KR20180086683A - 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치 - Google Patents

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    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
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Abstract

본 발명은 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치에 관한 것으로서, 구체적으로 마찰대전의 지속적인 축적과 축적에 의한 정전기적 전위 분포에 따라 발생하는 전하유도현상을 이용한 에너지 발생장치를 통해 직류형태(DC) 에너지 발생장치를 구성하고 출력 및 충전효율을 향상시키는 내용에 관한 것이다.
본 발명은 가볍고 단가가 낮으며 작은 기계적 에너지에서 발전효율이 높으면서 직류형태의 전기에너지를(DC) 발생시킬 수 있는, 마찰대전의 축적에 따른 전하 유도형 에너지 발전소자를 제시한다.

Description

전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치 {TRIBOELECTRIC ENERGY GENERATOR USING INDUCED CHARGE}
본 발명은 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치에 관한 것으로서, 구체적으로 마찰대전의 지속적인 축적과 축적에 의한 정전기적 전위 분포에 따라 발생하는 전하유도현상을 이용한 에너지 발생장치를 통해 직류형태(DC) 에너지 발생장치를 구성하고 출력 및 충전효율을 향상시키는 내용에 관한 것이다.
기존의 태양전지, 풍력, 연료전지등과 같은 친환경 에너지와 달리 주변에 존재하는 미세진동이나 인간의 움직임으로부터 발생된 소모성의 기계적 에너지를 전기에너지로 무한히 추출할 수 있는 새로운 개념의 친환경 에너지 발전 소자라 할 수 있다. 이러한 정전기 특성을 이용한 에너지 변환 방식은 변환 효율이 크고 소형 및 경량화가 가능하며 나노기술과의 융합을 통하여 획기적인 기술 도약을 이끌 새로운 기술로 파급효과가 큰 기술로 평가받고 있다.
기존의 마찰대전, 정전, 일렉트렛에서 발생되는 정전유도 현상을 이용하여 에너지를 수확하는 정전유도 에너지 발전 소자는 전극의 움직임에 따라 전극에 가해지는 전위차에 의해 교류형태의 전기에너지가 발생하는 원리를 가지고 있다. 이러한 매커니즘에 따라 마찰대전이 축적되기 어려워 큰 에너지를 내는데 한계가 있고 교류에너지를 만들어내기 때문에 발생에너지 대비 충전효율이 떨어지는 단점이 발생하여 소형 전자기기에 에너지를 공급하는 에너지 하베스팅의 본래 취지에 부합하기 어려운 문제점이 있다.
가장 일반적인 발전 방법인 전자기유도 발전소자(EMI)는 코일의 배열에 영구자석의 회전에 의해 생기는 자기장 변화를 가하고 전자기유도를 통해 교류형태의 전력을 발생시키는 발전소자이다. 이러한 발전 모델 역시 교류가 가지는 낮고 불안정한 충전효율에 의한 문제점이 조명되고 있다. 또 무거운 중량과 큰 부피로 인해 중량 당 에너지 발전량이 적고 비싼 단가를 가지며 작은 기계적 에너지 혹은 낮은 주파수의 기계적 에너지에 의한 발전효율이 낮아 소형발전에는 적합하지 않다는 문제점을 가지고 있다.
또한 기존에 나온 직류형태 발전 에너지 하베스팅 장치는 전하의 축적이 일어나지 않고 외부 회로를 통해 교류를 접합시켜 직류와 비슷한 형태의 전기에너지를 발생시킨다. 이러한 형태는 외부회로를 포함해야하므로 발전장치의 전극배치가 복잡해지고 교류의 접합은 곧 에너지 손실에 연결되어 에너지 변환 효율이 떨어지는 문제점이 발생된다.
본 발명은 전극 및 마찰물질의 형상 및 구조, 물질을 제어하여 마찰대전의 축적 및 그에 따른 전하유도 현상을 이용한 에너지 발생장치에서 발생되는 DC형태의 고전력 출력을 발생시킬 수 있게 구현하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치는, 일 방향을 따라 2n개(n은 1 이상의 정수)의 구역으로 나뉘며, 상기 2n개의 구역은 상기 방향을 따라 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 1 영역; 및 상기 제 1 영역 사이에 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 2 영역을 포함한, 제 1 마찰 부재; 상기 제 1 마찰 부재와 접촉 상태로 배치되며 유전체로 이루어진 제 2 마찰 부재; 상기 제 2 마찰 부재 상에 배치되며 상기 제 1 마찰 부재의 각각의 구역에 각각 대응하도록 배치된 2n개의 전극; 및 상기 2n개의 전극과 연결된 에너지 수집부를 포함하고, 상기 제 2 마찰 부재의 재질은 대전열(triboeletric series) 상에서 상기 제 1 영역의 재질의 대전 특성 및 상기 제 2 영역의 재질의 대전 특성 사이의 대전 특성을 갖는 재질로 선택되고, 상기 제 1 마찰 부재 상에서 상기 제 2 마찰 부재가 슬라이딩 함에 의해 상기 제 1 마찰 부재의 제 1 영역 및 제 2 영역에 지속적으로 마찰 대전 전하가 축적되며, 개별 영역마다 축적된 전하가 각각 상기 유전체로 이루어진 제 2 마찰 부재에 전위차를 인가하여 상기 유전체의 쌍극자를 분극시키고, 상기 분극된 쌍극자에 의한 표면 전위와 반대되는 이온 또는 전하를 띤 입자들이 정전기적 전하 유도에 의해 상기 제 2 마찰 부재의 표면에 쌓이고 상기 제 2 마찰 부재의 움직임에 따라 직류 기전력이 발생된다.
상기 전극은 상기 제 2 마찰 부재와 접촉 상태에 있을 수 있다.
상기 전극은 상기 제 2 마찰 부재와 비접촉 상태에 있을 수 있다.
상기 2n개의 구역의 각각의 크기가 동일한 것이 바람직하다.
상기 2n개의 전극은 상기 제 1 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결되고, 상기 제 2 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결된다.
상기 제 1 영역의 물질과 상기 제 2 영역의 물질은 서로 상이한 것이 이용된다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치는, 일 방향을 따라 2n개(n은 1 이상의 정수)의 구역으로 나뉘며, 상기 2n개의 구역은 상기 방향을 따라 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 1 영역; 및 상기 제 1 영역 사이에 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 2 영역을 포함한, 제 1 마찰 부재; 상기 제 1 마찰 부재와 접촉 상태로 배치되며 유전체로 이루어진 제 2 마찰 부재; 상기 제 2 마찰 부재 상에 배치되며 상기 제 1 마찰 부재의 각각의 구역에 각각 대응하도록 배치된 2n개의 전극; 상기 제 1 마찰 부재; 상기 제 2 마찰 부재; 및 상기 전극을 내부에 포함하는 이온성 가스를 포함한 챔버; 및 상기 2n개의 전극과 연결된 에너지 수집부를 포함하고, 상기 제 2 마찰 부재의 재질은 대전열(triboeletric series) 상에서 상기 제 1 영역의 재질의 대전 특성 및 상기 제 2 영역의 재질의 대전 특성 사이의 대전 특성을 갖는 재질로 선택되고, 상기 제 1 마찰 부재 상에서 상기 제 2 마찰 부재가 슬라이딩 함에 의해 상기 제 1 마찰 부재의 제 1 영역 및 제 2 영역에 지속적으로 마찰 대전 전하가 축적되며, 개별 영역마다 축적된 전하가 각각 상기 유전체로 이루어진 제 2 마찰 부재에 전위차를 인가하여 상기 유전체의 쌍극자를 분극시키고, 상기 분극된 쌍극자에 의한 표면 전위와 반대되는 상기 챔버 내의 이온들이 정전기적 전하 유도에 의해 상기 제 2 마찰 부재의 표면에 쌓이고 상기 제 2 마찰 부재의 움직임에 따라 직류 기전력이 발생된다.
상기 전극은 상기 제 2 마찰 부재와 접촉 상태에 있을 수 있다.
상기 전극은 상기 제 2 마찰 부재와 비접촉 상태에 있을 수 있다.
상기 2n개의 구역의 각각의 크기가 동일한 것이 바람직하다.
상기 2n개의 전극은 상기 제 1 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결되고, 상기 제 2 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결된다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치는, 중심으로부터 원주를 향해 2n개(n은 1 이상의 정수)의 구역으로 나뉜 제 1 원판; 상기 제 1 원판과 접촉 상태로 배치되며 유전체로 이루어진 제 2 원판; 상기 제 2 원판 상에 배치되며 상기 제 1 원판의 각각의 구역에 각각 대응하도록 배치된 2n개의 전극; 및 상기 2n개의 전극과 연결된 에너지 수집부를 포함하고, 상기 2n개의 구역은 원호 방향을 따라 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 1 영역; 및 상기 제 1 영역 사이에 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 2 영역을 포함하며, 상기 제 2 원판의 재질은 대전열(triboeletric series) 상에서 상기 제 1 영역의 재질의 대전 특성 및 상기 제 2 영역의 재질의 대전 특성 사이의 대전 특성을 갖는 재질로 선택되고, 상기 제 1 원판 및 상기 제 2 원판의 상대적 회전에 의해 상기 제 1 원판의 제 1 영역 및 제 2 영역에 지속적으로 마찰 대전 전하가 축적되며, 개별 영역마다 축적된 전하가 각각 상기 유전체로 이루어진 제 2 마찰 부재에 전위차를 인가하여 상기 유전체의 쌍극자를 분극시키고, 상기 분극된 쌍극자에 의한 표면 전위와 반대되는 이온 또는 전하를 띤 입자들이 정전기적 전하 유도에 의해 상기 제 2 원판의 표면에 쌓이고 상기 제 2 원판의 움직임에 따라 직류 기전력이 발생된다.
상기 제 1 원판과 상기 제 2 원판은 중심축을 공유한다.
상기 제 1 원판 및 상기 전극이 고정되고, 상기 제 2 원판이 회전할 수 있다.
상기 제 2 원판이 고정되고, 상기 제 1 원판 및 상기 전극이 회전할 수 있다.
상기 전극은 상기 제 2 원판과 접촉 상태에 있을 수 있다.
상기 전극은 상기 제 2 원판과 비접촉 상태에 있을 수 있다.
상기 2n개의 구역의 각각의 크기가 동일한 것이 바람직하다.
상기 2n개의 전극은 상기 제 1 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결되고, 상기 제 2 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결된다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치는, 중심으로부터 원주를 향해 2n개(n은 1 이상의 정수)의 구역으로 나뉜 제 1 원판; 상기 제 1 원판과 접촉 상태로 배치되며 유전체로 이루어진 제 2 원판; 상기 제 2 원판 상에 배치되며 상기 제 1 원판의 각각의 구역에 각각 대응하도록 배치된 2n개의 전극; 상기 제 1 원판; 상기 제 2 원판; 및 상기 전극을 내부에 포함하는 이온성 가스를 포함한 챔버; 및 상기 2n개의 전극과 연결된 에너지 수집부를 포함하고, 상기 2n개의 구역은 원호 방향을 따라 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 1 영역; 및 상기 제 1 영역 사이에 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 2 영역을 포함하며, 상기 제 2 원판의 재질은 대전열(triboeletric series) 상에서 상기 제 1 영역의 재질의 대전 특성 및 상기 제 2 영역의 재질의 대전 특성 사이의 대전 특성을 갖는 재질로 선택되고, 상기 제 1 원판 및 상기 제 2 원판의 상대적 회전에 의해 상기 제 1 원판의 제 1 영역 및 제 2 영역에 지속적으로 마찰 대전 전하가 축적되며, 개별 영역마다 축적된 전하가 각각 상기 유전체로 이루어진 제 2 마찰 부재에 전위차를 인가하여 상기 유전체의 쌍극자를 분극시키고, 상기 분극된 쌍극자에 의한 표면 전위와 반대되는 상기 챔버 내의 이온들이 정전기적 전하 유도에 의해 상기 제 2 원판의 표면에 쌓이고 상기 제 2 원판의 움직임에 따라 직류 기전력이 발생된다.
상기 제 1 원판과 상기 제 2 원판은 중심축을 공유한다.
상기 제 1 원판 및 상기 전극이 고정되고, 상기 제 2 원판이 회전할 수 있다.
상기 제 2 원판이 고정되고, 상기 제 1 원판 및 상기 전극이 회전할 수 있다.
상기 전극은 상기 제 2 원판과 접촉 상태에 있을 수 있다.
상기 전극은 상기 제 2 원판과 비접촉 상태에 있을 수 있다.
상기 2n개의 구역의 각각의 크기가 동일한 것이 바람직하다.
상기 2n개의 전극은 상기 제 1 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결되고, 상기 제 2 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결된다.
본 발명은 마찰에 의하여 발생하는 마찰대전의 축적 및 전하유도에 의해 기전력이 발생하기 때문에 직류(DC) 형태의 출력을 발생시킬 수 있는 효과가 있다.
마찰 부재의 유전성 및 두께를 조절함으로써 고출력 직류 전기에너지를(DC) 발생시킬 수 있다.
발생된 직류 전기에너지(DC)에 의하여 부하 예를 들면 전기기기 또는 전자기기를 연속적으로 구동시킬 수 있고, 충전기의 충전 효율도 대폭 향상시킬 수 있다.
직류 전기에너지를(DC) 발생시킴으로써 안정적인 전기에너지를 공급할 수 있는 효과가 있다.
가볍고 단가가 낮은 물질로 높은 에너지의 직류전기에너지를 발생시킬 수 있다.
작은 기계적 에너지 혹은 낮은 주파수의 기계적 에너지에서 높은 효율로 직류 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.
물질의 표면 포텐셜에 의해 기전력이 결정되므로 마찰 부재의 선택 혹은 후처리로 발생하는 마찰대전의 기전력을 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치의 기전력이 발생되는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 실시예에 의한 전하 유도형 에너지 발전 소자의 메커니즘의 이해를 돕기 위한 그래프를 도시한다.
도 4는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치의 단면도를 도시한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치의 평면도를 각각 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치의 단면도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치의 실험예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 실험예에 의해 측정된 전류 및 전압 데이터를 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 가볍고 단가가 낮으며 작은 기계적 에너지에서 발전효율이 높으면서 직류형태의 전기에너지를(DC) 발생시킬 수 있는, 마찰대전의 축적에 따른 전하 유도형 에너지 발전소자를 제시한다. 또한, 전기적 및 물리적 구조제어와 재료물질의 분극 제어를 통하여 외부회로와 에너지 손실을 최소화하여 기계적 에너지를 고효율, 고출력 직류형 전기에너지 발생 장치를 제시하고자 한다.
이하에서는 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치를 슬라이딩 형태와 로테이팅 형태로 나누어 각각 설명하도록 하겠다. 먼저 슬라이딩 형태의 실시예를 설명하고, 이후 로테이팅 형태의 실시예를 설명하도록 하겠다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치의 단면도를 도시한다. 도 1은 슬라이딩 형태의 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치의 모습을 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치는, 제 1 마찰 부재; 제 2 마찰 부재; 전극; 및 에너지 수집부를 포함한다.
제 1 마찰 부재는 도 1에서 보는 것처럼 일 방향을 따라서 2n개의 구역으로 나뉜다. n은 1이상의 정수를 의미하므로 최소 2개의 구역으로 나뉜다. 일 방향은 슬라이딩 방향을 의미하는 것이 바람직하다.
2n개의 구역은 상기 일 방향을 따라 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 1 영역; 및 제 1 영역 상이에 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 2 영역을 포함한다. 도 1에서 제 1 마찰 분재는 C-1을 나타내며, 제 2 마찰 부재는 C-2를 나타낸다. 제 1 영역의 물질과 제 2 영역의 물질은 서로 상이한 물질로 이루어진다. 한편, 이러한 제 1 영역의 물질과 제 2 영역의 물질은 서로 대전열 상에서 대전 특성의 차이가 큰 것이 이용될수록 바람직하다. 왜냐하면 후술하는 것처럼, 제 2 마찰 부재의 물질로 대전열 상에서 제 1 영역의 물질의 대전 특성과 제 2 영역의 물질의 대전 특성 사이에 위치하는 대전 특성을 갖는 물질이 이용되기 때문이다.
한편, 2n개의 구역의 각각의 크기가 동일한 것이 바람직하나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
제 2 마찰 부재는 도 1에서 B로 표시되며, 이러한 제 2 마찰 부재는 제 1 마찰 부재와 접촉한 상태로 배치된다. 제 2 마찰 부재는 유전체 물질로 이루어진다.
제 2 마찰 부재로 이용 가능한 물질로는 Cytop, Al2O3, TiO2, PbMgNbO3+PbTiO3, PbLaZrTiO3, BaSrTiO3와 같은 유전체 물질이 이용될 수 있으며, 위에서 열거된 물질 이외의 다른 유전체 물질도 이용될 수 있다.
한편, 제 2 마찰 부재는 유전체 물질로 이루어짐과 동시에 대전열(triboeletric series) 상에서 제 1 영역의 재질의 대전 특성 및 제 2 영역의 재질의 대전 특성 사이의 대전 특성을 갖는 재질로 선택되어야 한다. 왜냐하면 제 2 마찰 부재가 제 1 마찰 부재 상에서 슬라이딩 함에 따라 예를 들어 제 1 영역에서는 포지티브(positive) 전하를 축적하고, 제 2 영역에서는 네거티브(negative) 전하를 축적하여 제 1 영역과 제 2 영역에서 축적되는 전하가 서로 반대로 되어야 하기 때문이다. 이와 같이 제 1 영역에서 축적되는 전하와 제 2 영역에서 축적되는 전하를 서로 다르게 하려면, 두 영역 모두와 마찰하는 제 2 마찰 부재의 대전 특성이 대전열 상에서 제 1 영역의 재질의 대전 특성 및 제 2 영역의 재질의 대전 특성 사이의 대전 특성을 갖는 재질로 선택되어야 한다.
전극은 제 1 마찰 부재의 나뉜 구역의 개수와 동일하게 2n개가 배치된다. 2n개의 전극은 각각 제 1 마찰 부재의 각각의 구역에 대응되도록 배치된다. 전극으로 이용될 수 있는 물질은 전도성이 있는 물질로 금속 계열의 금, 은, 알루미늄 외에 전도성을 가지는 폴리머, 전도성 천, ITO 등 전도성을 가지는 모든 물질을 포함한다. 또한 이러한 전극 물질의 형태에는 특별한 제한이 없다. 2n개의 전극은 제 1 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결되고, 제 2 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결된다. 이러한 동일 극성의 전극끼리 서로 연결됨으로써 직류 형태의 기전력을 발생할 수 있게 된다. 동일한 전위의 전극끼리는 서로 직렬 또는 병렬로 연결 가능하다.
한편, 전극은 상기 제 2 마찰 부재와 접촉 상태에 있을 수도 있고, 비접촉 상태에 있을 수도 있다. 본 발명은 정전 유도 방식에 의한 에너지 발생 장치가 아닌 전하 유도형 에너지 발생 장치에 관한 것이기 때문에 전극이 제 2 마찰 부재와 반드시 접촉 상태에 있을 필요는 없다. 발생된 전하의 효율적 수집을 위해 전극이 제 2 마찰 부재와 접촉 상태에 있는 것이 바람직하기는 하지만, 제 2 마찰 부재의 슬라이딩에 의한 진동 영향을 받을 수 있으므로 미세하게 이격되어 있는 것이 더욱 바람직할 수 있다.
에너지 수집부는 전극과 연결되도록 배치된다. 에너지 수집부에 전극이 연결되어 있고, 에너지 수집부에서는 직류 형태의 기전력을 발생시킬 수 있게 된다. 에너지 저장부로는 축전지, 전자장치 등 전기를 사용하거나 저장할 수 있는 장치들이 사용될 수 있다. 에너지 저장부로 부하가 연결될 수도 있으며, 이에 의해 예를 들어 직접 전구에 불을 밝힐 수도 있다. 한편, 다이오드를 추가로 포함할 수도 있으며, 다이오드는 정류 다이오드로서 어느 한쪽 방향으로만 전류가 흐르도록 하는 역할을 하며, 이에 의해 전류가 반대로 흘러 축전지 등이 방전되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치의 기전력 발생에 대해 설명하면 다음과 같다. 도 2는 도 1의 실시예에 대해 기전력이 발생되는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서 도시된 것처럼, 제 1 마찰 부재(C-1, C-2); 제 2 마찰 부재(B); 및 전극(A-1, A-2)이 배치된 상태에서, 제 1 마찰 부재 상에서 제 2 마찰 부재가 슬라이딩 방향을 따라 슬라이딩을 하게 되면, 마찰에 의해 C-1 영역에서는 계면에 포지티브(+) 전하가 축적되고, C-2 영역에서는 계면에 네거티브(-) 전하가 축적되게 된다. 각각의 영역에 축적된 전하가 제 2 마찰 부재에 전위차를 인가하게 되고, 인가된 전위차에 의해 유전체인 제 2 마찰 부재의 쌍극자가 유전 특성에 의해 분극되게 된다. 도 2에서 도시된 것처럼, C-1 영역에서는 제 1 마찰 부재의 계면에 (+) 전하들이 축적되므로 쌍극자들이 제 2 마찰 부재의 상부쪽에 (+) 전하를 나타내도록 분극되고, C-2 영역에서는 제 1 마찰 부재의 계면에 (-) 전하들이 축적되므로 쌍극자들이 제 2 마찰 부재의 상부쪽에 (-) 전하를 나타내도록 분극되게 된다. 이때 분극된 전위는 제 1 마찰 부재의 패턴에 따라 (+), (-)로 교차되는 전위를 띠게 되며, 제 2 마찰 부재의 입장에서는 전위 분포가 (+)에서 (-)로 혹은 (-)에서 (+)로 연속적으로 치환되지만 전체 계로 보면 전위 분포는 일정하게 된다. 이처럼 분극된 제 2 마찰 부재의 상부 표면에 정전기적 전하 유도에 의해 표면 전위와 반대되는 이온 또는 전하를 띤 입자가 쌓이게 되고 제 2 마찰 부재의 움직임에 따라 전극에 전달되어 전극 사이에 직류 기전력이 발생되게 된다.
이온 또는 전하를 띤 입자는 이온성 기체를 포함하는 개념이며, 이온성 기체는 전위차가 인가되면 전하가 이동할 수 있는 모든 기체 및 혼합물을 포함한다.
도 3은 도 2의 실시예에 의한 전하 유도형 에너지 발전 소자의 메커니즘의 이해를 돕기 위한 그래프를 도시한다. 첫 번째 그래프는 마찰부재 패턴의 상부계면에 각각 구성 물질에 따라 마찰대전 전하가 축적되는 것을 나타낸다. 두 번째 그래프는 축적된 마찰대전 전하에 의해 B에 가해진 전위 분포를 나타내며 세 번째 그래프는 전위 분포에 따라 B 상부표면에 유도되는 전하를 나타낸다. 세번째 그래프의 분포는 전위 분포와 반대되는 형태를 가진다. 왜냐하면 유전체의 표면 전위와 반대되는 이온 또는 전하를 띤 입자가 쌓이게 되기 때문이다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치 및 그 메커니즘에 대해 설명하였다. 본 발명에서 에너지 발생 메커니즘 그 자체는 모든 실시예에서 동일하므로 이후의 실시예의 설명에서 위에서 설명한 부분과 동일하게 반복되는 부분에 대해서는 생략하고 해당 실시예의 특징 위주로 설명하도록 하겠다.
도 4는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치의 단면도를 도시한다. 도 4의 실시예 역시 도 1의 실시예와 마찬가지로 슬라이딩 형태의 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치에 해당한다. 도 1의 실시예와의 차이점은 도 1의 실시예의 경우 대기 중에서 에너지를 발생하는 것을 나타낸 것이고, 도 4의 경우에는 이온성 가스 챔버를 도입하여 해당 챔버 내에서 에너지를 발생하는 실시예를 나타낸 것이다. 이러한 이온성 가스 챔버 이외에 나머지 구성은 동일하므로 해당 구성에 대해서만 이하에서 설명하도록 하겠다.
도 4에서 도시된 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치는, 2n개의 구역으로 나뉜 제 1 마찰 부재; 제 1 마찰 부재와 접촉 상태로 배치되며 유전체로 이루어진 제 2 마찰 부재; 2n개의 전극; 상기 제 1 마찰 부재; 상기 제 2 마찰 부재; 및 상기 전극을 내부에 포함하는 이온성 가스를 포함한 챔버; 및 에너지 수집부를 포함한다.
도 4의 실시예에서는 챔버를 추가로 포함하고 있으며, 이러한 챔버는 이온성 가스를 포함하고 있는 챔버이다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치에서 마찰에 의해 제 2 마찰 부재인 유전체의 쌍극자가 분극된 경우, 분극된 쌍극자에 의한 표면 전위와 반대되는 챔버 내의 이온들이 정전기적 전하 유도에 의해 제 2 마찰 부재의 표면에 쌓이고 제 2 마찰 부재의 움직임에 따라 직류 기전력이 발생되게 된다.
도 1 내지 도 4의 실시예를 통하여 슬라이딩 형태의 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치에 대해 설명하였으며, 이하에서는 로테이팅 형태의 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치에 대해 설명하도록 하겠다. 위에서 언급한 것과 마찬가지로 기전력의 발생 메커니즘은 동일하므로 중복 설명되는 부분은 생략하고 특징 위주로 설명하도록 하겠다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치의 평면도를 각각 도시하고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치의 단면도를 도시한다.
도 5 내지 7의 실시예는 로테이팅 형태의 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치는, 제 1 원판; 제 2 원판; 전극; 및 에너지 수집부를 포함한다.
제 1 원판은 도 5에서 C-1, C-2로 표시되어 있다. 제 1 원판은 중심으로부터 원주를 향해 2n개의 구역으로 나뉘어 있다. 여기서 n은 1 이상의 정수에 해당한다.
2n개의 구역은 원호 방향을 따라 교번적으로 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 1 영역; 및 n개의 제 1 영역들 사이에 교번적으로 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 2 영역을 포함한다. 즉, 도 5에서 볼 때 C-1은 제 1 영역을 나타내고, C-2는 제 2 영역을 나타낸다. 즉, 제 1 영역과 제 2 영역인 C-1, C-2가 교번적으로 배치되며 해당 영역에 대해 각각 전극이 A-1, A-2로 역시 교번적으로 배치된다.
한편, 제 1 원판의 상기 2n개의 구역의 각각의 크기가 동일한 것이 바람직하나, 도 6의 실시예에서와 같이 크기가 서로 상이해도 무관하다.
제 2 원판은 제 1 원판과 접촉 상태로 배치되며 유전체로 이루어져 있다. 제 1 원판과 제 2 원판은 중심축을 공유하는 것이 바람직하다. 제 2 원판의 재질은 대전열(triboeletric series) 상에서 제 1 영역의 재질의 대전 특성 및 제 2 영역의 재질의 대전 특성 사이의 대전 특성을 갖는 재질로 선택되는 것이 바람직하며, 그 이유에 대해서는 이미 위에서 설명한 것처럼, 제 1 영역에 축적되는 전하와 제 2 영역에 축적되는 전하의 극성이 서로 반대로 되어야 하기 때문이다.
본 실시예에서는 제 1 원판과 제 2 원판의 상대적 회전에 의해 제 1 원판의 계면에 전하가 지속적으로 축적되게 된다. 이러한 상대적 회전은 다음과 같이 2가지의 경우에 의해 가능할 수 있다. 첫 번째로는 제 1 원판 및 전극이 고정되고, 제 2 원판이 회전하는 경우이며, 두 번째로는 제 2 원판이 고정되고, 제 1 원판 및 전극이 회전하는 경우이다.
전극은 2n개가 배치되며 제 2 원판 상에 배치되고, 제 1 원판의 각각의 구역에 각각 대응하도록 배치된다. 2n개의 전극은 제 1 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결되고, 제 2 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결되며, 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다.
전극은 제 2 원판과 접촉 상태 또는 비접촉 상태에 있으며, 발생된 전하의 효율적 수집을 위해 전극이 제 2 원판과 접촉 상태에 있는 것이 바람직하기는 하지만, 제 2 원판의 회전에 의한 진동 영향을 받을 수 있으므로 미세하게 이격되어 있는 것이 더욱 바람직할 수 있다.
한편, 이러한 전극과 연결된 에너지 수집부를 추가로 포함한다.
도 5에서 도시된 본 발명의 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치의 메커니즘은 다음과 같다. 제 1 원판 및 제 2 원판의 상대적 회전에 의해 제 1 원판의 제 1 영역 및 제 2 영역에 지속적으로 마찰 대전 전하가 축적되며, 개별 영역마다 축적된 전하가 각각 유전체로 이루어진 제 2 마찰 부재에 전위차를 인가하여 유전체의 쌍극자를 분극시키고, 분극된 쌍극자에 의한 표면 전위와 반대되는 이온 또는 전하를 띤 입자들이 정전기적 전하 유도에 의해 제 2 원판의 표면에 쌓이고 상기 제 2 원판의 움직임에 따라 직류 기전력이 발생되게 된다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치의 경우 로테이팅 형태에서 이온성 가스를 포함하는 챔버를 추가로 포함할 수 있다. 나머지 구성은 위에서 도 5의 설명에서 설명한 부분과 동일하며, 차이점은 이온성 가스 챔버를 도입하여 해당 챔버 내에서 에너지를 발생한다는 점이다. 이러한 이온성 가스 챔버 이외에 나머지 구성은 동일하므로 해당 구성에 대해서만 이하에서 설명하도록 하겠다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치는, 2n개의 구역으로 나뉜 제 1 원판; 제 1 원판과 접촉 상태로 배치되며 유전체로 이루어진 제 2 원판; 2n개의 전극; 상기 제 1 원판; 상기 제 2 원판; 및 상기 전극을 내부에 포함하는 이온성 가스를 포함한 챔버; 및 에너지 수집부를 포함한다.
이러한 챔버는 이온성 가스를 포함하고 있는 챔버이다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치에서 마찰에 의해 제 2 원판인 유전체의 쌍극자가 분극된 경우, 분극된 쌍극자에 의한 표면 전위와 반대되는 챔버 내의 이온들이 정전기적 전하 유도에 의해 제 2 원판의 표면에 쌓이고 제 2 원판의 움직임에 따라 직류 기전력이 발생되게 된다.
이 실시예에서도 상기 제 1 원판과 상기 제 2 원판은 중심축을 공유하는 것이 바람직하고, 제 1 원판과 제 2 원판의 상대적 회전은 다음과 같은 두 가지 경우로 가능하다. 첫 번째로는 제 1 원판 및 전극이 고정되고, 제 2 원판이 회전하는 경우이며, 두 번째로는 제 2 원판이 고정되고, 제 1 원판 및 전극이 회전하는 경우이다. 또한, 전극은 제 2 원판과 접촉 상태 또는 비접촉 상태에 있을 수 있다.
지금까지 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명하였으며, 이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치의 실험예를 도시한다. 도 8에서 도시된 것처럼, 제 1 원판(C)을 준비하고 제 1 원판은 도 5와 같이 C-1 2개 영역, C-2 2개 영역으로 나뉜다. C-1 영역은 PTFE가 이용되었고, C-2 영역은 MC-Nylon이 이용되었다. 한편, 제 2 원판(B)으로는 블랙 러버 필름(black rubber film)이 이용되었으며, 제 2 원판(B)이 제 1 원판(C)에 대해 회전하도록 구성되었다. 전극(A-1, A-2)은 전도성 천이 이용되었으며, 대기 중에서 실험을 진행하였고, 전극은 제 2 원판과 접촉하지 않은 상태로 실험이 진행되었다.
제 1 원판(C), 제 2 원판(B), 및 전극(A)은 모두 동축에 있고 각각의 거리와 수평을 조절하는 나사로 조절이 가능하다. 이러한 거리와 수평을 조절하는 방법은 회전 운동을 방해하지 않는 선에서 어떠한 방법으로도 가능하다.
이와 같이 준비된 상태에서 600rpm으로 회전축을 회전시켜 제 2 원판을 회전시켰고, 이에 의해 도 9와 같은 출력이 얻어졌다. 도 9에서 보는 것처럼, 직류 형태의 기전력이 얻어졌으며, 약 1700V의 전압 및 약 50μA의 전류가 측정되었다.
이러한 실험예를 통해 직류 형태의 기전력이 본 발명의 실험예에 의해 얻어질 수 있음을 확인하였다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (27)

  1. 일 방향을 따라 2n개(n은 1 이상의 정수)의 구역으로 나뉘며, 상기 2n개의 구역은 상기 방향을 따라 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 1 영역; 및 상기 제 1 영역 사이에 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 2 영역을 포함한, 제 1 마찰 부재;
    상기 제 1 마찰 부재와 접촉 상태로 배치되며 유전체로 이루어진 제 2 마찰 부재;
    상기 제 2 마찰 부재 상에 배치되며 상기 제 1 마찰 부재의 각각의 구역에 각각 대응하도록 배치된 2n개의 전극; 및
    상기 2n개의 전극과 연결된 에너지 수집부를 포함하고,
    상기 제 2 마찰 부재의 재질은 대전열(triboeletric series) 상에서 상기 제 1 영역의 재질의 대전 특성 및 상기 제 2 영역의 재질의 대전 특성 사이의 대전 특성을 갖는 재질로 선택되고,
    상기 제 1 마찰 부재 상에서 상기 제 2 마찰 부재가 슬라이딩 함에 의해 상기 제 1 마찰 부재의 제 1 영역 및 제 2 영역에 지속적으로 마찰 대전 전하가 축적되며, 개별 영역마다 축적된 전하가 각각 상기 유전체로 이루어진 제 2 마찰 부재에 전위차를 인가하여 상기 유전체의 쌍극자를 분극시키고, 상기 분극된 쌍극자에 의한 표면 전위와 반대되는 이온 또는 전하를 띤 입자들이 정전기적 전하 유도에 의해 상기 제 2 마찰 부재의 표면에 쌓이고 상기 제 2 마찰 부재의 움직임에 따라 직류 기전력이 발생되는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 제 2 마찰 부재와 접촉 상태에 있는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 제 2 마찰 부재와 비접촉 상태에 있는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 2n개의 구역의 각각의 크기가 동일한,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 2n개의 전극은 상기 제 1 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결되고, 상기 제 2 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결된,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 영역의 물질과 상기 제 2 영역의 물질은 서로 상이한,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  7. 일 방향을 따라 2n개(n은 1 이상의 정수)의 구역으로 나뉘며, 상기 2n개의 구역은 상기 방향을 따라 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 1 영역; 및 상기 제 1 영역 사이에 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 2 영역을 포함한, 제 1 마찰 부재;
    상기 제 1 마찰 부재와 접촉 상태로 배치되며 유전체로 이루어진 제 2 마찰 부재;
    상기 제 2 마찰 부재 상에 배치되며 상기 제 1 마찰 부재의 각각의 구역에 각각 대응하도록 배치된 2n개의 전극;
    상기 제 1 마찰 부재; 상기 제 2 마찰 부재; 및 상기 전극을 내부에 포함하는 이온성 가스를 포함한 챔버; 및
    상기 2n개의 전극과 연결된 에너지 수집부를 포함하고,
    상기 제 2 마찰 부재의 재질은 대전열(triboeletric series) 상에서 상기 제 1 영역의 재질의 대전 특성 및 상기 제 2 영역의 재질의 대전 특성 사이의 대전 특성을 갖는 재질로 선택되고,
    상기 제 1 마찰 부재 상에서 상기 제 2 마찰 부재가 슬라이딩 함에 의해 상기 제 1 마찰 부재의 제 1 영역 및 제 2 영역에 지속적으로 마찰 대전 전하가 축적되며, 개별 영역마다 축적된 전하가 각각 상기 유전체로 이루어진 제 2 마찰 부재에 전위차를 인가하여 상기 유전체의 쌍극자를 분극시키고, 상기 분극된 쌍극자에 의한 표면 전위와 반대되는 상기 챔버 내의 이온들이 정전기적 전하 유도에 의해 상기 제 2 마찰 부재의 표면에 쌓이고 상기 제 2 마찰 부재의 움직임에 따라 직류 기전력이 발생되는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 제 2 마찰 부재와 접촉 상태에 있는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 제 2 마찰 부재와 비접촉 상태에 있는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 2n개의 구역의 각각의 크기가 동일한,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 2n개의 전극은 상기 제 1 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결되고, 상기 제 2 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결된,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  12. 중심으로부터 원주를 향해 2n개(n은 1 이상의 정수)의 구역으로 나뉜 제 1 원판;
    상기 제 1 원판과 접촉 상태로 배치되며 유전체로 이루어진 제 2 원판;
    상기 제 2 원판 상에 배치되며 상기 제 1 원판의 각각의 구역에 각각 대응하도록 배치된 2n개의 전극; 및
    상기 2n개의 전극과 연결된 에너지 수집부를 포함하고,
    상기 2n개의 구역은 원호 방향을 따라 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 1 영역; 및 상기 제 1 영역 사이에 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 2 영역을 포함하며,
    상기 제 2 원판의 재질은 대전열(triboeletric series) 상에서 상기 제 1 영역의 재질의 대전 특성 및 상기 제 2 영역의 재질의 대전 특성 사이의 대전 특성을 갖는 재질로 선택되고,
    상기 제 1 원판 및 상기 제 2 원판의 상대적 회전에 의해 상기 제 1 원판의 제 1 영역 및 제 2 영역에 지속적으로 마찰 대전 전하가 축적되며, 개별 영역마다 축적된 전하가 각각 상기 유전체로 이루어진 제 2 마찰 부재에 전위차를 인가하여 상기 유전체의 쌍극자를 분극시키고, 상기 분극된 쌍극자에 의한 표면 전위와 반대되는 이온 또는 전하를 띤 입자들이 정전기적 전하 유도에 의해 상기 제 2 원판의 표면에 쌓이고 상기 제 2 원판의 움직임에 따라 직류 기전력이 발생되는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 원판과 상기 제 2 원판은 중심축을 공유하는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 원판 및 상기 전극이 고정되고, 상기 제 2 원판이 회전하는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 원판이 고정되고, 상기 제 1 원판 및 상기 전극이 회전하는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 제 2 원판과 접촉 상태에 있는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 제 2 원판과 비접촉 상태에 있는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 2n개의 구역의 각각의 크기가 동일한,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 2n개의 전극은 상기 제 1 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결되고, 상기 제 2 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결된,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  20. 중심으로부터 원주를 향해 2n개(n은 1 이상의 정수)의 구역으로 나뉜 제 1 원판;
    상기 제 1 원판과 접촉 상태로 배치되며 유전체로 이루어진 제 2 원판;
    상기 제 2 원판 상에 배치되며 상기 제 1 원판의 각각의 구역에 각각 대응하도록 배치된 2n개의 전극;
    상기 제 1 원판; 상기 제 2 원판; 및 상기 전극을 내부에 포함하는 이온성 가스를 포함한 챔버; 및
    상기 2n개의 전극과 연결된 에너지 수집부를 포함하고,
    상기 2n개의 구역은 원호 방향을 따라 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 1 영역; 및 상기 제 1 영역 사이에 교번적으로 배치되며 동일한 물질로 이루어진 n개의 제 2 영역을 포함하며,
    상기 제 2 원판의 재질은 대전열(triboeletric series) 상에서 상기 제 1 영역의 재질의 대전 특성 및 상기 제 2 영역의 재질의 대전 특성 사이의 대전 특성을 갖는 재질로 선택되고,
    상기 제 1 원판 및 상기 제 2 원판의 상대적 회전에 의해 상기 제 1 원판의 제 1 영역 및 제 2 영역에 지속적으로 마찰 대전 전하가 축적되며, 개별 영역마다 축적된 전하가 각각 상기 유전체로 이루어진 제 2 마찰 부재에 전위차를 인가하여 상기 유전체의 쌍극자를 분극시키고, 상기 분극된 쌍극자에 의한 표면 전위와 반대되는 상기 챔버 내의 이온들이 정전기적 전하 유도에 의해 상기 제 2 원판의 표면에 쌓이고 상기 제 2 원판의 움직임에 따라 직류 기전력이 발생되는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 원판과 상기 제 2 원판은 중심축을 공유하는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 원판 및 상기 전극이 고정되고, 상기 제 2 원판이 회전하는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 2 원판이 고정되고, 상기 제 1 원판 및 상기 전극이 회전하는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 제 2 원판과 접촉 상태에 있는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 제 2 원판과 비접촉 상태에 있는,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 2n개의 구역의 각각의 크기가 동일한,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
  27. 제 20 항에 있어서,
    상기 2n개의 전극은 상기 제 1 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결되고, 상기 제 2 영역 상에 배치된 n개의 전극끼리 연결된,
    전하 유도형 마찰전기 에너지 발생 장치.
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