KR20190010050A - 구 모양의 접촉대전 나노 발전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바람 에너지를 수확하기 위한 구 모양의 접촉대전 나노 발전기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기는, 둥근 형상으로 외부의 전극층과 내부의 대전층을 포함하며, 내부 공간을 구비하는 케이스; 및 상기 내부 공간에 위치하며, 외력에 의해 이동 가능한 대전체;를 포함하며, 상기 대전체의 이동에 따른 상기 대전층과 상기 대전체와의 마찰에 의해, 전기가 발생할 수 있다.

Description

구 모양의 접촉대전 나노 발전기{Sphere-shaped triboelectric nanogenerator}
본 발명은 바람 에너지를 수확하기 위한 구 모양의 접촉대전 나노 발전기에 관한 것이다.
에너지 하베스팅(energy harvesting)은 주위 환경에서 사용되지 못하고 버려지는 에너지를 사용처가 높은 전기 에너지로 변환하는 기술이다. 따라서, 에너지 하베스팅은 에너지 변환 방식이 친환경적이고, 사용되지 못하는 에너지를 재활용 한다는 점에서 효율적이다.
특히, 사람의 움직임, 주위의 진동, 바람 또는 소리와 같은 운동 에너지는 양이 풍부하고 어디에서나 찾을 수 있기 때문에, 에너지 하베스팅에서 활용 가치가 높다.
이러한 운동 에너지를 수확하기 위해, 전기적 방식, 전자기적 방식 또는 압전 방식 등이 사용되어 왔다. 구체적으로, 운동 에너지를 수확하기 위하여, 에너지 하베스팅에서는 접촉 대전 발전기를 이용한다.
접촉대전 발전기는 서로 다른 두 대전 물질들을 포함함으로써, 서로 다른 두 대전 물질들이 서로 접촉할 때 생기는 표면 전하(정전기)를 이용하여 유도 전류를 발생시킬 수 있다.
이때, 접촉 대전 발전기는 유도 전류를 발생시키는 방식으로 서로 다른 두 대전 물질들의 접촉 및 분리를 반복하는 접촉-분리 방식을 이용한다. 일반적인 에너지 수확 기술은 주변에서 흔히 접할 수 있는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 전환하여 외부 전원의 연결 없이 에너지를 생산해내는 기술을 의미한다.
최근에는 마찰에 따른 표면대전과 이에 수반되는 유도전하를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 접촉대전 나노 발전기(triboelectric nanogenerator, TENG) 시스템이 새롭게 제안되었다.
접촉대전 나노 발전기술은 서로 다른 물질이 접촉 후 분리되며 자발적으로 생성되는 마찰전기 혹은 정전기와 이에 수반되는 유도전하를 이용하여 전기에너지를 생산하는 기술이다.
접촉대전 나노 발전기술은 기존의 대표적 에너지 수확기술인 태양광 발전기술, 전자기 발전기술, 압전 발전기술, 열전 발전기술 등에 비해 매우 높은 에너지 수확 효율과 유용성 및 단순한 구성으로 인한 뛰어난 접근성을 지니고 있다. 이러한 이유로 지속 가능한 에너지원을 개발하려는 시대적 요구에 맞춘 시스템으로 주목받고 있다.
즉, 이러한 기술은 마찰이 발생하는 대전층과 대전된 대전층에 의해 유도전류가 흐르는 전극층으로 구성되어 시스템적으로 간단하므로, 다른 에너지 수확기술에 비해 접근성이 좋다. 또한, 순간적인 미세한 움직임에도 전압 및 전류가 발생하므로 다양한 응용이 가능한 기술이다.
이하, 접촉대전 나노 발전기와 관련된 종래 기술을 검토해 보고자 한다.
한국 특허 등록공고(10-1727242)(공고일: 2017.04.10)에는 “접촉대전 나노 발전기”가 개시되어 있다.
구체적으로, 접촉 대전 방식에 따라 전력을 발전시키는 접촉대전 나노 발전기에 대한 것으로, 제1 및 제2 절연층을 개시하고 있으며, 상기 제1 및 제2 절연층 사이에 전도층을 포함하는 구성을 개시하고 있고, 제1 절연층 표면에 나노 구조체가 형성되는 구성이 개시되어 있다.
또한, 물체와 상기 나노 구조체가 형성된 제1 절연층 사이의 거리가 가까워짐과 이격됨에 따라 전하가 유도되는 구성이 개시되어 있다.
한편, 접촉대전 나노 발전기술의 동력원으로는 자연에서 발생하고 그대로 사라지는 에너지원을 사용할 수 있다. 그 중에서도 지속적이며 무한한 동력원인 파도와 같은 물의 움직임이나 바람과 같은 공기의 움직임으로 에너지를 수확하는 연구가 진행되고 있다.
그러나, 낮은 주파수 영역에서의 한계 때문에 효율이 높지 않다는 문제점이 존재한다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은, 바람을 수확하는 접촉대전 나노 발전기에 구 모양을 적용하여, 낮은 주파수 영역대에서도 효율적으로 에너지 수확이 가능하도록 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 둥근 형상으로 외부의 전극층과 내부의 대전층을 포함하며, 내부 공간을 구비하는 케이스; 및 상기 내부 공간에 위치하며, 외력에 의해 이동 가능한 대전체;를 포함하며, 상기 대전체의 이동에 따른 상기 대전층과 상기 대전체와의 마찰에 의해, 전기가 발생하는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 제공한다.
실시 예에 있어서, 상기 내부의 대전층은, 상기 전극층 내면의 일부가 상기 대전체와 접촉 가능하도록, 상기 전극층 내면의 일부를 제외한 나머지 부분에 형성될 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 내부의 대전층은, 전자 획득이 용이한 불소계 고분자 물질로 형성될 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 대전체는, 표면이 나노 구조를 갖는 둥근 형상으로 구현될 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 외부의 전극층은, 전도성을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 발생한 전기 에너지를 저장하기 위해, 상기 전극층과 상기 대전층 사이에 형성되는 저장층;을 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 저장층은, 나노 구조가 적용된 산화층으로 형성될 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 지면에 고정하기 위해, 상기 케이스 또는 상기 대전체와 연결되도록 형성되는 지지부;를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 대전층과 상기 대전체와의 마찰에 의해, 상기 대전층과 상기 대전체는 서로 상이한 전하로 각각 대전되고, 상기 대전층에 대전된 전하에 의해 상기 전극층이 대전되기 위해, 상기 전극층으로 음전하 또는 양전하가 이동하여 유도전류가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 둥근 형상으로 외부의 전극층과 내부의 대전층을 포함하며, 내부 공간을 구비하는 케이스; 및 상기 내부 공간에 위치하며, 바람에 의한 외력에 의해 이동 가능한 대전체;를 포함하며, 상기 대전체의 이동에 따른 상기 대전층과 상기 대전체와의 마찰에 의해, 전기가 발생하는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 제공한다.
본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 지형의 형상이나 형태에 관계없이 설치 가능한 에너지 수집 구조로, 독립적으로 동작하는 전자장치(센서, 통신장치 등)의 구동을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 상황에 따라 고정하는 부분이 다른 구모양의 나노 발전기를 구성함으로써, 바람에 따라 효율적인 에너지 수확을 가능하게 하며, 구 모양의 디자인을 통해 마찰력으로 인한 에너지 손실을 줄이고 에너지 변환 효율을 증대 시킬 수 있다.
그리고, 바람을 수확하는 접촉대전 나노 발전기에 구 모양을 적용하여, 낮은 주파수 영역대에서도 효율적으로 에너지를 수확할 수 있다.
또 다른 효과로, 바람에 의한 외력에 따라 전기 에너지를 수집하여 청정 에너지 발전이 이루어질 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 발전 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기가 지상에 고정되는 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기가 지상에 고정되는 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 기술할 것이다. 이하의 설명에서 본 발명의 모든 실시형태가 개시되는 것은 아니다. 본 발명은 매우 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에 개시되는 실시형태에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시형태들은 출원을 위한 법적 요건들을 충족시키기 위해 제공되는 것이다. 동일한 구성요소에는 전체적으로 동일한 참조부호가 사용된다.
본 발명은 접촉대전 방식을 이용하여 바람의 에너지로부터 전력을 발전할 수 있는 구형 풍력 발전기에 대한 것으로, 지형의 형상이나 형태에 관계없이 공기의 움직임만으로 전기 에너지를 수집하여 청정 에너지 발전이 이루어지도록 할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기(Nano Generator)는, 지지대에 의해 매달릴 수 있으며, 공동(내부 공간)을 가지는 대전층(절연 코팅층, 절연층)과, 상기 대전층 위에 전기 에너지의 저장층 역할을 하는 마이크로 나노 구조가 적용된 산화층(저장층)이 적층되고, 상기 산화층 위에 알루미늄 전극층이 적층 되도록 하며, 대전을 위한 대전구(대전체)가 상기 공동에 포함되는 것을 특징으로 한다.
풍력에 의한 외력으로 본 발명에 따른 풍력 발전기(구 모양의 접촉대전 나노 발전기)가 움직이는 경우, 상기 공동 내에서 대전구가 상기 외력으로 인해 이동하면서, 상기 대전구와 상기 절연층(절연 코팅층, 대전층) 사이에서 발생하는 전하의 이동(접촉 대전)에 따른 전기 에너지 발전이 이루어질 수 있다.
즉, 공중에 부상된 형태의 바람과 같은 공기의 움직임만 존재한다면, 시간과 공간의 제약 없이 에너지 수집이 가능할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기는 다음과 같은 특징적인 구성들을 가진다.
실시 예로서, 절연층 및, 외력에 의해 상기 절연층 사이에서 멀어짐과 가까워짐을 반복하는 대전체에 의해 전하가 유도될 수 있다.
또 다른 실시 예로서, 풍력에 의해 상기 대전체가 상기 공동 내에서 움직임일 수 있다.
또 다른 실시 예로서, 상기 절연층(케이스)은 공동(내부공간)을 가지며, 상기 대전체가 이탈하지 않도록 밀폐형으로 형성될 수 있다.
또 다른 실시 예로서, 상기 케이스가 구 모양으로 형성되어 낮은 주파수 영역에서도 효율적으로 에너지를 수확할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기(Nano Generator)의 구조(디자인)와 구동원리에 대하여 구체적으로 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 구 모양의 전극층의 내부를 절연층(절연 코팅층, 대전층)이 덮고 있으며, 구 내부에는 대전을 위한 작은 구(대전구, 대전체)가 존재한다. 실시 예로서, 대전구는 마이크로 나노 구조가 적용된 PDMS로 구현될 수 있다.
내부를 덮고 있는 절연층(절연 코팅층, 대전층)은 마찰 대전열에서 전자를 쉽게 얻는 성질을 갖는 불소계 고분자로 구성되며, 전극층은 효율을 높이기 위해 높은 전도성과 거칠기를 포함한 금속으로 구성될 수 있다.
이하, 좀더 구체적으로 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 구조를 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기는 케이스 및 대전체를 포함할 수 있다.
구체적으로, 케이스는 둥근 형상으로 외부의 전극층과 내부의 대전층(절연 코팅층, 절연층)을 포함하며, 내부 공간을 구비할 수 있다.
대전체(대전구)는 상기 내부 공간에 위치하며, 외력에 의해 이동 가능하다.
그리고, 상기 대전체의 이동에 따른 상기 대전층과 상기 대전체와의 마찰에 의해, 전기가 발생할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 내부의 대전층은, 상기 전극층 내면의 일부가 상기 대전체와 접촉 가능하도록, 상기 전극층 내면의 일부를 제외한 나머지 부분에 형성될 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 내부의 대전층은, 전자 획득이 용이한 불소계 고분자 물질로 형성될 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 대전체는, 표면이 나노 구조를 갖는 둥근 형상으로 구현될 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 외부의 전극층은, 전도성을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 발생한 전기 에너지를 저장하기 위해, 상기 전극층과 상기 대전층 사이에 형성되는 저장층을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 저장층은, 나노 구조가 적용된 산화층으로 형성될 수 있다.
또 다른 예로, 구 모양으로 생성된 나노 발전기를 고정시키고 바람의 힘에 의해 자유로운 움직임이 가능하도록 설치할 수 있다. 그리고, 필요에 따라 전극층의 구 또는 대전층의 구를 고정시킨(지지대에 연결시킨) 구조를 활용할 수 있다. 이와 관련된 구체적인 예는 도 3 내지 도 6에서 설명하고자 한다.
이하, 구 모양 접촉대전 나노 발전기의 구동원리에 대하여 구체적으로 설명하고자 한다.
구체적으로, 상기 대전층과 상기 대전체와의 마찰에 의해, 상기 대전층과 상기 대전체는 서로 상이한 전하로 각각 대전되고, 상기 대전층에 대전된 전하에 의해 상기 전극층이 대전되기 위해, 상기 전극층으로 음전하 또는 양전하가 이동하여 유도전류가 발생할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 발전 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 전극층 구의 절연층과 대전을 위한 구가 마찰이 발생하게 되면 물질에 따라서 한 쪽은 양으로 다른 한 쪽은 음으로 대전된다.
이때, 외부(바람 등 공기의 움직임)의 힘을 받아 구의 전열층이 대전되면 절연층의 전하에 의해 전극이 대전되기 위하여, 전극층으로 음전하 또는 양전하가 이동하는 유도전류가 발생하게 된다.
구체적으로, 바람에 의한 외력으로 대전구(대전체)가 움직이며, 대전구와 내부 절연층(절연 코팅층, 대전층)이 접촉하게 된다. 이에 따라, 대전구의 외측 접촉면이 양으로 대전되는 경우, 접촉한 내부 절연층은 음으로 대전될 수 있다.
내부 절연층이 음으로 대전되면 전극층에 양전하가 발생되고, 대전구가 움직이며 직접 전극층에 닿으면 전극층에 음전하가 발생될 수 있다. 이에 따라, 전극층으로 전하가 이동하며 유도전류가 발생하게 된다.
마찬가지로, 대전구의 외측 접촉면이 음으로 대전되는 경우, 접촉한 내부 절연층은 양으로 대전될 수 있다.
내부 절연층이 양으로 대전되면 전극층에 음전하가 발생되고, 대전구가 움직이며 직접 전극층에 닿으면 전극층에 양전하가 발생될 수 있다. 이에 따라, 전극층으로 전하가 이동하며 유도전류가 발생하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기는, 지면에 고정하기 위해, 상기 케이스 또는 상기 대전체와 연결되도록 형성되는 지지부를 더 포함할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기는, 바람 등과 같은 공기의 움직임에 의해 내부의 대전체와 케이스 중 적어도 하나가 움직이도록 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기가 지상에 고정되는 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 케이스(대전층의 구)를 지지대(지지부)에 연결하여, 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 매달리게 하는 구조가 개시되어 있다.
실시 예로서, 케이스가 움직이지 못하도록 고정된 경우, 바람에 의한 외력에 의해 내부 대전체 만이 케이스 내부에서 움직일 수 있다.
또 다른 실시 예로서, 케이스가 움직임이 가능하도록 지지대와 연결되어 있는 경우, 바람에 의한 외력으로 내부 대전체와 함께 케이스도 움직일 수 있다. 구체적으로, 케이스는 소정 각도 흔들리거나 회전할 수 있도록, 지지대에 고리 등으로 연결되어 있을 수 있다.
도 4를 참조하면, 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 대전구(대전체)를 지지대(지지부)에 연결하여, 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 매달리게 하는 구조가 개시되어 있다.
실시 예로서, 대전체가 움직이지 못하도록 고정된 경우, 바람에 의한 외력에 의해 케이스 만이 움직일 수 있다. 구체적으로, 케이스는 소정 각도 흔들리거나 회전할 수 있도록 지지대에 고리 등으로 연결되어 있을 수 있다.
또 다른 실시 예로서, 대전구가 움직임이 가능하도록 설치되어 있는 경우, 바람에 의한 외력으로 내부 대전체와 케이스가 함께 움직일 수 있다. 이를 위해, 대전구는 소정 각도 흔들리도록 지지대에 연결되어 있을 수 있다.
도 3 및 도 4에 의하면, 케이스 또는 대전체 중 하나를 지지대에 연결하여 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 매달리게 할 수 있다. 이때, 바람에 의한 외력으로 케이스와 대전체 중 고정되지 않은 하나만이 흔들리거나(또는 회전하거나), 케이스와 대전체 모두 흔들릴 수도(회전할 수도) 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기가 지상에 고정되는 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 케이스(대전층의 구)를 지상에 고정시킨 구조가 개시되어 있다.
실시 예로서, 케이스가 움직이지 못하도록 고정된 경우, 바람에 의한 외력에 의해 내부 대전체 만이 케이스 내부에서 움직일 수 있다.
또 다른 실시 예로서, 케이스가 바람에 의한 외력으로 소정 각도 회전(제자리에서 회전)할 수 있도록 지지대에 고리 등으로 연결되어 있을 수 있다. 이 경우, 바람에 의한 외력으로 내부 대전체는 움직일 수 있으며, 이와 함께 케이스도 회전하여 마찰에 의한 유도 전류가 발생할 수 있다.
또 다른 실시 예로서, 케이스가 바람에 의한 외력으로 소정 각도 흔들리도록(진동하도록) 지지대에 연결되어 있을 수 있다. 즉, 바람에 의한 외력으로 내부 대전체와 함께 케이스도 움직이며, 마찰에 의한 유도 전류가 발생할 수 있다.
도 6을 참조하면, 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 대전구를 지상에 고정시킨 구조가 개시되어 있다.
실시 예로서, 대전체가 움직이지 못하도록 고정된 경우, 바람에 의한 외력에 의해 케이스 만이 움직일 수 있다. 구체적으로, 케이스가 바람에 의한 외력으로 소정 각도 회전하거나 흔들리도록 지지대에 고리 등으로 연결되어 있을 수 있다.
또 다른 실시 예로서, 대전구가 움직임이 가능하도록 설치되어 있는 경우, 바람에 의한 외력으로 내부 대전체와 케이스가 함께 회전하여 접촉될 수 있다. 이를 위해, 대전구는 소정 각도 회전하거나 진동하도록(진동하도록) 지지대에 연결되어 있을 수 있다.
도 5 및 도 6에 의하면, 케이스 또는 대전체 중 하나를 지지대에 연결하여 구 모양의 접촉대전 나노 발전기를 고정시킬 수 있다. 이때, 바람에 의한 외력으로 케이스와 대전체 중 고정되지 않은 하나만이 회전하거나(또는 흔들리거나), 케이스와 대전체 모두 회전할 수도 있다(흔들릴 수도 있다). 그리고, 회전(흔들림)에 의해 접촉하는 면이 변경되며 유도 전류가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 구 모양의 접촉대전 나노 발전기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 지형의 형상이나 형태에 관계없이 설치 가능한 에너지 수집 구조로, 독립적으로 동작하는 전자장치(센서, 통신장치 등)의 구동을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 상황에 따라 고정하는 부분이 다른 구모양의 나노 발전기를 구성함으로써, 바람에 따라 효율적인 에너지 수확을 가능하게 하며, 구 모양의 디자인을 통해 마찰력으로 인한 에너지 손실을 줄이고 에너지 변환 효율을 증대 시킬 수 있다.
그리고, 바람을 수확하는 접촉대전 나노 발전기에 구 모양을 적용하여, 낮은 주파수 영역대에서도 효율적으로 에너지를 수확할 수 있다.
또 다른 효과로, 바람에 의한 외력에 따라 전기 에너지를 수집하여 청정 에너지 발전이 이루어질 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 둥근 형상으로 외부의 전극층과 내부의 대전층을 포함하며, 내부 공간을 구비하는 케이스; 및
    상기 내부 공간에 위치하며, 외력에 의해 이동 가능한 대전체;를 포함하며,
    상기 대전체의 이동에 따른 상기 대전층과 상기 대전체와의 마찰에 의해, 전기가 발생하는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부의 대전층은,
    상기 전극층 내면의 일부가 상기 대전체와 접촉 가능하도록, 상기 전극층 내면의 일부를 제외한 나머지 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내부의 대전층은,
    전자 획득이 용이한 불소계 고분자 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 대전체는,
    표면이 나노 구조를 갖는 둥근 형상으로 구현되는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외부의 전극층은,
    전도성을 갖는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기.
  6. 제1항에 있어서,
    발생한 전기 에너지를 저장하기 위해, 상기 전극층과 상기 대전층 사이에 형성되는 저장층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 저장층은,
    나노 구조가 적용된 산화층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기.
  8. 제1항에 있어서,
    지면에 고정하기 위해, 상기 케이스 또는 상기 대전체와 연결되도록 형성되는 지지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 대전층과 상기 대전체와의 마찰에 의해, 상기 대전층과 상기 대전체는 서로 상이한 전하로 각각 대전되고, 상기 대전층에 대전된 전하에 의해 상기 전극층이 대전되기 위해, 상기 전극층으로 음전하 또는 양전하가 이동하여 유도전류가 발생하는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기.
  10. 둥근 형상으로 외부의 전극층과 내부의 대전층을 포함하며, 내부 공간을 구비하는 케이스; 및
    상기 내부 공간에 위치하며, 바람에 의한 외력에 의해 이동 가능한 대전체;를 포함하며,
    상기 대전체의 이동에 따른 상기 대전층과 상기 대전체와의 마찰에 의해, 전기가 발생하는 것을 특징으로 하는 구 모양의 접촉대전 나노 발전기.
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