KR20190010966A - Triboelectric generator and tire including the same - Google Patents

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KR20190010966A
KR20190010966A KR1020170093284A KR20170093284A KR20190010966A KR 20190010966 A KR20190010966 A KR 20190010966A KR 1020170093284 A KR1020170093284 A KR 1020170093284A KR 20170093284 A KR20170093284 A KR 20170093284A KR 20190010966 A KR20190010966 A KR 20190010966A
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최양규
김원국
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한국과학기술원
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/04Friction generators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60CVEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/02Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B60C23/0408Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver
    • B60C23/041Means for supplying power to the signal- transmitting means on the wheel
    • B60C23/0411Piezoelectric generators

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Abstract

The present invention provides a triboelectric generator which can autonomously generate electric energy. According to an embodiment of the present invention, the triboelectric generator comprises: a first charged material including a plurality of pores of which the shape is changed by an external force; an insulation layer inserted in the first charged material; a second charged material surrounded by the insulation layer; and a wiring unit connecting the first charged material and the second charged material. An electric charge moves between the first charged material and the second charged material through the wiring unit if an area, in which the first charged material and the insulation layer are contacted, is changed as the shape of the pores is changed.

Description

접촉 대전 발전기 및 이를 포함하는 타이어{TRIBOELECTRIC GENERATOR AND TIRE INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a contact charging electric generator and a tire including the contact charging electric generator.

본 발명은 접촉 대전 발전기 및 이를 포함하는 타이어에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 타이어가 회전함에 따라 지면으로부터 작용하는 수직 항력에 의해 형태가 변형되는 특징을 이용하여 자체적으로 전기 에너지를 생산하는 접촉 대전 발전기 및 이를 포함하는 타이어에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a contact charging electric generator and a tire including the contact charging electric generator and more particularly to a contact charging electric generator for generating electric energy by itself using a feature that the shape is deformed by a vertical drag acting from the ground as the tire rotates, And a tire including the same.

최근 타이어의 성능과 안정성 향상을 위해 내부에 각종 센서를 탑재한 타이어의 개발이 진행 되고 있다. 이러한 타이어 내부의 센서들이 구동되기 위해서는 타이어 내부에 소형 배터리가 탑재되거나 외부 전원을 통해 전력이 공급되어야 한다. 이때 배터리는 정기적인 교체를 요하기 때문에 타이어를 정기적으로 바퀴에서 분리하여 건전지를 교체해야 하는 불편함이 존재한다. 또한 소형 배터리는 질량이 커짐에 따라 타이어의 질량 분포를 불균일하게 하므로 주행의 안정성을 저하시키는 문제도 존재한다. In recent years, in order to improve the performance and stability of tires, development of tires equipped with various sensors is underway. In order to drive the sensors inside the tires, a small battery must be mounted inside the tire or electric power must be supplied through the external power source. At this time, since the battery needs to be replaced regularly, it is inconvenient to remove the tire regularly from the wheel to replace the battery. In addition, since the size of the small battery becomes large, the mass distribution of the tire becomes uneven, so that there is a problem that the stability of the running is lowered.

한편, 자동차, 모터 사이클, 자전거 등의 타이어에는 차체의 무게에 의해 지면으로부터 수직 항력이 작용하며, 타이어가 회전함에 따라 지면과 맞닿은 부분에서 타이어의 압축과 복원이 반복하여 발생한다. 본 발명의 실시예는 이러한 현상을 이용하여 상술한 문제를 해결하고자 한다. On the other hand, a vertical drag force acts on the tires of automobiles, motorcycles, bicycles, etc. from the ground due to the weight of the vehicle body, and as the tire rotates, the compression and restoration of the tire repeatedly occurs at the portion contacting the ground. The embodiment of the present invention attempts to solve the above-mentioned problem by using such phenomenon.

본 발명의 실시예에서 해결하고자 하는 과제는 타이어와 지면이 맞닿은 부분에 수직 항력이 작용하며, 타이어가 회전함에 따라 지면과 맞닿은 부분에서 타이어의 압축과 복원이 반복하여 발생하는 현상을 이용하여 자체적으로 전기 에너지를 생산하는 접촉 대전 발전기를 제공하고자 한다.A problem to be solved in the embodiment of the present invention is to provide a method and apparatus for detecting a tire by utilizing a phenomenon in which a vertical drag acts on a portion where a tire meets a ground surface and a tire is repeatedly compressed and restored To provide a contact charging generator that produces electrical energy.

또한 다수의 기공을 포함하는 스펀지 형태의 물질을 접촉 대전 발전기의 구성으로 하여 타이어에서 발생하는 소음을 제거하는 기술을 제공하고자 한다. The present invention also provides a technique for eliminating noise generated in a tire by using a sponge-like material including a plurality of pores as a constitution of a contact charging power generator.

다만, 본 발명의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 도출될 수 있다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 대전 발전기는 외력에 의해 형상이 변하는 복수의 기공을 포함하는 제1 대전 물질, 상기 제1 대전 물질 내에 삽입된 절연층, 상기 절연층에 의해 둘러싸인 제2 대전 물질 및 상기 제1 대전 물질과 상기 제2 대전 물질을 연결하는 배선부를 포함하고, 상기 기공의 형상이 변하여 상기 제1 대전 물질과 상기 절연층이 접촉하는 면적이 달라지는 경우, 상기 배선부를 통해 상기 제1 대전 물질과 상기 제2 대전 물질 간에 전하가 이동할 수 있다. A contact charging power generator according to an embodiment of the present invention includes a first charging material including a plurality of pores whose shape is changed by an external force, an insulating layer inserted in the first charging material, a second charging material And a wiring part connecting the first charging material and the second charging material, wherein when the shape of the pore changes and an area of contact between the first charging material and the insulating layer changes, Charge can move between the charged material and the second charged material.

이때 상기 제1 대전 물질은 폴리머(polymer)일 수 있고, 실리콘 고무 및 PDMS(Polydimethylsiloxane) 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. At this time, the first charge material may be a polymer, and may be made of at least one of silicone rubber and PDMS (Polydimethylsiloxane).

또한 상기 제1 대전 물질은 전도성을 띄는 카본 블랙, 카본나노튜브 및 탄화규소 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다. The first chargeable material may include at least one of carbon black, carbon nanotube, and silicon carbide having conductivity.

더불어 상기 제2 대전 물질은 전도성을 띄는 금속을 포함할 수 있고, 와이어, 메시(mesh) 및 판 중 적어도 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.In addition, the second charging material may include a conductive metal, and may have a shape of at least one of a wire, a mesh, and a plate.

아울러 상기 절연층은 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)을 포함할 수 있다.In addition, the insulating layer may include polytetrafluoroethylene (PTFE).

한편 상기 배선부는 상기 제1 대전 물질과 상기 제2 대전 물질 간에 이동하는 전하를 일 방향으로 정류하는 정류기를 포함할 수 있다.Meanwhile, the wiring portion may include a rectifier for rectifying the charge moving between the first charging material and the second charging material in one direction.

이때 상기 배선부는 상기 정류기가 정류한 상기 전하를 이용하는 부하 또는 배터리를 더 포함할 수 있다.The wiring portion may further include a load or a battery using the charge rectified by the rectifier.

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어는 타이어부, 상기 타이어부의 내측에 마련되고 외력에 의해 형상이 변하는 복수의 기공을 포함하는 제1 대전 물질, 상기 제1 대전 물질 내에 삽입된 절연층, 상기 절연층에 의해 둘러싸인 제2 대전 물질 및 상기 제1 대전 물질과 상기 제2 대전 물질을 연결하는 배선부를 포함하고, 상기 타이어부가 회전하면서 상기 타이어부에 수직 항력이 작용하는 지점이 변함에 따라 상기 기공의 형상이 변하여 상기 제1 대전 물질과 상기 절연층이 접촉하는 면적이 달라지는 경우, 상기 배선부를 통해 상기 제1 대전 물질과 상기 제2 대전 물질 간에 전하가 이동할 수 있다.A tire including a contact charging electric generator according to an embodiment of the present invention includes a tire portion, a first charging material provided inside the tire portion and including a plurality of pores whose shape is changed by an external force, A second charging material surrounded by the insulating layer, and a wiring portion connecting the first charging material and the second charging material, wherein a point at which a vertical drag acts on the tire while the tire rotates If the shape of the pores changes according to the change, and the area of contact between the first charge material and the insulating layer changes, charge may move between the first charge material and the second charge material through the wiring part.

이때 상기 배선부는 상기 타이어부의 중심축에서 상기 타이어부의 어느 외면을 연결하는 반지름 상에 위치하는 상기 제2 대전 물질의 각각과 상기 제1 대전 물질 간에 이동하는 전하를 일 방향으로 정류하는 정류기를 포함할 수 있다. The wiring portion may include a rectifier rectifying the charge moving between each of the second charging materials and the first charging material located on a radius connecting an outer surface of the tire portion with the center axis of the tire portion in one direction .

또한 상기 배선부는 상기 정류기가 정류한 상기 전하를 이용하는 부하 또는 배터리를 더 포함할 수 있다. ,The wiring portion may further include a load or a battery using the charge rectified by the rectifier. ,

이때 상기 제1 대전 물질은 폴리머(polymer)일 수 있고, 상기 제1 대전 물질은 실리콘 고무 및 PDMS(Polydimethylsiloxane) 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. In this case, the first chargeable material may be a polymer, and the first chargeable material may be at least one of silicone rubber and PDMS (polydimethylsiloxane).

또한 상기 제1 대전 물질은 전도성을 띄는 카본 블랙, 카본나노튜브 및 탄화규소 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다. The first chargeable material may include at least one of carbon black, carbon nanotube, and silicon carbide having conductivity.

더불어 상기 제2 대전 물질은 전도성을 띄는 금속을 포함할 수 있다. 이때 상기 제2 대전 물질은 와이어, 메시(mesh) 및 판 중 적어도 어느 하나의 형태를 가질 수 있다. In addition, the second charge material may include a conductive metal. At this time, the second charge material may have a shape of at least one of a wire, a mesh, and a plate.

아울러 상기 절연층은 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)을 포함할 수 있다. In addition, the insulating layer may include polytetrafluoroethylene (PTFE).

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 대전 발전기는 외력에 의해 형상이 변하는 복수의 기공을 포함하는 절연 물질, 상기 절연 물질에 삽입되는 대전 물질 및 상기 대전 물질을 접지에 연결하는 배선부를 포함하고, 상기 기공의 형상이 변하여 상기 대전 물질과 상기 절연 물질이 접촉하는 면적이 달라지는 경우, 상기 배선부를 통해 상기 대전 물질과 상기 접지 간에 전하가 이동할 수 있다.The contact charging power generator according to an embodiment of the present invention includes an insulating material including a plurality of pores whose shape is changed by an external force, a charging material inserted into the insulating material, and a wiring portion connecting the charging material to a ground, When the shape of the pores changes and an area of contact between the charged material and the insulating material changes, charge can move between the charged material and the ground through the wiring portion.

이때 상기 절연 물질은 폴리머(polymer)일 수 있고, 이때 상기 절연 물질은 실리콘 고무 및 PDMS(Polydimethylsiloxane) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.In this case, the insulating material may be a polymer, and the insulating material may be at least one of silicone rubber and PDMS (polydimethylsiloxane).

또한 상기 대전 물질은 전도성을 띄는 금속을 포함할 수 있고, 이때 상기 대전 물질은 와이어, 메시(mesh) 및 판 중 적어도 어느 하나의 형태를 가질 수 있다. Also, the charging material may include a conductive metal, and the charging material may have a shape of at least one of a wire, a mesh, and a plate.

아울러 상기 배선부는 상기 대전 물질과 상기 접지 간에 이동하는 전하를 일 방향으로 정류하는 정류기를 포함할 수 있다.In addition, the wiring portion may include a rectifier rectifying the charge moving between the charging material and the ground in one direction.

또한 상기 배선부는 상기 정류기가 정류한 상기 전하를 이용하는 부하 또는 배터리를 더 포함할 수 있다.The wiring portion may further include a load or a battery using the charge rectified by the rectifier.

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어는 타이어부, 상기 타이어부의 내측에 마련되고 외력에 의해 형상이 변하는 복수의 기공을 포함하는 절연 물질, 상기 절연 물질에 삽입되는 대전 물질 및 상기 대전 물질을 접지에 연결하는 배선부를 포함하고, 상기 타이어부가 회전하면서 상기 타이어부에 수직 항력이 작용하는 지점이 변함에 따라 상기 기공의 형상이 변하여 상기 대전 물질과 상기 절연 물질이 접촉하는 면적이 달라지는 경우, 상기 배선부를 통해 상기 대전 물질과 상기 접지 간에 전하가 이동할 수 있다.A tire including a contact charging electric generator according to an embodiment of the present invention includes a tire portion, an insulating material provided inside the tire portion and including a plurality of pores whose shape is changed by an external force, a charging material to be inserted into the insulating material, Wherein the shape of the pores varies as the point at which the perpendicular force acts on the tire portion while the tire portion is rotated and an area in which the charged material contacts the insulating material The charge can move between the charge material and the ground through the wiring portion.

이때 상기 배선부는 상기 타이어부의 중심축에서 상기 타이어부의 어느 외면을 연결하는 반지름 상에 위치하는 상기 대전 물질의 각각과 상기 접지 간에 이동하는 전하를 일 방향으로 정류하는 정류기를 포함할 수 있다.The wiring portion may include a rectifier for rectifying the charge moving between each of the charging materials and the ground located on a radius connecting a certain outer surface of the tire portion with the center axis of the tire portion in one direction.

또한 상기 배선부는 상기 정류기가 정류한 상기 전하를 이용하는 부하 또는 배터리를 더 포함할 수 있다.The wiring portion may further include a load or a battery using the charge rectified by the rectifier.

더불어 상기 절연 물질은 폴리머(polymer)일 수 있고, 상기 절연 물질은 실리콘 고무 및 PDMS(Polydimethylsiloxane) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.In addition, the insulating material may be a polymer, and the insulating material may be at least one of silicone rubber and PDMS (Polydimethylsiloxane).

아울러 상기 대전 물질은 전도성을 띄는 금속일 수 있고, 상기 대전 물질은 와이어, 메시(mesh) 및 판 중 적어도 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.In addition, the charging material may be a conductive metal, and the charging material may have a shape of at least one of a wire, a mesh, and a plate.

본 발명의 실시예에 따르면, 타이어가 회전함에 따라 타이어에 압축과 복원이 지속적으로 발생하는 현상을 이용하여 자체적으로 전기 에너지를 생산할 수 있으므로, 타이어 내부의 센서들을 배터리 없이 구동하거나 타이어 내부에 탑재된 배터리를 외부 전원 없이 스스로 충전하도록 할 수 있다. 이에 따라, 타이어에 IoT 등의 기술을 손쉽게 접목할 수 있으며 친환경적 방법으로 에너지를 생산함으로써 환경오염을 억제할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, as the tire rotates, the electric energy can be produced by itself using the phenomenon that compression and recovery are continuously generated in the tire. Therefore, the sensors inside the tire can be driven without a battery, The battery can be charged by itself without an external power source. Accordingly, it is possible to easily incorporate technologies such as IoT into a tire, and environmental pollution can be suppressed by producing energy using an environmentally friendly method.

또한 또한 다수의 기공을 포함하는 스펀지 형태의 물질을 접촉 대전 발전기의 구성으로 하므로 타이어에서 발생하는 소음을 효과적으로 차단할 수 있다. In addition, since the sponge-type material including a plurality of pores is constituted by the contact charging electric generator, the noise generated in the tire can be effectively blocked.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 대전 발전기의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 대전 발전기가 작동하는 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어가 회전하는 모습을 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어를 점선에 따라 자른 단면을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어의 배선부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 대전 발전기의 배선부가 정류기, 부하 및 배터리를 포함하는 구성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 대전 발전기의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 대전 발전기가 작동하는 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어가 회전하는 모습을 나타내는 단면도이다.
도 12는 도 10에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어의 점선에 따라 단면을 설명하기 위한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어의 배선부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 대전 발전기의 배선부가 정류기, 부하 및 배터리를 포함하는 구성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어의 예시도이다.
1 is a configuration diagram of a contact charging power generator according to a first embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view for explaining the principle of operation of the contact charging electric generator according to the first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a tire including the contact charging electric generator according to the first embodiment of the present invention.
Fig. 4 is a cross-sectional view showing a rotating state of a tire including the contact charging electric generator according to the first embodiment of the present invention. Fig.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a tire including the contact charging electric generator according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 3, taken along the dashed line.
6 is an exemplary view for explaining a wiring portion of a tire including the contact charging electric generator according to the first embodiment of the present invention.
7 is an exemplary view for explaining a configuration in which the wiring portion of the contact charging electric generator according to the first embodiment of the present invention includes a rectifier, a load, and a battery.
8 is a configuration diagram of the contact charging power generator according to the second embodiment of the present invention.
9 is an exemplary view for explaining the principle of operation of the contact charging electric generator according to the second embodiment of the present invention.
10 is a sectional view of a tire including a contact charging electric generator according to a second embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view showing a rotating state of a tire including a contact charging electric generator according to a second embodiment of the present invention.
12 is a cross-sectional view for explaining a cross section along the broken line of the tire including the contact charging electric generator according to the second embodiment of the present invention shown in Fig.
13 is an exemplary view for explaining a wiring portion of a tire including the contact charging electric generator according to the second embodiment of the present invention.
Fig. 14 is an exemplary view for explaining a configuration in which the wiring portion of the contact charging electric generator according to the second embodiment of the present invention includes a rectifier, a load, and a battery. Fig.
15 is an exemplary view of a tire including a contact charging electric generator according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.  그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범주는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in various forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein, To fully disclose the scope of the invention to a person skilled in the art, and the scope of the invention is only defined by the claims.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다.  그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.  그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing embodiments of the present invention, a detailed description of well-known functions or constructions will be omitted unless otherwise described in order to describe embodiments of the present invention. The following terms are defined in consideration of the functions in the embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the intention or the custom of the operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

도면에 표시되고 아래에 설명되는 기능 블록들은 가능한 구현의 예들일 뿐이다. 다른 구현들에서는 상세한 설명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 기능 블록들이 사용될 수 있다. 또한 본 발명의 하나 이상의 기능 블록이 개별 블록들로 표시되지만, 본 발명의 기능 블록들 중 하나 이상은 동일 기능을 실행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합일 수 있다.The functional blocks shown in the drawings and described below are merely examples of possible implementations. In other implementations, other functional blocks may be used without departing from the spirit and scope of the following detailed description. Also, while one or more functional blocks of the present invention are represented as discrete blocks, one or more of the functional blocks of the present invention may be a combination of various hardware and software configurations that perform the same function.

또한 어떤 구성 요소들을 포함한다는 표현은 개방형의 표현으로서 해당 구성 요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성 요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.Also, to the extent that the inclusion of certain elements is merely an indication of the presence of that element as an open-ended expression, it should not be understood as excluding any additional elements.

나아가 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. Further, when a component is referred to as being connected or connected to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it should be understood that there may be other components in between.

또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다. Also, the expressions such as 'first, second', etc. are used only to distinguish a plurality of configurations, and do not limit the order or other features between configurations.

본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서, 접촉 대전 발전기는 주변 환경에서 발생하는 마찰 에너지를 통해 전기 에너지로 생산하는 에너지 하베스터의 한 종류이다. 일반적으로 접촉 대전 발전기는 서로 다른 두 대전 물질에서 전하의 불균형이 발생하는 경우, 전하의 평형을 맞추기 위해 어느 한 쪽의 대전 물질에서 다른 쪽의 대전 물질로 전하가 이동하는 성질을 이용하여 전기 에너지를 생산한다. 이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명하도록 한다. Prior to describing the embodiments of the present invention, the contact charging power generator is a kind of energy harvester that produces electric energy through friction energy generated in the surrounding environment. Generally, when a charge imbalance occurs in two different charge materials, the contact charge generator uses the property that charge moves from one charge material to the other charge material in order to balance charge, Production. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 대전 발전기(100)의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a contact charging power generator 100 according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 대전 발전기(100)는 제1 대전 물질(110), 제2 대전 물질(120), 절연층(121) 및 배선부(130)를 포함하며, 제1 대전 물질(110)의 형상이 외력에 의해 변형될 때 제1 대전 물질(110)과 접촉하고 있는 제2 대전 물질(120)의 절연층(121)과 전하의 불균형이 일어난다. 이에 따라, 전하의 평형을 이루기 위해 제1 대전 물질(110)과 제2 대전 물질(120)간에 전하가 배선부(130)를 통해 이동하는 현상을 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있다. Referring to FIG. 1, a contact charging power generator 100 according to a first embodiment of the present invention includes a first charging material 110, a second charging material 120, an insulating layer 121, and a wiring part 130 When the shape of the first charge material 110 is deformed by an external force, an imbalance of the charge with the insulation layer 121 of the second charge material 120 in contact with the first charge material 110 occurs. Accordingly, electric energy can be generated by using the phenomenon that electric charge moves between the first charging material 110 and the second charging material 120 through the wiring part 130 in order to balance charges.

제1 대전 물질(110)은 외력에 의해 형상이 변하는 복수의 기공(111)을 포함할 수 있다. 이때 제1 대전 물질(110)은 탄성을 갖도록 예를 들면 실리콘 고무 및 PDMS(Polydimethylsiloxane) 등을 포함하는 폴리머(polymer)로 구성될 수 있다. 또한 제1 대전 물질(110)이 전도성을 갖도록 하기 위해 전도성을 띄는 카본 블랙, 카본나노튜브 및 탄화규소 등을 포함하도록 제조할 수 있다. 이러한 전도성을 지니는 폴리머의 제조 방법은 공지된 기술(중국 공개특허공보: 106612080 A)로서 자세한 설명은 생략한다. The first charge material 110 may include a plurality of pores 111 whose shapes are changed by an external force. At this time, the first charge material 110 may be composed of a polymer including elasticity such as silicone rubber and PDMS (Polydimethylsiloxane). Also, the first charge material 110 may be made to include conductive carbon black, carbon nanotubes, silicon carbide, or the like so as to have conductivity. A method of producing such a conductive polymer is a known technique (Chinese Patent Publication No. 106612080 A), and a detailed description thereof will be omitted.

또한 제1 대전 물질(110)은 다공성의 설탕 주형에 액상의 폴리머를 주입하여 경화시킨 후 주형이 되었던 설탕을 녹이는 방식으로 내부에 복수의 기공(111)을 갖도록 할 수 있다. 다만, 이러한 방법은 하나의 예시일 뿐 다양한 방법을 통해 제1 대전 물질(110)의 내부에 복수의 기공(111)을 포함하도록 제조할 수 있다. In addition, the first charge material 110 may have a plurality of pores 111 therein by injecting a liquid polymer into a porous sugar mold, curing it, and then melting the sugar that has become a mold. However, this method is merely an example, and can be manufactured to include a plurality of pores 111 in the first charge material 110 through various methods.

이에 따라, 제1 대전 물질(110)은 복수의 기공(111)을 포함하기 때문에 흡음을 통하여 소음을 제거할 수 있다. 음파는 전파해갈 때 다른 물질과 마찰하면서 음파 에너지가 다른 물질로 전달되어 그 크기가 감쇄된다. 이때 음파가 다른 물질과 접촉하는 표면적이 넓을수록 음파 에너지의 감쇄가 크게 나타난다. 따라서 음파가 제1 대전 물질(110)을 통과하는 경우 제1 대전 물질(110)에 포함된 복수의 기공(111)에 의해 제1 대전 물질(11)은 음파와 넓은 범위로 접촉하면서 음파 에너지를 크게 감쇄시킬 수 있다.Accordingly, since the first charge material 110 includes a plurality of pores 111, noise can be removed through sound absorption. When a sound wave propagates, the sound wave energy is transmitted to another material while rubbing against another material, and its size is attenuated. At this time, the larger the surface area where the sound wave comes in contact with the other material, the greater the attenuation of the sound energy. Accordingly, when the sound wave passes through the first charge material 110, the first charge material 11 contacts the sound wave in a wide range by the plurality of pores 111 included in the first charge material 110, It can greatly attenuate.

절연층(121)은 제1 대전 물질(110) 내에 삽입되며, 제2 대전 물질(120)은 절연층(121)으로 둘러싸여 있다. 이때 제2 대전 물질(120)은 전도성을 띄는 금속일 수 있으며, 와이어, 메시(mesh) 및 판 등의 형태를 가질 수 있다. 또한 절연층(121)은 예를 들면, 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)을 포함할 수 있다. 한편, 제2 대전 물질(120)의 절연층(121)은 제1 대전 물질(110)에 존재하는 기공(111)에 의해 일부분만 제1 대전 물질(110)과 접촉하며 외력이 가해지지 않을 경우 제1 대전 물질(110)의 접촉면과 전하의 평형을 이루고 있다. The insulating layer 121 is inserted into the first charging material 110 and the second charging material 120 is surrounded by the insulating layer 121. At this time, the second charge material 120 may be a conductive metal, and may have a shape of a wire, a mesh, a plate, or the like. The insulating layer 121 may also include, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE). The insulating layer 121 of the second charging material 120 contacts the first charging material 110 only partially by the pores 111 existing in the first charging material 110, And is in equilibrium with the contact surface of the first charge material 110 and the charge.

배선부(130)는 제1 대전 물질(110)과 제2 대전 물질(120)을 연결한다. 이때 배선부(130)는 제1 대전 물질(110)과 제2 대전 물질(120)간에 전하가 이동될 수 있도록 도선으로 제1 대전 물질(110)과 제2 대전 물질(120)을 연결할 수 있다. 이때 제1 대전 물질(110)에 작용하는 외력의 형태(압축력, 인장력 등)에 따라 제1 대전 물질(110)과 제2 대전 물질(120)간에 전하의 이동 방향이 달라지기 때문에, 배선부(130)는 도 7에 도시된 바와 같이 전하가 일정한 방향으로 이동하도록 정류하는 정류기(131)를 포함할 수 있고, 정류된 전하를 이용하는 부하(132) 또는 정류된 전하를 충전하는 배터리(133)를 포함할 수 있다. 이때 부하(132)는 각종 센서 등을 포함할 수 있다. 한편, 도 7에 도시된 정류기(131) 및 부하(132)의 연결 구조는 예시일 뿐으로 이에 한정되지 않는다. The wiring part 130 connects the first charging material 110 and the second charging material 120. The wiring part 130 may connect the first and second charging materials 110 and 120 with a conductive line so that charge can be transferred between the first charging material 110 and the second charging material 120 . Since the direction of charge transfer between the first charge material 110 and the second charge material 120 varies depending on the type of external force acting on the first charge material 110 (compressive force, tensile force, etc.) 130 may include a rectifier 131 for rectifying the charge to move in a predetermined direction as shown in FIG. 7, and may include a load 132 using rectified charge or a battery 133 for charging the rectified charge . At this time, the load 132 may include various sensors and the like. Meanwhile, the connection structure of the rectifier 131 and the load 132 shown in FIG. 7 is merely an example, and is not limited thereto.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 대전 발전기(100)가 작동하는 원리를 설명하기 위한 예시도이다. 2 is an exemplary diagram for explaining the principle of operation of the contact charging power generator 100 according to the first embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 제1 대전 물질(110)에 외력이 가해지지 않는 경우에는 제1 대전 물질(110)에 존재하는 기공(111)에 의해 제1 대전 물질(110)과 제2 대전 물질(120)의 절연층(121)은 서로 일부분만 접촉하고 있다. Referring to FIG. 2, when no external force is applied to the first charging material 110, the first charging material 110 and the second charging material (not shown) are removed by the pores 111 existing in the first charging material 110 120 are partially in contact with each other.

이때 제1 대전 물질(110)이 외력에 의해 압축되는 경우에 제1 대전 물질(110)의 기공(111)의 크기가 줄어들면서 제1 대전 물질(110)과 제2 대전 물질(120)의 절연층(121)이 접촉하는 면적이 상대적으로 커지게 된다. 이에 따라 제1 대전 물질(110)과 제2 대전 물질(120)의 절연층(121)간에 전하의 불균형이 발생하므로 전하의 평형을 이루기 위해 제1 대전 물질(110)로부터 제2 대전 물질(120)로 전하가 이동하게 된다. At this time, when the first charge material 110 is compressed by an external force, the size of the pores 111 of the first charge material 110 is reduced and the insulation between the first charge material 110 and the second charge material 120 The contact area of the layer 121 becomes relatively large. As a result, charge imbalance occurs between the first charging material 110 and the insulating layer 121 of the second charging material 120, so that the first charging material 110 and the second charging material 120 ).

이후, 제1 대전 물질(110)에 작용하는 외력이 제거되어 제1 대전 물질(110)의 형태가 복원되면, 기공(111)이 다시 원래 크기로 돌아오면서 다시 전하의 불균형이 발생하므로, 전하의 평형을 이루기 위해 제2 대전 물질(120)로부터 제1 대전 물질(110)로 전하가 이동하게 된다. Thereafter, when the external force acting on the first charge material 110 is removed and the shape of the first charge material 110 is restored, the pores 111 return to the original size again, Charge is transferred from the second charge material 120 to the first charge material 110 in order to achieve an equilibrium.

이와 같이, 제1 대전 물질(110)에 외력이 작용하거나 제거됨에 따라, 제1 대전 물질(110)과 제2 대전 물질(120)간에 전하가 이동하면서 전류가 흐르게 된다. As the external force is applied to or removed from the first charge material 110, electric current flows between the first charge material 110 and the second charge material 120 while electric charge moves.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어(10)의 단면도이다. 3 is a cross-sectional view of a tire 10 including a contact charging generator according to a first embodiment of the present invention.

본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어(10)는 타이어부(11) 및 접촉 대전 발전기(100)를 포함하며, 접촉 대전 발전기(100)의 제1 대전 물질(110)은 타이어부(11)의 내측에 마련될 수 있다. 이때 타이어부(11)와 지면이 맞닿은 부분에 수직 항력이 작용하며, 타이어부(11)가 회전함에 따라 지면과 맞닿은 부분에서 타이어부(11)의 압축과 복원이 반복하여 발생한다. 이에 따라, 제1 대전 물질(110)의 기공(111)의 크기가 변하여 제1 대전 물질(110)과 절연층(121)이 접촉하는 면적이 달라지면 전하의 불균형이 일어나므로 배선부(130)를 통해 제1 대전 물질(110)과 제2 대전 물질(120)간에 전하가 이동될 수 있다. A tire 10 including a contact charging electric generator according to the first embodiment of the present invention includes a tire portion 11 and a contact charging electric generator 100. The first charging material 110 of the contact charging electric generator 100, May be provided on the inner side of the tire portion 11. At this time, a vertical drag force acts on a portion where the tire section 11 abuts against the paper surface. As the tire section 11 rotates, the compression and restoration of the tire section 11 repeatedly occurs at a part abutting the paper surface. Accordingly, if the size of the pores 111 of the first charge material 110 is changed and the contact area between the first charge material 110 and the insulating layer 121 is changed, charge imbalance occurs, Charge can be transferred between the first charge material 110 and the second charge material 120 through the first charge material 110. [

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 대전 발전기(100)를 포함하는 타이어(10)가 회전하는 모습을 나타내는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a state in which the tire 10 including the contact charging electric generator 100 according to the first embodiment of the present invention rotates.

도 4에 도시된 바와 같이, 타이어부(11)가 시계 방향으로 회전하는 경우 타이어부(11)가 지면에 접촉하기 시작하는 부분에 마련된 제2 대전 물질(120a)의 절연층(121) 주변의 제1 대전 물질(110)은 기공(111)의 크기가 줄어들면서, 제1 대전 물질(110)이 절연층(121)과 접촉하는 표면적이 증가하므로 제2 대전 물질(120a)에서 제1 대전 물질(110)로 전하가 이동한다. As shown in FIG. 4, when the tire portion 11 rotates clockwise, a portion of the second charging material 120a, which is provided at a portion where the tire portion 11 starts to contact the ground, The size of the pores 111 of the first charge material 110 decreases and the surface area of the first charge material 110 in contact with the insulating layer 121 increases, (110).

또한 타이어부(11)가 지면에 접촉하였다가 떨어지기 시작하는 부분에 마련된 제2 대전 물질(120b)의 절연층(121) 주변의 제1 대전 물질(110)은 기공(111)의 크기가 복원되면서 제1 대전 물질(110)이 절연층(121)과 접촉하는 표면적이 감소하므로 제1 대전 물질(110)에서 제2 대전 물질(120b)로 전하가 이동한다.The first charging material 110 around the insulating layer 121 of the second charging material 120b provided at the portion where the tire portion 11 starts contacting with the ground begins to fall in the size of the pores 111 The surface area at which the first charge material 110 contacts the insulating layer 121 decreases, so that charge moves from the first charge material 110 to the second charge material 120b.

한편, 제2 대전 물질(120a) 또는 제2 대전 물질(120b)과 같이, 타이어부(11)의 중심축(12)에서 타이어부(11)의 어느 외면을 연결하는 반지름 상에 같이 위치하는 제2 대전 물질(120)들에는 동일한 방향에서 외력이 작용하기 때문에 전하의 이동방향이 같으므로, 도 5에 도시된 바와 같이 타이어부(11)의 중심축(12)에서 타이어부(11)의 어느 외면을 연결하는 반지름 상에 같이 위치하는 제2 대전 물질(120)들을 함께 정류기(131)에 연결할 수 있다. On the other hand, as in the case of the second charging material 120a or the second charging material 120b, the first charging material 120a and the second charging material 120b are arranged on the radial line connecting the outer surface of the tire portion 11 with the center axis 12 of the tire portion 11. [ 5, since the external force acts on the two charged materials 120 in the same direction, the charge direction of the two charged materials 120 is the same as that of the charged portion 120 of the tire portion 11 in the central axis 12 of the tire portion 11, The second charging materials 120 located on the radius connecting the outer surfaces can be connected to the rectifier 131 together.

도 6는 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어(10)의 배선부(130)를 설명하기 위한 예시도이다.6 is an exemplary view for explaining a wiring portion 130 of a tire 10 including a contact charging power generator according to the first embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 타이어부(11)의 중심축(12)에서 타이어부(11)의 어느 외면을 연결하는 반지름 상에 같이 위치하는 제2 대전 물질(120)들을 함께 하나의 정류기(131)에 연결할 수 있으며, 각각의 정류기(131)에 연결된 제2 대전 물질(120)들로부터 이동하는 전하는 방향이 다르더라도, 각각의 정류기(131)를 통과한 전하들은 같은 방향으로 이동하므로 정류기(131)에 연결된 부하(132) 또는 배터리(133)는 일정한 방향으로 흐르는 전류를 이용할 수 있다. 6, the second charging materials 120 located on the radius connecting the outer surfaces of the tire part 11 to the center axis 12 of the tire part 11 are connected together by one rectifier 131, And the electric charges passing through the respective rectifiers 131 move in the same direction even if the directions of electric charge moving from the second charging materials 120 connected to the respective rectifiers 131 are different, The load 132 connected to the battery 133 or the battery 133 can use a current flowing in a certain direction.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 대전 발전기(200)의 구성도이다.8 is a configuration diagram of the contact charging power generator 200 according to the second embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 대전 발전기(200)는 절연 물질(210), 대전 물질(220) 및 배선부(230)를 포함한다. 이때 절연 물질(210)의 형상이 외력에 의해 변형되면 절연 물질(210)과 접촉하고 있는 대전 물질(220)의 표면에서 전하의 불균형이 일어난다. 이에 따라, 전하의 평형을 이루기 위해 대전 물질(220)과 접지간에 전하가 배선부(230)를 통해 이동하는 현상을 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있다. Referring to FIG. 8, the contact charging power generator 200 according to the second embodiment of the present invention includes an insulating material 210, a charging material 220, and a wiring portion 230. At this time, if the shape of the insulating material 210 is deformed by an external force, a charge imbalance occurs on the surface of the charging material 220 which is in contact with the insulating material 210. Accordingly, electric energy can be generated by using the phenomenon that charge moves between the charging material 220 and the ground through the wiring part 230 in order to balance charges.

절연 물질(210)은 외력에 의해 형상이 변하는 복수의 기공(211)을 포함할 수 있다. 이때 절연 물질(210)은 탄성을 갖도록 예를 들면 실리콘 고무 및 PDMS(Polydimethylsiloxane) 등을 포함하는 폴리머(polymer)로 구성될 수 있다. The insulating material 210 may include a plurality of pores 211 whose shape is changed by an external force. In this case, the insulating material 210 may be made of a polymer including elasticity such as silicone rubber and PDMS (Polydimethylsiloxane).

또한 절연 물질(210)은 다공성의 설탕 주형에 액상의 폴리머를 주입하여 경화시킨 후 주형이 되었던 설탕을 녹이는 방식으로 내부에 복수의 기공(211)을 갖도록 할 수 있다. 다만, 이러한 방법은 하나의 예시일 뿐 다양한 방법을 통해 절연 물질(210)의 내부에 복수의 기공(211)을 포함하도록 제조할 수 있다. In addition, the insulating material 210 may have a plurality of pores 211 therein in such a manner that a liquid polymer is injected into a porous sugar mold and cured, and then sugar, which has become a mold, is melted. However, this method is merely an example, and may be manufactured to include a plurality of pores 211 inside the insulating material 210 through various methods.

이에 따라, 절연 물질(210)은 복수의 기공(211)을 포함하기 때문에 흡음을 통하여 소음을 제거할 수 있다. 음파는 전파해갈 때 다른 물질과 마찰하면서 음파 에너지가 다른 물질로 전달되어 그 크기가 감쇄된다. 이때 음파가 다른 물질과 접촉하는 표면적이 넓을수록 음파 에너지의 감쇄가 크게 나타난다. 따라서 음파가 절연 물질(210)을 통과하는 경우 절연 물질(210)에 포함된 복수의 기공(211)에 의해 절연 물질(210)은 음파와 넓은 범위로 접촉하면서 음파 에너지를 크게 감쇄시킬 수 있다. Accordingly, since the insulating material 210 includes a plurality of pores 211, noise can be removed through sound absorption. When a sound wave propagates, the sound wave energy is transmitted to another material while rubbing against another material, and its size is attenuated. At this time, the larger the surface area where the sound wave comes in contact with the other material, the greater the attenuation of the sound energy. Accordingly, when the sound wave passes through the insulating material 210, the insulating material 210 can greatly attenuate the sound wave energy by making contact with the sound wave in a wide range by the plurality of pores 211 included in the insulating material 210.

대전 물질(220)은 절연 물질(210)에 삽입된다. 이때 대전 물질(220)은 전도성을 띄는 금속일 수 있으며, 와이어, 메시(mesh) 및 판 등의 형태를 가질 수 있다. 한편, 대전 물질(220)은 절연 물질(210)에 존재하는 기공(211)에 의해 일부분만 절연 물질(210)과 접촉하며 외력이 가해지지 않을 경우 절연 물질(210)의 접촉면과 전하의 평형을 이루고 있다. The charging material 220 is inserted into the insulating material 210. At this time, the charging material 220 may be a conductive metal, and may have a shape such as a wire, a mesh, and a plate. The charging material 220 contacts only a part of the insulating material 210 by the pores 211 existing in the insulating material 210 and when the external force is not applied, .

배선부(230)는 대전 물질(220)과 접지를 연결한다. 이때 배선부(230)는 대전 물질(220)과 접지간에 전하가 이동될 수 있도록 도선으로 대전 물질(220)과 접지를 연결할 수 있다. 이때 절연 물질(210)에 작용하는 외력의 형태(압축력, 인장력 등)에 따라 대전 물질(220)과 접지간에 전하의 이동 방향이 달라지기 때문에, 배선부(230)는 도 14에 도시된 바와 같이 전하가 일정한 방향으로 이동하도록 정류하는 정류기(231)를 포함할 수 있고, 정류된 전하를 이용하는 부하(232) 또는 정류된 전하를 충전하는 배터리(233)를 포함할 수 있다. 이때 부하(232)는 각종 센서 등을 포함할 수 있다. 한편, 도 14에 도시된 정류기(231) 및 부하(232)의 연결 구조는 예시일 뿐으로 이에 한정되지 않는다.The wiring part 230 connects the charging material 220 and the ground. At this time, the wiring part 230 may connect the charging material 220 and the ground with a wire so that the charge can move between the charging material 220 and the ground. 14, since the direction of the electric charge moves between the charging material 220 and the ground according to the type of external force (compressive force, tensile force, etc.) acting on the insulating material 210, And may include a rectifier 231 rectifying the charge to move in a certain direction, and may include a load 232 using the rectified charge or a battery 233 charging the rectified charge. At this time, the load 232 may include various sensors and the like. Meanwhile, the connection structure of the rectifier 231 and the load 232 shown in FIG. 14 is merely an example, and is not limited thereto.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 대전 발전기(200)가 작동하는 원리를 설명하기 위한 예시도이다. 9 is an exemplary diagram for explaining the principle of operation of the contact charging electric generator 200 according to the second embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 절연 물질(210)에 외력이 가해지지 않는 경우에는 절연 물질(210)에 존재하는 기공(211)에 의해 절연 물질(210)과 대전 물질(220)은 서로 일부분만 접촉하고 있다. 9, when an external force is not applied to the insulating material 210, the insulating material 210 and the charging material 220 are partially in contact with each other by the pores 211 existing in the insulating material 210 have.

이때 절연 물질(210)이 외력에 의해 압축되는 경우에 절연 물질(210)의 기공(211)의 크기가 줄어들면서 절연 물질(210)과 대전 물질(220)이 접촉하는 면적이 상대적으로 커지게 된다. 이에 따라 절연 물질(210)과 대전 물질(220)간에 전하의 불균형이 발생하므로 전하의 평형을 이루기 위해 접지에서 대전 물질(220)로 전하가 이동하게 된다. At this time, when the insulating material 210 is compressed by an external force, the size of the pores 211 of the insulating material 210 is reduced, and the area in which the insulating material 210 and the charging material 220 are in contact with each other is relatively increased . As a result, charge is imbalanced between the insulating material 210 and the charging material 220, so that the charge moves from the ground to the charging material 220 in order to balance the charge.

이후, 절연 물질(210)에 작용하는 외력이 제거되어 절연 물질(210)의 형태가 복원되면, 기공(211)이 다시 원래 크기로 돌아오면서 다시 전하의 불균형이 발생하므로, 전하의 평형을 이루기 위해 대전 물질(220)로부터 접지로 전하가 이동하게 된다. Thereafter, when the external force acting on the insulating material 210 is removed and the shape of the insulating material 210 is restored, the pores 211 are again returned to their original size, and the imbalance of the charges is generated again. The charge moves from the charge material 220 to the ground.

이와 같이, 절연 물질(210)에 외력이 작용하거나 제거됨에 따라, 대전 물질(220)과 접지간에 전하가 이동하면서 전류가 흐르게 된다. As the external force is applied to or removed from the insulating material 210, electric current flows between the charging material 220 and the ground while electric charges move.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어(20)의 단면도이다. 10 is a cross-sectional view of a tire 20 including a contact charging electric generator according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어(20)는 타이어부(21) 및 접촉 대전 발전기(200)를 포함하며, 접촉 대전 발전기(200)의 절연 물질(210)은 타이어부(21)의 내측에 마련될 수 있다. 이때 타이어부(21)와 지면이 맞닿은 부분에 수직 항력이 작용하며, 타이어부(21)가 회전함에 따라 지면과 맞닿은 부분에서 타이어부(21)의 압축과 복원이 반복하여 발생한다. 이에 따라, 절연 물질(210)의 기공(211)의 크기가 변하여 절연 물질(210)과 대전 물질(220)이 접촉하는 면적이 달라지면 전하의 불균형이 일어나므로 배선부(230)를 통해 대전 물질(220)과 접지간에 전하가 이동될 수 있다.The tire 20 including the contact charging electric generator according to the second embodiment of the present invention includes the tire portion 21 and the contact charging electric generator 200 and the insulating material 210 of the contact charging electric generator 200 is a tire As shown in Fig. At this time, a vertical drag force acts on a portion of the tire portion 21 which abuts against the ground. As the tire portion 21 rotates, the compression and restoration of the tire portion 21 repeatedly occurs at a portion abutting the ground. Accordingly, if the size of the pores 211 of the insulating material 210 changes and an area of contact between the insulating material 210 and the charging material 220 changes, charge imbalance occurs. Therefore, the charging material 220 and ground.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 대전 발전기(200)를 포함하는 타이어(20)가 회전하는 모습을 나타내는 단면도이다.11 is a cross-sectional view showing a state in which a tire 20 including a contact charging electric generator 200 according to a second embodiment of the present invention is rotated.

도 11에 도시된 바와 같이, 타이어 (20)가 시계 방향으로 회전하는 경우 타이어부(21)가 지면에 접촉하기 시작하는 부분에 마련된 대전 물질(220a) 주변의 절연 물질(210)은 기공(211)의 크기가 줄어들면서, 절연 물질(210)과 대전 물질(220a)이 접촉하는 표면적이 증가하므로 접지에서 대전 물질(220a)로 전하가 이동한다. 11, the insulating material 210 around the charging material 220a provided at a portion where the tire portion 21 starts to contact the ground when the tire 20 rotates in the clockwise direction passes through the pores 211 The amount of surface contact between the insulating material 210 and the charging material 220a increases so that charge moves from the ground to the charging material 220a.

또한 타이어부(21)가 지면에 접촉하였다가 떨어지기 시작하는 부분에 마련된 대전 물질(220b) 주변의 절연 물질(210)은 기공(211)의 크기가 복원되면서, 절연 물질(210)과 대전 물질(220b)이 접촉하는 표면적이 감소하므로 대전 물질(220b)에서 접지로 전하가 이동한다.The insulating material 210 around the charging material 220b provided at the portion where the tire portion 21 starts to fall after the ground contact is restored to the insulating material 210 and the charging material The surface area contacted by the charging member 220b decreases, so that charge moves from the charging member 220b to the ground.

한편, 대전 물질(220a) 또는 대전 물질(220b)과 같이, 타이어부(21)의 중심축(22)에서 타이어부(21)의 어느 외면을 연결하는 반지름 상에 같이 위치하는 대전 물질(220)들에는 동일한 방향에서 외력이 작용하기 때문에 전하의 이동방향이 같으므로, 도 12에 도시된 바와 같이 타이어부(21)의 중심축(22)에서 타이어부(21)의 어느 외면을 연결하는 반지름 상에 같이 위치하는 제2 대전 물질(220)들을 함께 정류기(231)에 연결할 수 있다.The charging member 220 positioned on the radius connecting the outer surface of the tire unit 21 with the center axis 22 of the tire unit 21, such as the charging member 220a or the charging member 220b, The radial direction connecting the outer surface of the tire portion 21 with the center axis 22 of the tire portion 21 is set to be the same as the direction of the outer surface of the tire portion 21, The second charging materials 220 located at the same position of the first charging member 220 can be connected to the rectifier 231 together.

도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어(20)의 배선부(230)를 설명하기 위한 예시도이다.13 is an exemplary view for explaining the wiring portion 230 of the tire 20 including the contact charging electric generator according to the second embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 타이어부(21)의 중심축(22)에서 타이어부(21)의 어느 외면을 연결하는 반지름 상에 같이 위치하는 대전 물질(220)들을 함께 하나의 정류기(231)에 연결할 수 있으며, 각각의 정류기(231)에 연결된 대전 물질(220)들로부터 이동하는 전하는 방향이 다르더라도, 각각의 정류기(231)를 통과한 전하들은 같은 방향으로 이동하므로 정류기(231)에 연결된 부하(232) 또는 배터리(233)는 일정한 방향으로 흐르는 전류를 이용할 수 있다. 13, the charging materials 220 located on the radius connecting the outer surfaces of the tire portion 21 at the central axis 22 of the tire portion 21 are connected together to one rectifier 231 And the electric charges passing through the respective rectifiers 231 move in the same direction even if the directions of electric charge moving from the charged materials 220 connected to the respective rectifiers 231 are different, 232 or the battery 233 can use a current flowing in a certain direction.

상술한 실시예에 따르면, 타이어(11, 21)가 회전함에 따라 타이어(11, 21)에 압축과 복원이 지속적으로 발생하는 현상을 이용하여 자체적으로 전기 에너지를 생산할 수 있으므로, 타이어(11, 21) 내부의 센서들을 배터리 없이 구동하거나 타이어 내부에 탑재된 배터리를 외부 전원 없이 스스로 충전하도록 할 수 있다. 이에 따라, 타이어(11, 21)에 IoT 등의 기술을 손쉽게 접목할 수 있으며 친환경적 방법으로 에너지를 생산함으로써 환경오염을 억제할 수 있다.According to the above-described embodiment, electric energy can be produced by itself by utilizing the phenomenon that compression and recovery are continuously generated in the tires 11 and 21 as the tires 11 and 21 rotate. Therefore, the tires 11 and 21 ) Internal sensors can be driven without a battery or a battery mounted inside a tire can be charged by itself without an external power source. Accordingly, technologies such as IoT can be easily applied to the tires 11 and 21, and environmental pollution can be suppressed by producing energy by an environmentally friendly method.

또한 또한 다수의 기공(111, 211)을 포함하는 스펀지 형태의 물질(110, 210)을 접촉 대전 발전기(100, 200)의 구성으로 하므로 타이어(11, 21)에서 발생하는 소음을 효과적으로 차단할 수 있다. In addition, since the sponge-type materials 110 and 210 including the plurality of pores 111 and 211 are constituted by the contact charging generators 100 and 200, the noise generated in the tires 11 and 21 can be effectively blocked .

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Thus, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. It is intended that the present invention covers the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents. .

10: 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어
11: 타이어부
12: 중심축
100: 접촉 대전 발전기
110: 제1 대전 물질
111: 기공
120: 제2 대전 물질
121: 절연층
130: 배선부
131: 정류기
132: 부하
133: 배터리
20: 접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어
21: 타이어부
22: 중심축
200: 접촉 대전 발전기
210: 절연 물질
211: 기공
220: 대전 물질
230: 배선부
231: 정류기
232: 부하
233: 배터리
10: Tire including contact charging generator
11: Tire section
12: center axis
100: contact charging generator
110: first charge material
111: Groundwork
120: Second charge material
121: Insulating layer
130: wiring part
131: rectifier
132: Load
133: Battery
20: Tire with contact charging generator
21: tire portion
22: center axis
200: contact charging generator
210: Insulating material
211: Porcelain
220: charge material
230: wiring part
231: Rectifier
232: Load
233: Battery

Claims (32)

외력에 의해 형상이 변하는 복수의 기공을 포함하는 제1 대전 물질;
상기 제1 대전 물질 내에 삽입된 절연층;
상기 절연층에 의해 둘러싸인 제2 대전 물질; 및
상기 제1 대전 물질과 상기 제2 대전 물질을 연결하는 배선부를 포함하고,
상기 기공의 형상이 변하여 상기 제1 대전 물질과 상기 절연층이 접촉하는 면적이 달라지는 경우, 상기 배선부를 통해 상기 제1 대전 물질과 상기 제2 대전 물질 간에 전하가 이동하는
접촉 대전 발전기.
A first charge material including a plurality of pores whose shapes are changed by an external force;
An insulating layer inserted in the first charge material;
A second charge material surrounded by the insulating layer; And
And a wiring portion connecting the first charging material and the second charging material,
When the shape of the pores changes and an area of contact between the first charge material and the insulating layer changes, charge moves between the first charge material and the second charge material through the wiring portion
Contact charging generator.
제1항에 있어서,
상기 제1 대전 물질은,
폴리머(polymer)인
접촉 대전 발전기.
The method according to claim 1,
The first chargeable material is a charge-
Polymer
Contact charging generator.
제2항에 있어서,
상기 제1 대전 물질은,
실리콘 고무 및 PDMS(Polydimethylsiloxane) 중 적어도 어느 하나로 이루어진
접촉 대전 발전기.
3. The method of claim 2,
The first chargeable material is a charge-
Silicone rubber and PDMS (Polydimethylsiloxane).
Contact charging generator.
제2항에 있어서,
상기 제1 대전 물질은,
전도성을 띄는 카본 블랙, 카본나노튜브 및 탄화규소 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하는
접촉 대전 발전기.
3. The method of claim 2,
The first chargeable material is a charge-
A material containing at least one of carbon black, carbon nanotubes, and silicon carbide having conductivity,
Contact charging generator.
제1항에 있어서,
상기 제2 대전 물질은,
전도성을 띄는 금속을 포함하는
접촉 대전 발전기.
The method according to claim 1,
Wherein the second chargeable material is a charge-
Containing a conductive metal
Contact charging generator.
제1항에 있어서,
상기 제2 대전 물질은,
와이어, 메시(mesh) 및 판 중 적어도 어느 하나의 형태를 가지는
접촉 대전 발전기.
The method according to claim 1,
Wherein the second chargeable material is a charge-
Having a shape of at least one of a wire, a mesh,
Contact charging generator.
제1항에 있어서,
상기 절연층은,
폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)을 포함하는
접촉 대전 발전기.
The method according to claim 1,
Wherein the insulating layer
Including polytetrafluoroethylene (PTFE)
Contact charging generator.
제1항에 있어서,
상기 배선부는,
상기 제1 대전 물질과 상기 제2 대전 물질 간에 이동하는 전하를 일 방향으로 정류하는 정류기를 포함하는
접촉 대전 발전기.
The method according to claim 1,
Wherein,
And a rectifier for rectifying the charge moving between the first charge material and the second charge material in one direction
Contact charging generator.
제8항에 있어서,
상기 배선부는,
상기 정류기가 정류한 상기 전하를 이용하는 부하 또는 배터리를 더 포함하는
접촉 대전 발전기.
9. The method of claim 8,
Wherein,
Further comprising a load or a battery using the charge rectified by the rectifier
Contact charging generator.
타이어부;
상기 타이어부의 내측에 마련되고 외력에 의해 형상이 변하는 복수의 기공을 포함하는 제1 대전 물질;
상기 제1 대전 물질 내에 삽입된 절연층;
상기 절연층에 의해 둘러싸인 제2 대전 물질; 및
상기 제1 대전 물질과 상기 제2 대전 물질을 연결하는 배선부를 포함하고,
상기 타이어부가 회전하면서 상기 타이어부에 수직 항력이 작용하는 지점이 변함에 따라 상기 기공의 형상이 변하여 상기 제1 대전 물질과 상기 절연층이 접촉하는 면적이 달라지는 경우, 상기 배선부를 통해 상기 제1 대전 물질과 상기 제2 대전 물질 간에 전하가 이동하는
접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어.
A tire portion;
A first charging material provided inside the tire portion and including a plurality of pores whose shape is changed by an external force;
An insulating layer inserted in the first charge material;
A second charge material surrounded by the insulating layer; And
And a wiring portion connecting the first charging material and the second charging material,
When the area of contact of the first charged material with the insulating layer changes due to a change in the shape of the pores as a point at which a vertical drag acts on the tire portion while the tire rotates, Charge moves between the material and the second charged material
Tires containing contact charging generators.
제10항에 있어서,
상기 배선부는,
상기 타이어부의 중심축에서 상기 타이어부의 어느 외면을 연결하는 반지름 상에 위치하는 상기 제2 대전 물질의 각각과 상기 제1 대전 물질 간에 이동하는 전하를 일 방향으로 정류하는 정류기를 포함하는
접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어.
11. The method of claim 10,
Wherein,
And a rectifier for rectifying the charge moving between each of the second charging materials and the first charging material located on a radius connecting an outer surface of the tire portion with the center axis of the tire portion in one direction
Tires containing contact charging generators.
제11항에 있어서,
상기 배선부는
상기 정류기가 정류한 상기 전하를 이용하는 부하 또는 배터리를 더 포함하는
접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어.
12. The method of claim 11,
The wiring portion
Further comprising a load or a battery using the charge rectified by the rectifier
Tires containing contact charging generators.
제10항에 있어서,
상기 제1 대전 물질은,
폴리머(polymer)인
접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어.
11. The method of claim 10,
The first chargeable material is a charge-
Polymer
Tires containing contact charging generators.
제13항에 있어서,
상기 제1 대전 물질은,
실리콘 고무 및 PDMS(Polydimethylsiloxane) 중 적어도 어느 하나로 이루어진
접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어.
14. The method of claim 13,
The first chargeable material is a charge-
Silicone rubber and PDMS (Polydimethylsiloxane).
Tires containing contact charging generators.
제13항에 있어서,
상기 제1 대전 물질은,
전도성을 띄는 카본 블랙, 카본나노튜브 및 탄화규소 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하는
접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어.
14. The method of claim 13,
The first chargeable material is a charge-
A material containing at least one of carbon black, carbon nanotubes, and silicon carbide having conductivity,
Tires containing contact charging generators.
제10항에 있어서,
상기 제2 대전 물질은,
전도성을 띄는 금속을 포함하는
접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어.
11. The method of claim 10,
Wherein the second chargeable material is a charge-
Containing a conductive metal
Tires containing contact charging generators.
제10항에 있어서,
상기 제2 대전 물질은,
와이어, 메시(mesh) 및 판 중 적어도 어느 하나의 형태를 가지는
접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어.
11. The method of claim 10,
Wherein the second chargeable material is a charge-
Having a shape of at least one of a wire, a mesh,
Tires containing contact charging generators.
제10항에 있어서,
상기 절연층은,
폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)을 포함하는
접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어.
11. The method of claim 10,
Wherein the insulating layer
Including polytetrafluoroethylene (PTFE)
Tires containing contact charging generators.
외력에 의해 형상이 변하는 복수의 기공을 포함하는 절연 물질;
상기 절연 물질에 삽입되는 대전 물질; 및
상기 대전 물질을 접지에 연결하는 배선부를 포함하고,
상기 기공의 형상이 변하여 상기 대전 물질과 상기 절연 물질이 접촉하는 면적이 달라지는 경우, 상기 배선부를 통해 상기 대전 물질과 상기 접지 간에 전하가 이동하는
접촉 대전 발전기.
An insulating material including a plurality of pores whose shapes are changed by an external force;
A charge material inserted into the insulating material; And
And a wiring portion connecting the charging material to the ground,
When the shape of the pores changes and an area of contact between the charged material and the insulating material changes, an electric charge moves between the charged material and the ground through the wiring portion
Contact charging generator.
제19항에 있어서,
상기 절연 물질은,
폴리머(polymer)인
접촉 대전 발전기.
20. The method of claim 19,
Wherein the insulating material
Polymer
Contact charging generator.
제20항에 있어서,
상기 절연 물질은,
실리콘 고무 및 PDMS(Polydimethylsiloxane) 중 적어도 하나로 이루어진
접촉 대전 발전기.
21. The method of claim 20,
Wherein the insulating material
Silicone rubber and PDMS (Polydimethylsiloxane).
Contact charging generator.
제19항에 있어서,
상기 대전 물질은,
전도성을 띄는 금속을 포함하는
접촉 대전 발전기.
20. The method of claim 19,
The charging material may include,
Containing a conductive metal
Contact charging generator.
제19항에 있어서,
상기 대전 물질은,
와이어, 메시(mesh) 및 판 중 적어도 어느 하나의 형태를 가지는
접촉 대전 발전기.
20. The method of claim 19,
The charging material may include,
Having a shape of at least one of a wire, a mesh,
Contact charging generator.
제19항에 있어서,
상기 배선부는,
상기 대전 물질과 상기 접지 간에 이동하는 전하를 일 방향으로 정류하는 정류기를 포함하는
접촉 대전 발전기.
20. The method of claim 19,
Wherein,
And a rectifier rectifying the charge moving between the charged material and the ground in one direction
Contact charging generator.
제24항에 있어서,
상기 배선부는,
상기 정류기가 정류한 상기 전하를 이용하는 부하 또는 배터리를 더 포함하는
접촉 대전 발전기.
25. The method of claim 24,
Wherein,
Further comprising a load or a battery using the charge rectified by the rectifier
Contact charging generator.
타이어부;
상기 타이어부의 내측에 마련되고 외력에 의해 형상이 변하는 복수의 기공을 포함하는 절연 물질;
상기 절연 물질에 삽입되는 대전 물질; 및
상기 대전 물질을 접지에 연결하는 배선부를 포함하고,
상기 타이어부가 회전하면서 상기 타이어부에 수직 항력이 작용하는 지점이 변함에 따라 상기 기공의 형상이 변하여 상기 대전 물질과 상기 절연 물질이 접촉하는 면적이 달라지는 경우, 상기 배선부를 통해 상기 대전 물질과 상기 접지 간에 전하가 이동하는
접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어.
A tire portion;
An insulating material provided inside the tire portion and including a plurality of pores whose shape is changed by an external force;
A charge material inserted into the insulating material; And
And a wiring portion connecting the charging material to the ground,
When the shape of the pores changes as the point at which the perpendicular force acts on the tire portion while the tire rotates, and the area of contact between the charging material and the insulating material changes, the charging material and the ground The charge moves between
Tires containing contact charging generators.
제26항에 있어서,
상기 배선부는,
상기 타이어부의 중심축에서 상기 타이어부의 어느 외면을 연결하는 반지름 상에 위치하는 상기 대전 물질의 각각과 상기 접지 간에 이동하는 전하를 일 방향으로 정류하는 정류기를 포함하는
접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어.
27. The method of claim 26,
Wherein,
And a rectifier rectifying in one direction the charge moving between each of the charging materials and the ground located on a radius connecting an outer surface of the tire portion with the center axis of the tire portion
Tires containing contact charging generators.
제27항에 있어서,
상기 배선부는,
상기 정류기가 정류한 상기 전하를 이용하는 부하 또는 배터리를 더 포함하는
접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어.
28. The method of claim 27,
Wherein,
Further comprising a load or a battery using the charge rectified by the rectifier
Tires containing contact charging generators.
제26항에 있어서,
상기 절연 물질은,
폴리머(polymer)인
접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어.
27. The method of claim 26,
Wherein the insulating material
Polymer
Tires containing contact charging generators.
제29항에 있어서,
상기 절연 물질은,
실리콘 고무 및 PDMS(Polydimethylsiloxane) 중 적어도 하나로 이루어진
접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어.
30. The method of claim 29,
Wherein the insulating material
Silicone rubber and PDMS (Polydimethylsiloxane).
Tires containing contact charging generators.
제26항에 있어서,
상기 대전 물질은,
전도성을 띄는 금속을 포함하는
접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어.
27. The method of claim 26,
The charging material may include,
Containing a conductive metal
Tires containing contact charging generators.
제26항에 있어서,
상기 대전 물질은,
와이어, 메시(mesh) 및 판 중 적어도 어느 하나의 형태를 가지는
접촉 대전 발전기를 포함하는 타이어.
27. The method of claim 26,
The charging material may include,
Having a shape of at least one of a wire, a mesh,
Tires containing contact charging generators.
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