형이 발생하여 제1 접촉대전층(200)과 제2 접촉대전층(300) 사이의 거리가 변경되는 경우에는 자기장 변화에 따라 코일(120)에서 전기에너지가 발생할 수 있다. 또한, 제1 접촉대전층(200)과 제2 접촉대전층(300)이 접촉 및 비접촉을 반복하는 경우에는 접촉에 의한 전기에너지가 발생할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터(1000)는 자기장에 변화에 의한 전기에너지 및 접촉에 의한 전기에너지가 동시에 발생하는 효과가 있다. 자기장 변화에 의하여 전기에너지가 발생하는 원리 및 접촉에 의하여 전기에너지가 발생하는 원리는 아래에서 설명하기로 한다. When deformation occurs in at least one of the first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300 and the distance between the first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300 is changed Electric energy may be generated in the coil 120 according to the change of the magnetic field. Further, when the first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300 are repeatedly brought into contact or non-contact, electric energy due to contact may occur. That is, the hybrid electric energy harvester 1000 according to the embodiment of the present invention has the effect of simultaneously generating electric energy due to a change in magnetic field and electric energy due to contact. The principle of generating electric energy by the change of the magnetic field and the principle of generating electric energy by contact will be described below.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터(1000)는 발생된 전기에너지를 이용하기 위하여 코일(120)과 전기적으로 연결된 제1 인출선(400) 및 제2 접촉대전층(300) 및 전극(100)과 전기적으로 연결된 제2 인출선(500)을 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터(1000)는 전류가 한 방향으로 흐르도록 하기 위하여 제1 인출선(400) 및 제2 인출선(500) 중 하나 이상에 각각 전기적으로 연결된 정류 다이오드(600)를 더 포함할 수 있다. The hybrid electric energy harvester 1000 according to the embodiment of the present invention includes a first lead line 400 electrically connected to the coil 120 and a second contact charging layer 300 electrically connected to the coil 120, 100 and a second lead line 500 electrically connected to the second lead line. In addition, the hybrid electric energy harvester 1000 according to the embodiment of the present invention includes a rectifier electrically connected to at least one of the first lead line 400 and the second lead line 500 to allow current to flow in one direction And may further include a diode 600.

제1 인출선(400) 및 제2 인출선(500) 중 하나 이상에서 흐르는 전류를 이용하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터(1000)는 제1 인출선(400) 및 제2 인출선(500) 중 하나 이상에 각각 전기적으로 연결된 부하(load, 700)를 더 포함할 수 있다. 일 예로 부하(700)로는 충전지가 사용될 수 있으나 기타 전기를 사용하는 전기기기 및 전자기기 등이 부하(700)로 사용될 수 있다.
The hybrid electric energy harvester 1000 according to the embodiment of the present invention may use the currents flowing in at least one of the first lead line 400 and the second lead line 500, And a load (700) electrically connected to one or more of the lead wires (500), respectively. For example, a rechargeable battery can be used as the load 700, but an electric device and an electronic device using other electric power can be used as the load 700.

도 4는 접촉에 의하여 전기에너지가 발생하는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 4 is a view for explaining the principle of generation of electric energy by contact.

도 4를 참조하면, 외부의 힘이 인가되는 경우에 제1 접촉대전층(200)과 제2 접촉대전층(300)은 서로 접촉하게 되로 상대적 유전율 차이에 의하여 서로 반대로 대전되게 된다. 설명의 편의를 위하여 제1 접촉대전층(200)은 양(+)으로 대전되고 제2 접촉대전층(300)은 음(-)으로 대전되는 것으로 설명하기로 한다. Referring to FIG. 4, when an external force is applied, the first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300 are brought into contact with each other and are charged in opposite directions due to a relative permittivity difference. For convenience of explanation, it is assumed that the first contact charging layer 200 is positively charged and the second contact charging layer 300 is negatively charged.

외부에서 힘이 인가되지 않아 탄성에 의해 두 기판이 비접촉하게 되면, 제1 접촉대전층(200)과 제2 접촉대전층(300) 간의 전위차에 의한 평형을 유지하기 위하여 전하의 이동이 일어나게 되어 전류가 흐르게 된다. 전하가 이동하여 제1 접촉대전층(200)과 제2 접촉대전층(300) 간의 전위차가 없어지면 더 이상 전하의 이동이 일어나지 않아 전류가 흐르지 않는다. When no force is externally applied and the two substrates are not in contact with each other due to elasticity, the charge is moved to maintain the balance due to the potential difference between the first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300, . When the electric charge moves and the potential difference between the first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300 disappears, the charge does not move any more and the current does not flow.

이 상태에서 외부의 힘이 다시 인가되어 제1 접촉대전층(200)과 제2 접촉대전층(300)이 접촉하는 경우에는 상대적 유전율 차이에 의하여 서로 반대로 대전되게 되고 비접촉하는 경우에는 전위차에 의한 전류가 흐르게 된다. 이와 같은 과정이 반복되면서 연속적으로 전기에너지가 발생할 수 있다.
When external force is applied again in this state and the first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300 are in contact with each other, they are charged in opposite directions due to a difference in relative permittivity. In the case of non-contact, . As this process repeats, electrical energy can be generated continuously.

도 5는 자기장 변화에 의하여 전기에너지가 발생하는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 5 is a diagram for explaining the principle of generating electric energy by a change in magnetic field.

외부의 힘이 인가되는 경우에는 제1 접촉대전층(200)과 제2 접촉대전층(300) 사이의 거리가 좁아지게 된다. 또한 외부에서 힘이 인가되지 않는 경우에는 탄성에 의해 제1 접촉대전층(200)과 제2 접촉대전층(300) 사이의 거리가 멀어지게 된다. The distance between the first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300 is narrowed when an external force is applied. In addition, when no external force is applied, the distance between the first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300 is increased due to elasticity.

제1 접촉대전층(200)과 제2 접촉대전층(300) 사이의 거리가 변경되게 되면 코일(120)을 통과하는 자속에 변화가 생겨 코일(120)에는 전류가 흐르게 된다. 이와 같이 제1 접촉대전층(200)과 제2 접촉대전층(300) 사이의 거리가 변경되는 것이 반복되면서 연속적으로 전기에너지가 발생할 수 있다.
When the distance between the first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300 is changed, a magnetic flux passing through the coil 120 is changed and a current flows through the coil 120. As the distance between the first contact charging layer 200 and the second contact charging layer 300 is repeatedly changed, electric energy can be continuously generated.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터에서 전기에너지가 발생하는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 6 is a view for explaining the principle of generating electric energy in a hybrid electric energy harvester according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터(1000)는 접촉에 의한 전기에너지 및 자기장 변화에 의한 전기에너지가 동시에 발생할 수 있다. 전기에너지 발생 원리는 도 4 및 도 5를 각각 참조하여 설명한 원리가 서로 결합된 경우이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. Referring to FIG. 6, the hybrid electric energy harvester 1000 according to the embodiment of the present invention can simultaneously generate electric energy due to contact and electric energy due to magnetic field change. The principle of generating electric energy is the case where the principles described with reference to Figs. 4 and 5 are combined with each other, and therefore, a detailed description thereof will be omitted.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기에너지 하베스터(1000)는 외부에 의한 힘이 인가되는 경우 또는 인가되는 힘이 없어지는 경우에 전기에너지를 발생할 수 있다.
As described above, the hybrid electric energy harvester 1000 according to the embodiment of the present invention can generate electric energy when an external force is applied or when an applied force is lost.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

1000: 하이브리드 전기에너지 하베스터 100: 전극
120: 코일 200: 제1 접촉대전층
300: 제2 접촉대전층 320: 자석1000: Hybrid electric energy harvester 100: Electrode
120: coil 200: first contact charging layer
300: second contact charging layer 320: magnet

Claims (12)

전극;
상기 전극 상에 배치되고 코일을 포함하는 제1 접촉대전층; 및
상기 제1 접촉 대전층 상에 배치되고, 상기 제1 접촉대전층과 접촉 및 비접촉을 반복할 수 있으며, 상기 제1 접촉대전층과 반대로 대전되고, 자석을 포함하는 제2 접촉대전층을 포함하고,
상기 제1 접촉대전층과 상기 제2 접촉대전층 사이의 거리가 변경되는 경우에는 자기장 변화에 따른 전기에너지가 발생하고, 상기 제1 접촉대전층과 상기 제2 접촉대전층이 접촉 및 비접촉하는 경우에는 접촉에 의한 전기에너지가 발생하는, 하이브리드 전기에너지 하베스터.
electrode;
A first contact charging layer disposed on the electrode and including a coil; And
And a second contact charging layer disposed on the first contact charging layer and capable of repeating contact and non-contact with the first contact charging layer, charged oppositely to the first contact charging layer, and comprising a magnet, ,
When the distance between the first contact charging layer and the second contact charging layer is changed, electric energy is generated in accordance with a change in the magnetic field. When the first contact charging layer and the second contact charging layer are in contact with each other or in non-contact The electric energy generated by the contact is generated by a hybrid electric energy harvester.
제1항에 있어서,
상기 제1 접촉대전층과 상기 제2 접촉대전층 양 단부 사이에 형성된 절연층을 더 포함하고,
상기 제1 접촉대전층의 양 단부의 상부면과 상기 제2 접촉대전층의 양 단부 하부면은 각각 상기 절연층의 하부면 및 상부면과 각각 접촉되어 있는, 하이브리드 전기에너지 하베스터.
The method according to claim 1,
Further comprising an insulating layer formed between the first contact charging layer and both ends of the second contact charging layer,
Wherein the upper surface of both ends of the first contact charging layer and the lower surfaces of both ends of the second contact charging layer are in contact with the lower surface and the upper surface of the insulating layer, respectively.
제1항에 있어서,
상기 코일은 상기 제1 접촉대전층 내부에 포함되어 있는, 하이브리드 전기에너지 하베스터.
The method according to claim 1,
Wherein the coil is contained within the first contact charging layer.
제1항에 있어서,
상기 자석은 복수 개일 수 있고, 상기 제2 접촉대전층은 패터닝된 상부면을 갖으며, 패터닝된 영역에 상기 복수 개의 자석이 배치되어 있는, 하이브리드 전기에너지 하베스터.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of magnets may be a plurality of magnets and the second contact charging layer has a patterned upper surface and the plurality of magnets are disposed in a patterned region.
제1항에 있어서,
상기 자석은 복수 개일 수 있고, 상기 제2 접촉대전층은 일정한 간격을 두고 패터닝된 상부면을 갖고, 상기 패터닝된 영역에 상기 복수 개의 자석이 규칙적으로 배치되어 있는, 하이브리드 전기에너지 하베스터.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of magnets may be a plurality of magnets, and the second contact charging layer has a top surface that is patterned at regular intervals, and the plurality of magnets are regularly arranged in the patterned area.
제1항에 있어서,
상기 자석은 상기 제2 접촉대전층 내부에 포함되어 있는, 하이브리드 전기에너지 하베스터.
The method according to claim 1,
Wherein the magnet is contained within the second contact charging layer.
제6항에 있어서,
상기 자석은 복수 개일 수 있고, 상기 제2 접촉대전층 내부에서 랜덤하게 분포되어 있는, 하이브리드 전기에너지 하베스터.
The method according to claim 6,
Wherein the magnets may be a plurality of magnets and are randomly distributed within the second contact charging layer.
제6항에 있어서,
상기 자석은 복수 개일 수 있고, 상기 제2 접촉대전층 내부에서 규칙적으로 분포되어 있는, 하이브리드 전기에너지 하베스터.
The method according to claim 6,
Wherein the magnets may be a plurality of magnets and are regularly distributed within the second contact charging layer.
제1항에 있어서,
상기 코일과 전기적으로 연결된 제1 인출선; 및
상기 제2 접촉대전층 및 상기 전극과 전기적으로 연결된 제2 인출선을 더 포함하는, 하이브리드 전기에너지 하베스터.
The method according to claim 1,
A first lead wire electrically connected to the coil; And
And a second lead wire electrically connected to the second contact charging layer and the electrode.
제9항에 있어서,
상기 제1 인출선 및 상기 제2 인출선 중 하나 이상에 각각 전기적으로 연결된 정류 다이오드를 더 포함하는, 하이브리드 전기에너지 하베스터.
10. The method of claim 9,
Further comprising a rectifying diode electrically connected to at least one of the first lead line and the second lead line, respectively.
제9항에 있어서,
상기 제1 인출선 및 상기 제2 인출선 중 하나 이상에 각각 전기적으로 연결된 부하(load)를 더 포함하는, 하이브리드 전기에너지 하베스터.
10. The method of claim 9,
Further comprising a load electrically connected to at least one of the first lead line and the second lead line, respectively.
제1항에 있어서,
상기 전극, 상기 제1 접촉대전층 및 상기 제2 접촉대전층은 각각 탄성을 가지는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는, 하이브리드 전기에너지 하베스터.
The method according to claim 1,
Wherein the electrode, the first contact charging layer, and the second contact charging layer are made of a material having elasticity, respectively.
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