KR20180077648A - electrical energy harvester capable of measuring deformation and tactile force - Google Patents

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KR20180077648A
KR20180077648A KR1020160182221A KR20160182221A KR20180077648A KR 20180077648 A KR20180077648 A KR 20180077648A KR 1020160182221 A KR1020160182221 A KR 1020160182221A KR 20160182221 A KR20160182221 A KR 20160182221A KR 20180077648 A KR20180077648 A KR 20180077648A
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서강대학교산학협력단
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Abstract

Disclosed is an electrical energy harvesting device capable of measuring deformation and a tactile force. According to one embodiment, the electrical energy harvesting device capable of measuring the deformation and the tactile force includes a first tubular structure in which a second structure is disposed. In this case, the first structure includes: a first tubular body; and a first electrode disposed on an outer surface of the first body. The second structure includes: a second body disposed inside the first body; and a second electrode disposed on an outer surface of the second body. At least a part of an inner surface of the first body and at least a part of the second electrode are repeatedly brought into contact and non-contact with each other by an external force to generate triboelectric energy. According to another embodiment, the electrical energy harvesting device capable of measuring the deformation and the tactile force includes a fabric formed by weaving a plurality of tubular first structures in which a second structure is disposed. In this case, the first structure includes: a first tubular body; and a first electrode disposed on an outer surface of the first body. The second structure includes: a second body disposed inside the first body; and a second electrode disposed on an outer surface of the second body. At least a part of an inner surface of the first body and at least a part of the second electrode are repeatedly brought into contact and non-contact with each other by an external force applied to the fabric to generate triboelectric energy. The fabric is woven by intersecting a part of the first structures (hereinafter referred to as ″weft part″) with a remaining part of the first structures (hereinafter referred to as ″warp part″).

Description

변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자{electrical energy harvester capable of measuring deformation and tactile force}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an electric energy harvesting device,

본 명세서는 대체로 전기에너지 수확소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 마찰전기를 이용한 전기에너지 수확소자에 관한 것으로 마찰전기를 통한 전기에너지 수확 이외에 커패시턴스의 변화, 저항값의 변화 등을 측정하여 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to an electric energy harvesting element, and more particularly, to an electric energy harvesting element using a triboelectricity. In addition to harvesting electric energy through triboelectricity, To an electric energy harvesting device capable of tactile measurement.

본 연구는 미래창조과학부의 재원(과제번호 : 1711035244)으로 정보통신기술진흥센터로부터 지원(연구과제명 : 정보기기용 시스템반도체 핵심 설계 기술 개발 및 인력 양성)을 받아 수행되었습니다.This research was supported by the Information and Communication Technology Promotion Center (Project No.: 1711035244) by the future Creation Science Department (Research title: Development of core semiconductor design technology for information equipment and manpower training).

또한, 본 연구는 미래창조과학부의 재원(과제번호 : 1711039564)으로 한국연구재단으로부터 지원(연구과제명 : 다기능 스마트 섬유 및 이를 이용한 자가 발전 기반의 의복형 센서)을 받아 수행되었습니다.In addition, this study was supported by Korea Foundation for Research and Development (Fund No: 1711039564) by the future creation science department (research title: multifunctional smart fiber and clothes sensor based on self-development using it).

최근 유비쿼터스 환경 영향 하에 휴대용 전자기기 기술의 비약적 발전에 반하여, 이를 구동하여 주는 전원공급 매체의 더딘 발전속도는 전원공급 기기의 지속적인 교체 필요성과 이에 따른 유지비용의 증가라는 문제를 야기시키며 문제로 지적되고 있다. 따라서 외부전원 또는 교환이 필요한 건전지 등의 사용 없이, 휴대용 전자기기 등에 영구적인 에너지를 공급하기 위하여 에너지 포집(Energy Harvesting) 기술이 필요하다.In recent years, under the influence of ubiquitous environment, the slow development speed of the power supply medium driving the portable electronic device technology has been pointed out as a problem causing the necessity of continuous replacement of the power supply device and the increase of the maintenance cost accordingly have. Therefore, energy harvesting technology is required to supply permanent energy to portable electronic devices without using external power source or batteries requiring replacement.

휴대용 전자기기의 발달과 함께 wearable computer, smart wear 등과 같은 인간의 의복 또는 착용 가능한 전자기기에 대한 수요와 연구가 증가하고 있다. 인체의 움직임에서 발생되는 에너지를 이용한 에너지 포집 기술로 전자기기에 전원공급을 한다면 시간과 공간에 제약을 받지 않는 지속적 에너지 공급원으로서 기존의 전원공급 매체의 문제점을 해결 및 관련 분야의 기술발달에 기여할 수 있다. 또한 의복 또는 착용 가능한 에너지 수확 소자의 경우 착용성이 높고 무의식적인 에너지 수확이 가능하다는 장점이 있다.With the development of portable electronic devices, there is an increasing demand and research for human clothing or wearable electronic devices such as wearable computers, smart wear, and the like. If power is supplied to electronic devices by energy capture technology using energy generated from human motion, it is possible to solve problems of existing power supply media and contribute to technological development of related fields as a sustainable energy supply source free from time and space limitation have. In addition, clothes or wearable energy harvesting devices have the advantage of being highly wearable and capable of unconscious energy harvesting.

마찰전기를 이용한 전기에너지 수확소자와 관련된 종래기술로는 대한민국공개특허 KR 10-2015-0027415 “직물 기반의 에너지 제너레이터”, 대한민국공개특허 KR 10-2015-0091366 “임펄스 발생기 및 발생기 세트” 등이 있다.Prior art related to electrical energy harvesting devices using triboelectricity include Korean Patent Laid-Open Patent Application No. 10-2015-0027415, "Textile-based Energy Generator", Korean Patent Publication No. 10-2015-0091366, "Impulse Generator and Generator Set" .

종래기술 중 전자는 서로 대향하여 이격되도록 즉, 나란히 마주보도록 배치되는 유연하고 신축성이 있는 직물구조 상에 배치된 제1 및 제2전극과 서로 이격되어 배치되며 제1전극의 상면 및 제2전극의 하면에 각각 배치되는 에너지 발생층을 통하여 외력에 의하여 에너지 발생층 사이에서 마찰이 발생하거나 접촉 및 분리현상이 주기적으로 발행할 때 전기에너지를 생성하는 발명이다.Electrons of the prior art are spaced apart from each other with first and second electrodes disposed on opposite sides of the flexible and stretch fabric structure so as to be opposed to each other, that is, facing each other, and the upper surface of the first electrode and the second electrode And generates electric energy when friction occurs between the energy generating layers due to an external force through the energy generating layers respectively disposed on the lower surface or when the contact and separation phenomenon is periodically issued.

종래기술 중 후자는 마찰에너지를 이용한 임펄스 발생기 및 발생기 세트로서, 제1전극 및 제2전극이 각각 배치되는 제1기판 및 제2기판을 연결하며, 이들 기판이 서로 마주보는 상태로 이격되게 분리하고 인가되는 외력이 사라진 경우 원래의 위치로 회복시키는 탄성연결부를 포함하는 발명이다. 이 경우, 절연물질은 제1전극 또는 제2전극 중 어느 한 전극의 표면에 배치되며, 외력이 인가되지 아니할 경우에 절연물질은 제1전극 또는 제2전극 중 나머지 한 전극과는 이격되는 구성을 취하는 발명으로 제1전극과 제2전극 양단에 외력이 인가되지 않는 예를 들면 진동이 발생하는 상황의 경우에는 전기에너지를 생성할 수 없는 발명이다. The latter is an impulse generator and a generator set using friction energy, which connects a first substrate and a second substrate on which a first electrode and a second electrode are respectively disposed, separates the substrates from each other in a state of facing each other And an elastic connecting portion for restoring the original position when the applied external force disappeared. In this case, the insulating material is disposed on the surface of one of the first electrode and the second electrode, and when the external force is not applied, the insulating material is separated from the other one of the first electrode or the second electrode The present invention can not generate electric energy in the case where external force is not applied to both ends of the first electrode and the second electrode, for example, in a situation where vibration is generated.

이에 반하여 본 명세서에서 개시하는 기술은 관형의 제1구조물 내부에 제2구조물이 배치된 구조로서 외력이나 외부로부터 진동이 인가될 경우에 제2구조물의 전극과 제1구조물의 내면 사이에서 반복하여 발생하는 접촉과 비접촉 현상에 의하여 발생하는 마찰전기를 통하여 전기에너지를 생성하는 발명이다. 전기에너지의 생성원리는 일반적인 마찰전기에너지 생성원리를 따르나 기술구성에서는 종래기술들과 서로 차이가 있다. 또한, 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자는 전기에너지 생성 이외에 전기에너지 수확소자의 변형을 측정할 수 있다는 점에서 종래기술과는 차이가 있다.On the contrary, the technique disclosed in this specification is a structure in which a second structure is disposed inside a first tubular structure and repeatedly occurs between an electrode of the second structure and an inner surface of the first structure when external force or vibration is applied from the outside Contact electric contact phenomenon and non-contact electric phenomenon. The principle of generation of electric energy follows the principle of generic triboelectric energy generation, but differs from the prior art in the technology construction. Further, the electric energy harvesting element disclosed in this specification differs from the prior art in that it can measure the deformation of the electric energy harvesting element in addition to the generation of electric energy.

본 명세서에서는 내부에 제2구조물이 배치되는 관형의 제1구조물을 활용하여 제1구조물의 내면의 적어도 일부와 제2구조물 외면에 배치되는 제2전극 사이의 마찰전기를 통하여 전기에너지를 생성하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자 기술을 제시한다.In this specification, a tubular first structure, in which a second structure is disposed, is utilized to create a deformation that produces electrical energy through the triboelectricity between at least a portion of the inner surface of the first structure and a second electrode disposed on the outer surface of the second structure We propose an electric energy harvesting device technology that can measure and tactile measurement.

또한, 본 명세서에서는 제1변형감지센서를 통한 커패시턴스의 변화를 측정하거나, 제2변형감지센서를 통한 저항값의 변화를 측정함으로써 전기에너지 수확소자의 변형을 감지할 수 있는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자 기술을 제시한다.In the present specification, strain measurement and tactile measurement capable of detecting deformation of an electric energy harvesting element by measuring a change in capacitance through the first deformation detecting sensor or a change in resistance value through the second deformation detecting sensor Potential electric energy harvesting device technology.

일 실시 예에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자가 개시(disclosure)된다. 상기 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 내부에 제2구조물이 배치되는 관형의 제1구조물을 포함한다. 이 경우, 상기 제1구조물은 관형의 제1몸체 및 상기 제1몸체의 외면에 배치되는 제1전극을 포함한다. 상기 제2구조물은 상기 제1몸체의 내부에 배치되는 제2몸체 및 상기 제2몸체의 외면에 배치되는 제2전극을 포함한다. 상기 제1몸체의 내면의 적어도 일부분과 상기 제2전극의 적어도 일부분은 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 마찰 전기에너지를 생성한다.In one embodiment, an electrical energy harvesting element capable of deformation measurement and tactile measurement is disclosed. The electrical energy harvesting device capable of measuring deformation and tactile measurement includes a first tubular structure in which a second structure is disposed. In this case, the first structure includes a first body having a tubular shape and a first electrode disposed on an outer surface of the first body. The second structure includes a second body disposed inside the first body and a second electrode disposed on an outer surface of the second body. At least a part of the inner surface of the first body and at least a part of the second electrode are repeatedly brought into contact and non-contact with each other by an external force to generate triboelectric energy.

한편, 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 연결되는 제1변형감지센서를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1변형감지센서는 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이의 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 상기 제1구조물 또는 상기 제2구조물에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다.Meanwhile, the electric energy harvesting device capable of measuring deformation and tactile sense according to an embodiment may further include a first deformation detecting sensor connected to the first electrode and the second electrode. In this case, the first deformation detecting sensor may sense the external force applied to the first structure or the second structure by measuring a change in capacitance between the first electrode and the second electrode.

또 한편, 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 제1전극과 접촉하는 제3전극과 제4전극 및 상기 제3전극과 상기 제4전극과 연결되는 제2변형감지센서를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제3전극과 상기 제4전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 상기 제1전극과 접촉할 수 있다. 상기 제2변형감지센서는 상기 외력에 의하여 상기 제1몸체의 내면의 상기 적어도 일부분과 상기 제2전극의 상기 적어도 일부분이 서로 접촉과 비접촉을 반복하는 과정에서 변형되는 상기 제1전극의 저항값 변화를 측정하여 상기 제1구조물의 변형을 감지할 수 있다.The electrical energy harvesting device capable of measuring deformation and tactile sense according to an embodiment includes a third electrode and a fourth electrode that are in contact with the first electrode, and a second electrode that is connected to the third electrode and the fourth electrode, And may further include a detection sensor. In this case, the third electrode and the fourth electrode may be spaced apart from each other by a predetermined distance to contact the first electrode. Wherein the second deformation detecting sensor detects a change in resistance value of the first electrode which is deformed in the course of repeating contact and non-contact between the at least a part of the inner surface of the first body and the at least a part of the second electrode, So that the deformation of the first structure can be detected.

또 한편, 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 제2전극과 접촉하는 제5전극과 제6전극 및 상기 제5전극과 상기 제6전극과 연결되는 제2변형감지센서를 더 포함할 수 있다. 상기 제5전극과 상기 제6전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 상기 제2전극과 접촉할 수 있다. 상기 제2변형감지센서는 상기 제1몸체의 내면의 상기 적어도 일부분과 상기 제2전극의 상기 적어도 일부분이 서로 접촉과 비접촉을 반복하는 과정에서 변형되는 상기 제2전극의 저항값 변화를 측정하여 상기 제2구조물의 변형을 감지할 수 있다.The electrical energy harvesting device capable of measuring deformation and tactile sense according to an embodiment includes a fifth electrode and a sixth electrode in contact with the second electrode, and a second electrode connected to the fifth electrode and the sixth electrode, And may further include a detection sensor. The fifth electrode and the sixth electrode may be spaced apart from each other at a predetermined distance to be in contact with the second electrode. Wherein the second deformation detecting sensor measures a change in resistance value of the second electrode deformed in the course of repeatedly contacting and non-contacting the at least a part of the inner surface of the first body and the at least a part of the second electrode, The deformation of the second structure can be detected.

또 한편, 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결되어 상기 마찰 전기에너지를 저장하는 저장회로를 더 포함할 수 있다.In addition, the electrical energy harvesting device capable of measuring strain and tactile sense according to an embodiment may further include a storage circuit electrically connected to the first electrode and the second electrode to store the triboelectric energy.

다른 실시 예에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자가 개시된다. 상기 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 내부에 제2구조물이 배치되는 관형의 복수의 제1구조물들을 직조하여 형성되는 직물을 포함한다. 이 경우, 상기 제1구조물은 관형의 제1몸체 및 상기 제1몸체의 외면에 배치되는 제1전극을 포함한다. 상기 제2구조물은 상기 제1몸체의 내부에 배치되는 제2몸체 및 상기 제2몸체의 외면에 배치되는 제2전극을 포함한다. 상기 제1몸체의 내면의 적어도 일부분과 상기 제2전극의 적어도 일부분은 상기 직물에 가해지는 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 마찰 전기에너지를 생성한다. 상기 직물은 상기 복수의 제1구조물들 중 일부-이하 씨실부라 함-와 상기 복수의 제1구조물들 중 나머지 일부-이하 날실부라 함-를 서로 교차하여 직조된다.In another embodiment, an electrical energy harvesting element is provided that is capable of strain measurement and tactile measurement. The electric energy harvesting device capable of measuring deformation and tactile sense includes a fabric formed by weaving a plurality of tubular first structures in which a second structure is disposed. In this case, the first structure includes a first body having a tubular shape and a first electrode disposed on an outer surface of the first body. The second structure includes a second body disposed inside the first body and a second electrode disposed on an outer surface of the second body. At least a portion of the inner surface of the first body and at least a portion of the second electrode are repeatedly brought into contact and non-contact with each other by an external force applied to the fabric to generate triboelectric energy. The fabric is woven by intersecting a part of the plurality of first structures - hereinafter referred to as a weft portion - and a remaining portion of the plurality of first structures, hereinafter referred to as a warp portion.

한편, 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 씨실부의 제1전극 및 제2전극과 연결되거나, 상기 날실부의 제1전극 및 제2전극과 연결되는 제1변형감지센서를 더 포함할 수 있다. 상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 상기 씨실부의 제1전극 및 제2전극 사이의 커패시턴스의 변화 또는 상기 날실부의 제1전극 및 제2전극 사이의 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 상기 직물에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다.The electric energy harvesting device capable of measuring deformation and tactile sense according to another embodiment may be connected to the first electrode and the second electrode of the weft portion or may be connected to the first electrode and the second electrode of the warp portion, Sensor. ≪ / RTI > The first deformation detecting sensor is applied to the fabric by measuring a change in capacitance between the first electrode and the second electrode of the weft portion according to the external force or a change in capacitance between the first electrode and the second electrode of the warp portion The external force can be detected.

또 한편, 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 씨실부의 제2전극 및 상기 날실부의 제2전극과 연결되는 제1변형감지센서를 더 포함할 수 있다. 상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 상기 씨실부의 제2전극 및 상기 날실부의 제2전극 사이의 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 상기 직물에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다.The electric energy harvesting device capable of measuring deformation and tactile sense according to another embodiment may further include a first deformation detecting sensor connected to the second electrode of the weft portion and the second electrode of the warp portion. The first deformation detecting sensor may sense the external force applied to the fabric by measuring a change in capacitance between the second electrode of the weft portion and the second electrode of the warp portion according to the external force.

또 한편, 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 씨실부의 제1전극, 상기 날실부의 제1전극 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 표면에 배치되는 절연층을 더 포함할 수 있다. 상기 절연층은 상기 씨실부와 상기 날실부를 교차하여 상기 직물을 직조하는 과정에서 상기 씨실부의 제1전극과 상기 날실부의 제1전극이 서로 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다.An electric energy harvesting device capable of measuring deformation and tactile sense according to another embodiment includes an insulating layer disposed on at least one surface selected from a first electrode of the weft portion, a first electrode of the warp portion, As shown in FIG. The insulating layer may prevent direct contact between the first electrode of the weft portion and the first electrode of the warp portion in the process of weaving the weft crossing the weft portion and the warp portion.

이 경우, 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 씨실부의 제1전극 및 상기 날실부의 제1전극과 연결되는 제1변형감지센서를 더 포함할 수 있다. 상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 상기 씨실부의 제1전극 및 상기 날실부의 제1전극 사이의 접촉면적의 변화에 따른 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 상기 직물에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다.In this case, the electrical energy harvesting device capable of measuring deformation and tactile sense according to another embodiment may further include a first deformation detecting sensor connected to the first electrode of the weft portion and the first electrode of the warp portion. The first deformation detecting sensor can sense the external force applied to the fabric by measuring a change in capacitance according to a change in the contact area between the first electrode of the weft portion and the first electrode of the warp portion according to the external force .

또 한편, 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 씨실부의 제1전극과 접촉하거나, 상기 날실부의 제1전극과 접촉하는 제3전극과 제4전극 및 상기 제3전극과 상기 제4전극과 연결되는 제2변형감지센서를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제3전극과 상기 제4전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 상기 씨실부의 제1전극과 접촉하거나, 상기 날실부의 제1전극과 접촉할 수 있다. 상기 제2변형감지센서는 상기 직물에 가해지는 상기 외력에 의하여 변형되는 상기 씨실부의 제1전극 또는 상기 날실부의 제1전극의 저항값 변화를 측정하여 상기 직물의 변형을 감지할 수 있다.The electric energy harvesting element capable of measuring deformation and tactile sense according to another embodiment includes a third electrode and a fourth electrode which are in contact with the first electrode of the weft portion or in contact with the first electrode of the warp portion, And a second deformation detecting sensor connected to the fourth electrode. In this case, the third electrode and the fourth electrode may be spaced apart from each other at a predetermined distance to contact the first electrode of the weft portion, or may contact the first electrode of the warp portion. The second deformation detecting sensor may sense the deformation of the fabric by measuring a change in resistance value of the first electrode of the weft portion or the first electrode of the warp portion deformed by the external force applied to the fabric.

또 한편, 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 씨실부의 제2전극과 접촉하거나, 상기 날실부의 제2전극과 접촉하는 제5전극과 제6전극 및 상기 제5전극과 상기 제6전극과 연결되는 제2변형감지센서를 더 포함할 수 있다. 상기 제5전극과 상기 제6전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 상기 씨실부의 제2전극과 접촉하거나, 상기 날실부의 제2전극과 접촉할 수 있다. 상기 제2변형감지센서는 상기 직물에 가해지는 상기 외력에 의하여 변형되는 상기 씨실부의 제2전극 또는 상기 날실부의 제2전극의 저항값 변화를 측정하여 상기 직물의 변형을 감지할 수 있다.The electrical energy harvesting element capable of measuring deformation and tactile sense according to another embodiment includes a fifth electrode and a sixth electrode that are in contact with the second electrode of the weft portion or in contact with the second electrode of the warp portion, And a second deformation detecting sensor connected to the sixth electrode. The fifth electrode and the sixth electrode may be spaced apart from each other at a predetermined distance to be in contact with the second electrode of the weft portion or may contact the second electrode of the warp portion. The second deformation detecting sensor may sense the deformation of the fabric by measuring a change in resistance value of the second electrode of the weft portion or the second electrode of the warp portion deformed by the external force applied to the fabric.

또 한편, 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결되어 상기 마찰 전기에너지를 저장하는 저장회로를 더 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an electrical energy harvesting device capable of measuring deformation and tactile sense, and further includes a storage circuit electrically connected to the first electrode and the second electrode to store the triboelectric energy.

본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 내부에 제2구조물이 배치되는 관형의 제1구조물을 활용하여 제1구조물의 제1몸체의 내면의 적어도 일부와 제2구조물 외면에 배치되는 제2전극 사이의 마찰전기를 통하여 전기에너지를 생성할 수 있다. 즉, 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자는 제1구조물 내부에 제2구조물을 배치하는 단순한 구조를 통하여 전기에너지를 생성할 수 있어 전기에너지 수확소자의 제조 과정을 단순화할 수 있다.The electrical energy harvesting element capable of deformation measurement and tactile measurement as disclosed herein utilizes a tubular first structure in which a second structure is disposed, such that at least a portion of the inner surface of the first body of the first structure, Electric energy can be generated through the triboelectricity between the second electrodes disposed on the first electrode. That is, the electric energy harvesting device disclosed in this specification can generate electric energy through a simple structure in which the second structure is disposed inside the first structure, thereby simplifying the manufacturing process of the electric energy harvesting device.

또한, 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 일반적인 직물 직조과정을 통하여 직조하여 직물을 형성할 수 있다. 직조된 직물은 실제 의복으로 사용 가능하여 신체의 착용성이 높고 착용자의 무의식적인 움직임으로부터 에너지 수확이 가능하다는 장점이 있다.In addition, the electric energy harvesting device capable of deformation measurement and tactile measurement disclosed in this specification can be woven through a general fabric weaving process to form a fabric. The woven fabrics can be used as actual clothes, so that the wearability of the body is high and energy can be harvested from the unconscious movement of the wearer.

또한, 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 제1변형감지센서를 통한 커패시턴스의 변화를 측정하거나, 제2변형감지센서를 통한 저항값의 변화를 측정할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자를 착용한 착용자의 움직임을 신체부위별로 실시간 진단, 분석 등이 가능하여 진단의학 등에서 환자의 움직임 진단 등에 활용될 수 있다는 장점이 있다.In addition, the electric energy harvesting device capable of measuring strain and tactile measurement disclosed herein can measure a change in capacitance through the first strain sensor or a change in resistance value through the second strain sensor. In this way, it is possible to perform real-time diagnosis and analysis of the movement of the wearer wearing the electric energy harvesting device capable of measuring the strain measurement and the tactile sense disclosed herein, have.

또한, 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 생성된 전기에너지를 저장회로에 저장한 후 활용하거나, 직접 활용하는 방식으로 제1변형감지센서, 제2변형감지센서 등을 포함하는 의복에 부착될 수 있는 전기기기의 전원으로 활용할 수 있어 자가발전형 생체진단 의복에 적용될 수 있다는 장점이 있다.In addition, the electric energy harvesting device capable of measuring the strain and tactile sense disclosed in the present specification can store the generated electric energy in the storage circuit and utilize it or directly use it in the form of a first deformation detecting sensor, a second deformation detecting sensor, The present invention can be applied to a self-generating type bio-diagnostic garment.

전술한 내용은 이후 보다 자세하게 기술되는 사항에 대해 간략화된 형태로 선택적인 개념만을 제공한다. 본 내용은 특허 청구 범위의 주요 특징 또는 필수적 특징을 한정하거나, 특허청구범위의 범위를 제한할 의도로 제공되는 것은 아니다.The foregoing provides only a selective concept in a simplified form as to what is described in more detail hereinafter. The present disclosure is not intended to limit the scope of the claims or limit the scope of essential features or essential features of the claims.

도 1은 본 명세서에서 개시하는 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 개념도 및 마찰전기의 생성과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 명세서에서 개시하는 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 발전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 명세서에서 개시하는 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 변형측정과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 명세서에서 개시하는 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 개념도 및 변형측정과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 명세서에서 개시하는 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 제작된 일례를 보여주는 도면이다.
FIG. 1 is a conceptual diagram of an electric energy harvesting device capable of measuring deformation and tactile sense according to an embodiment disclosed herein, and is a diagram illustrating a process of generating a triboelectricity.
FIG. 2 is a view for explaining a process of generating an electric energy harvesting element capable of measuring deformation and tactile sense according to an embodiment disclosed herein.
FIG. 3 is a view for explaining a deformation measurement process of an electric energy harvesting device capable of deformation measurement and tactile measurement according to an embodiment disclosed herein.
FIGS. 4 and 5 are views for explaining a conceptual diagram and a deformation measurement process of an electric energy harvesting element capable of deformation measurement and tactile measurement according to another embodiment disclosed herein.
6 is a view showing an example of fabricating an electric energy harvesting element capable of deformation measurement and tactile measurement according to another embodiment disclosed herein.

이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고 자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 당업자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되어지며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막), 영역 및 형상을 명확하게 표현하기 위하여 구성요소의 폭, 길이, 두께 또는 형상 등은 과장되어 표현될 수도 있다.Hereinafter, embodiments disclosed in this specification will be described in detail with reference to the drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements, unless the context clearly indicates otherwise. The exemplary embodiments described above in the detailed description, the drawings, and the claims are not intended to be limiting, and other embodiments may be utilized, and other variations are possible without departing from the spirit or scope of the disclosed technology. Those skilled in the art will appreciate that the components of the present disclosure, that is, the components generally described herein and illustrated in the figures, may be arranged, arranged, combined, or arranged in a variety of different configurations, all of which are expressly contemplated, As shown in FIG. In the drawings, the width, length, thickness or shape of an element, etc. may be exaggerated in order to clearly illustrate the various layers (or films), regions and shapes.

일 구성요소가 다른 구성요소 "에 배치" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 배치되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.When a component is referred to as being " deployed "to another component, it may include the case where the component is directly disposed on the other component, as well as the case where additional components are interposed therebetween.

일 구성요소가 다른 구성요소 "에 연결" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 배치되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.When one component is referred to as being "connected to another component ", it may include the case where the one component is directly disposed on the other component, and a case where an additional component is interposed therebetween.

일 구성요소가 다른 구성요소 "에 접촉" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 접촉되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.When one component is referred to as being "contacted" with another component, it may include not only the one component directly contacting the other component, but also intervening additional components therebetween.

일 구성요소가 다른 구성요소 "에 마찰" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 마찰되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.When one component is referred to as "friction on another component ", it may include not only the one component directly rubbing against the other component, but also the case where an additional component is interposed therebetween.

일 구성요소가 다른 구성요소 "에 교차" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 교차되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.When one element is referred to as " intersecting "with another element, it may include not only the one element directly intersecting with the other element, but also intervening additional elements therebetween.

개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The description of the disclosed technique is merely an example for structural or functional explanation and the scope of the disclosed technology should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the rights of the disclosed technology should be understood to include equivalents capable of realizing the technical ideas.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that the singular " include " or " have " are to be construed as including the stated feature, number, step, operation, It is to be understood that the combination is intended to specify that it is present and not to preclude the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.

여기서 사용된 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석 될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the disclosed technology belongs, unless otherwise defined. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted to be consistent with meaning in the context of the relevant art and can not be construed as having ideal or overly formal meaning unless expressly defined in the present application.

도 1은 본 명세서에서 개시하는 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 개념도 및 마찰전기의 생성과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 1의 (a)는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 개념도이며, (b)는 마찰전기의 생성과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 명세서에서 개시하는 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 발전 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 2의 (a)는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 개념도를 보여주며, (b) 내지 (d)는 각각 AA’선에 따른 밴딩(bending)된 모습, 스트레칭(stretching)된 모습 및 트위스팅(twisting)된 모습의 단면도를 보여주는 도면이다. 도 3은 본 명세서에서 개시하는 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 변형측정과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 1 is a conceptual diagram of an electric energy harvesting device capable of measuring deformation and tactile sense according to an embodiment disclosed herein, and is a diagram illustrating a process of generating a triboelectricity. FIG. 1 (a) is a conceptual diagram of an electric energy harvesting element capable of measuring deformation and tactile sense, and FIG. 1 (b) is a view for explaining the generation process of triboelectricity. FIG. 2 is a view for explaining a process of generating an electric energy harvesting element capable of measuring deformation and tactile sense according to an embodiment disclosed herein. FIG. 2 (a) shows a conceptual diagram of an electric energy harvesting element capable of measuring deformation and tactile sense, and FIGS. 2 (b) to 2 (d) are a bending view, a stretched And a cross-sectional view of a twisted state. FIG. 3 is a view for explaining a deformation measurement process of an electric energy harvesting device capable of deformation measurement and tactile measurement according to an embodiment disclosed herein.

도면을 참조하면, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)는 내부에 제2구조물(120)이 배치되는 관형의 제1구조물(110)을 포함한다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)는 선택적으로(optionally) 제1변형감지센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)는 선택적으로 제2변형감지센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)는 선택적으로 저장회로(미도시)를 더 포함할 수 있다.Referring to the drawings, an electric energy harvesting device 100 capable of deformation measurement and tactile measurement includes a tubular first structure 110 in which a second structure 120 is disposed. In some other embodiments, the electrical energy harvesting element 100, which is capable of strain measurement and tactile measurement, may further optionally include a first strain detection sensor (not shown). In some other embodiments, the electrical energy harvesting element 100, which is capable of strain measurement and tactile measurement, may optionally further comprise a second strain sensor (not shown). In some other embodiments, the electrical energy harvesting element 100, which is capable of strain measurement and tactile measurement, may optionally further include a storage circuit (not shown).

도 1의 (a)를 참조하면, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)는 내부에 제2구조물(120)이 배치되는 관형의 제1구조물(110)을 포함한다.Referring to FIG. 1 (a), an electric energy harvesting device 100 capable of deformation measurement and tactile measurement includes a tubular first structure 110 in which a second structure 120 is disposed.

제1구조물(110)은 관형의 제1몸체(112) 및 제1몸체(112)의 외면에 배치되는 제1전극(114)을 포함한다.The first structure 110 includes a first body 112 having a tubular shape and a first electrode 114 disposed on an outer surface of the first body 112.

제1몸체(112)는 유전체 또는 절연체로 제작될 수 있다. 또한, 제1몸체(112)는 유연성을 지니는 소재로 제작될 수도 있다. 또한, 제1몸체(112)는 신축성을 지니는 소재로 제작될 수도 있다. 일례로, 제1몸체(112)는 유연성과 신축성을 지니는 유전체 소재로 제작될 수 있다. 유연성과 신축성을 지니는 유전체 소재로서 실리콘(silicone)이 예로서 사용될 수 있다. 실리콘은 유연성과 신축성을 가지므로 외부에서 가해지는 외력에 대응하여 자유로운 팽창과 수축이 가능하여 외력에 대응하여 용이하게 변형되어 마찰전기를 생성할 수 있다.The first body 112 may be made of a dielectric or an insulator. Also, the first body 112 may be made of a flexible material. Also, the first body 112 may be made of a stretchable material. For example, the first body 112 may be made of a dielectric material having flexibility and stretchability. As a dielectric material having flexibility and stretchability, silicone may be used as an example. Since silicon has flexibility and stretchability, expansion and contraction can be freely performed in response to an external force externally applied, so that it is easily deformed in response to an external force to generate triboelectricity.

제1전극(114)의 소재로는 다양한 전도성 재료가 사용될 수 있다. 상기 전도성 재료는 예로서 금속, 전도성 폴리머 등일 수 있다. 바람직하게는 제1전극(114)으로는 변형 동작에서 파손이 적으면서 저항의 변화가 큰 도전성 나노와이어, 도전성 나노입자, 도전성 나노튜브 등이 사용될 수 있으며, 이는 은나노선, 탄소나노선, 탄소튜브, 은나노와이어, 탄소 파우더 등을 포함한다.As the material of the first electrode 114, various conductive materials can be used. The conductive material may be, for example, a metal, a conductive polymer, or the like. Preferably, the first electrode 114 may be a conductive nanowire, a conductive nanoparticle, a conductive nanotube, or the like having a small change in resistance while being less damaged in a deforming operation. The conductive nanotube may be a silver nanowire, a carbon nanowire, , Silver nano wire, carbon powder, and the like.

도면에는 제1구조물(110)로서 단면이 원형인 원통형 관이 예로서 표현되어 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 제1구조물(110)은 다각형의 단면 형상을 가질 수도 있으며, 내부에 제2구조물(120)이 배치될 수 있는 한 형상에는 제한이 없다. In the drawing, a cylindrical tube having a circular cross section is illustrated as an example of the first structure 110. As an example for the sake of understanding, the first structure 110 may have a polygonal cross-sectional shape, and the shape of the second structure 120 is not limited as long as the second structure 120 can be disposed therein.

제2구조물(120)은 제1몸체(112)의 내부에 배치되는 제2몸체(122) 및 제2몸체(122)의 외면에 배치되는 제2전극(124)을 포함한다.The second structure 120 includes a second body 122 disposed inside the first body 112 and a second electrode 124 disposed on an outer surface of the second body 122.

제2몸체(122)는 유전체 또는 절연체로 제작될 수 있다. 또한, 제2몸체(122)는 유연성을 지니는 소재로 제작될 수도 있다. 또한, 제2몸체(122)는 신축성을 지니는 소재로 제작될 수도 있다. 일례로, 제2몸체(122)는 유연성과 신축성을 지니는 유전체 소재로 제작될 수 있다. 유연성과 신축성을 지니는 유전체 소재로서 실리콘(silicone)이 예로서 사용될 수 있다. 실리콘은 유연성과 신축성을 가지므로 외부에서 가해지는 외력에 대응하여 자유로운 팽창과 수축이 가능하여 외력에 대응하여 용이하게 변형되어 마찰전기를 생성할 수 있다.The second body 122 may be made of a dielectric or an insulator. Also, the second body 122 may be made of a flexible material. Also, the second body 122 may be made of a stretchable material. For example, the second body 122 may be made of a dielectric material having flexibility and stretchability. As a dielectric material having flexibility and stretchability, silicone may be used as an example. Since silicon has flexibility and stretchability, expansion and contraction can be freely performed in response to an external force externally applied, so that it is easily deformed in response to an external force to generate triboelectricity.

제2전극(124)의 소재로는 다양한 전도성 재료가 사용될 수 있다. 상기 전도성 재료는 예로서 금속, 전도성 폴리머 등일 수 있다. 바람직하게는 제2전극(124)으로는 변형 동작에서 파손이 적으면서 저항의 변화가 큰 도전성 나노와이어, 도전성 나노입자, 도전성 나노튜브 등이 사용될 수 있으며, 이는 은나노선, 탄소나노선, 탄소튜브, 은나노와이어, 탄소 파우더 등을 포함한다.As the material of the second electrode 124, various conductive materials can be used. The conductive material may be, for example, a metal, a conductive polymer, or the like. Preferably, the second electrode 124 may be a conductive nanowire, a conductive nanoparticle, a conductive nanotube, or the like having a small change in resistance while being less damaged in a deforming operation. The conductive nanotube may be a silver nanowire, a carbon nanowire, , Silver nano wire, carbon powder, and the like.

도면에는 제2구조물(120)로서 단면이 원형인 원통형 관이 예로서 표현되어 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 제2구조물(120)은 다각형의 단면 형상을 가질 수도 있으며, 속이 찬 솔리드(solid) 형상을 가질 수도 있다. 제1구조물(110)의 내부에 배치될 수 있는 한 제2구조물(120)의 형상에는 제한이 없다. In the drawing, a cylindrical pipe having a circular section as a second structure 120 is shown as an example. The above example is for illustrative purposes only, and the second structure 120 may have a polygonal cross-sectional shape or a hollow solid shape. There is no limitation on the shape of the second structure 120 as long as it can be disposed inside the first structure 110.

본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100)는 제1구조물(110)의 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2구조물(120)의 제2전극(124)의 적어도 일부분이 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복할 때 생성되는 마찰 전기에너지를 통하여 전기에너지를 생성할 수 있다.The electric energy harvesting element 100 disclosed in this specification is constructed such that at least a part of the inner surface of the first body 112 of the first structure 110 and at least a part of the second electrode 124 of the second structure 120 are connected to each other by an external force It is possible to generate electric energy through the triboelectric energy generated when the contact and non-contact are repeated.

도 1의 (b)를 참조하여 마찰전기의 생성과정을 설명하기로 한다. 마찰전기는 서로 다른 마찰전기 극성을 가진 두 물질이 접촉하게 될 때 생성되는 전하이동에 의하여 생성된다. 이를 통하여 기계적 에너지로부터 전기에너지를 수확할 수 있다. 도 1의 (b)는 서로 대향하여 배치되는 하부 전극 기판(1st electrode)과 상부 전극 기판(2nd electrode) 중에서 하부 전극 기판에 레이어(layer)가 배치된 마찰전기 에너지 수확소자를 예로서 보여주고 있다. 도 1의 (b1)은 두 전극 기판이 접촉하기 전의 기본 상태이며, (b2)는 외력에 의하여 두 전극 기판이 접촉한 상황을 보여주고 있다. 이 경우, 전극 기판과 레이어 사이의 서로 다른 마찰전기 극성에 의하여 전극 기판에는 양의 전하가, 레이어에는 음의 전하가 유도될 수 있다. 물론 전극 기판의 소재와 레이어의 소재를 달리할 경우에 전극 기판에는 음의 전하가, 레이어에는 양의 전하가 유도될 수도 있다. 이하 설명의 편의상 전극 기판에 양의 전하가, 레이어에는 음의 전하가 유도되는 경우를 기준으로 설명하기로 한다. 도 1의 (b3)은 외력이 줄어들어 전극 기판과 레이어가 서로 이격되는 모습을 보여주고 있다. 이 경우, 상부 전극 기판이 하부 전극 기판보다 높은 전위를 가져 전하가 이동하게 되어 상부 전극 기판에서 하부 전극 기판으로 전류가 흐르게 된다. 도 1의 (b4)와 같이 양 기판이 서로 이격된 후 도 1의 (b5)와 같이 양 기판이 다시 서로 접촉하면 반대방향으로 전하가 이동하게 되어 하부 전극 기판에서 상부 전극 기판으로 전류가 흐르게 된다. 이를 통하여 마찰전기 에너지 수확소자는 외력의 반복적인 인가로부터 교류전기에너지를 생성할 수 있다.The generation process of the triboelectricity will be described with reference to FIG. 1 (b). The triboelectricity is created by the charge transfer created when two materials with different triboelectric polarities come into contact. This allows harvesting electrical energy from mechanical energy. 1B shows an example of a triboelectric energy harvesting device in which a layer is disposed on a lower electrode substrate among a lower electrode substrate and a lower electrode substrate disposed opposite to each other . Fig. 1 (b1) shows a basic state before the two electrode substrates are in contact with each other, and Fig. 2 (b2) shows a state in which the two electrode substrates are in contact with each other due to external force. In this case, positive charge can be induced in the electrode substrate and negative charge can be induced in the layer due to different rubbing polarities between the electrode substrate and the layer. Of course, when the material of the electrode substrate and the material of the layer are different, negative charges may be induced in the electrode substrate, and positive charges may be induced in the layer. For convenience of explanation, the case where positive charges are induced in the electrode substrate and negative charges are induced in the layer will be described. FIG. 1 (b3) shows a state in which the electrode substrate and the layers are separated from each other because the external force is reduced. In this case, the upper electrode substrate has a potential higher than that of the lower electrode substrate, and electric charge is moved, so that current flows from the upper electrode substrate to the lower electrode substrate. When the two substrates are again brought into contact with each other as shown in (b5) of FIG. 1 after the two substrates are separated from each other as shown in (b4) of FIG. 1, electric charge moves in the opposite direction and current flows from the lower electrode substrate to the upper electrode substrate . Through this, the triboelectric energy harvesting element can generate alternating electrical energy from repetitive application of external force.

이를 통하여 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)는 내부에 제2구조물(120)이 배치되는 관형의 제1구조물(110)을 활용하여 제1구조물(110)의 제1몸체(112) 내면의 적어도 일부와 제2구조물(120) 외면에 배치되는 제2전극(124) 사이의 마찰전기를 통하여 전기에너지를 생성할 수 있다. 즉, 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100)는 제1구조물(110) 내부에 제2구조물(120)을 배치하는 단순한 구조를 통하여 전기에너지를 생성할 수 있어 전기에너지 수확소자의 제조 과정을 단순화할 수 있다.The electric energy harvesting device 100 capable of measuring strain and tactile sensation disclosed in the present specification can be applied to the first structure 110 by utilizing the first tubular structure 110 in which the second structure 120 is disposed, Electrical energy can be generated through the triboelectricity between at least a portion of the inner surface of the first body 112 of the first structure 120 and the second electrode 124 disposed on the outer surface of the second structure 120. That is, the electric energy harvesting device 100 disclosed in the present specification can generate electrical energy through a simple structure in which the second structure 120 is disposed within the first structure 110, Can be simplified.

이하 설명의 편의상 제1몸체(112) 및 제2몸체(122)로서 실리콘 튜브를, 제1전극(114) 및 제2전극(124)으로서 금속전극을 사용하고, 제2몸체(122)의 외경이 제1몸체(112)의 내경 보다 작은 경우를 활용하여 본 명세서에 개시하는 전기에너지 수확소자(100)를 설명하기로 한다. 이 경우, 외력에 의하여 제1몸체(112)의 내면과 제2전극(124)이 서로 접할 경우에 제2전극(124)에는 양의 전하가 대전되며, 제1몸체(112)의 내면에는 음의 전하가 대전될 수 있다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100)의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.A silicon tube is used as the first body 112 and the second body 122 for convenience of explanation and a metal electrode is used as the first electrode 114 and the second electrode 124 and the outer diameter of the second body 122 The electric energy harvesting device 100 disclosed in this specification will be described using the case where the inner diameter of the first body 112 is smaller than the inner diameter of the first body 112. [ In this case, when the inner surface of the first body 112 and the second electrode 124 come into contact with each other due to external force, positive charges are charged in the second electrode 124, Can be charged. It is clear that this description is not intended to limit the scope of rights of the electric energy harvesting element 100 disclosed in this specification.

도 2를 참조하여 본 명세서에서 개시하는 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)의 발전 과정을 설명하기로 한다. 도면에 도시된 바와 같이, 제2구조물(120)이 배치되는 제1구조물(110)의 내부는 소정의 공간을 가진다. 따라서 제2구조물(120)은 도 2의 (b) 내지 (d)에서 예로서 도시한 바와 같이 외력에 의하여 밴딩(bending), 스트레칭(stretching) 또는 트위스팅(twisting)되거나 이들 중 적어도 둘 이상이 동시에 진행되는 과정에서 제1구조물(110) 내부에서 자유롭게 움직일 수 있다. 이 과정에서 제1구조물(110)의 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2구조물(120)의 제2전극(124)의 적어도 일부분은 서로 마찰하여 접촉하거나 마찰이 해제되어 비접촉되며, 이러한 과정은 외력의 인가여부에 따라 반복될 수 있다. 이러한 과정을 통하여 도 1의 (b)와 관련하여 상술한 바와 같이, 제1구조물(110)의 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2구조물(120)의 제2전극(124)의 적어도 일부분 사이에서 마찰 전기에너지가 생성될 수 있다. 생성된 마찰 전기에너지는 후술하는 제1변형감지센서(미도시)나 제2변형감지센서(미도시)의 전원으로 직접 활용되거나 저장회로(미도시)에 저장된 후 상기 제1변형감지센서(미도시), 상기 제2변형감지센서(미도시), 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100)가 채용된 의복 등에 장착되는 제어부, 무선 센서 네트워크 등과 같은 전자기기의 전원으로 활용될 수 있다.The development process of the electric energy harvesting device 100 capable of deformation measurement and tactile measurement according to an embodiment disclosed herein will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the interior of the first structure 110 in which the second structure 120 is disposed has a predetermined space. Accordingly, the second structure 120 may be bent, stretched or twisted by an external force as shown by way of example in FIGS. 2 (b) to 2 (d) And can move freely within the first structure 110 in the course of being simultaneously processed. In this process, at least a portion of the inner surface of the first body 112 of the first structure 110 and at least a portion of the second electrode 124 of the second structure 120 are in friction contact with each other, , This process can be repeated depending on whether an external force is applied or not. At least a portion of the inner surface of the first body 112 of the first structure 110 and the second electrode 124 of the second structure 120 are connected to each other through the above process, The triboelectric energy may be generated. The generated triboelectric energy is directly utilized as a power source of a first deformation detection sensor (not shown) or a second deformation detection sensor (not shown) described later or stored in a storage circuit (not shown) (Not shown), a control unit mounted on clothes or the like employing the electric energy harvesting device 100 disclosed herein, a wireless sensor network, and the like.

도 3을 참조하여 제1변형감지센서(미도시), 제2변형감지센서(미도시)를 통한 본 명세서에서 개시하는 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)의 변형측정과정을 설명하기로 한다.Referring to FIG. 3, an electric energy harvesting device 100 capable of deformation measurement and tactile measurement according to an embodiment disclosed herein through a first deformation sense sensor (not shown) and a second deformation sense sensor (not shown) A description will be given of a process of measuring the deformation of the probe.

제1변형감지센서(미도시)는 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 연결될 수 있다. 상기 제1변형감지센서는 제1전극(114) 및 제2전극(124) 사이의 커패시턴스(capacitance)의 변화를 측정함으로써 제1구조물(110) 또는 제2구조물(120)에 인가되는 외력을 감지할 수 있다. 상기 외력은 예로서 손가락에 의하여 인가될 수 있다. 이를 감지함으로써 촉각을 감지할 수 있다.The first deformation detection sensor (not shown) may be connected to the first electrode 114 and the second electrode 124. The first deformation detection sensor senses an external force applied to the first structure 110 or the second structure 120 by measuring a change in capacitance between the first electrode 114 and the second electrode 124 can do. The external force can be applied, for example, by a finger. By sensing this, the tactile sense can be detected.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 제1변형감지센서는 커패시턴스 측정센서일 수 있다. 커패시턴스는 다음의 수식으로 정의될 수 있다.More specifically, the first deformation detection sensor may be a capacitance measurement sensor. The capacitance can be defined by the following equation.

C=ε×S/dC =? S / d

여기서, C는 커패시턴스, ε는 유전율, S는 면적, d는 전극 사이의 거리이다.Where C is the capacitance,? Is the dielectric constant, S is the area, and d is the distance between the electrodes.

상기 제1변형감지센서는 외력이 인가되기 전의 제1전극(114)과 제2전극(124) 사이의 커패시턴스인 C1과 외력에 의하여 변화한 제1전극(114)과 제2전극(124) 사이의 커패시턴스인 C1+△C1로부터 커패시턴스의 변화인 △C1을 측정하여 제1구조물(110) 또는 제2구조물(120)에 인가되는 외력을 감지할 수 있다.The first deformation detecting sensor is provided between the first electrode 114 and the second electrode 124, which is a capacitance between the first electrode 114 and the second electrode 124 before external force is applied, and between the first electrode 114 and the second electrode 124, The first structure 110 or the second structure 120 can be sensed by measuring the capacitance change ΔC 1 from the capacitance C1 + ΔC 1 of the first structure 110 or the second structure 120.

커패시턴스 C는 제1전극(114)와 제2전극(124) 사이의 거리인 d와 서로 대향하는 제1전극(114)와 제2전극(124)의 면적에 의하여 정의되므로 커패시턴스 변화량인 △C를 측정함으로써 상기 제1변형감지센서는 외력에 따른 제1전극(114)와 제2전극(124) 사이의 거리인 d와 서로 대향하는 제1전극(114)와 제2전극(124)의 면적변화를 측정할 수 있고 이를 통하여 외력을 감지할 수 있다.Since the capacitance C is defined by the area of the first electrode 114 and the second electrode 124 facing each other with the distance d between the first electrode 114 and the second electrode 124, The first deformation detecting sensor detects a change in the area of the first electrode 114 and the second electrode 124 which face each other with a distance d between the first electrode 114 and the second electrode 124 according to the external force, So that the external force can be detected.

제2변형감지센서(미도시)는 외력에 따른 제1전극(114) 또는 제2전극(124)의 저항값의 변화를 측정하여 제1구조물(110) 또는 제2구조물(120)의 변형을 감지할 수 있다.The second deformation detecting sensor (not shown) measures a change in resistance value of the first electrode 114 or the second electrode 124 according to an external force to detect a deformation of the first structure 110 or the second structure 120 Can be detected.

일례로, 상기 제2변형감지센서는 전도성을 가지는 소재로 제작되는 제3전극(미도시) 및 제4전극(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제3전극 및 상기 제4전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 제1전극(114)과 접촉할 수 있다. 상기 제2변형감지센서는 상기 외력에 의하여 제1몸체(112)의 내면의 상기 적어도 일부분과 제2전극(124)의 상기 적어도 일부분이 서로 접촉과 비접촉을 반복하는 과정에서 변형되는 제1전극(114)의 저항값 변화를 측정하여 제1구조물(110)의 변형을 감지할 수 있다. For example, the second deformation detecting sensor may be electrically connected to a third electrode (not shown) and a fourth electrode (not shown) made of a conductive material. The third electrode and the fourth electrode may be spaced apart from each other by a predetermined distance to be in contact with the first electrode 114. The second deformation detecting sensor may include a first electrode (124) deformed in the process of repeatedly contacting and non-contacting the at least a portion of the inner surface of the first body (112) and the at least a portion of the second electrode 114 may be measured to detect the deformation of the first structure 110.

다른 예로, 상기 제2변형감지센서는 전도성을 가지는 소재로 제작되는 제5전극(미도시) 및 제6전극(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제5전극 및 상기 제6전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 제2전극(124)과 접촉할 수 있다. 상기 제2변형감지센서는 상기 외력에 의하여 제1몸체(112)의 내면의 상기 적어도 일부분과 제2전극(124)의 상기 적어도 일부분이 서로 접촉과 비접촉을 반복하는 과정에서 변형되는 제2전극(124)의 저항값 변화를 측정하여 제2구조물(120)의 변형을 감지할 수 있다.As another example, the second strain sensor may be electrically connected to a fifth electrode (not shown) and a sixth electrode (not shown) made of a conductive material. The fifth electrode and the sixth electrode may be spaced apart from each other by a predetermined distance to be in contact with the second electrode 124. The second deformation detecting sensor may include a second electrode that is deformed in the course of repeatedly contacting and non-contacting the at least a portion of the inner surface of the first body 112 and the at least a portion of the second electrode 124 by the external force, 124 may be measured to sense the deformation of the second structure 120.

상기 제2변형감지센서를 통하여 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100)에 가해지는 외력을 감지할 수 있다. 또한, 상기 제2변형감지센서를 통해 저항값 변화를 측정함으로써 전기에너지 수확소자(100)의 반복적인 사용에 따른 제1전극(114) 또는 제2전극(124)의 손상이나 단락 여부를 진단할 수도 있다.An external force applied to the electric energy harvesting element 100 disclosed in this specification can be sensed through the second deformation detecting sensor. Further, by measuring the resistance value change through the second deformation sensor, it is possible to diagnose whether the first electrode 114 or the second electrode 124 is damaged or short-circuited by repeated use of the electric energy harvesting device 100 It is possible.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 제2변형감지센서는 전기저항값을 통하여 외력을 측정하는 스트레인(strain) 센서일 수 있다. 일반적으로 물체에 외력이 작용하면 물체는 변형한다. 그 변형의 정도를 스트레인이라고 한다. 즉 스트레인은 어느 물체가 인장 또는 압축을 받을 때 원래의 길이에 대하여 늘어나거나 줄어든 길이를 비율로 표시한 값을 일컫는다. 물체의 전기저항은 다음의 수식으로 정의될 수 있다.More specifically, the second strain sensor may be a strain sensor that measures an external force through an electrical resistance value. Generally, when an external force acts on an object, the object deforms. The degree of deformation is called strain. In other words, strain refers to the ratio of the length of an object stretched or shrunk to the original length when the object is stretched or compressed. The electrical resistance of an object can be defined by the following equation.

R= ρ×L/SR =? L / S

여기서, R은 전기저항, ρ는 비저항, L은 물체의 길이, S는 물체의 단면적이다.Where R is the electrical resistance, p is the resistivity, L is the length of the object, and S is the cross-sectional area of the object.

상기 제2변형감지센서는 도 3에 예로서 도시한 바와 같이, 외력이 인가되기 전의 제1전극(114)의 전기저항값을 제1전극(114)에 서로 소정의 간격으로 이격되어 전기적으로 접촉하는 상기 제3전극 및 상기 제4전극을 통하여 측정할 수 있다. 이때 측정되는 제1전극(114)의 전기저항값을 R이라고 하자.As shown in FIG. 3, for example, the second deformation detecting sensor may have an electrical resistance value of the first electrode 114 before the external force is applied to the first electrode 114, The second electrode, and the third electrode. Let R be the electrical resistance of the first electrode 114 measured at this time.

이후 외력에 의하여 제1전극(114)이 변형될 경우에 상기 제3전극 및 상기 제4전극을 통하여 외력에 의한 제1전극(114)의 변형에 따른 제1전극(114)의 전기저항값을 측정할 수 있다. 이때 측정되는 제1전극(114)의 전기저항값을 R+△R이라고 하자.When the first electrode 114 is deformed due to an external force, the electric resistance value of the first electrode 114 due to the deformation of the first electrode 114 due to external force through the third electrode and the fourth electrode is Can be measured. Let the electric resistance value of the first electrode 114 measured at this time be R + DELTA R.

외력이 인가되면, 제1전극(114)는 길이 L과 단면적 S가 변화하게 된다. 제1전극(114)의 부피는 일정하게 유지되므로 외력에 의하여 제1전극(114)의 길이가 늘어나면 제1전극(114)의 단면적은 줄어들며, 제1전극(114)의 길이가 줄어들면 제1전극(114)의 단면적은 늘어나게 된다. 앞서 언급한 전기저항값에 대한 수식으로부터 외력에 의하여 제1전극(114)의 길이가 늘어나면 단면적은 줄어들므로 제1전극(114)의 전기저항값은 늘어남을 알 수 있다. 또한, 앞서 언급한 전기저항값에 대한 수식으로부터 외력에 의하여 제1전극(114)의 길이가 줄어들면 단면적은 늘어나므로 제1전극(114)의 전기저항값은 줄어듦을 알 수 있다. 상기 제2변형감지센서는 외력에 따른 제1전극(114)의 전기저항값의 변화를 측정함으로써 외력에 따른 제1전극(114)의 길이, 단면적의 변화를 측정할 수 있고 이를 통하여 외력을 감지할 수 있다.When an external force is applied, the length L and the cross-sectional area S of the first electrode 114 change. Since the volume of the first electrode 114 is kept constant, the cross-sectional area of the first electrode 114 is reduced when the length of the first electrode 114 is increased by the external force. When the length of the first electrode 114 is decreased, The cross-sectional area of the first electrode 114 is increased. As the length of the first electrode 114 is increased by the external force from the above-mentioned formula for the electric resistance value, the cross-sectional area is reduced, so that the electric resistance value of the first electrode 114 increases. In addition, it can be seen that the electric resistance value of the first electrode 114 is reduced because the cross-sectional area is increased when the length of the first electrode 114 is reduced by the external force from the above-mentioned formula for the electric resistance value. The second deformation detection sensor can measure the change of the length and the cross-sectional area of the first electrode 114 according to the external force by measuring the change of the electrical resistance value of the first electrode 114 according to the external force, can do.

마찬가지로, 상기 제2변형감지센서는 외력이 인가되지 전의 제2전극(124)의 전기저항값을 제2전극(124)에 서로 소정의 간격으로 이격되어 전기적으로 접촉하는 상기 제5전극 및 상기 제6전극을 통하여 측정할 수 있다. 이후 외력에 의하여 제2전극(124)이 변형될 경우에 상기 제5전극 및 상기 제6전극을 통하여 외력에 의한 제2전극(124)의 변형에 따른 제2전극(124)의 전기저항값을 측정할 수 있다. 상기 제2변형감지센서는 외력에 따른 제2전극(124)의 전기저항값의 변화를 측정함으로써 외력에 따른 제2전극(124)의 길이, 단면적의 변화를 측정할 수 있고 이를 통하여 외력을 감지할 수 있다.Similarly, the second deformation detecting sensor may be configured such that the electrical resistance value of the second electrode 124 before the external force is applied to the fifth electrode, which is electrically contacted to the second electrode 124 at a predetermined interval, 6 electrodes. When the second electrode 124 is deformed by an external force, the electrical resistance value of the second electrode 124 due to the deformation of the second electrode 124 due to the external force through the fifth electrode and the sixth electrode is Can be measured. The second deformation detecting sensor can measure the change of the length and the cross-sectional area of the second electrode 124 according to the external force by measuring the change of the electrical resistance value of the second electrode 124 according to the external force, can do.

한편, 외력이 전기에너지 수확소자(100)에 가해질 경우에 상기 제1변형감지센서와 상기 제2변형감지센서는 동시에 동작하여 각각 커패시턴스의 변화 및 저항값의 변화를 동시에 측정할 수도 있다. 이를 통하여 전기에너지 수확소자(100)에 인가되는 외력을 보다 더 정확하게 측정할 수 있다.Meanwhile, when an external force is applied to the electric energy harvesting device 100, the first deformation detecting sensor and the second deformation detecting sensor may simultaneously operate to simultaneously measure a change in capacitance and a change in resistance value. The external force applied to the electric energy harvesting device 100 can be more accurately measured.

저장회로(미도시)는 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 전기적으로 연결되어 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2전극(124)의 적어도 일부분이 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 생성하는 마찰 전기에너지를 저장할 수 있다. 상기 저장회로는 예로서 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 연결되어 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2전극(124)의 적어도 일부분에 의하여 생성되는 전류를 수신하는 적어도 하나의 다이오드(미도시) 및 상기 다이오드로부터 출력되는 전류를 저장하는 적어도 하나의 충전기(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 다이오드는 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2전극(124)의 적어도 일부분이 생성하는 교류전기신호인 마찰 전기에너지를 정류하여 상기 충전기에 제공하며, 상기 충전기는 정류된 교류전기신호로부터 전기에너지를 저장할 수 있다.The storage circuit (not shown) is electrically connected to the first electrode 114 and the second electrode 124 so that at least a part of the inner surface of the first body 112 and at least a part of the second electrode 124 are electrically connected It is possible to store the triboelectric energy generated by repeating contact and non-contact with each other. The storage circuit may be coupled to the first electrode 114 and the second electrode 124 to receive a current generated by at least a portion of the inner surface of the first body 112 and at least a portion of the second electrode 124 And at least one charger (not shown) for storing the current output from the diode. The diode rectifies and provides to the charger triboelectric energy, which is an alternating electrical signal generated by at least a portion of the inner surface of the first body 112 and at least a portion of the second electrode 124, It can store electrical energy from the signal.

한편, 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)는 생성된 전기에너지를 상기 저장회로에 저장한 후 활용하거나, 직접 활용하는 방식으로 상기 제1변형감지센서, 상기 제2변형감지센서 등을 포함하는 의복에 부착될 수 있는 전기기기(미도시)의 전원으로 활용할 수 있어 자가발전형 생체진단 의복에 적용될 수 있다.Meanwhile, the electric energy harvesting device 100 capable of measuring the strain and tactile sense disclosed in the present specification can store the generated electric energy in the storage circuit, (Not shown) that can be attached to a garment including a second deformation detecting sensor or the like, and thus can be applied to a self-generating type bio-diagnostic garment.

또 한편, 제1변형감지센서, 제2변형감지센서, 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100)가 채용된 의복 등에 장착되는 제어부, 무선 센서 네트워크 등과 같은 전자기기에서 마찰 전기에너지를 직접 이용하는 경우에는 상기 저장회로 또는 상기 충전기는 생략될 수 있다.On the other hand, in the electronic devices such as the first deformation detection sensor, the second deformation detection sensor, the control unit mounted on the clothes or the like employing the electric energy harvesting device 100 disclosed in this specification, the wireless sensor network, etc., The storage circuit or the charger may be omitted.

도 4 및 도 5는 본 명세서에서 개시하는 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 개념도 및 변형측정과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 (a) 내지 (c)는 각각 전기에너지 수확소자로 직조된 직물을 보여주는 도면, 외력에 따른 변형 전의 씨실부와 날실부의 교차점의 모습 및 외력에 따른 변형 후의 씨실부와 날실부의 교차점의 모습을 보여주는 도면이다. 도 5의 (a) 내지 (c)는 각각 절연층(116)이 코팅된 전기에너지 수확소자 및 절연층(116)이 코팅되지 아니한 전기에너지 수확소자를 각각 씨실부와 날실부로 하여 직조된 직물을 보여주는 도면, 외력에 따른 변형 전의 씨실부와 날실부의 교차점의 모습 및 외력에 따른 변형 후의 씨실부와 날실부의 교차점의 모습을 보여주는 도면이다. 도 6은 본 명세서에서 개시하는 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 제작된 일례를 보여주는 도면이다.FIGS. 4 and 5 are views for explaining a conceptual diagram and a deformation measurement process of an electric energy harvesting element capable of deformation measurement and tactile measurement according to another embodiment disclosed herein. FIGS. 4 (a) to 4 (c) are diagrams each showing a fabric woven with an electric energy harvesting element, the shape of the crossing point between the weft portion and the warp portion before deformation due to external force, FIG. 5 (a) to 5 (c) are cross-sectional views illustrating an electric energy harvesting element coated with an insulating layer 116 and an electric energy harvesting element not coated with an insulating layer 116, respectively, as weft yarns and warp yarns, FIG. 5 is a view showing a cross-sectional view of a weft portion and a warp portion before deformation according to an external force, and a cross-sectional view of a weft portion and a warp portion after deformation according to an external force. 6 is a view showing an example of fabricating an electric energy harvesting element capable of deformation measurement and tactile measurement according to another embodiment disclosed herein.

도면을 참조하면, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 내부에 제2구조물(120)이 배치되는 관형의 복수의 제1구조물(110)들을 직조하여 형성되는 직물(130)을 포함한다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 선택적으로 제1변형감지센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 선택적으로 제2변형감지센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 선택적으로 절연층(116)을 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 선택적으로 저장회로(미도시)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an electric energy harvesting device 100a capable of measuring deformation and tactile sensation includes a fabric 130 formed by weaving a plurality of first structures 110 in a tubular shape in which a second structure 120 is disposed, . In some other embodiments, the electrical energy harvesting element 100a, which is capable of strain measurement and tactile measurement, may optionally further comprise a first strain detection sensor (not shown). In some other embodiments, the electrical energy harvesting element 100a, which is capable of strain measurement and tactile measurement, may optionally further comprise a second strain sensor (not shown). In some other embodiments, the electrical energy harvesting element 100a, which is capable of strain measurement and tactile measurement, may further comprise an insulating layer 116 optionally. In some other embodiments, the electrical energy harvesting element 100a, which is capable of strain measurement and tactile measurement, may optionally further comprise a storage circuit (not shown).

이하 도 4 내지 도 6을 참조하여 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)에 대하여 설명하기로 한다. 이하 앞서 도 1 내지 도 3과 관련하여 상술한 내용과 실질적으로 동일한 내용에 대해서는 설명의 편의상 생략하고 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.Hereinafter, an electric energy harvesting device 100a capable of measuring deformation and tactile sense will be described with reference to FIGS. 4 to 6. FIG. Hereinafter, substantially the same contents as those described above with reference to Figs. 1 to 3 will be described for convenience of explanation. It is clear that this description is not intended to limit the scope of rights of the electric energy harvesting element 100a capable of deformation measurement and tactile measurement as disclosed in this specification.

도면을 참조하면, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 내부에 제2구조물(120)이 배치되는 관형의 복수의 제1구조물(110)들을 직조하여 형성되는 직물(130)을 포함한다.Referring to FIG. 1, an electric energy harvesting device 100a capable of measuring deformation and tactile sensation includes a fabric 130 formed by weaving a plurality of first structures 110 in a tubular shape in which a second structure 120 is disposed, .

제1구조물(110)은 관형의 제1몸체(112) 및 제1몸체(112)의 외면에 배치되는 제1전극(114)을 포함한다.The first structure 110 includes a first body 112 having a tubular shape and a first electrode 114 disposed on an outer surface of the first body 112.

제2구조물(120)은 제1몸체(112)의 내부에 배치되는 제2몸체(122) 및 제2몸체(122)의 외면에 배치되는 제2전극(124)을 포함한다.The second structure 120 includes a second body 122 disposed inside the first body 112 and a second electrode 124 disposed on an outer surface of the second body 122.

제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2전극(124)의 적어도 일부분은 직물(130)에 가해지는 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 마찰 전기에너지를 생성한다.At least a portion of the inner surface of the first body 112 and at least a portion of the second electrode 124 are repeatedly brought into contact and non-contact with each other by an external force applied to the fabric 130 to generate triboelectric energy.

직물(130)은 상기 복수의 제1구조물(110)들 중 일부-이하 씨실부(110a)라 함-와 상기 복수의 제1구조물(110)들 중 나머지 일부-이하 날실부(110b)라 함-를 서로 교차하여 직조된다.The fabric 130 is a part of the plurality of first structures 110 and a part of the plurality of first structures 110 is referred to as a warp portion 110a and a remaining portion of the plurality of first structures 110 is hereinafter referred to as a warp portion 110b - < / RTI >

본 명세서에서 개시하는 직물(130) 형상의 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 일반적인 직물 직조과정을 통하여 직조하여 직물(130)을 형성할 수 있다. 직조된 직물(130)은 실제 의복으로 사용 가능하여 신체의 착용성이 높고 착용자의 무의식적인 움직임으로부터 생성되는 마찰 전기에너지로부터 전기에너지를 수확할 수 있다.The electrical energy harvesting element 100a capable of deformation measurement and tactile measurement of the shape of the fabric 130 disclosed herein may be woven through a general fabric weaving process to form the fabric 130. [ The woven fabric 130 can be used as an actual garment to harvest electrical energy from triboelectric energy that is high in wearability of the body and generated from the unconscious movement of the wearer.

일 실시 예에 있어서, 도 4에 예로서 도시한 바와 같이, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 연결되거나, 날실부(110b)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 연결되거나 이들 각각과 연결되는 제1변형감지센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 제2전극(124) 사이의 커패시턴스의 변화(△C1) 또는 날실부(110b)의 제1전극(114) 및 제2전극(124) 사이의 커패시턴스의 변화(△C1)를 측정함으로써 직물(130)에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다. 도면에는 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 연결되어 외력을 감지하는 상기 제1변형감지센서가 예로서 표현되어 있다. 다르게는, 도면에 도시된 바와 달리, 상기 제1변형감지센서는 날실부(110b)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 연결되어 외력을 감지할 수도 있다. 제1전극(114) 및 제2전극(124) 사이의 커패시턴스의 변화(△C1)를 통한 외력 감지방법은 앞서 도 1 내지 도 3과 관련하여 상술한 내용으로부터 충분히 유추가능하므로 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략하기로 한다.4, an electric energy harvesting element 100a capable of deformation measurement and tactile measurement can be manufactured by using the first electrode 114 and the second electrode 124 of the weft portion 110a, (Not shown) connected to the first electrode 114 and the second electrode 124 of the warp portion 110b or connected to the first electrode 114 and the second electrode 124, respectively. The first deformation detecting sensor may detect a change ΔΔ C1 of capacitance between the first electrode 114 and the second electrode 124 of the weft portion 110a according to the external force or a change ΔC1 of capacitance between the first electrode 114 and the second electrode 124 of the warp portion 110b 114 by measuring the change in capacitance (DELTA C1) between the first electrode (114) and the second electrode (124). The first deformation detecting sensor is connected to the first electrode 114 and the second electrode 124 of the weft portion 110a to sense an external force. Alternatively, the first deformation detecting sensor may be connected to the first electrode 114 and the second electrode 124 of the warp portion 110b to sense an external force. The method of detecting the external force through the change of the capacitance DELTA C1 between the first electrode 114 and the second electrode 124 can be sufficiently inferred from the above description with reference to Figs. 1 to 3, It will be omitted for convenience of explanation.

한편, 상술한 바와 같이, 직물(130) 형상의 전기에너지 수확소자(100a)는 변형측정이 가능한 복수의 전기에너지 수확소자(100)들을 직조하여 형성된다. 이때, 직물(130)을 형성하는 씨실부(110a)와 날실부(110b)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)은 상기 제1변형감지센서와 각각 연결될 수 있다. 이 경우, 외력이 직물(130)의 특정 영역(예로서, 씨실부(110a)와 날실부(110b)의 교차점 등)에 인가될 수 있다. 이때, 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)들 중 적어도 일부와 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)들 중 적어도 일부는 직물(130)의 외력이 인가되는 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하게 된다. 직물(130)의 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하는 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제1전극(114) 및 제2전극(124) 사이의 커패시턴스는 변화하게 된다. 동시에 직물(130)의 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하는 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제1전극(114) 및 제2전극(124) 사이의 커패시턴스는 변화하게 된다. 외력의 인가에 따라 커패시턴스가 변화하는 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100) 및 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)를 찾아 이들의 교차지점을 분석함으로써 외력이 인가되는 직물(130)의 상기 특정 영역을 판별할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100a)는 상기 제1변형감지센서를 통한 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)를 착용한 착용자의 움직임을 신체부위별로 실시간 진단, 분석 등이 가능하여 진단의학 등에서 환자의 움직임 진단 등에 활용될 수 있다.On the other hand, as described above, the electric energy harvesting element 100a in the form of the fabric 130 is formed by weaving a plurality of electric energy harvesting elements 100 capable of deformation measurement. At this time, the weft yarn 110a forming the fabric 130 and the first electrode 114 and the second electrode 124 of the warp portion 110b may be connected to the first deformation detection sensor, respectively. In this case, an external force may be applied to a specific region of the fabric 130 (e.g., the intersection of the weft portion 110a and the warp portion 110b). At least some of the electrical energy harvesting elements 100 constituting the weft yarn 110a and at least some of the electrical energy harvesting elements 100 constituting the warp yarn 110b are connected to each other by the external force of the fabric 130 Or a portion adjacent to the specific region. The capacitance between the first electrode 114 and the second electrode 124 of the electric energy harvesting element 100 constituting the weft yarn 110a via the specific region of the fabric 130 or the portion adjacent to the specific region . The first electrode 114 and the second electrode 124 of the electric energy harvesting element 100 constituting the warp portion 110b via the specific region of the fabric 130 or a portion adjacent to the specific region The capacitance is changed. The electric energy harvesting element 100 constituting the weft yarn portion 110a and the electric energy harvesting element 100 constituting the warp portion 110b constituting the weft yarn portion 110a varying in capacitance with the application of the external force are analyzed, It is possible to distinguish the specific area of the fabric 130 to which it is applied. Accordingly, the electric energy harvesting element 100a disclosed in this specification can measure the change in capacitance through the first deformation detecting sensor to wear the electric energy harvesting element 100a capable of deformation measurement and tactile measurement disclosed herein It enables real-time diagnosis and analysis of the movement of one wearer by the body part, and can be used for diagnosing the movement of the patient in the medical diagnosis and the like.

다른 실시 예에 있어서, 도 4에 예로서 도시한 바와 같이, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 씨실부(110a)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)의 제2전극(124)과 연결되는 제1변형감지센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 씨실부(110a)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)의 제2전극(124) 사이의 커패시턴스의 변화(△C2)를 측정함으로써 직물(130)에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다.4, an electric energy harvesting element 100a capable of deformation measurement and tactile measurement can be provided on the second electrode 124 of the weft portion 110a and the second electrode 124a of the warp portion 110b, And a first deformation detection sensor (not shown) connected to the second electrode 124. The first deformation detecting sensor measures the change ΔC 2 of the capacitance between the second electrode 124 of the weft portion 110 a and the second electrode 124 of the warp portion 110 b according to the external force, 130 to detect the external force.

보다 구체적으로 설명하면, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)를 직조하여 형성되는 직물(130) 형상의 전기에너지 수확소자(100a)는 씨실부(110a)와 날실부(110b)가 상호 교차하는 다수의 교차점을 가진다. 상기 제1변형감지센서는 씨실부(110a)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)의 제2전극(124)과 연결됨으로써 씨실부(110a)와 날실부(110b)가 상호 교차하는 교차점에서의 커패시턴스를 측정할 수 있다.More specifically, the electric energy harvesting element 100a of the fabric 130 formed by weaving the electric energy harvesting element 100 capable of measuring deformation and tactile sense has a weft portion 110a and a warp portion 110b, Intersect at a plurality of intersections. The first deformation detecting sensor is connected to the second electrode 124 of the weft portion 110a and the second electrode 124 of the warp portion 110b so that the weft portion 110a and the warp portion 110b cross each other The capacitance at the intersection can be measured.

외력이 씨실부(110a)와 날실부(110b)의 교차점에 인가되면 씨실부(110a)와 날실부(110b) 사이의 거리가 변화한다. 이에 따라 씨실부(110a)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)의 제2전극(124) 사이의 거리가 변경되어 씨실부(110a)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)의 제2전극(124) 사이의 커패시턴스가 C2에서 C2+△C2로 변화한다. 상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 의한 씨실부(110a)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)의 제2전극(124) 사이의 커패시턴스의 변화(△C2)를 측정함으로써 직물(130)에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다.When an external force is applied to the intersection of the weft portion 110a and the warp portion 110b, the distance between the weft portion 110a and the warp portion 110b is changed. The distance between the second electrode 124 of the weft portion 110a and the second electrode 124 of the warp portion 110b is changed so that the distance between the second electrode 124 of the weft portion 110a and the warp portion 110b ) Changes from C2 to C2 + DELTA C2. The first deformation detecting sensor measures the change ΔC 2 of the capacitance between the second electrode 124 of the weft portion 110a and the second electrode 124 of the warp portion 110b by the external force, 130 to detect the external force.

한편, 상술한 바와 같이, 직물(130) 형상의 전기에너지 수확소자(100a)는 변형측정이 가능한 복수의 전기에너지 수확소자(100)들을 직조하여 형성된다. 이때, 직물(130)을 형성하는 씨실부(110a)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)의 제2전극(124)은 상기 제1변형감지센서와 각각 연결될 수 있다. 이 경우, 외력이 직물(130)의 특정 영역(예로서, 씨실부(110a)와 날실부(110b)의 교차점 등)에 인가될 수 있다. 이때, 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)들 중 적어도 일부와 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)들 중 적어도 일부는 직물(130)의 외력이 인가되는 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하게 된다. 직물(130)의 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하는 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제2전극(124) 사이의 커패시턴스는 변화하게 된다. 외력의 인가에 따라 커패시턴스가 변화하는 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제2전극(124)의 위치를 찾아 분석함으로써 외력이 인가되는 직물(130)의 상기 특정 영역을 판별할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100a)는 상기 제1변형감지센서를 통한 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)를 착용한 착용자의 움직임을 신체부위별로 실시간 진단, 분석 등이 가능하여 진단의학 등에서 환자의 움직임 진단 등에 활용될 수 있다.On the other hand, as described above, the electric energy harvesting element 100a in the form of the fabric 130 is formed by weaving a plurality of electric energy harvesting elements 100 capable of deformation measurement. At this time, the second electrode 124 of the weft portion 110a forming the fabric 130 and the second electrode 124 of the warp portion 110b may be connected to the first deformation detection sensor, respectively. In this case, an external force may be applied to a specific region of the fabric 130 (e.g., the intersection of the weft portion 110a and the warp portion 110b). At least some of the electrical energy harvesting elements 100 constituting the weft yarn 110a and at least some of the electrical energy harvesting elements 100 constituting the warp yarn 110b are connected to each other by the external force of the fabric 130 Or a portion adjacent to the specific region. The second electrode 124 of the electric energy harvesting element 100 constituting the weft yarn 110a passing through the specific region of the fabric 130 or the portion adjacent to the specific region and the electric power constituting the warp portion 110b The capacitance between the second electrodes 124 of the energy harvesting element 100 is changed. The second electrode 124 of the electric energy harvesting element 100 and the second electrode 124 of the electric energy harvesting element 100 constituting the warp portion 110b constituting the weft portion 110a whose capacitance varies according to the application of the external force By locating and analyzing the position of the electrode 124, it is possible to identify the specific area of the fabric 130 to which an external force is applied. Accordingly, the electric energy harvesting element 100a disclosed in this specification can measure the change in capacitance through the first deformation detecting sensor to wear the electric energy harvesting element 100a capable of deformation measurement and tactile measurement disclosed herein It enables real-time diagnosis and analysis of the movement of one wearer by the body part, and can be used for diagnosing the movement of the patient in the medical diagnosis and the like.

절연층(116)은 씨실부(110a)의 제1전극(114), 날실부(110b)의 제1전극(114) 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 표면에 배치될 수 있다. 절연층(116)은 씨실부(110a)와 날실부(110b)를 교차하여 직물(130)을 직조하는 과정에서 씨실부(110a)의 제1전극(114)과 날실부(110b)의 제1전극(114)이 서로 직접 접촉하는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 도 5에는 씨실부(110a)의 제1전극(114)의 표면에 배치된 절연층(116)이 예로서 표현되어 있다. 다르게는, 도면에 도시한 바와 달리, 절연층(116)은 날실부(110b)의 제1전극(114)의 표면에 배치될 수도 있고, 씨실부(110a)의 제1전극(114)의 표면과 날실부(110b)의 제1전극(114)의 표면 모두에 배치될 수도 있다.The insulating layer 116 may be disposed on at least one surface selected from the first electrode 114 of the weft portion 110a, the first electrode 114 of the warp portion 110b, and combinations thereof. The insulating layer 116 is formed on the first electrode 114 of the weft portion 110a and the first electrode 114 of the warp portion 110b in the process of weaving the weft 130 crossing the weft portion 110a and the warp portion 110b. It is possible to prevent the electrodes 114 from contacting each other directly. In Fig. 5, an insulating layer 116 disposed on the surface of the first electrode 114 of the weft portion 110a is shown as an example. Alternatively, the insulating layer 116 may be disposed on the surface of the first electrode 114 of the warp portion 110b or on the surface of the first electrode 114 of the weft portion 110a, And the surface of the first electrode 114 of the warp portion 110b.

일 실시 예에 있어서, 도 5에 예로서 도시한 바와 같이, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 날실부(110b)의 제1전극(114)과 연결되는 제1변형감지센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 날실부(110b)의 제1전극(114) 사이의 접촉면적의 변화(△S)에 따른 커패시턴스의 변화(△C3)를 측정함으로써 직물(130)에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다.5, an electric energy harvesting element 100a capable of deformation measurement and tactile measurement can be provided on the first electrode 114 and the warp portion 110b of the weft portion 110a, And a first deformation detection sensor (not shown) connected to the first electrode 114. The first deformation detecting sensor is a sensor for detecting a change in capacitance of the first electrode 114 of the weft portion 110a and a change ΔS of the contact area between the first electrode 114 of the warp portion 110b and the first electrode 114 of the warp portion 110b, The external force applied to the fabric 130 can be sensed by measuring the change DELTA C3.

보다 구체적으로 설명하면, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)를 직조하여 형성되는 직물(130) 형상의 전기에너지 수확소자(100a)는 씨실부(110a)와 날실부(110b)가 상호 교차하는 다수의 교차점을 가진다. 상기 제1변형감지센서는 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 날실부(110b)의 제1전극(114)과 연결됨으로써 씨실부(110a)와 날실부(110b)가 상호 교차하는 교차점에서의 커패시턴스를 측정할 수 있다.More specifically, the electric energy harvesting element 100a of the fabric 130 formed by weaving the electric energy harvesting element 100 capable of measuring deformation and tactile sense has a weft portion 110a and a warp portion 110b, Intersect at a plurality of intersections. The first deformation detecting sensor is connected to the first electrode 114 of the weft portion 110a and the first electrode 114 of the warp portion 110b so that the weft portion 110a and the warp portion 110b cross each other The capacitance at the intersection can be measured.

외력이 씨실부(110a)와 날실부(110b)의 교차점에 인가되면 씨실부(110a)와 날실부(110b) 사이의 접촉면적이 변화한다. 이에 따라 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 날실부(110b)의 제1전극(114) 사이의 접촉면적이 변경되어 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 날실부(110b)의 제1전극(114) 사이의 커패시턴스가 C3에서 C3+△C3로 변화한다. 상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 의한 씨실부(110a)의 제1전극(124) 및 날실부(110b)의 제1전극(124) 사이의 커패시턴스의 변화(△C3)를 측정함으로써 직물(130)에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다.When an external force is applied to the intersection of the weft portion 110a and the warp portion 110b, the contact area between the weft portion 110a and the warp portion 110b changes. The contact area between the first electrode 114 of the weft portion 110a and the first electrode 114 of the warp portion 110b is changed so that the first electrode 114 of the weft portion 110a and the warp portion 110b varies from C3 to C3 + DELTA C3. The first deformation detecting sensor measures the change ΔC3 of the capacitance between the first electrode 124 of the weft portion 110a and the first electrode 124 of the warp portion 110b by the external force, 130 to detect the external force.

한편, 상술한 바와 같이, 직물(130) 형상의 전기에너지 수확소자(100a)는 변형측정이 가능한 복수의 전기에너지 수확소자(100)들을 직조하여 형성된다. 이때, 직물(130)을 형성하는 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 날실부(110b)의 제1전극(114)은 상기 제1변형감지센서와 각각 연결될 수 있다. 이 경우, 외력이 직물(130)의 특정 영역(예로서, 씨실부(110a)와 날실부(110b)의 교차점 등)에 인가될 수 있다. 이때, 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)들 중 적어도 일부와 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)들 중 적어도 일부는 직물(130)의 외력이 인가되는 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하게 된다. 직물(130)의 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하는 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제1전극(114) 및 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제1전극(114) 사이의 커패시턴스는 변화하게 된다. 외력의 인가에 따라 커패시턴스가 변화하는 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제1전극(114) 및 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제1전극(114)의 위치를 찾아 분석함으로써 외력이 인가되는 직물(130)의 상기 특정 영역을 판별할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100a)는 상기 제1변형감지센서를 통한 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)를 착용한 착용자의 움직임을 신체부위별로 실시간 진단, 분석 등이 가능하여 진단의학 등에서 환자의 움직임 진단 등에 활용될 수 있다.On the other hand, as described above, the electric energy harvesting element 100a in the form of the fabric 130 is formed by weaving a plurality of electric energy harvesting elements 100 capable of deformation measurement. At this time, the first electrode 114 of the weft yarn 110a forming the fabric 130 and the first electrode 114 of the warp portion 110b may be connected to the first deformation detecting sensor, respectively. In this case, an external force may be applied to a specific region of the fabric 130 (e.g., the intersection of the weft portion 110a and the warp portion 110b). At least some of the electrical energy harvesting elements 100 constituting the weft yarn 110a and at least some of the electrical energy harvesting elements 100 constituting the warp yarn 110b are connected to each other by the external force of the fabric 130 Or a portion adjacent to the specific region. The first electrode 114 of the electric energy harvesting element 100 constituting the weft yarn portion 110a passing through the specific region of the fabric 130 or a portion adjacent to the specific region and the first electrode 114 constituting the warp portion 110b The capacitance between the first electrodes 114 of the energy harvesting element 100 is changed. Of the electric energy harvesting element 100 constituting the warp portion 110b and the first electrode 114 of the electric energy harvesting element 100 constituting the weft portion 110a whose capacitance varies according to the application of the external force, By locating and analyzing the position of the electrode 114, it is possible to identify the specific area of the fabric 130 to which an external force is applied. Accordingly, the electric energy harvesting element 100a disclosed in this specification can measure the change in capacitance through the first deformation detecting sensor to wear the electric energy harvesting element 100a capable of deformation measurement and tactile measurement disclosed herein It enables real-time diagnosis and analysis of the movement of one wearer by the body part, and can be used for diagnosing the movement of the patient in the medical diagnosis and the like.

제2변형감지센서(미도시)는 외력에 따른 씨실부(110a)의 제1전극(114) 또는 제2전극(124)의 저항값의 변화를 측정하여 씨실부(110a)의 제1구조물(110) 또는 제2구조물(120)의 변형을 감지함으로써 직물(130)의 변형을 감지할 수 있다. 다르게는, 제2변형감지센서(미도시)는 외력에 따른 날실부(110b)의 제1전극(114) 또는 제2전극(124)의 저항값의 변화를 측정하여 날실부(110b)의 제1구조물(110) 또는 제2구조물(120)의 변형을 감지함으로써 직물(130)의 변형을 감지할 수 있다.The second deformation detecting sensor (not shown) measures a change in resistance value of the first electrode 114 or the second electrode 124 of the weft portion 110a according to the external force, 110 or the deformation of the second structure 120 by detecting the deformation of the fabric 130. Alternatively, the second deformation detecting sensor (not shown) measures the change in resistance value of the first electrode 114 or the second electrode 124 of the warp portion 110b according to the external force, The deformation of the fabric 130 can be detected by detecting deformation of the first structure 110 or the second structure 120.

일례로, 상기 제2변형감지센서는 전도성을 가지는 소재로 제작되는 제3전극(미도시) 및 제4전극(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제3전극 및 상기 제4전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 씨실부(110a)의 제1전극(114)과 접촉할 수 있다. 다르게는, 상기 제3전극 및 상기 제4전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 날실부(110b)의 제1전극(114)과 접촉할 수 있다.For example, the second deformation detecting sensor may be electrically connected to a third electrode (not shown) and a fourth electrode (not shown) made of a conductive material. The third electrode and the fourth electrode may be spaced apart from each other at a predetermined distance to be in contact with the first electrode 114 of the weft portion 110a. Alternatively, the third electrode and the fourth electrode may be spaced apart from each other by a predetermined distance to contact the first electrode 114 of the warp portion 110b.

씨실부(110a)의 제1몸체(112)의 내면의 상기 적어도 일부분과 씨실부(110a)의 제2전극(124)의 상기 적어도 일부분은 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복할 수 있다. 또한, 날실부(110b)의 제1몸체(112)의 내면의 상기 적어도 일부분과 날실부(110b)의 제2전극(124)의 상기 적어도 일부분은 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복할 수 있다. 이 과정에서 직물(130) 형상의 전기에너지 수확소자(100a)는 전기에너지를 생성할 수 있으며 씨실부(110a)와 날실부(110b)는 외력에 의하여 변형될 수 있다.The at least a portion of the inner surface of the first body 112 of the weft yarn portion 110a and the at least a portion of the second electrode 124 of the weft yarn portion 110a can be repeatedly contacted and noncontact with each other by an external force. The at least a portion of the inner surface of the first body 112 of the warp portion 110b and the at least a portion of the second electrode 124 of the warp portion 110b may be repeatedly contacted and noncontact with each other by an external force . In this process, the electric energy harvesting element 100a in the form of the fabric 130 can generate electric energy, and the weft portion 110a and the warp portion 110b can be deformed by external force.

상기 제2변형감지센서는 상기 직물에 가해지는 상기 외력에 의하여 변형되는 씨실부(110a)의 제1전극(114) 또는 날실부(110b)의 제1전극(114)의 저항값 변화를 측정하여 직물(130)의 변형을 감지할 수 있다.The second strain sensor measures a change in resistance value of the first electrode 114 of the weft yarn 110a or the first electrode 114 of the warp yarn 110b that is deformed by the external force applied to the fabric The deformation of the fabric 130 can be detected.

다른 예로, 상기 제2변형감지센서는 전도성을 가지는 소재로 제작되는 제5전극(미도시) 및 제6전극(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제5전극 및 상기 제6전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 씨실부(110a)의 제2전극(124)과 접촉할 수 있다. 다르게는, 상기 제5전극 및 상기 제6전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 날실부(110b)의 제2전극(124)과 접촉할 수 있다.As another example, the second strain sensor may be electrically connected to a fifth electrode (not shown) and a sixth electrode (not shown) made of a conductive material. The fifth electrode and the sixth electrode may be spaced apart from each other by a predetermined distance to be in contact with the second electrode 124 of the weft portion 110a. Alternatively, the fifth electrode and the sixth electrode may be spaced apart from each other by a predetermined distance to be in contact with the second electrode 124 of the warp portion 110b.

씨실부(110a)의 제1몸체(112)의 내면의 상기 적어도 일부분과 씨실부(110a)의 제2전극(124)의 상기 적어도 일부분은 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복할 수 있다. 또한, 날실부(110b)의 제1몸체(112)의 내면의 상기 적어도 일부분과 날실부(110b)의 제2전극(124)의 상기 적어도 일부분은 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복할 수 있다. 이 과정에서 직물(130) 형상의 전기에너지 수확소자(100a)는 전기에너지를 생성할 수 있으며 씨실부(110a)와 날실부(110b)는 외력에 의하여 변형될 수 있다.The at least a portion of the inner surface of the first body 112 of the weft yarn portion 110a and the at least a portion of the second electrode 124 of the weft yarn portion 110a can be repeatedly contacted and noncontact with each other by an external force. The at least a portion of the inner surface of the first body 112 of the warp portion 110b and the at least a portion of the second electrode 124 of the warp portion 110b may be repeatedly contacted and noncontact with each other by an external force . In this process, the electric energy harvesting element 100a in the form of the fabric 130 can generate electric energy, and the weft portion 110a and the warp portion 110b can be deformed by external force.

상기 제2변형감지센서는 상기 직물에 가해지는 상기 외력에 의하여 변형되는 씨실부(110a)의 제2전극(124) 또는 날실부(110b)의 제2전극(124)의 저항값 변화를 측정하여 직물(130)의 변형을 감지할 수 있다.The second strain sensor measures a change in resistance value of the second electrode 124 of the weft yarn 110a or the second electrode 124 of the warp yarn 110b that is deformed by the external force applied to the fabric The deformation of the fabric 130 can be detected.

외력에 따른 저항값 변화로부터 외력을 측정하는 과정은 앞서 도 1 내지 도3과 관련한 상세한 설명에서 상술한 내용으로부터 충분히 유추할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략하기로 한다.The process of measuring the external force from the change of the resistance value according to the external force can be sufficiently inferred from the above description in the detailed description related to FIG. 1 to FIG. 3, so that the detailed description thereof will be omitted for the convenience of explanation.

한편, 상술한 바와 같이, 직물(130) 형상의 전기에너지 수확소자(100a)는 변형측정이 가능한 복수의 전기에너지 수확소자(100)들을 직조하여 형성된다. 이때, 직물(130)을 형성하는 씨실부(110a)와 날실부(110b)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)은 상기 제2변형감지센서와 각각 연결될 수 있다. 이 경우, 외력이 직물(130)의 특정 영역(예로서, 씨실부(110a)와 날실부(110b)의 교차점 등)에 인가될 수 있다. 이때, 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)들 중 적어도 일부와 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)들 중 적어도 일부는 직물(130)의 외력이 인가되는 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하게 된다. 직물(130)의 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하는 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제1전극(114) 또는 제2전극(124)의 저항값은 외력에 의하여 변화하게 된다. 동시에 직물(130)의 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하는 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)의 저항값은 외력에 의하여 변화하게 된다. 외력의 인가에 따라 저항값이 변화하는 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100) 및 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)를 찾아 이들의 교차지점을 분석함으로써 외력이 인가되는 직물(130)의 상기 특정 영역을 판별할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100a)는 상기 제2변형감지센서를 통한 저항값의 변화를 측정함으로써 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)를 착용한 착용자의 움직임을 신체부위별로 실시간 진단, 분석 등이 가능하여 진단의학 등에서 환자의 움직임 진단 등에 활용될 수 있다.On the other hand, as described above, the electric energy harvesting element 100a in the form of the fabric 130 is formed by weaving a plurality of electric energy harvesting elements 100 capable of deformation measurement. At this time, the weft yarn 110a forming the fabric 130 and the first electrode 114 and the second electrode 124 of the warp portion 110b may be connected to the second deformation detection sensor, respectively. In this case, an external force may be applied to a specific region of the fabric 130 (e.g., the intersection of the weft portion 110a and the warp portion 110b). At least some of the electrical energy harvesting elements 100 constituting the weft yarn 110a and at least some of the electrical energy harvesting elements 100 constituting the warp yarn 110b are connected to each other by the external force of the fabric 130 Or a portion adjacent to the specific region. The resistance value of the first electrode 114 or the second electrode 124 of the electric energy harvesting element 100 constituting the weft yarn 110a passing through the specific region of the fabric 130 or a portion adjacent to the specific region Is changed by an external force. The resistance of the first electrode 114 and the second electrode 124 of the electrical energy harvesting element 100 constituting the warp portion 110b via the specific region of the fabric 130 or a portion adjacent to the specific region of the fabric 130 The value is changed by external force. The electric energy harvesting element 100 and the electric energy harvesting element 100 constituting the warp portion 110b constituting the weft portion 110a whose resistance value changes according to the application of the external force are found and the intersection points of these elements are analyzed The specific area of the fabric 130 to which an external force is applied can be discriminated. Accordingly, the electric energy harvesting element 100a disclosed in this specification can measure the change of the resistance value through the second deformation detecting sensor, thereby obtaining the electric energy harvesting element 100a capable of deformation measurement and tactile measurement, It is possible to use real-time diagnosis and analysis of the wearer's movements according to the body part, and thus it can be used for diagnosing the motion of the patient in the medical diagnosis and the like.

한편, 외력이 전기에너지 수확소자(100a)에 가해질 경우에 상기 제1변형감지센서와 상기 제2변형감지센서는 동시에 동작하여 각각 커패시턴스의 변화 및 저항값의 변화를 동시에 측정할 수도 있다. 이를 통하여 전기에너지 수확소자(100a)에 인가되는 외력을 보다 더 정확하게 측정할 수 있다.Meanwhile, when an external force is applied to the electric energy harvesting device 100a, the first deformation detecting sensor and the second deformation detecting sensor may simultaneously operate to measure the change of the capacitance and the change of the resistance value, respectively. The external force applied to the electric energy harvesting element 100a can be more accurately measured.

저장회로(미도시)는 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 전기적으로 연결되어 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2전극(124)의 적어도 일부분이 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 생성하는 마찰 전기에너지를 저장할 수 있다. 상기 저장회로는 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 날실부(110b)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 연결되어 씨실부(110a)와 날실부(110b) 각각의 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2전극(124)의 적어도 일부분에 의하여 생성되는 전류를 수신하는 적어도 하나의 다이오드(미도시) 및 상기 다이오드로부터 출력되는 전류를 저장하는 적어도 하나의 충전기(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 다이오드는 씨실부(110a)와 날실부(110b) 각각의 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2전극(124)의 적어도 일부분이 생성하는 교류전기신호인 마찰 전기에너지를 정류하여 상기 충전기에 제공하며, 상기 충전기는 정류된 교류전기신호로부터 전기에너지를 저장할 수 있다.The storage circuit (not shown) is electrically connected to the first electrode 114 and the second electrode 124 so that at least a part of the inner surface of the first body 112 and at least a part of the second electrode 124 are electrically connected It is possible to store the triboelectric energy generated by repeating contact and non-contact with each other. The storage circuit is connected to the first electrode 114 and the second electrode 124 of the weft portion 110a and the first electrode 114 and the second electrode 124 of the warp portion 110b to form a weft portion 110a At least one diode (not shown) for receiving a current generated by at least a portion of the inner surface of the first body 112 of each of the warp portions 110a and 110b and at least a portion of the second electrode 124, And at least one charger (not shown) for storing the output current. The diode rectifies the triboelectric energy, which is an alternating electrical signal generated by at least a portion of the inner surface of the first body 112 of each of the weft portion 110a and the warp portion 110b and at least a portion of the second electrode 124 To the charger, which can store electrical energy from the rectified AC electrical signal.

한편, 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 생성된 전기에너지를 상기 저장회로에 저장한 후 활용하거나, 직접 활용하는 방식으로 상기 제1변형감지센서, 상기 제2변형감지센서 등을 포함하는 의복에 부착될 수 있는 전기기기(미도시)의 전원으로 활용할 수 있어 자가발전형 생체진단 의복에 적용될 수 있다.Meanwhile, the electric energy harvesting device 100a capable of measuring the strain measurement and the tactile sense disclosed in the present specification stores the generated electric energy in the storage circuit, (Not shown) that can be attached to a garment including a second deformation detecting sensor or the like, and thus can be applied to a self-generating type bio-diagnostic garment.

또 한편, 제1변형감지센서, 제2변형감지센서, 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100a)가 채용된 의복 등에 장착되는 제어부, 무선 센서 네트워크 등과 같은 전자기기에서 마찰 전기에너지를 직접 이용하는 경우에는 상기 저장회로 또는 상기 충전기는 생략될 수 있다.On the other hand, in the electronic devices such as the first deformation detection sensor, the second deformation detection sensor, the control unit mounted on the clothes or the like employing the electric energy harvesting element 100a disclosed in this specification, the wireless sensor network, etc., The storage circuit or the charger may be omitted.

도 4 내지 도 6을 다시 참조하면, 도면에는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)를 씨실부(110a)와 날실부(110b)로 하여 직조된 직물(130)을 활용한 전기에너지 수확소자(100a)가 예로서 표현되어 있다. 다르게는, 도면에 도시한 바와 달리, 전기에너지 수확소자(100a)는 일반섬유와 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)를 혼용하여 제작될 수도 있다.4 to 6, an electric energy harvesting device 100 capable of measuring deformation and tactile sense is divided into a weft portion 110a and a warp portion 110b, The energy harvesting element 100a is represented as an example. Alternatively, unlike the drawing, the electric energy harvesting element 100a may be made by mixing a general fiber and an electric energy harvesting element 100 capable of deformation measurement and tactile measurement.

상기로부터, 본 개시의 다양한 실시 예들이 예시를 위해 기술되었으며, 아울러 본 개시의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 가능한 다양한 변형 예들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다. 그리고 개시되고 있는 상기 다양한 실시 예들은 본 개시된 사상을 한정하기 위한 것이 아니며, 진정한 사상 및 범주는 하기의 청구항으로부터 제시될 것이다.From the foregoing it will be appreciated that various embodiments of the present disclosure have been described for purposes of illustration and that there are many possible variations without departing from the scope and spirit of this disclosure. And that the various embodiments disclosed are not to be construed as limiting the scope of the disclosed subject matter, but true ideas and scope will be set forth in the following claims.

100, 100a : 전기에너지 수확소자
110 : 제1구조물
110a : 씨실부
110b : 날실부
112 : 제1몸체
114 : 제1전극
116 : 절연층
120 : 제2구조물
122 : 제2몸체
124 : 제2전극
130 : 직물
100, 100a: electric energy harvesting element
110: First structure
110a:
110b: warp portion
112: first body
114: first electrode
116: insulating layer
120: second structure
122: second body
124: second electrode
130: Fabric

Claims (13)

내부에 제2구조물이 배치되는 관형의 제1구조물을 포함하되,
상기 제1구조물은
관형의 제1몸체; 및
상기 제1몸체의 외면에 배치되는 제1전극을 포함하며,
상기 제2구조물은
상기 제1몸체의 내부에 배치되는 제2몸체; 및
상기 제2몸체의 외면에 배치되는 제2전극을 포함하며,
상기 제1몸체의 내면의 적어도 일부분과 상기 제2전극의 적어도 일부분은 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 마찰 전기에너지를 생성하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
And a first tubular structure in which a second structure is disposed,
The first structure
A tubular first body; And
And a first electrode disposed on an outer surface of the first body,
The second structure
A second body disposed within the first body; And
And a second electrode disposed on the outer surface of the second body,
Wherein at least a portion of the inner surface of the first body and at least a portion of the second electrode are subjected to deformation measurement and tactile measurement capable of generating triboelectric energy by repeatedly contacting and non-contacting each other due to external force.
제1항에 있어서,
상기 제1전극 및 상기 제2전극과 연결되는 제1변형감지센서를 더 포함하되,
상기 제1변형감지센서는 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이의 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 상기 제1구조물 또는 상기 제2구조물에 인가되는 상기 외력을 감지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
The method according to claim 1,
And a first deformation detection sensor connected to the first electrode and the second electrode,
Wherein the first deformation detection sensor measures a change in capacitance between the first electrode and the second electrode to detect an external force applied to the first structure or the second structure, Harvesting element.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1전극과 접촉하는 제3전극 및 제4전극; 및
상기 제3전극 및 상기 제4전극과 연결되는 제2변형감지센서를 더 포함하되,
상기 제3전극과 상기 제4전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 상기 제1전극과 접촉하며,
상기 제2변형감지센서는 상기 외력에 의하여 상기 제1몸체의 내면의 상기 적어도 일부분과 상기 제2전극의 상기 적어도 일부분이 서로 접촉과 비접촉을 반복하는 과정에서 변형되는 상기 제1전극의 저항값 변화를 측정하여 상기 제1구조물의 변형을 감지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
3. The method according to claim 1 or 2,
A third electrode and a fourth electrode in contact with the first electrode; And
And a second deformation detection sensor connected to the third electrode and the fourth electrode,
Wherein the third electrode and the fourth electrode are spaced apart from each other at a predetermined interval to be in contact with the first electrode,
Wherein the second deformation detecting sensor detects a change in resistance value of the first electrode which is deformed in the course of repeating contact and non-contact between the at least a part of the inner surface of the first body and the at least a part of the second electrode, To measure deformation of the first structure and to measure the tactile sense.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2전극과 접촉하는 제5전극 및 제6전극; 및
상기 제5전극 및 상기 제6전극과 연결되는 제2변형감지센서를 더 포함하되,
상기 제5전극과 상기 제6전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 상기 제2전극과 접촉하며,
상기 제2변형감지센서는 상기 제1몸체의 내면의 상기 적어도 일부분과 상기 제2전극의 상기 적어도 일부분이 서로 접촉과 비접촉을 반복하는 과정에서 변형되는 상기 제2전극의 저항값 변화를 측정하여 상기 제2구조물의 변형을 감지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
3. The method according to claim 1 or 2,
A fifth electrode and a sixth electrode in contact with the second electrode; And
And a second deformation detection sensor connected to the fifth electrode and the sixth electrode,
Wherein the fifth electrode and the sixth electrode are spaced apart from each other by a predetermined distance to be in contact with the second electrode,
Wherein the second deformation detecting sensor measures a change in resistance value of the second electrode deformed in the course of repeatedly contacting and non-contacting the at least a part of the inner surface of the first body and the at least a part of the second electrode, An electric energy harvesting device capable of deformation measurement and tactile measurement capable of detecting deformation of a second structure.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결되어 상기 마찰 전기에너지를 저장하는 저장회로를 더 포함하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
3. The method according to claim 1 or 2,
Further comprising a storage circuit electrically connected to the first electrode and the second electrode to store the triboelectric energy.
내부에 제2구조물이 배치되는 관형의 복수의 제1구조물들을 직조하여 형성되는 직물을 포함하되,
상기 제1구조물은
관형의 제1몸체; 및
상기 제1몸체의 외면에 배치되는 제1전극을 포함하며,
상기 제2구조물은
상기 제1몸체의 내부에 배치되는 제2몸체; 및
상기 제2몸체의 외면에 배치되는 제2전극을 포함하며,
상기 제1몸체의 내면의 적어도 일부분과 상기 제2전극의 적어도 일부분은 상기 직물에 가해지는 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 마찰 전기에너지를 생성하며,
상기 직물은 상기 복수의 제1구조물들 중 일부-이하 씨실부라 함-와 상기 복수의 제1구조물들 중 나머지 일부-이하 날실부라 함-를 서로 교차하여 직조되는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
And a fabric formed by weaving a plurality of tubular first structures having a second structure disposed therein,
The first structure
A tubular first body; And
And a first electrode disposed on an outer surface of the first body,
The second structure
A second body disposed within the first body; And
And a second electrode disposed on the outer surface of the second body,
Wherein at least a portion of the inner surface of the first body and at least a portion of the second electrode are repeatedly brought into contact and non-contact with each other by an external force applied to the fabric to generate triboelectric energy,
The fabric is formed by cross-weaving a part of the plurality of first structures (hereinafter referred to as a "weft yarn portion") and the remaining portions of the plurality of first structures Harvesting element.
제6항에 있어서,
상기 씨실부의 제1전극 및 제2전극과 연결되거나, 상기 날실부의 제1전극 및 제2전극과 연결되는 제1변형감지센서를 더 포함하되,
상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 상기 씨실부의 제1전극 및 제2전극 사이의 커패시턴스의 변화 또는 상기 날실부의 제1전극 및 제2전극 사이의 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 상기 직물에 인가되는 상기 외력을 감지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
The method according to claim 6,
And a first deformation detecting sensor connected to the first electrode and the second electrode of the weft portion or connected to the first electrode and the second electrode of the warp portion,
The first deformation detecting sensor is applied to the fabric by measuring a change in capacitance between the first electrode and the second electrode of the weft portion according to the external force or a change in capacitance between the first electrode and the second electrode of the warp portion An electric energy harvesting device capable of measuring deformation and tactile sense to sense the external force.
제6항에 있어서,
상기 씨실부의 제2전극 및 상기 날실부의 제2전극과 연결되는 제1변형감지센서를 더 포함하되,
상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 상기 씨실부의 제2전극 및 상기 날실부의 제2전극 사이의 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 상기 직물에 인가되는 상기 외력을 감지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
The method according to claim 6,
And a first deformation detecting sensor connected to a second electrode of the weft portion and a second electrode of the warp portion,
Wherein the first deformation detecting sensor measures a change in capacitance between the second electrode of the weft portion and the second electrode of the warp portion according to the external force, thereby detecting deformation and tactile measurement of the external force applied to the fabric, Energy harvesting device.
제6항에 있어서,
상기 씨실부의 제1전극, 상기 날실부의 제1전극 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 표면에 배치되는 절연층을 더 포함하되,
상기 절연층은 상기 씨실부와 상기 날실부를 교차하여 상기 직물을 직조하는 과정에서 상기 씨실부의 제1전극과 상기 날실부의 제1전극이 서로 직접 접촉하는 것을 방지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
The method according to claim 6,
Further comprising an insulating layer disposed on at least one surface of the first electrode of the weft portion, the first electrode of the warp portion, and a combination thereof,
Wherein the insulating layer is formed of an insulating material such that the first electrode of the weft portion and the first electrode of the warp portion are prevented from coming into direct contact with each other in the process of weaving the weft yarn crossing the weft portion and the warp portion, Harvesting element.
제9항에 있어서,
상기 씨실부의 제1전극 및 상기 날실부의 제1전극과 연결되는 제1변형감지센서를 더 포함하되,
상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 상기 씨실부의 제1전극 및 상기 날실부의 제1전극 사이의 접촉면적의 변화에 따른 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 상기 직물에 인가되는 상기 외력을 감지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
10. The method of claim 9,
And a first deformation detection sensor connected to the first electrode of the weft portion and the first electrode of the warp portion,
Wherein the first deformation detecting sensor measures a change in capacitance due to a change in a contact area between the first electrode of the weft portion and the first electrode of the warp portion according to the external force, And an electric energy harvesting device capable of tactile measurement.
제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 씨실부의 제1전극과 접촉하거나, 상기 날실부의 제1전극과 접촉하는 제3전극 및 제4전극; 및
상기 제3전극 및 상기 제4전극과 연결되는 제2변형감지센서를 더 포함하되,
상기 제3전극과 상기 제4전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 상기 씨실부의 제1전극과 접촉하거나, 상기 날실부의 제1전극과 접촉하며,
상기 제2변형감지센서는 상기 직물에 가해지는 상기 외력에 의하여 변형되는 상기 씨실부의 제1전극 또는 상기 날실부의 제1전극의 저항값 변화를 측정하여 상기 직물의 변형을 감지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
11. The method according to any one of claims 6 to 10,
A third electrode and a fourth electrode contacting the first electrode of the weft portion or contacting the first electrode of the warp portion; And
And a second deformation detection sensor connected to the third electrode and the fourth electrode,
Wherein the third electrode and the fourth electrode are spaced apart from each other at a predetermined distance to be in contact with the first electrode of the weft portion or in contact with the first electrode of the warp portion,
Wherein the second deformation detection sensor measures deformation of the fabric by measuring a resistance change of the first electrode of the weft portion or the first electrode of the warp portion deformed by the external force applied to the fabric, A possible electric energy harvesting device.
제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 씨실부의 제2전극과 접촉하거나, 상기 날실부의 제2전극과 접촉하는 제5전극 및 제6전극; 및
상기 제5전극 및 상기 제6전극과 연결되는 제2변형감지센서를 더 포함하되,
상기 제5전극과 상기 제6전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 상기 씨실부의 제2전극과 접촉하거나, 상기 날실부의 제2전극과 접촉하며,
상기 제2변형감지센서는 상기 직물에 가해지는 상기 외력에 의하여 변형되는 상기 씨실부의 제2전극 또는 상기 날실부의 제2전극의 저항값 변화를 측정하여 상기 직물의 변형을 감지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
11. The method according to any one of claims 6 to 10,
A fifth electrode and a sixth electrode in contact with the second electrode of the weft portion or in contact with the second electrode of the warp portion; And
And a second deformation detection sensor connected to the fifth electrode and the sixth electrode,
Wherein the fifth electrode and the sixth electrode are spaced apart from each other by a predetermined distance to contact the second electrode of the weft portion or contact the second electrode of the warp portion,
The second deformation detecting sensor measures deformation of the fabric by measuring a change in resistance value of the second electrode of the weft portion or the second electrode of the warp portion deformed by the external force applied to the fabric, A possible electric energy harvesting device.
제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결되어 상기 마찰 전기에너지를 저장하는 저장회로를 더 포함하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
11. The method according to any one of claims 6 to 10,
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110863283A (en) * 2019-11-13 2020-03-06 重庆大学 Fabric friction force sensor, man-machine interaction device and man-machine interaction method
CN111174947A (en) * 2020-01-15 2020-05-19 东华大学 Preparation method of fabric-based portable flexible pressure sensor
CN112603270A (en) * 2021-01-06 2021-04-06 嘉兴脉腾科技有限公司 Full-fabric friction force sensor, sleep monitoring system and sleep monitoring method
CN115024540A (en) * 2022-06-30 2022-09-09 电子科技大学 Respiration monitoring mask based on friction nano generator and preparation method

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103776567A (en) * 2012-10-19 2014-05-07 纳米新能源(唐山)有限责任公司 Pressure sensing cable based on frictional electricity

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103776567A (en) * 2012-10-19 2014-05-07 纳米新能源(唐山)有限责任公司 Pressure sensing cable based on frictional electricity

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Energy harvester integrated skin attachable multi axis strain sensor, 대한전기학회 하계 학술대회,2016-07-15 *
HJ Sim,Stretchable Triboelectric Fiber for, ScientificReports,2016-10-11 *
HJ Sim,Stretchable Triboelectric Fiber for, ScientificReports,2016-10-11* *
YoshihiroHasegawa,Fabrication of a wearable fabric tactile sensor produced by artificial hollow fiber,Journal of micromechanics and microengineering,2008-07-14 *
YoshihiroHasegawa,Fabrication of a wearable fabric tactile sensor produced by artificial hollow fiber,Journal of micromechanics and microengineering,2008-07-14* *
중국특허공개공보 103776567(2014.05.07.) 1부. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110863283A (en) * 2019-11-13 2020-03-06 重庆大学 Fabric friction force sensor, man-machine interaction device and man-machine interaction method
CN111174947A (en) * 2020-01-15 2020-05-19 东华大学 Preparation method of fabric-based portable flexible pressure sensor
CN112603270A (en) * 2021-01-06 2021-04-06 嘉兴脉腾科技有限公司 Full-fabric friction force sensor, sleep monitoring system and sleep monitoring method
CN115024540A (en) * 2022-06-30 2022-09-09 电子科技大学 Respiration monitoring mask based on friction nano generator and preparation method
CN115024540B (en) * 2022-06-30 2023-12-12 电子科技大学 Respiration monitoring mask based on friction nano generator and preparation method

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