KR20190109898A - Energy harvesting device having voltage distribution structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자에 관한 것이다.The present invention relates to an energy harvesting device having a voltage distribution structure.
에너지 하베스팅(Energy harvesting)은 환경에서 얻을 수 있는 에너지를 수확하여 전력으로 변환하는 기술분야를 말한다. 우리 주변 환경에는 열, 진동, 바람, 강우 등의 다양한 형태의 에너지가 존재하며, 이러한 미약한 에너지의 흐름을 수확 및 변형하여 이용가능한 전력으로 변환할 수 있다.Energy harvesting refers to a technology that harvests energy from the environment and converts it into electricity. In our environment, there are various forms of energy, such as heat, vibration, wind, and rainfall, which can be harvested, transformed, and converted into usable power.
마찰대전(triboelectric) 현상을 이용한 에너지 하베스팅 소자는 외부에서 공급되는 물리적인 움직임에 의하여 서로 다른 대전서열을 갖는 물질이 서로 접촉/분리 또는 슬라이딩 등의 방식으로 마찰이 발생되면, 마찰에 의하여 정전기에 따른 유도전기가 생성되고 이러한 유도전기를 저장장치에 저장하는 방식으로 에너지를 수확한다. Energy harvesting devices using triboelectric phenomena are subject to static electricity when friction occurs in a manner such as contact / separation or sliding of materials with different charge sequences by physical movement supplied from the outside. According to the induced electricity is generated and harvesting energy in such a manner that stores the induced electricity in the storage device.
압전(piezo) 현상을 이용한 에너지 하베스팅 소자는 특정 종류의 결정물질에 특정 방향에서 압력을 가하면 물질의 결정구조에 따라 압력에 비례하도록 유도되는 양, 음 전하를 저장장치에 저장하는 방식으로 에너지를 수확한다. An energy harvesting device using piezo phenomenon stores energy by storing positive and negative charges in a storage device when pressure is applied to a specific type of crystalline material in a specific direction in accordance with the crystal structure of the material. Harvest
마찰대전 또는 압전 방식을 이용하여 전기에너지를 생산하기 위하여 다양한 구조가 연구되고 있다. 그러나, 압전방식의 발전소자에 관한 대부분의 연구는 압전현상을 발생시키는 물질 자체를 개량하여 발전량을 향상시키거나, 구체적인 용도에 따라 특정한 구조를 갖는 발전장치를 개발하는 것을 주된 목적으로 하고 있다. 이러한 연구에 따라 발전량이 증가되더라도 저장장치에 에너지를 저장하는 과정에서 전기소자 등의 한계로 인하여 일정 전압 이상의 에너지를 저장하지 못하는 문제가 있다.Various structures have been studied to produce electrical energy using triboelectric charging or piezoelectric methods. However, most researches on piezoelectric power generators aim to improve the amount of power generated by improving the material generating piezoelectric phenomena or to develop a power generator having a specific structure according to a specific use. According to these studies, even if the amount of power generation is increased, there is a problem in that energy cannot be stored above a certain voltage due to limitations of electric elements in the process of storing energy in the storage device.
본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 외부 환경으로부터 압전방식 또는 마찰대전 방식을 이용하여 전기에너지를 효율적으로 회수하기 위한 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 장치를 제공하기 위한 것이다.An object according to an embodiment of the present invention is to provide an energy harvesting apparatus having a voltage distribution structure for efficiently recovering electrical energy using a piezoelectric method or a triboelectric charging method from an external environment.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 외부에서 가해지는 압력에 의해 압전 발전소자의 전극에 형성되는 전기에너지 및/또는 대전서열이 다른 물질이 접촉함으로 인하여 마찰대전 발전소자의 전극에 형성되는 전기에너지를 적어도 하나 이상의 부가전극으로 분배하여 출력할 수 있는 전압분배구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자를 제공하기 위한 것이다.In addition, an object according to an embodiment of the present invention, the electrical energy formed on the electrode of the piezoelectric power generator by the pressure applied from the outside and / or the electrical energy formed on the electrode of the triboelectric charging power plant due to the contact of a material having a different charging sequence An energy harvesting device having a voltage distribution structure capable of distributing and outputting energy to at least one additional electrode.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 압전현상 또는 마찰대전 현상에 의한 전기에너지가 출력되는 한 쌍의 기본전극에 절연층과 부가전극이 순서대로 적어도 하나 이상 번갈아 적층되는 구조의 부가전극모듈을 형성하여, 기본전극에 유도된 전기에너지가 부가전극에 전위차를 생성하고, 기본전극 및 부가전극으로부터 전기를 분배하여 인출할 수 있는 전압분배구조를 갖는 압전 발전소자를 제공하기 위한 것이다.In addition, an object according to an embodiment of the present invention is an additional electrode having a structure in which an insulating layer and an additional electrode are alternately stacked on the pair of base electrodes in which electrical energy is output by piezoelectric or triboelectric charging. The present invention provides a piezoelectric power generator having a voltage distribution structure in which a module is formed, and electrical energy induced in the base electrode generates a potential difference in the additional electrode and distributes and draws electricity from the base electrode and the additional electrode.
본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자는, 한 쌍의 상측 기본전극 및 하측 기본전극을 통하여 교류 전기를 출력하는 발전소자, 상기 상측 기본전극 상에, 순서대로 번갈아 적층되는 적어도 하나 이상의 상측 절연층 및 적어도 하나 이상의 상측 부가전극을 포함하는 상측 전압분배모듈, 및 상기 상측 전압분배모듈과 한 쌍을 이루며, 상기 하측 기본전극 상에, 순서대로 번갈아 적층되는 적어도 하나 이상의 하측 절연층 및 적어도 하나 이상의 하측 부가전극을 포함하는 하측 전압분배모듈을 포함할 수 있다. Energy harvesting device having a voltage distribution structure according to an embodiment of the present invention, the power generator for outputting alternating current through a pair of the upper base electrode and the lower base electrode, alternately stacked on the upper base electrode, in order An upper voltage distribution module including at least one upper insulating layer and at least one upper additional electrode, and a pair with the upper voltage distribution module, and at least one lower side alternately stacked on the lower basic electrode It may include a lower voltage distribution module including an insulating layer and at least one lower additional electrode.
또한, 상기 발전소자는 상기 상측 기본전극과 상기 하측 기본전극 사이에, 외부에서 가해지는 압력에 의하여 전기에너지를 생성하는 압전체가 형성된 압전 발전소자이며, 상기 압전체에 가해지는 압력에 의해 생성되는 전기에너지가 상기 상측 기본전극 및 하측 기본전극과, 상기 상측 부가전극 및 상기 하측 부가전극으로 분배되어 출력될 수 있다. In addition, the power generator is a piezoelectric power generator is formed between the upper base electrode and the lower base electrode, a piezoelectric power generating electric energy by the pressure applied from the outside, the electrical energy generated by the pressure applied to the piezoelectric The upper basic electrode and the lower basic electrode, the upper additional electrode and the lower additional electrode may be distributed and output.
또한, 상기 발전소자는 상측 기본전극과 상기 하측 기본전극이 이격되도록 마련되고, 상기 상측 기본전극 또는 하측 기본전극에 접촉하여 마찰대전을 발생시키는 대전체가 형성된 마찰대전 발전소자이며, 상기 대전체와 상측 기본전극 또는 하측 기본전극의 접촉에 의하여 생성되는 전기에너지가 상기 상측 기본전극 및 하측 기본전극과, 상기 상측 부가전극 및 상기 하측 부가전극으로 분배되어 출력될 수 있다. In addition, the power generator is a triboelectric charge generator that is provided so that the upper base electrode and the lower base electrode is spaced apart, the contact is formed in contact with the upper base electrode or the lower base electrode to generate a triboelectric charge, the charge and the upper side Electrical energy generated by the contact of the base electrode or the lower base electrode may be distributed and output to the upper base electrode and the lower base electrode, the upper additional electrode and the lower additional electrode.
또한, 상기 발전소자로부터 가까이 위치하는 전극의 면적보다 멀리 위치하는 전극의 면적이 크게 형성될 수 있다. In addition, the area of the electrode that is located farther than the area of the electrode located closer to the power generator may be formed larger.
또한, 상기 상측 기본전극 및 상측 부가전극에 연결되는 복수의 상측 인출선, 및 상기 하측 기본전극 및 하측 부가전극에 연결되는 복수의 하측 인출선을 더 포함하며, 상기 상측 인출선과 하측 인출선이 한 쌍을 이루어 전기에너지를 외부로 출력하되, 상기 복수의 상측 인출선에 각각 대응하는 순서의 상기 복수의 하측 인출선이 한 쌍을 이루거나, 상기 발전소자와 가까운 상측 또는 하측 인출선과 상기 발전소자와 먼 하측 또는 상측 인출선이 한 쌍을 이루도록 구성될 수 있다. The apparatus may further include a plurality of upper lead lines connected to the upper base electrode and the upper additional electrode, and a plurality of lower lead lines connected to the lower base electrode and the lower additional electrode, wherein the upper lead line and the lower lead line are one Outputs electrical energy in pairs to the outside, and the plurality of lower lead wires in pairs corresponding to the plurality of upper lead wires form a pair, or the upper or lower lead wires close to the power generator and the power generator The far lower or upper lead line may be configured to pair.
또한, 서브-상측 기본전극, 상기 서브-상측 기본전극과 이격되도록 마련되는 서브-하측 기본전극, 및 상기 서브-상측 기본전극 또는 서브-하측 기본전극에 접촉하여 마찰대전을 발생시키는 대전체를 포함하는 마찰대전 발전소자, 상기 서브-상측 기본전극 상에, 순서대로 번갈아 적층되는 적어도 하나 이상의 서브-상측 절연층 및 적어도 하나 이상의 서브-상측 부가전극을 포함하는 서브-상측 전압분배모듈, 및 상기 서브-상측 전압분배모듈과 한 쌍을 이루며, 상기 서브-하측 기본전극 상에, 순서대로 번갈아 적층되는 적어도 하나 이상의 서브-하측 절연층 및 적어도 하나 이상의 서브-하측 부가전극을 포함하는 서브-하측 전압분배모듈을 더 포함하며, 상기 상측 전압분배모듈 또는 하측 전압분배모듈에 상기 서브-하측 전압분배모듈 또는 서브-상측 전압분배모듈이 결합되어, 압전 발전과 마찰대전 발전을 복합적으로 수행할 수 있다. In addition, the sub-upper base electrode, a sub-lower base electrode provided to be spaced apart from the sub-upper base electrode, and a charged material in contact with the sub-upper base electrode or the sub-lower base electrode to generate a triboelectric charge. A sub-high voltage distribution module comprising at least one sub-upper insulating layer and at least one sub-upper additional electrode that are alternately stacked on the sub-upper basic electrode in order; A sub-lower voltage distribution paired with an upper voltage distribution module and including at least one sub-lower insulating layer and at least one sub-lower additional electrode which are alternately stacked on the sub-lower basic electrode in order; The sub-lower voltage distribution module or the sub-upper power supply further includes a module, wherein the sub-lower voltage distribution module or the lower voltage distribution module The combination distribution module, it is possible to perform multiple piezoelectric power generation and triboelectric charge generation.
또한, 상기 상측 기본전극 및 상측 부가전극에 연결되는 복수의 상측 인출선, 상기 하측 기본전극 및 하측 부가전극에 연결되는 복수의 하측 인출선, 상기 서브-상측 기본전극 및 서브-상측 부가전극에 연결되는 복수의 서브-상측 인출선, 상기 서브-하측 기본전극 및 서브-하측 부가전극에 연결되는 복수의 서브-하측 인출선을 더 포함하며, 상기 복수의 상측 인출선과 대응하는 순서의 상기 복수의 서브-하측 인출선이 한 쌍을 이루고 상기 복수의 서브-상측 인출선과 대응하는 순서의 상기 복수의 하측 인출선이 한 쌍을 이루거나, 상기 압전체와 가까운 상측 또는 하측 인출선과 상기 대전체와 먼 서브-하측 또는 서브-상측 인출선이 한 쌍을 이루고 상기 압전체와 먼 상측 또는 하측 인출선과 상기 대전체와 가까운 서브-하측 또는 서브-상측 인출선이 한 쌍을 이루어, 전기에너지를 외부로 출력할 수 있다. In addition, a plurality of upper lead lines connected to the upper base electrode and the upper additional electrode, a plurality of lower lead lines connected to the lower base electrode and the lower additional electrode, and connected to the sub-upper main electrode and the sub-upper additional electrode A plurality of sub-lower lead lines connected to the plurality of sub-upper lead lines, the sub-lower base electrodes and the sub-lower additional electrodes, and the plurality of subs in order corresponding to the plurality of upper lead lines -A pair of lower leader lines and a plurality of lower leader lines in an order corresponding to the plurality of sub-upper leader lines, or a pair of upper or lower lead wires close to the piezoelectric body and a sub-body far from the mother- A pair of lower or sub-lead lead wires is paired, and an upper or lower lead wire far from the piezoelectric body and a sub-lower or sub-up lead wire close to the electrification body In pairs, electrical energy can be output to the outside.
또한, 상기 발전소자는 상측 기본전극, 상기 상측 기본전극과 동일 평면상에 이격되어 마련되는 하측 기본전극, 상기 상측 기본전극 및 상기 하측 기본전극을 덮는 대전체, 상기 유전체층 상에 형성되는 소수성막을 포함하며, 상기 소수성막 상에서 액체 방울이 상기 상측 기본전극에서 상기 하측 기본전극 방향으로 또는 반대 방향으로 흐르면서 상기 상측 기본전극 및 하측 기본전극에 전기에너지를 생성하는 액체마찰 발전소자일 수 있다.In addition, the generator includes an upper base electrode, a lower base electrode spaced apart on the same plane as the upper base electrode, an electrode covering the upper base electrode and the lower base electrode, and a hydrophobic film formed on the dielectric layer. The liquid friction generator may generate electric energy to the upper base electrode and the lower base electrode while a liquid droplet flows from the upper base electrode toward the lower base electrode or in the opposite direction on the hydrophobic layer.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, the terms or words used in this specification and claims are not to be interpreted in a conventional and dictionary sense, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
본 발명의 일실시예에 따르면, 발전소자에서 생성하는 전기에너지의 일부를 전압분배구조를 통하여 적어도 둘 이상으로 출력하여 각각 저장장치에 저장할 수 있으므로, 동일한 외부 에너지 투입량에 의해 압전 발전소자에서 생성하는 마찰전기의 저장률을 증가시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, since a portion of the electrical energy generated by the power generator can be output to at least two through the voltage distribution structure and stored in the storage device, respectively, generated by the piezoelectric power generator by the same external energy input amount It can increase the storage rate of triboelectricity.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 압전현상, 마찰대전 현상, 액체마찰 현상에 의한 교류 전기에너지가 생성되는 한 쌍의 기본전극에 절연층과 부가전극이 순서대로 적어도 하나 이상 번갈아 적층되는 구조의 부가전극모듈을 형성하는 구조이므로, 복수의 압전 발전소자를 집적할 수 있어서, 대규모 발전용 발전시스템에 사용될 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, a structure in which at least one insulating layer and an additional electrode are alternately stacked in order on a pair of base electrodes in which alternating electrical energy is generated by piezoelectric phenomenon, frictional charging phenomenon, and liquid friction phenomenon. Since the structure of forming the additional electrode module of the, it is possible to integrate a plurality of piezoelectric power generator, it can be used in a large-scale power generation system.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자를 나타낸 도면이다.
도 2a는 전압분배 구조가 없는 에너지 하베스팅 소자의 동작을 나타낸 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 압전 발전 방식의 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자의 동작을 나타낸 도면이다.
도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 마찰대전 발전 방식의 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자의 동작을 나타낸 도면이다
도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 액체마찰 발전 방식의 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자의 동작을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전극의 면적이 다른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자에서 인출선의 연결방식을 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 압전 및 마찰대전 발전 방식을 모두 이용하는 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자에서 인출선의 연결방식을 나타낸 도면이다.1 is a view showing an energy harvesting device having a voltage distribution structure according to an embodiment of the present invention.
2A is a diagram illustrating the operation of an energy harvesting device without a voltage distribution structure.
Figure 2b is a view showing the operation of the energy harvesting device having a voltage distribution structure of the piezoelectric power generation method according to an embodiment of the present invention.
Figure 2c is a view showing the operation of the energy harvesting device having a voltage distribution structure of the triboelectric charging generation method according to an embodiment of the present invention.
Figure 2d is a view showing the operation of the energy harvesting device having a voltage distribution structure of the liquid friction power generation method according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing an energy harvesting device having a voltage distribution structure having different areas of electrodes according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a connection method of the leader line in the energy harvesting device having a voltage distribution structure according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B are diagrams illustrating a connection method of leader lines in an energy harvesting device having a voltage distribution structure using both piezoelectric and triboelectric charging generation methods according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2", "상측", "하측", "메인", "서브" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 또한, "제1 상측 전극", "제2 상측 전극", "제1 하측 전극", "제2 하측 전극"과 같이 구성요소의 구별을 위한 용어가 함께 사용될 수 있고, 이러한 경우 "제1 전극"은 "제1 상측 전극"과 "제1 하측 전극"을 함께 지칭하는 것으로 이해될 수 있으며, "상측 전극"은 "제1 상측 전극"과 "제2 상측 전극"을 함께 지칭하는 것으로 이해될 수 있다. 이하, 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 일실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다. The objects, specific advantages and novel features of one embodiment of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments associated with the accompanying drawings. In the present specification, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components as possible, even if displayed on different drawings have the same number as possible. Also, terms such as “one side”, “other side”, “first”, “second”, “upper side”, “lower side”, “main”, “sub” and the like distinguish one component from another component. As used herein, the components are not limited by the above terms. In addition, terms such as "first upper electrode", "second upper electrode", "first lower electrode", and "second lower electrode" may be used together, and in this case, "first electrode". May be understood to refer to "first upper electrode" and "first lower electrode" together, and "top electrode" to be understood to refer to "first upper electrode" and "second upper electrode" together. Can be. Hereinafter, in describing one embodiment of the present invention, detailed descriptions of related well-known techniques that may unnecessarily obscure the subject matter of one embodiment of the present invention will be omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing an
본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)는, 외부 환경에서 제공되는 에너지에 의하여 교류(AC) 파형의 전기에너지를 생성하여 한 쌍의 기본전극(a-10, b-20)으로 출력하는 발전소자(Gd), 한 쌍의 기본전극(a-10, b-20)에 각각 형성되어 한 쌍을 이루는 전압분배모듈(a-100, b-200)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 기본전극(a-10, b-20)은 외부 환경에서 제공되는 에너지에 의하여 생성되는 전기에너지가 직접 전달되는 전극을 말한다. 발전소자(Gd1)는 발전 방식에 따라 필요한 물질층(c-30), 예를 들어 압전체(c-31) 또는 대전체(c-32) 등을 더 포함할 수 있다. The
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)는, 한 쌍의 상측 기본전극(a-10) 및 하측 기본전극(b-20)을 통하여 교류 전기를 출력하는 발전소자(Gd), 상측 기본전극(a-10) 상에, 순서대로 번갈아 적층되는 적어도 하나 이상의 상측 절연층(a-111, a-112) 및 적어도 하나 이상의 상측 부가전극(a-121, a-122)을 포함하는 상측 전압분배모듈(a-100), 및 상측 전압분배모듈(a-100)과 한 쌍을 이루며, 하측 기본전극(b-20) 상에, 순서대로 번갈아 적층되는 적어도 하나 이상의 하측 절연층(b-211, b-212) 및 적어도 하나 이상의 하측 부가전극(b-221, b-222)을 포함하는 하측 전압분배모듈(b-200)을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1, an
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)는, 상측 기본전극(a-10) 및 상측 부가전극(a-121, a-122)에 연결되는 복수의 상측 인출선(a-310, a-320, a-330), 및 하측 기본전극(b-20) 및 하측 부가전극(b-221, b-222)에 연결되는 복수의 하측 인출선(b-310, b-320, b-330)을 더 포함할 수 있고, 상측 인출선(a-310, a-320, a-330)과 하측 인출선(b-310, b-320, b-330)이 한 쌍을 이루어 전기에너지를 외부로 출력할 수 있다. As shown in FIG. 1, the
본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)가 생성하는 전기는 저장장치(400)에 저장되며, 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)를 위한 저장장치(400)는, 압전 발전소자(1)에서 생성하는 전기를 정류하는 정류부(410), 정류부(410)에서 정류한 전기에너지를 일차적으로 저장하는 말단 저장모듈(420), 말단 저장모듈(420)에 저장된 에너지를 다시 저장하는 집합 저장모듈(430), 말단 저장모듈(420)과 집합 저장모듈(430) 사이에 연결되어 말단 저장모듈(420)의 에너지를 집합 저장모듈(430)로 전달하는 스위칭모듈(440)을 포함할 수 있다.The electricity generated by the
정류부(410)는 제1 상측 인출선(a-310) 및 제1 하측 인출선(b-310)에서 출력되는 전류를 정류하는 제1 정류기(411), 제2 상측 인출선(a-320) 및 제2 하측 인출선(b-320)에서 출력되는 전류를 정류하는 제2 정류기(412)를 포함할 수 있으며, 제3 상측 인출선(a-330) 및 제3 하측 인출선(b-330)에 연결되는 제3 정류기(413)를 더 포함할 수 있다. 정류부(410)는 인출선의 개수에 따라 적어도 둘 이상의 정류기를 포함할 수 있다. 정류부(410)는 한 쌍의 제1, 제2 및 제3 인출선(a-310, b-310, a-320, b-320, a-330, b-330)에서 출력되는 전류를 일방향으로 정리하고 말단 저장모듈(420)에 공급할 수 있는 정도의 전압으로 감압하여 말단 저장모듈(420)로 공급한다. 정류기(411, 412, 413)는 브릿지(bridge) 정류기를 사용할 수 있으며, 그 외에 알려진 방식을 사용할 수 있다.The
말단 저장모듈(420)은 정류기들(411, 412, 413)마다 하나씩 연결되어, 정류부(410)에서 정류한 전기에너지를 저장한다. 제1 말단 저장모듈(420)은 제1 정류기(411)에 연결되어 제1 정류기(411)가 정류한 전기에너지를 저장하고, 제2 말단 저장모듈(420)은 제2 정류기(412)에 연결되어 제2 정류기(412)가 정류한 전기에너지를 저장한다. 말단 저장모듈(420)은 캐패시터 또는 리튬이온전지 등의 2차전지를 포함할 수 있으며, 집합 저장모듈(430)은 2차전지, ESS(Energy Storage System) 등을 포함할 수 있다. The
스위칭모듈(440)은 적어도 하나 이상의 스위치(441, 442, 443)를 포함하며, 각 스위치들(441, 442, 443)은 집합 저장모듈(430)과 말단 저장모듈(420)을 연결한다. 스위치가 온(On)되면 말단 저장모듈(420)에 저장된 전기에너지가 집합 저장모듈(430)로 전달되어 집합 저장모듈(430)에 압전 발전소자(1)가 생성한 전기에너지를 저장할 수 있다. The
상측 기본전극(a-10), 하측 기본전극(b-20) 및 전압분배모듈(a-100, b-200)에 포함되는 상측 부가전극(a-121, a-122), 하측 부가전극(b-221, b-222)은 전기전도성을 갖는 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전극은, ITO, IGO, 크롬, 알루미늄, IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZnO, ZnO2, TiO2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기전극, 백금, 금, 은, 알루미늄, 철 또는 구리 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속전극, PEDOT(polyethylenedioxythiophene), 탄소나노튜브(CNT, Carbon nano tube),그래핀(graphene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리티오펜(Polythiophene, PT), 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene, PPV), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리설퍼니트리드(poly sulfurnitride),스테인레스스틸, 크롬을 10%이상 함유한 철합금, SUS 304, SUS 316, SUS 316L, Co-Cr 합금, Ti 합금, 니티놀(Ni-Ti) 또는 폴리파라페닐렌비닐렌(polyparaphenylenevinylene) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 유기전극일 수 있다. Upper additional electrodes a-121 and a-122 and lower additional electrodes included in the upper basic electrode a-10, the lower basic electrode b-20, and the voltage distribution modules a-100 and b-200. b-221 and b-222 may include a material having electrical conductivity. For example, the electrode may be an inorganic electrode including at least one of ITO, IGO, chromium, aluminum, indium zinc oxide (IZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), ZnO, ZnO 2 , and TiO 2 , platinum, and gold. , A metal electrode including at least one of silver, aluminum, iron or copper, polyethylenedioxythiophene (PEDOT), carbon nanotube (CNT), graphene, polyacetylene, polythiophene ( Polythiophene (PT), Polypyrrole, Polyparaphenylene (PPV), Polyaniline, Poly sulfurnitride, Stainless steel, Iron alloy containing 10% or more of chromium, SUS 304, It may be an organic electrode including at least one of SUS 316, SUS 316L, Co-Cr alloy, Ti alloy, Nitinol (Ni-Ti) or polyparaphenylenevinylene.
상측 기본전극(a-10), 하측 기본전극(b-20) 및 전압분배모듈(a-100, b-200)에 포함되는 상측 부가전극(a-121, a-122), 하측 부가전극(b-221, b-222)은, 필름형태나 전도성 섬유(conductive fabric) 형태로 형성될 수 있고, 직물(textile)로 형성될 수도 있다. Upper additional electrodes a-121 and a-122 and lower additional electrodes included in the upper basic electrode a-10, the lower basic electrode b-20, and the voltage distribution modules a-100 and b-200. b-221 and b-222 may be formed in the form of a film or conductive fabric, or may be formed of a fabric.
상측 절연층(a-111, a-112) 및 하측 절연층(b-211, b-212)은 부도체 특성을 갖는 나무, 섬유, 종이, 플라스틱, 유리 등의 재질을 사용할 수 있다. 또한, 상측 절연층(a-111, a-112) 및 하측 절연층(b-211, b-212)은 운모(mica), 유리(glass), 고무(rubber), 세라믹(ceramic) 등의 고체(solid), 또는 미네랄 절연 오일(mineral insulating oils), 합성 절연 오일(synthetic insulating oils), 바세린(vaseline), 식물성 오일(vegetable oils), 실리콘 오일(silicon oils) 등의 기타 절연 오일(miscellaneous insulating oils) 등의 액체(liquid), 공기(air), 질소(nitrogen), 육플루오린화항(sulphur hexafluoride), 불활성 가스(inert gases) 등의 가스(gaseous) 중의 하나 또는 복수를 함께 이용할 수 있다. 그리고, 유전체는 PE (LDPE, LLDPE, MDPE, HDPE), XLPE PVC, XL PVC Rubber (NR, EPDM, CR, SI, CSM, SBR, IIR) TPE (TPE-O, TPE-E, TPE-SEBS, TPU) Ethylene Copolymer (EVA, EEA) Engineering Plastics (PP, PET, PBT, Nylon, PI, PEEK) Fluoro Polymer (PTFE, PFA, FEP, ETFE, PVDF) Thermo-setting Resin (Epoxy) 중에서 선택되는 하나 또는 복수를 함께 이용할 수 있다. The upper insulating layers a-111 and a-112 and the lower insulating layers b-211 and b-212 may use materials such as wood, fiber, paper, plastic, and glass having non-conductive properties. In addition, the upper insulating layers a-111 and a-112 and the lower insulating layers b-211 and b-212 are solids such as mica, glass, rubber, ceramic, and the like. solid, or other miscellaneous insulating oils, such as mineral insulating oils, synthetic insulating oils, vaseline, vegetable oils, and silicone oils. One or a plurality of gases such as liquid, air, nitrogen, nitrogen, sulfur hexafluoride, and inert gases may be used together. And dielectrics are PE (LDPE, LLDPE, MDPE, HDPE), XLPE PVC, XL PVC Rubber (NR, EPDM, CR, SI, CSM, SBR, IIR) TPE (TPE-O, TPE-E, TPE-SEBS, TPU) Ethylene Copolymer (EVA, EEA) Engineering Plastics (PP, PET, PBT, Nylon, PI, PEEK) Fluoro Polymer (PTFE, PFA, FEP, ETFE, PVDF) One or more selected from Thermo-setting Resin (Epoxy) Can be used together.
도 2a는 전압분배 구조가 없는 에너지 하베스팅 소자(2)의 동작을 나타낸 도면이다.2A is a diagram showing the operation of the
도 2a에 도시된 바와 같이, 전압분배 구조가 없는 에너지 하베스팅 소자(2)는 압전 또는 대전방식의 발전물질(4)을 중심으로 상측에 제1 전극(3)이 형성되고 하측에 제2 전극(5)이 형성된다. 압전 또는 대전방식의 발전물질(4)에 특정 방향으로 압력(P)이 가해지거나 마찰이 발생하면 제1 전극(3)과 제2 전극(5) 사이에 일방향으로 인출선(6)을 따라 전류(Io)가 흐른다. 압전 또는 대전방식의 발전물질(4)에 입력되는 외력(압력(P) 또는 마찰)이 사라지면 제1 전극(3)과 제2 전극(5) 사이에 반대방향으로 인출선(6)을 따라 전류(Io)가 흐른다. 이러한 과정을 통해 생성되는 전기에너지의 전압 크기는 정류기를 통과하는 기준전압보다 높다. 따라서 인출선(6)에 흐르는 전기를 저장하기 위하여 정류기와 인출선(6)을 연결하면, 정류기를 구성하는 다이오드 등의 소자의 한계로 인하여 기준전압 이상의 전력은 정류 과정에서 손실된다. 기준전압은 정류기를 구성하는 소자 또는 말단 저장모듈을 구성하는 저장소자(2차전지 등)에 따라 달라질 수 있는 값이다. As shown in FIG. 2A, in the
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 압전 발전 방식의 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)의 동작을 나타낸 도면이다.2B is a view showing the operation of the
도 2b에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)에서, 발전소자는 상측 기본전극(a-10)과 하측 기본전극(b-20) 사이에, 외부에서 가해지는 압력(P)에 의하여 전기에너지를 생성하는 압전체(c-31)가 형성된 압전 발전소자(Gd1)이며, 상측 기본전극(a-10)에 상측 전압분배모듈(a-100)이 형성되고, 하측 기본전극(b-20)에 하측 전압분배모듈(b-200)이 형성되고, 압전체(c-31)에 가해지는 압력(P)에 의해 생성되는 전기에너지가 상측 기본전극(a-10) 및 하측 기본전극(b-20)과, 상측 부가전극(a-121, a-122) 및 하측 부가전극(b-221, b-222)으로 분배되어 출력된다. 본 명세서에서 압전현상은 특정한 결정구조를 갖는 물질에 압력을 가하면 유전 분극을 일으켜 전기에너지를 생성하는 것을 말한다. In the
압전체(c-31)는 perovskite구조의 화합물일 수 있으며, 강유전체일 수 있고, 수정(Quartz), 로셀염, 전기석 등의 천연 결정체, α-AlPO4(Berlnite), α-SiO2(Quartz), LiTaO3, LiNbO3, SrxBayNb2O8, Pb5-Ge3O11, Tb2(MoO4)3, Li2B4O7, Bi12SiO2, Bi12GeO2, PZT(lead zirconate titanate), BTO(barium titanate), BFO(bismuth ferric oxide), PTO(platinum oxide), ZnO, CdS, GaN, AlN, VDF, ZnMgO, InN, GeTe, ZnSnO3, GaN, KNbO3, NaNBO3, P(VDF-TrFe), P(VDFTeFE), TGS, PZT-PVDF, PZT-Silicon Rubber, PZT-Epoxy, PZT-발포 Polymer, PZT-발포우레탄, 및 PVDF(polyvinylidene difluoride)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 재질로 형성될 수 있다. The piezoelectric body (c-31) may be a compound of perovskite structure, may be a ferroelectric, natural crystals such as quartz, rosell salt, tourmaline, α-AlPO 4 (Berlnite), α-SiO 2 (Quartz), LiTaO 3 , LiNbO 3 , SrxBayNb 2 O 8 , Pb5-Ge 3 O 11 , Tb 2 (MoO 4 ) 3 , Li 2 B 4 O 7 , Bi 12 SiO 2 , Bi 12 GeO 2 , lead zirconate titanate, Barium titanate (BTO), bismuth ferric oxide (BFO), platform oxide (PTO), ZnO, CdS, GaN, AlN, VDF, ZnMgO, InN, GeTe, ZnSnO 3 , GaN, KNbO 3 , NaNBO 3 , P (VDF- TrFe), P (VDFTeFE), TGS, PZT-PVDF, PZT-Silicon Rubber, PZT-Epoxy, PZT-foaming polymer, PZT-foaming urethane, and PVDF (polyvinylidene difluoride) It may be formed of a material.
상측 전압분배모듈(a-100)은 상측 기본전극(a-10)에 적층되는 제1 상측 절연층(a-111), 제1 상측 절연층(a-111) 상에 적층되는 제1 상측 부가전극(a-121), 제1 상측 부가전극(a-121) 상에 적층되는 제2 상측 절연층(a-112), 제2 상측 절연층(a-112) 상에 적층되는 제2 상측 부가전극(a-122)을 포함할 수 있다. 하측 전압분배모듈(b-200)은 하측 기본전극(b-20)에 적층되는 제1 하측 절연층(b-211), 제1 하측 절연층(b-211) 상에 적층되는 제1 하측 부가전극(b-221), 제1 하측 부가전극(b-221) 상에 적층되는 제2 하측 절연층(b-212), 제2 하측 절연층(b-212) 상에 적층되는 제2 하측 부가전극(b-222)을 포함할 수 있다. The upper voltage distribution module (a-100) is provided with a first upper insulating layer (a-111) stacked on the upper basic electrode (a-10) and a first upper side stacked on the first upper insulating layer (a-111). The second upper side insulating layer a-112 stacked on the electrodes a-121, the first upper side additional electrode a-121, and the second upper side stacked on the second upper insulating layer a-112. It may include the electrodes (a-122). The lower voltage distribution module (b-200) is provided with a first lower insulating layer (b-211) stacked on the lower basic electrode (b-20) and a first lower side stacked on the first lower insulating layer (b-211). The second lower side addition layer stacked on the electrode (b-221), the second lower side insulating layer (b-212) stacked on the first lower side additional electrode (b-221) It may include an electrode (b-222).
에너지 하베스팅 소자(1)에 특정 방향으로 압력(P)이 가해지는 경우, 압전체(c-31) 내부의 유전물질은 특정 방향으로 분극되어 상측(a, 상측 기본전극(a-10) 및 상측 전압분배모듈(a-100)) 및 하측(b, 하측 기본전극(b-20) 및 하측 전압분배모듈(b-200))의 전극들에 전위를 유도한다. 구체적으로, 압전현상이 발생하여 상측 기본전극(a-10)에 + 전위가 유도되고, 하측 기본전극(b-20)에 - 전위가 유도되면, 상측 기본전극(a-10)에 유도되는 전위의 극성(+)에 따라, 제1 절연층(a-111)이 분극현상을 일으키고, 상측 기본전극(a-10)의 전위(+)와 반대 전위(-)가 제1 상측 부가전극(a-121)에 유도된다. 동일하게, 제2 상측 절연층(a-112)의 분극현상에 의해 제1 상측 부가전극(a-121)의 전위(-)와 반대 전위(+)가 제2 상측 부가전극(a-122)에 유도된다. 동일하게, 하측 기본전극(b-20)에 유도되는 전위의 극성에 따라, 제1 절연층(b-211)이 분극현상을 일으키고, 하측 기본전극(b-20)의 전위(-)와 반대 전위(+)가 제1 하측 부가전극(b-221)에 유도된다. 동일하게, 제2 하측 절연층(b-212)의 분극현상에 의해 제1 하측 부가전극(b-221)의 전위(+)와 반대 전위(-)가 제2 하측 부가전극(b-222)에 유도된다.When the pressure P is applied to the
따라서, 상측 기본전극(a-10)과 하측 기본전극(b-20)에 연결된 한 쌍의 제1 상측 및 하측 인출선(a-310, b-310)을 따라 일방향으로 제1 전류(Ia1)가 흐르고, 제1 상측 부가전극(a-121)과 제1 하측 부가전극(b-221)에 연결된 한 쌍의 제2 상측 및 하측 인출선(a-320, b-320)을 따라 반대방향으로 제2 전류(Ia2)가 흐르며, 제2 상측 부가전극(a-122)과 제2 하측 부가전극(b-222)에 연결된 한 쌍의 제3 상측 및 하측 인출선(a-330, b-330)을 따라 일방향으로 제3 전류(Ia3)가 흐른다. 압전 발전소자(1)에 가해지는 압력(P)이 사라지는 경우, 압력(P)이 있을 때의 방향으로 제1 전류(Ia1), 제2 전류(Ia2) 및 제3 전류(Ia3)이 흐른다. Accordingly, the first current Ia1 is oriented in one direction along the pair of first upper and lower lead lines a-310 and b-310 connected to the upper basic electrode a-10 and the lower basic electrode b-20. Flows in the opposite direction along a pair of second upper and lower lead lines a-320 and b-320 connected to the first upper additional electrode a-121 and the first lower additional electrode b-221. A pair of third upper and lower lead lines a-330 and b-330 connected to the second upper additional electrodes a-122 and the second lower additional electrodes b-222 through which the second current Ia2 flows. The third current Ia3 flows in one direction along (). When the pressure P applied to the
제1 상측 인출선(a-310) 및 제1 하측 인출선(b-310)을 따라 흐르는 제1 전류(Ia1)는 전압분배모듈(a-100, b-200)이 없는 종래의 에너지 하베스팅 소자(2)에서 생성되는 전류(Io)보다 약간 더 낮은 전압을 출력한다. 제2 상측 인출선(a-320) 및 제2 하측 인출선(b-320)을 따라 흐르는 제2 전류(Ia2)는 전압의 크기가 제1 전류(Ia1)보다 약간 더 낮은 전압을 출력한다. 제3 상측 인출선(a-330) 및 제3 하측 인출선(b-330)을 따라 흐르는 제3 전류(Ia3)는 전압의 크기가 제2 전류(Ia2)보다 약간 더 낮은 전압을 출력한다. 이는 동일한 에너지를 생성하는 압전현상이 발생한 경우, 기본전극(a-10, b-20)에 전위차를 유도하는 것과 전압분배모듈(a-100, b-200)의 제1 부가전극(a-121, b-221) 및 제2 부가전극(a-122, b-222)에 전위차를 유도하는 것에 에너지가 분배되기 때문이다. The first current Ia1 flowing along the first upper lead line a-310 and the first lower lead line b-310 is a conventional energy harvesting without the voltage distribution modules a-100 and b-200. It outputs a voltage slightly lower than the current Io generated in the
이때, 동일한 기준전압을 갖는 정류부(410)를 통과하는 경우, 제1 상측 인출선(a-310) 및 제1 하측 인출선(b-310)에 연결된 정류기(411)를 통과하는 전기에너지의 양(Ep1), 제2 상측 인출선(a-320) 및 제2 하측 인출선(b-320)에 연결된 정류기(412)를 통과하는 전기에너지의 양(Ep2) 및 제3 상측 인출선(a-330) 및 제3 하측 인출선(b-330)에 연결된 정류기(413)를 통과하는 전기에너지의 양(Ep3)을 합하면, 전압분배 구조가 없는 압전 발전소자(2)에서 정류기를 통과하는 전기에너지의 양(Ep)보다 크다(Ep1 + Ep2 + Ep3 > Ep). 정류부(410)의 기준전압보다 높은 전압으로 출력되는 전기에너지가 전압분배모듈(a-100, b-200)의 전극들로 분배되어 출력되므로 기준전압보다 낮은 전압으로 출력되는 전기에너지 양이 많아지고, 최종적으로 정류부(410)를 통과하는 전기에너지의 양이 많아지는 것이다.At this time, when passing through the
따라서, 동일한 외부 압력(P)을 압전 발전소자에 투입하여 압전현상을 발생시키는 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)에서 획득할 수 있는 전기에너지 양(Ep1 + Ep2 + Ep3)이 전압분배 구조가 없는 압전 발전소자(2)에서 획득할 수 있는 전기에너지 양(Ep)보다 더 많다.Therefore, when the same external pressure (P) is injected into the piezoelectric power generator to generate a piezoelectric phenomenon, the amount of electrical energy that can be obtained in the energy harvesting device (1) having a voltage distribution structure according to an embodiment of the present invention (Ep1 + Ep2 + Ep3) is more than the amount of electrical energy (Ep) that can be obtained in a piezoelectric generator (2) without a voltage distribution structure.
도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 마찰대전 발전 방식의 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)의 동작을 나타낸 도면이다2c is a view showing the operation of the
도 2c에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)에서, 발전소자는 상측 기본전극(a-10)과 하측 기본전극(b-20)이 이격되도록 마련되고 상측 기본전극(a-10) 또는 하측 기본전극(b-20)에 접촉하여 마찰대전을 발생시키는 대전체(c-32)가 형성된 마찰대전 발전소자(Gd2)이며, 상측 기본전극(a-10)에 상측 전압분배모듈(a-100)이 형성되고, 하측 기본전극(b-20)에 하측 전압분배모듈(b-200)이 형성되고, 대전체(c-32)와 상측 기본전극(a-10)의 마찰에 의해 생성되는 전기에너지가 상측 기본전극(a-10) 및 하측 기본전극(b-20)과, 상측 부가전극(a-121, a-122) 및 하측 부가전극(b-221, b-222)으로 분배되어 출력된다. 본 명세서에서 마찰대전(triboelectric)은 서로 다른 대전서열을 갖는 두 개의 물질이 마찰되는 경우 마찰면에서 전하의 이동에 의해 어느 하나의 물질이 +로 대전되고 나머지 하나의 물질이 -로 대전되는 현상을 말한다. 본 명세서에서 마찰전기는 마찰대전에 의해 생성된 전위차를 이용하여 생성하는 전기를 말한다. In the
대전체(c-32)는 합성 고분자(synthetic polymer), 염소중합체(chloropolymer), 불소중합체(fluorpolymer) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 대전체(30)는 아래의 대전서열(triboelectric series)을 나타내는 표에 개시된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 대전체(c-32)를 형성하는 물질은 상측 기본전극(a-10) 및 하측 기본전극(b-20)을 이루는 물질보다 대전서열이 낮은(음전위(-)로 대전되기 쉬운) 물질로 형성될 수 있다. The charger c-32 may include a synthetic polymer, a chloropolymer, a fluoropolymer, or a combination thereof. The
대전체(c-32)는 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate, PMMA), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리4비닐페놀(poly(4-vinylpenol, PVP)) 또는 폴리이서술폰(polyethersulfone, PES) 폴리(4-메톡시페닐아크릴레이트) (Poly(4-methoxyphenylacrylate), PMPA), 폴리(페닐아크릴레이트) (Poly(phenylacrylate), PPA), 폴리(2,2,2-트리플로로에틸 메타아크릴레이트) (Poly(2,2,2-trifluoroethyl methacrylate), PTFMA), 사이아노에틸풀루란 (Cyanoethylpullulan, CYEPL), 폴리염화비닐 (polyvinyl chloride, PVC), 폴리(파라반사) 수지 (Poly (parabanic acid) resin, PPA), 폴리(t-부틸스티렌) (Poly(t-butylstyrene), PTBS), 폴리티에닐렌비닐렌 (Polythienylenevinylene, PTV), 폴리비닐아세테이트 (Polyvinylacetate, PVA), 폴리(비닐 알코올) (Poly(vinyl alcohol), PVA), 폴리(R메틸스티렌) (Poly(Rmethylstyrene), PAMS), 폴리(비닐 알코올)-코-폴리(비닐 아세테이트)-코-폴리(이타콘산) (Poly(vinyl alcohol)-co-poly(vinyl acetate)-co-poly(itaconic acid), PVAIA), 폴리올레핀 (Polyolefin), 폴리아크릴레이트 (Polyacrylate), 파릴렌-C (Parylene-C), 폴리이미드 (Polyimide), 옥타데실트리클로로실란 (Octadecyltrichlorosilane, OTS), 폴리(트리아릴아민) (Poly(triarylamine), PTTA), 폴리-3-헥실티오펜 (Poly-3-hexylthiophene, P3HT), 가교 결합된 폴리-4-비닐페놀 (cross-linked Poly-4-vinylphenol, cross-linked PVP), 폴리(퍼플로로알케닐비닐 에테르) (Poly(perfluoroalkenylvinyl ether)), 나일론-6 (Nylon-6), n-옥타데실포스포닉 산 (n-Octadecylphosphonic acid, ODPA), 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 실리콘(silicone), 폴리우레탄(polyurethane), 라텍스(latex), 초산셀룰로오스(cellulose acetate), PHEMA(poly(hydroxy ethyl methacrylate)), 폴리락타이드(polylactide, PLA), PGA(폴리글리콜라이드, polyglycolide), 또는 PGLA (Polyglycolide-co-Lactide ) 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함한 유기물층 나아가, 폴리테트라 플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene), 에틸렌 테트라플로로에틸렌 (ethylene-tetrafluoroethylene), FEP(fluorinated ethylene propylene), 퍼플르오르알콕시-공중합체 (perfluoroalkoxy copolymer)를 이용하는 것도 가능하다. The charging material (c-32) is polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene (Polyethylene, PE), polystyrene (PS), polyvinylpyrrolidone (PVP), poly4 vinylphenol (poly (4-vinylpenol, PVP)) or polyethersulfone (PES) poly (4-methoxyphenylacrylate) (Poly (4-methoxyphenylacrylate), PMPA), poly (phenylacrylate) (Poly (phenylacrylate), PPA), poly (2,2,2-trifluoroethyl methacrylate) (Poly (2,2,2-trifluoroethyl methacrylate), PTFMA), cyanoethylpullulan (CYEPL), polyvinyl chloride ( polyvinyl chloride, PVC), poly (parabanic acid) resin (PPA), poly (t-butylstyrene) (PTBS), polythienylenevinylene (PTV) ), Polyvinylacetate (PVA), poly (vinyl alcohol), PVA, poly (Rmethylstyrene), PAMS, Poly (vinyl alcohol) -co-poly (vinyl acetate) -co-poly (itaconic acid), PVAIA, polyolefin (polyolefin) -co-poly (vinyl acetate) -co-poly (itaconic acid) ), Polyacrylate, Parylene-C, Polyimide, Octadecyltrichlorosilane (OTS), Poly (triarylamine, PTTA) , Poly-3-hexylthiophene (P3HT), cross-linked Poly-4-vinylphenol (cross-linked PVP), poly (perfluoroalkenylvinyl) Ether (poly (perfluoroalkenylvinyl ether)), nylon-6 (Nylon-6), n-octadecylphosphonic acid (nPA), polytetrafluoroethylene (PTFE), silicone (silicone), Polyurethane, Latex, Cellulose Acetate, Poly (hydroxy ethyl methacrylate), Polylactide (PLA), PGA Organic layer containing at least one of a glycolide, polyglycolide (PGLA) or polyglycolide-co-Lactide (PGLA), polytetrafluoroethylene, ethylene-tetrafluoroethylene, FEP (fluorinated ethylene) propylene) and perfluoroalkoxy copolymers.
마찰대전 발전소자(Gd2)의 상측(a, 상측 기본전극(a-10) 및 상측 전압분배모듈(a-100))이 이동하여 상측 기본전극(a-10)의 일면과 대전체(c-32)가 접촉하는 경우, 상측 기본전극(a-10)과 대전체(c-32)의 접촉면(M)에 마찰대전이 발생하여 상측 기본전극(a-10)은 +로 대전되고 대전체(c-32)의 일면은 -로 대전되며, 상대적으로 대전체(c-32)의 타면이 +로 대전되고 대전체(c-32)의 타면에 접촉한 하측 기본전극(b-20)이 -로 대전된다. 달리 표현하면, 대전체(c-32)의 내부에 분포하는 전하를 전기쌍극자(electric dipole)로 표현할 때, 전기쌍극자의 무질서한 상태에서, 상측 기본전극(a-10)과 대전체(c-32)의 접촉에 의한 마찰대전에 의해 대전체(c-32) 내부의 전기쌍극자의 -극이 상측 기본전극(a-10)을 향하고 +극이 하측 기본전극(b-20)을 향하도록 배열되어, 하측 기본전극(b-20)이 -로 대전된다.The upper side (a, upper basic electrode (a-10) and upper voltage distribution module (a-100)) of the triboelectric power generator (Gd2) move to move one surface of the upper basic electrode (a-10) and the electrified body (c-). When 32 is in contact with each other, a triboelectric charge occurs on the contact surface M of the upper base electrode a-10 and the charge base c-32, so that the upper base electrode a-10 is charged with + and One surface of the c-32 is charged with-, and the lower base electrode (b-20) which is relatively charged with the other surface of the charger (c-32) and contacts the other surface of the charger (c-32) is-. Is charged. In other words, when the electric charge distributed in the interior of the electrification (c-32) is represented by an electric dipole, in the disordered state of the electric dipole, the upper basic electrode (a-10) and the charging unit (c-32) The negative pole of the electric dipole inside the electrification (c-32) faces the upper base electrode (a-10) and the positive pole faces the lower base electrode (b-20) by frictional charging due to , The lower base electrode (b-20) is charged with-.
마찰대전이 발생하는 순간, 상측 기본전극(a-10)이 + 로 대전되고, 하측 기본전극(b-20)에 - 전위가 유도되면, 상측 기본전극(a-10)에 대전되는 전위의 극성(+)에 따라, 제1 절연층(a-111)이 분극현상을 일으키고, 상측 기본전극(a-10)의 전위(+)와 반대 전위(-)가 제1 상측 부가전극(a-121)에 유도된다. 동일하게, 제2 상측 절연층(a-112)의 분극현상에 의해 제1 상측 부가전극(a-121)의 전위(-)와 반대 전위(+)가 제2 상측 부가전극(a-122)에 유도된다. 동일하게, 하측 기본전극(b-20)에 유도되는 전위의 극성에 따라, 제1 절연층(b-211)이 분극현상을 일으키고, 하측 기본전극(b-20)의 전위(-)와 반대 전위(+)가 제1 하측 부가전극(b-221)에 유도된다. 동일하게, 제2 하측 절연층(b-212)의 분극현상에 의해 제1 하측 부가전극(b-221)의 전위(+)와 반대 전위(-)가 제2 하측 부가전극(b-222)에 유도된다.When the frictional charge occurs, the upper base electrode (a-10) is charged with +, and when the-potential is induced to the lower base electrode (b-20), the polarity of the potential charged with the upper base electrode (a-10) According to (+), the first insulating layer (a-111) causes polarization, and the potential (+) of the upper base electrode (a-10) and the opposite potential (-) are the first upper additional electrodes (a-121). Is induced. Similarly, due to polarization of the second upper insulating layer (a-112), the potential (-) and the opposite potential (+) of the first upper additional electrode (a-121) are opposite to the second upper additional electrode (a-122). Induced to. Similarly, according to the polarity of the potential induced in the lower base electrode b-20, the first insulating layer b-211 causes polarization, and is opposite to the potential (-) of the lower base electrode b-20. The potential (+) is induced to the first lower additional electrode b-221. Similarly, due to polarization of the second lower insulating layer b-212, the potential (+) and the opposite potential (−) of the first lower additional electrode b-221 are opposite to the second lower additional electrode b-222. Induced to.
상측 기본전극(a-10)과 하측 기본전극(b-20)에 각각 연결된 한 쌍의 제1 인출선(a-310, b-310)을 통하여 상측 기본전극(a-10)에서 하측 기본전극(b-20) 방향으로 전류(Ib1)(마찰전기)가 흐른다. 동시에, 제1 상측 부가전극(a-121)과 제1 하측 부가전극(b-221)에 각각 연결된 한 쌍의 제2 인출선(a-320, b-320)을 통하여 제1 상측 부가전극(b-221)에서 제1 상측 부가전극(a-121)으로 전류(Ib2)가 흐른다. 동일하게, 제2 상측 부가전극(a-122)과 제2 하측 부가전극(b-222)에 각각 연결된 한 쌍의 제3 인출선(a-330, b-330)을 통하여 제2 상측 부가전극(a-122)에서 제2 하측 부가전극(b-222)으로 전류(Ib3)가 흐른다. 반대로, 상측(a, 상측 기본전극(a-10) 및 상측 전압분배모듈(a-100))이 이동하여 상측 기본전극(a-10)의 일면과 대전체(c-32)가 접촉이 해제되는 경우 전류(Ib1, Ib2, Ib3)가 마찰대전 발생시의 반대 방향으로 흐른다. The lower base electrode from the upper base electrode a-10 through a pair of first leader lines a-310 and b-310 connected to the upper base electrode a-10 and the lower base electrode b-20, respectively. Current Ib1 (friction electricity) flows in the direction of (b-20). At the same time, the first upper additional electrodes (a-320 and b-320) are connected to the first upper additional electrodes (a-121) and the first lower additional electrodes (b-221), respectively. The current Ib2 flows from the b-221 to the first upper additional electrode a-121. In the same manner, the second upper additional electrode is connected to the second upper additional electrode a-122 and the second lower additional electrode b-222 through a pair of third lead lines a-330 and b-330, respectively. The current Ib3 flows from (a-122) to the second lower additional electrode b-222. On the contrary, the upper side (a, upper base electrode (a-10) and the upper voltage distribution module (a-100) move so that one surface of the upper base electrode (a-10) and the contact (c-32) are released from contact. In this case, the currents Ib1, Ib2, and Ib3 flow in opposite directions when the triboelectric charge is generated.
제1 인출선(a-310, b-310)을 따라 흐르는 전류(Ib1)의 전압 크기는 전압분배 구조가 없을 때의 전류의 전압보다 작고, 제2 인출선(a-320, b-320)을 통하여 흐르는 전류(Ib2)의 전압 크기는 제1 인출선(a-310, b-310)을 따라 흐르는 전류(Ib1)의 전압 크기보다 작으며, 제3 인출선(a-330, b-330)을 통하여 흐르는 전류(Ib3)의 전압 크기는 제2 인출선(a-320, b-320)을 따라 흐르는 전류(Ib2)의 전압 크기보다 작다. 이는 동일한 에너지를 갖는 마찰대전이 발생한 경우, 기본전극(a-10, b-20)에 전위차를 형성하는 것과 전압분배모듈(a-100, b-200)의 제1 부가전극(a-121, b-221) 및 제2 부가전극(a-122, b-222)에 전위차를 형성하는 것에 에너지가 분배되기 때문이다. The voltage magnitude of the current Ib1 flowing along the first leader lines a-310 and b-310 is smaller than the voltage of the current when there is no voltage distribution structure, and the second leader lines a-320 and b-320 The voltage magnitude of the current Ib2 flowing through is smaller than the voltage magnitude of the current Ib1 flowing along the first leader lines a-310 and b-310, and the third leader lines a-330 and b-330. The voltage magnitude of the current Ib3 flowing through) is smaller than the voltage magnitude of the current Ib2 flowing along the second leader lines a-320 and b-320. When the frictional charging with the same energy occurs, the potential difference is formed between the base electrodes a-10 and b-20 and the first additional electrodes a-121, the voltage distribution modules a-100, b-200. This is because energy is distributed to the potential difference between the b-221 and the second additional electrodes a-122 and b-222.
따라서 상기 도 2b의 압전 발전소자(Gd1)의 동작에서 설명한 바와 같이, 정류부(410)의 기준전압보다 낮은 전압으로 출력되는 전력이 많아지므로, 동일한 접촉 또는 마찰에 의해 마찰대전 발전소자에서 마찰대전이 발생되는 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)에서 획득할 수 있는 전기에너지 양(Ep1 + Ep2 + Ep3)이 전압분배 구조가 없는 마찰대전 발전소자(2)에서 획득할 수 있는 전기에너지 양(Ep)보다 더 많다.Therefore, as described in the operation of the piezoelectric power generator Gd1 of FIG. 2B, since the power output at a voltage lower than the reference voltage of the rectifying
도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 액체마찰 발전 방식의 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)의 동작을 나타낸 도면이다.2d is a view showing the operation of the
도 2d에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)에서, 발전소자는 상측 기본전극(a-10), 상측 기본전극(a-10)과 동일 평면상에 이격되어 마련되는 하측 기본전극(b-20), 상측 기본전극(a-10)과 하측 기본전극(b-20)을 덮는 대전체(c-33)를 포함하며, 소수성막(d-40) 상에서 액체 방울(60)이 상측 기본전극(a-10)에서 하측 기본전극(b-20) 방향으로 또는 반대 방향으로 흐르면서 상측 기본전극(a-10) 및 하측 기본전극(b-20)에 전기에너지를 생성하는 액체마찰 발전소자(Gd3)이며, 상측 기본전극(a-10)에 상측 전압분배모듈(a-100)이 형성되고, 하측 기본전극(b-20)에 하측 전압분배모듈(b-200)이 형성되고, 액체 방울(60)의 이동에 의해 대전체(c-33)와의 상호작용으로 생성되는 전기에너지가 상측 기본전극(a-10) 및 하측 기본전극(b-20)과, 상측 부가전극(a-121, a-122) 및 하측 부가전극(b-221, b-222)으로 분배되어 출력된다. 상측(a)과 하측(b) 사이에는 절연을 위한 절연물질(50)이 형성될 수 있다. 액체 방울(60)이 물(water)인 경우에 물방울의 이동을 원활히 하기 위하여, 대전체(c-33) 상에 소수성막(d-40)이 더 형성될 수 있다. In the
액체마찰 발전소자(Gd3)에서, 대전체(c-33) 상의 상측(a)에 액체 방울(60)이 위치하는 경우, 대전체(c-33)와 액체 방울(60) 사이의 대전서열 차이에 의하여 액체 방울(60)이 +로 대전되고 대전체(c-33)의 일면은 -로 대전되며, 상대적으로 대전체(c-33)의 타면이 +로 대전되고 대전체(c-33)의 타면에 접촉한 상측 기본전극(a-10)이 -로 대전된다. 달리 표현하면, 대전체(c-33)의 내부에 분포하는 전하를 전기쌍극자(electric dipole)로 표현할 때, 전기쌍극자의 무질서한 상태에서, 액체 방울(60)과 대전체(c-33) 사이의 대전서열 차이에 의하여 대전체(c-30) 내부의 전기쌍극자의 -극이 액체 방울(60)을 향하고 +극이 상측 기본전극(a-10)을 향하도록 배열되어, 상측 기본전극(b-20)이 -로 대전된다.In the liquid friction power generator Gd3, when the
액체마찰이 발생하는 순간, 상측 기본전극(a-10)이 - 로 대전되면 하측 기본전극(b-20)은 상대적으로 + 전위를 갖게 되고, 상측 기본전극(a-10)에 대전되는 전위의 극성(-)에 따라, 제1 절연층(a-111)이 분극현상을 일으키고, 상측 기본전극(a-10)의 전위(-)와 반대 전위(+)가 제1 상측 부가전극(a-121)에 유도된다. 동일하게, 제2 상측 절연층(a-112)의 분극현상에 의해 제1 상측 부가전극(a-121)의 전위(+)와 반대 전위(-)가 제2 상측 부가전극(a-122)에 유도된다. 동일하게, 하측 기본전극(b-20)에 유도되는 전위의 극성에 따라, 제1 절연층(b-211)이 분극현상을 일으키고, 하측 기본전극(b-20)의 전위(+)와 반대 전위(-)가 제1 하측 부가전극(b-221)에 유도된다. 동일하게, 제2 하측 절연층(b-212)의 분극현상에 의해 제1 하측 부가전극(b-221)의 전위(-)와 반대 전위(+)가 제2 하측 부가전극(b-222)에 유도된다.When liquid friction occurs, when the upper base electrode (a-10) is charged to-, the lower base electrode (b-20) has a relatively + potential, and the lower base electrode (a-10) has a potential of being charged to the upper base electrode (a-10). According to the polarity (−), the first insulating layer (a-111) causes polarization, and the potential (−) of the upper base electrode (a-10) and the opposite potential (+) are the first upper additional electrodes (a-). 121). Similarly, due to polarization of the second upper insulating layer (a-112), the potential (+) and the opposite potential (-) of the first upper additional electrode (a-121) are opposite to the second upper additional electrode (a-122). Induced to. Similarly, depending on the polarity of the potential induced in the lower base electrode b-20, the first insulating layer b-211 causes polarization and is opposite to the potential (+) of the lower base electrode b-20. The potential (−) is induced to the first lower additional electrode b-221. Similarly, due to the polarization of the second lower insulating layer b-212, the potential (−) and the opposite potential (+) of the first lower additional electrode b-221 are opposite to the second lower additional electrode b-222. Induced to.
상측 기본전극(a-10)과 하측 기본전극(b-20)에 각각 연결된 한 쌍의 제1 인출선(a-310, b-310)을 통하여 하측 기본전극(b-20)에서 상측 기본전극(a-10)으로 전류(Ic1)가 흐른다. 동시에, 제1 상측 부가전극(a-121)과 제1 하측 부가전극(b-221)에 각각 연결된 한 쌍의 제2 인출선(a-320, b-320)을 통하여 제1 상측 부가전극(a-121)에서 제1 하측 부가전극(b-221)으로 전류(Ic2)가 흐른다. 제2 상측 부가전극(a-122)과 제2 하측 부가전극(b-222)에 각각 연결된 한 쌍의 제3 인출선(a-330, b-330)을 통하여 제2 하측 부가전극(b-222)에서 제2 상측 부가전극(a-122)으로 전류(Ic3)가 흐른다. 액체 방울(60)이 하측(b)으로 이동하면, 전류(Ic1, Ic2, Ic3)가 액체 방울(60)이 상측(a)에 있을 때의 반대 방향으로 흐른다. The upper base electrode from the lower base electrode b-20 through a pair of first leader lines a-310 and b-310 connected to the upper base electrode a-10 and the lower base electrode b-20, respectively. The current Ic1 flows in (a-10). At the same time, the first upper additional electrodes (a-320 and b-320) are connected to the first upper additional electrodes (a-121) and the first lower additional electrodes (b-221), respectively. The current Ic2 flows from the a-121 to the first lower additional electrode b-221. The second lower additional electrodes b-through the pair of third leader lines a-330 and b-330 respectively connected to the second upper additional electrodes a-122 and the second lower additional electrodes b-222. The current Ic3 flows to the second upper additional electrodes a-122 from 222. When the
제1 인출선(a-310, b-310)을 따라 흐르는 전류(Ic1)의 전압 크기는 전압분배 구조가 없을 때의 전류의 전압보다 작고, 제2 인출선(a-320, b-320)을 통하여 흐르는 전류(Ic2)의 전압 크기는 제1 인출선(a-310, b-310)을 따라 흐르는 전류(Ic1)의 전압 크기보다 작으며, 제3 인출선(a-330, b-330)을 통하여 흐르는 전류(Ic3)의 전압 크기는 제2 인출선(a-320, b-320)을 따라 흐르는 전류(Ic2)의 전압 크기보다 작다. 이는 동일한 액체 방울(60)이 대전체(c-33)과 접촉하여 전기에너지가 생성되는 경우, 기본전극(a-10, b-20)에 전위차를 유도하는 것과 전압분배모듈(a-100, b-200)의 제1 부가전극(a-121, b-221) 및 제2 부가전극(a-122, b-222)에 전위차를 유도하는 것에 에너지가 분배되기 때문이다. The voltage magnitude of the current Ic1 flowing along the first leader lines a-310 and b-310 is smaller than the voltage of the current when there is no voltage distribution structure, and the second leader lines a-320 and b-320. The voltage magnitude of the current Ic2 flowing through is smaller than the voltage magnitude of the current Ic1 flowing along the first leader lines a-310 and b-310, and the third leader lines a-330 and b-330. The voltage magnitude of the current Ic3 flowing through) is smaller than the voltage magnitude of the current Ic2 flowing along the second leader lines a-320 and b-320. This is because when the same
따라서 상기 도 2b의 압전 발전소자(Gd1)의 동작에서 설명한 바와 같이, 정류부(410)의 기준전압보다 낮은 전압으로 출력되는 전력이 많아지므로, 동일한 접촉 또는 마찰에 의해 마찰대전 발전소자에서 마찰대전이 발생되는 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)에서 획득할 수 있는 전기에너지 양(Ep1 + Ep2 + Ep3)이 전압분배 구조가 없는 액체마찰 발전소자에서 획득할 수 있는 전기에너지 양(Ep)보다 더 많다.Therefore, as described in the operation of the piezoelectric power generator Gd1 of FIG. 2B, since the power output at a voltage lower than the reference voltage of the rectifying
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전극의 면적이 다른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)를 나타낸 도면이다. 3 is a diagram illustrating an
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)는, 발전소자(Gd)로부터 가까이 위치하는 전극의 면적보다 멀리 위치하는 전극의 면적이 크게 형성될 수 있다. As shown in FIG. 3, the
압력인가, 접촉마찰 또는 액체마찰에 의해 전기에너지가 생성되는 발전소자(Gd)에 가장 가까이 있는 상측 기본전극(a-10) 및 하측 기본전극(b-20)이 가장 작은 면적으로 형성되고, 그 다음에 적층되는 제1 상측 부가전극(a-121) 및 제1 하측 부가전극(b-221)이 기본전극(a-10, b-20)의 면적보다 크게 형성되며, 그 다음에 적층되는 제2 상측 부가전극(a-122) 및 제2 하측 부가전극(b-222)이 제1 부가전극(a-121, b-121)의 면적보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 발전소자(Gd)에 가까이 있는 전극의 면적이 가장 작고, 발전소자(Gd)으로부터 가장 멀리 있는 전극의 면적이 가장 크게 순차적으로 형성될 수 있다. 또한, 대응하는 순서의 한 쌍의 전극의 면적은 동일하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상측 기본전극(a-10)과 하측 기본전극(b-20)의 면적이 동일하고, 제1 상측 부가전극(a-121)과 제1 하측 부가전극(b-221)의 면적이 동일하게 형성될 수 있다. The upper base electrode (a-10) and the lower base electrode (b-20) closest to the generator Gd where electric energy is generated by pressure application, contact friction, or liquid friction are formed with the smallest area, and Next, the first upper additional electrodes (a-121) and the first lower additional electrodes (b-221) to be stacked are formed larger than the areas of the base electrodes (a-10 and b-20), and the next stacked additional electrodes The second upper additional electrodes a-122 and the second lower additional electrodes b-222 may be larger than the areas of the first additional electrodes a-121 and b-121. That is, the area of the electrode closest to the generator Gd may be the smallest, and the area of the electrode farthest from the generator Gd may be the largest. In addition, the areas of the pair of electrodes in the corresponding order may be formed identically. For example, the areas of the upper base electrode a-10 and the lower base electrode b-20 are the same, and the areas of the first upper additional electrode a-121 and the first lower additional electrode b-221 are the same. This can be formed identically.
발전소자(Gd)와 가까운 전극에는 압전현상, 마찰대전 또는 액체마찰에 의해 생성되는 전위차가 강하게 형성되며, 발전소자(Gd)로부터 거리가 멀어질수록 전기장 또는 분극에 의한 영향이 줄어든다. 따라서 발전소자(Gd)에 가까운 전극 면적을 작게 형성하고 발전소자(Gd)으로부터 먼 방향으로 순차적으로 전극 면적을 크게 형성하여, 발전소자(Gd)와 가까이 위치하는 한 쌍의 전극에 유도되는 전위차와 발전소자(Gd)와 멀리 위치하는 한 쌍의 전극에 유도되는 전위차를 균일하게 형성하고, 복수의 인출선으로 출력되는 전류(Id1, Id2, Id3)의 전압을 균일하게 할 수 있다. In the electrode close to the generator Gd, a potential difference generated by piezoelectric phenomenon, triboelectric charging or liquid friction is strongly formed, and as the distance from the generator Gd increases, the influence of the electric field or polarization decreases. Therefore, the electrode area close to the generator Gd is made small, and the electrode areas are sequentially enlarged in the direction away from the generator Gd, so that the potential difference induced by the pair of electrodes positioned near the generator Gd and The potential difference induced in the pair of electrodes far from the generator Gd can be formed uniformly, and the voltages of the currents Id1, Id2, and Id3 outputted by the plurality of lead lines can be made uniform.
도 2a에 도시된 바와 같이, 전극의 면적이 동일한 경우에는 제1 상측 인출선(a-310) 및 제1 하측 인출선(b-310)으로 출력되는 전류(Ia1)의 전압이 가장 높고 제3 상측 인출선(a-330) 및 제3 하측 인출선(b-330)으로 출력되는 전류(Ia3)의 전압이 가장 낮아서 정류부(410)를 통과하는 전기에너지의 양(Ep1 > Ep3)이 불균형하다. As shown in FIG. 2A, when the area of the electrode is the same, the voltage of the current Ia1 outputted to the first upper lead line a-310 and the first lower lead line b-310 is the highest and is the third. Since the voltage of the current Ia3 outputted to the upper leader line a-330 and the third lower leader line b-330 is the lowest, the amount of electric energy passing through the rectifying unit 410 (Ep1> Ep3) is unbalanced. .
그러나 도 3에 도시된 바와 같이, 발전소자(Gd)로부터 먼 방향으로 순차적으로 전극 면적을 크게 형성하면, 제1 상측 인출선(a-310) 및 제1 하측 인출선(b-310), 제2 상측 인출선(a-320) 및 제2 하측 인출선(b-320), 제3 상측 인출선(a-330) 및 제3 하측 인출선(b-330)으로 출력되는 전류(Id1, Id2, Id3)의 전압이 균등해지고 정류부(410)를 통과하는 전기에너지의 양이 균등(Ep1 = Ep2 = Ep3)해져서 저장장치(400)에 저장될 수 있는 전기에너지의 양이 더 증가할 수 있다. 이러한 전극 면적의 변화에 따른 출력되는 전압의 균등화는 도 2b, 도 2c, 또는 도 2d의 압전, 마찰대전, 또는 액체마찰 방식에도 동일하게 적용될 수 있다.However, as shown in FIG. 3, when the electrode areas are sequentially enlarged in the direction away from the power generator Gd, the first upper leader line a-310 and the first lower leader line b-310 are formed. Currents Id1 and Id2 output to the second upper leader line a-320 and the second lower leader line b-320, the third upper leader line a-330, and the third lower leader line b-330. The voltage of Id3 may be equalized and the amount of electrical energy passing through the
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)에서 인출선의 연결방식을 나타낸 도면이다.4 is a view showing a connection method of the leader line in the energy harvesting device (1) having a voltage distribution structure according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)는, 상측 기본전극(a-10) 및 상측 부가전극(a-121, a-122)에 연결되는 복수의 상측 인출선(a-310, a-320, a-330), 및 하측 기본전극(b-20) 및 하측 부가전극(b-221, b-222)에 연결되는 복수의 하측 인출선(b-310, b-320, b-330)을 더 포함할 수 있다. 그리고, 상측 인출선들(a-310, a-320, a-330)과 하측 인출선들(b-310, b-320, b-330) 중의 두 개가 한 쌍으로 전기에너지를 외부로 출력하도록 연결될 수 있다. 구체적으로, 상측 인출선들(a-310, a-320, a-330) 중의 하나와 하측 인출선들(b-310, b-320, b-330) 중의 하나가 한 쌍으로 전기에너지를 외부로 출력하도록 연결될 수 있다. The
구체적으로, 복수의 상측 인출선(a-310, a-320, a-330) 중 하나와 상기 복수의 하측 인출선(b-310, b-320, b-330) 중 하나가 한 쌍을 이루어 전기에너지를 외부로 출력하되, 복수의 상측 인출선(a-310, a-320, a-330)에 각각 대응하는 순서의 상기 복수의 하측 인출선(b-310, b-320, b-330)이 한 쌍을 이루거나, 발전소자와 가까운 상측 또는 하측 인출선(a-310, b-310)과 상기 발전소자와 먼 하측 또는 상측 인출선(b-330, a-330)이 한 쌍을 이루도록 연결될 수 있다.Specifically, one of the plurality of upper leader lines (a-310, a-320, a-330) and one of the plurality of lower leader lines (b-310, b-320, b-330) in a pair Outputs electrical energy to the outside, but the plurality of lower leader lines (b-310, b-320, b-330) in the order corresponding to the plurality of upper leader lines (a-310, a-320, a-330), respectively. ) Or a pair of upper or lower lead wires (a-310, b-310) close to the power plant and a lower or upper lead wire (b-330, a-330) far from the power generator. Can be connected to achieve.
도 2a에 도시된 바와 같이, 상측 및 하측 인출선(a-310, a-320, a-330, b-310, b-320, b-330)은, 복수의 상측 인출선(a-310, a-320, a-330)에 각각 대응하는 순서의 복수의 하측 인출선(b-310, b-320, b-330)이 한 쌍을 이루도록 연결될 수 있다. 이러한 경우, 제1 상측 인출선(a-310) 및 제1 하측 인출선(b-310)을 따라 흐르는 제1 전류(Ia1)의 전압이 가장 크고 제3 상측 인출선(a-330) 및 제3 하측 인출선(b-330)을 따라 흐르는 제3 전류(Ia3)의 전압이 가장 작게 출력될 수 있다.As shown in FIG. 2A, the upper and lower leader lines a-310, a-320, a-330, b-310, b-320, and b-330 are formed of a plurality of upper leader lines a-310, A plurality of lower leader lines b-310, b-320, and b-330 in an order corresponding to a-320 and a-330 may be connected to form a pair. In this case, the voltage of the first current Ia1 flowing along the first upper lead line a-310 and the first lower lead line b-310 is the largest, and the third upper lead line a-330 and the third upper lead line The voltage of the third current Ia3 flowing along the lower lead line b-330 may be output the smallest.
도 4에 도시된 바와 같이, 상측 및 하측 인출선(a-310, a-320, a-330, b-310, b-320, b-330)은, 발전소자(Gd)와 가까운 상측 또는 하측 인출선(a-310, b-310)과 발전소자(Gd)와 먼 하측 또는 상측 인출선(b-330, a-330)이 한 쌍을 이루도록 연결될 수 있다. 즉, 발전소자(Gd)와 가까이 있는 제1 상측 인출선(a-310)과 발전소자(Gd)와 멀리 있는 제3 하측 인출선(b-330)이 연결되고, 발전소자(Gd)와 가까이 있는 제1 하측 인출선(b-310)과 발전소자(Gd)와 멀리 있는 제3 상측 인출선(a-310)이 연결되고, 중간의 제2 상측 인출선(a-320)과 제2 하측 인출선(b-320)이 연결될 수 있다.As shown in FIG. 4, the upper and lower leader lines a-310, a-320, a-330, b-310, b-320, and b-330 have an upper side or a lower side close to the generator Gd. The leader lines a-310 and b-310 and the lower and upper leader lines b-330 and a-330 far from the generator Gd may be connected to form a pair. That is, the first upper leader line a-310 near the power generator Gd and the third lower leader line b-330 far away from the power generator Gd are connected to each other and close to the power generator Gd. A first lower lead wire (b-310) and a third upper lead wire (a-310) far away from the power generator (Gd) are connected, and an intermediate second upper lead wire (a-320) and a second lower side The leader line b-320 may be connected.
압전현상, 마찰대전 또는 액체마찰이 발생하면, 발전소자(Gd)와 가장 가까워서 가장 큰 전위차가 생성되는 상측 기본전극(a-10)과 하측 기본전극(b-20)을, 발전소자(Gd)와 가장 멀어서 가장 작은 전위차가 생성되는 제2 하측 부가전극(b-222)과 제2 상측 부가전극(a-122)에 각각 연결함으로써, 제1 상측 인출선(a-310) 및 제3 하측 인출선(b-330), 제2 상측 인출선(a-320) 및 제2 하측 인출선(b-320), 제3 상측 인출선(a-330) 및 제1 하측 인출선(b-310)으로 출력되는 전류(Ie1, Ie2, Ie3)의 전압이 균등해지고 정류부(410)를 통과하는 전기에너지의 양이 균등(Ep1 = Ep2 = Ep3)해져서 저장장치(400)에 저장될 수 있는 전기에너지의 양이 더 증가할 수 있다. 이러한 연결구조는 도 2d의 액체마찰 방식에도 동일하게 적용될 수 있다.When piezoelectric phenomenon, triboelectric charge or liquid friction occurs, the upper base electrode (a-10) and the lower base electrode (b-20), which are closest to the generator Gd and generate the largest potential difference, are generated. The first upper lead-out line a-310 and the third lower lead-out lead by connecting to the second lower additional electrode b-222 and the second upper additional electrode a-122, which are farthest from each other, to generate the smallest potential difference. Line b-330, second upper lead line a-320 and second lower lead line b-320, third upper lead line a-330, and first lower lead line b-310 The voltages of the currents (Ie1, Ie2, Ie3) output as is equalized and the amount of electrical energy passing through the
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 압전 및 마찰대전 발전 방식을 모두 이용하는 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자에서 인출선의 연결방식을 나타낸 도면이다.5A and 5B are diagrams illustrating a connection method of leader lines in an energy harvesting device having a voltage distribution structure using both piezoelectric and triboelectric charging generation methods according to an embodiment of the present invention.
도 5a에 도시된 바와 같이, 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)는, 도 2b에 도시된 바와 같은 압전 발전소자(Gd1), 압전 발전소자(Gd1)에 형성된 상측 전압분배모듈(a-100) 및 하측 전압분배모듈(b-200)을 포함하는 상태에서, 도 2c에 도시된 바와 같은 마찰대전 발전소자(Gd2), 마찰대전 발전소자(Gd2)에 형성된 서브-상측 전압분배모듈(sa-100) 및 서브-하측 전압분배모듈(sb-200)을 더 포함한다. 마찰대전 발전소자(Gd2)에 형성된 서브-상측 전압분배모듈(sa-100) 및 서브-하측 전압분배모듈(sb-200)은 압전 발전소자(Gd1)에 형성된 상측 전압분배모듈(a-100) 및 하측 전압분배모듈(b-200)과 구분하기 위하서 서브-(s)를 부가하여 칭하도록 한다.As shown in FIG. 5A, the
압전 및 마찰대전 발전 방식을 모두 이용하는 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자가 포함하는 각 구성들(발전소자 및 전압분배모듈)은 플렉서블한 재질로 형성되어, 외부 환경에서 전달되는 에너지(바람, 강우 등)에 의하여 물리적으로 굽혀질 수 있다. 예를 들어, 일단이 고정된 깃발과 같이 얇고 넓은 형상으로 형성되어 바람에 의하여 에너지 하베스팅 소자가 움직여서 마찰 또는 압력을 받는 구조로 형성될 수 있다. Each component (power generation element and voltage distribution module) included in the energy harvesting element having a voltage distribution structure using both piezoelectric and triboelectric charging generation methods is formed of a flexible material, thereby transmitting energy (wind, rainfall) Physically bent). For example, one end may be formed in a thin and wide shape, such as a fixed flag, and may have a structure in which the energy harvesting element is moved by wind and subjected to friction or pressure.
구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)는, 압전 발전 방식의 에너지 하베스팅 소자에 더하여 서브-상측 기본전극(sa-10), 서브-상측 기본전극(sa-10)과 이격되도록 마련되는 서브-하측 기본전극(sb-20), 및 서브-상측 기본전극(sa-10) 또는 서브-하측 기본전극(sb-20)에 접촉하여 마찰대전을 발생시키는 대전체(sc-30)를 포함하는 마찰대전 발전소자(Gd2), 서브-상측 기본전극(sa-10) 상에, 순서대로 번갈아 적층되는 적어도 하나 이상의 서브-상측 절연층(sa-111, sa-112) 및 적어도 하나 이상의 서브-상측 부가전극(sa-121, sa-122)을 포함하는 서브-상측 전압분배모듈(sa-100) 및 서브-상측 전압분배모듈(sa-100)과 한 쌍을 이루며, 서브-하측 기본전극(sb-20) 상에, 순서대로 번갈아 적층되는 적어도 하나 이상의 서브-하측 절연층(sb-211, sb-212) 및 적어도 하나 이상의 서브-하측 부가전극(sb-221, sb-222)을 포함하는 서브-하측 전압분배모듈(sb-200)을 더 포함하며, 상측 전압분배모듈(a-200) 또는 하측 전압분배모듈(b-200)에 서브-하측 전압분배모듈(sb-200) 또는 서브-상측 전압분배모듈(sa-100)이 결합되어, 압전 발전과 마찰대전 발전을 복합적으로 수행할 수 있다. 상측 전압분배모듈(a-200)과 서브-하측 전압분배모듈(sb-200) 사이, 또는 하측 전압분배모듈(b-200)과 서브-상측 전압분배모듈(sa-100) 사이에는 절연을 위한 절연물질(50)이 더 형성될 수 있다. Specifically, the
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)는, 상측 기본전극(a-10) 및 상측 부가전극(a-121)에 연결되는 복수의 상측 인출선(a-310, a-320), 하측 기본전극(b-20) 및 하측 부가전극(b-221)에 연결되는 복수의 하측 인출선(b-310, b-320), 서브-상측 기본전극(sa-10) 및 서브-상측 부가전극(sa-121)에 연결되는 복수의 서브-상측 인출선(sa-310, sa-320), 서브-하측 기본전극(sb-20) 및 서브-하측 부가전극(sb-221)에 연결되는 복수의 서브-하측 인출선(sb-310, sb-320)을 더 포함하며, 도 5a에 도시된 바와 같이, 복수의 상측 인출선(a-310, a-320)과 대응하는 순서의 복수의 서브-하측 인출선(sb-310, sb-320)이 한 쌍을 이루고 복수의 서브-상측 인출선(sa-310, sa-320)과 대응하는 순서의 복수의 하측 인출선(b-310, b-320)이 한 쌍을 이루거나, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 압전체(c-31)와 가까운 상측 또는 하측 인출선(a-310, b-310)과 상기 대전체(c-32)와 먼 서브-상측 또는 서브-하측 인출선(sa-320, sb-320)이 한 쌍을 이루고 압전체(c-31)와 먼 상측 또는 하측 인출선(a-320, b-320)과 대전체(c-32)와 가까운 서브-상측 또는 서브-하측 인출선(sa-310, sb-310)이 한 쌍을 이루어, 전기에너지를 외부로 출력하도록 연결될 수 있다.In addition, the
도 2b, 도 2c, 도 4에 도시된 바와 같이, 압전 발전소자(Gd1)측의 상측 및 하측 인출선을 서로 한 쌍으로 연결하고, 마찰대전 발전소자(Gd2) 측의 상측 및 하측 인출선을 서로 한 쌍으로 연결할 수도 있고, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 압전 발전소자(Gd1)측의 인출선과 마찰대전 발전소자(Gd2) 측의 인출선을 서로 한 쌍으로 연결할 수도 있다. As shown in FIG. 2B, FIG. 2C, and FIG. 4, the upper and lower lead wires of the piezoelectric power generator Gd1 side are connected to each other in pairs, and the upper and lower lead wires of the triboelectric power generator Gd2 side are connected. As shown in FIGS. 5A and 5B, the lead wires of the piezoelectric generator Gd1 and the lead wires of the triboelectric generator Gd2 may be connected to each other in pairs.
도 5a에 도시된 바와 같은 인출선 연결을 선택하는 경우, 제2 전류(If2)와 제3 전류(If3)이 가장 큰 전압으로 출력되고, 제1 전류(If1)과 제4 전류(If4)가 작은 전압으로 출력되며, 도 5b에 도시된 바와 같은 인출선 연결을 선택하는 경우, 제1, 제2, 제3, 및 제4 전류(Ig1, Ig2, Ig3, Ig4)의 전압을 균일하게 조절할 수 있다. 또한, 부가전극의 수가 많을 경우, 도 5a에 도시된 인출선 연결과 도 5b에 도시된 인출선 연결을 혼용하여 사용할 수도 있으며, 출력 전압을 각각 다르게 조절할 수 있는 이점이 있다. When the leader line connection as shown in FIG. 5A is selected, the second current If2 and the third current If3 are output at the largest voltage, and the first current If1 and the fourth current If4 are output. When outputting a small voltage and selecting the lead wire connection as shown in FIG. 5B, the voltages of the first, second, third, and fourth currents Ig1, Ig2, Ig3, and Ig4 may be uniformly adjusted. have. In addition, when the number of additional electrodes is large, the lead wire connection shown in FIG. 5A and the lead wire connection shown in FIG. 5B may be used in combination, and the output voltage may be adjusted differently.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자(1)는, 발전소자(Gd)에서 생성하는 전기에너지의 일부를 전압분배모듈(a-100, b-200)을 통하여 적어도 둘 이상으로 출력하여 각각 저장장치(400)에 저장할 수 있으므로, 동일한 외부 에너지 투입량에 의해 압전 발전소자(Gd)에서 생성하는 마찰전기의 저장률을 증가시킬 수 있다.As described above, the
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 압전현상, 마찰대전 현상, 액체마찰 현상에 의해 전기에너지가 생성되는 한 쌍의 기본전극(a-10, b-20)에 절연층과 부가전극이 순서대로 적어도 하나 이상 번갈아 적층되는 구조의 부가전극모듈(a-100, b-200)을 형성하는 구조이므로, 복수의 압전 발전소자를 집적할 수 있어서, 대규모 발전시스템에 사용될 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the insulating layer and the additional electrode are arranged in a pair of basic electrodes (a-10, b-20) in which electrical energy is generated by piezoelectric phenomenon, triboelectric charge phenomenon, and liquid friction phenomenon. As it is a structure for forming the additional electrode modules (a-100, b-200) of at least one alternately stacked structure, it is possible to integrate a plurality of piezoelectric power generators, it can be used in large-scale power generation system.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 발전소자(Gd)로부터 멀리 위치하는 전극을 더 크게 형성함으로써, 가까이 있는 전극에서 출력하는 전압과 멀리 있는 전극에서 출력하는 전압을 균일하게 하여 저장장치(400)에 저장할 수 있는 전기에너지 양을 더 증가시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by forming a larger electrode located far from the power generator (Gd), the
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 발전소자(Gd)와 가까운 전극과 멀리 위치하는 전극을 연결함으로써, 인출선으로 출력되는 전류의 전압을 균일하게 하여 저장장치(400)에 저장할 수 있는 전기에너지 양을 더 증가시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by connecting the electrode located far from the electrode near the power generator (Gd), the voltage that can be stored in the
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. Although the present invention has been described in detail through specific examples, it is intended to describe the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and should be understood by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. It is obvious that the modifications and improvements are possible.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications and variations of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be apparent from the appended claims.
a-10: 상측 기본전극
b-20: 하측 기본전극
Gd: 발전소자
c-31: 압전체
c-32: 대전체
a-100: 상측 전압분배모듈
a-111: 제1 상측 절연층
a-121: 제1 상측 부가전극
a-112: 제2 상측 절연층
a-122: 제2 상측 부가전극
b-200: 하측 전압분배모듈
b-211: 제1 하측 절연층
b-221: 제1 하측 부가전극
b-212: 제2 하측 절연층
b-222: 제2 하측 부가전극
a-310: 제1 상측 인출선
a-320: 제2 상측 인출선
a-330: 제3 상측 인출선
b-310: 제1 하측 인출선
b-320: 제2 하측 인출선
b-330: 제3 하측 인출선
400: 저장장치
410: 정류부
420: 말단 저장모듈
430: 집합 저장모듈
440: 스위칭모듈 a-10: Upper base electrode
b-20: lower base electrode
Gd: Generator
c-31: piezoelectric
c-32: charging
a-100: upper voltage distribution module
a-111: first upper insulating layer
a-121: first upper additional electrode
a-112: second upper insulating layer
a-122: second upper additional electrode
b-200: Lower voltage distribution module
b-211: first lower insulating layer
b-221: first lower additional electrode
b-212: second lower insulating layer
b-222: second lower additional electrode
a-310: first upper leader line
a-320: second upper leader line
a-330: third upper leader line
b-310: first lower lead wire
b-320: second lower lead wire
b-330: third lower lead wire
400: storage device
410: rectifier
420: terminal storage module
430: storage module
440: switching module
Claims (9)
상기 상측 기본전극 상에, 순서대로 번갈아 적층되는 적어도 하나 이상의 상측 절연층 및 적어도 하나 이상의 상측 부가전극을 포함하는 상측 전압분배모듈; 및
상기 상측 전압분배모듈과 한 쌍을 이루며, 상기 하측 기본전극 상에, 순서대로 번갈아 적층되는 적어도 하나 이상의 하측 절연층 및 적어도 하나 이상의 하측 부가전극을 포함하는 하측 전압분배모듈을 포함하는, 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자.A power generator for outputting alternating current electricity through a pair of upper and lower primary electrodes;
An upper voltage distribution module including at least one upper insulating layer and at least one upper additional electrode which are alternately stacked on the upper basic electrode in order; And
A voltage distribution structure formed in pairs with the upper voltage distribution module and including a lower voltage distribution module including at least one lower insulating layer and at least one lower additional electrode stacked on the lower basic electrode in order. Energy harvesting device having a.
상기 발전소자는
상기 상측 기본전극과 상기 하측 기본전극 사이에, 외부에서 가해지는 압력에 의하여 전기에너지를 생성하는 압전체가 형성된 압전 발전소자이며,
상기 압전체에 가해지는 압력에 의해 생성되는 전기에너지가 상기 상측 기본전극 및 하측 기본전극과, 상기 상측 부가전극 및 상기 하측 부가전극으로 분배되어 출력되는, 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자.The method according to claim 1,
The power plant
Between the upper base electrode and the lower base electrode, the piezoelectric power generator is formed with a piezoelectric material for generating electrical energy by the pressure applied from the outside,
The energy harvesting device having a voltage distribution structure in which electrical energy generated by the pressure applied to the piezoelectric body is distributed to the upper base electrode and the lower base electrode, and the upper additional electrode and the lower additional electrode.
상기 발전소자는
상측 기본전극과 상기 하측 기본전극이 이격되도록 마련되고, 상기 상측 기본전극 또는 하측 기본전극에 접촉하여 마찰대전을 발생시키는 대전체가 형성된 마찰대전 발전소자이며,
상기 대전체와 상측 기본전극 또는 하측 기본전극의 접촉에 의하여 생성되는 전기에너지가 상기 상측 기본전극 및 하측 기본전극과, 상기 상측 부가전극 및 상기 하측 부가전극으로 분배되어 출력되는, 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자.The method according to claim 1,
The power plant
An upper base electrode and a lower base electrode are provided to be spaced apart, and the triboelectric charge generator is formed with a charge to generate a triboelectric charge in contact with the upper base electrode or the lower base electrode,
The electrical energy generated by the contact between the charged material and the upper base electrode or the lower base electrode is distributed to the upper base electrode and the lower base electrode, the upper additional electrode and the lower additional electrode, and has a voltage distribution structure. Energy harvesting elements.
상기 발전소자는
상측 기본전극;
상기 상측 기본전극과 동일 평면상에 이격되어 마련되는 하측 기본전극;
상기 상측 기본전극 및 상기 하측 기본전극을 덮는 대전체;
상기 유전체층 상에 형성되는 소수성막을 포함하며,
상기 소수성막 상에서 액체 방울이 상기 상측 기본전극에서 상기 하측 기본전극 방향으로 또는 반대 방향으로 흐르면서 상기 상측 기본전극 및 하측 기본전극에 전기에너지를 생성하는 액체마찰 발전소자인, 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자.The method according to claim 1,
The power plant
Upper basic electrode;
A lower base electrode spaced apart on the same plane as the upper base electrode;
An electrode covering the upper basic electrode and the lower basic electrode;
It includes a hydrophobic film formed on the dielectric layer,
An energy harvesting device having a voltage distribution structure, which is a liquid friction generator that generates electrical energy on the upper and lower base electrodes while the droplets flow from the upper base electrode toward the lower base electrode or in the opposite direction on the hydrophobic layer. .
상기 발전소자로부터 가까이 위치하는 전극의 면적보다 멀리 위치하는 전극의 면적이 크게 형성되는, 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자.The method according to claim 1,
An energy harvesting device having a voltage distribution structure, wherein an area of an electrode located farther than an area of an electrode located closer to the generator is formed.
상기 상측 기본전극 및 상측 부가전극에 연결되는 복수의 상측 인출선; 및
상기 하측 기본전극 및 하측 부가전극에 연결되는 복수의 하측 인출선을 더 포함하며,
상기 복수의 상측 인출선과 상기 복수의 하측 인출선 중 두 개가 한 쌍을 이루어 전기에너지를 외부로 출력하는, 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자.The method according to claim 1,
A plurality of upper lead lines connected to the upper basic electrode and the upper additional electrode; And
Further comprising a plurality of lower lead wires connected to the lower basic electrode and the lower additional electrode,
An energy harvesting device having a voltage distribution structure, in which two of the plurality of upper lead wires and the plurality of lower lead wires form a pair to output electrical energy to the outside.
상기 복수의 상측 인출선 중 하나와 상기 복수의 하측 인출선 중 하나가 한 쌍을 이루어 전기에너지를 외부로 출력하되, 상기 복수의 상측 인출선에 각각 대응하는 순서의 상기 복수의 하측 인출선이 한 쌍을 이루거나, 상기 발전소자와 가까운 상측 또는 하측 인출선과 상기 발전소자와 먼 하측 또는 상측 인출선이 한 쌍을 이루도록 연결되는, 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자.The method according to claim 6,
One of the plurality of upper leader lines and one of the plurality of lower leader lines form a pair to output electrical energy to the outside, and the plurality of lower leader lines in an order corresponding to the plurality of upper leader lines respectively An energy harvesting device having a voltage distribution structure that is paired or connected to form a pair of an upper or lower lead wire close to the power generator and a lower or upper lead wire far from the power generator.
서브-상측 기본전극, 상기 서브-상측 기본전극과 이격되도록 마련되는 서브-하측 기본전극, 및 상기 서브-상측 기본전극 또는 서브-하측 기본전극에 접촉하여 마찰대전을 발생시키는 대전체를 포함하는 마찰대전 발전소자;
상기 서브-상측 기본전극 상에, 순서대로 번갈아 적층되는 적어도 하나 이상의 서브-상측 절연층 및 적어도 하나 이상의 서브-상측 부가전극을 포함하는 서브-상측 전압분배모듈; 및
상기 서브-상측 전압분배모듈과 한 쌍을 이루며, 상기 서브-하측 기본전극 상에, 순서대로 번갈아 적층되는 적어도 하나 이상의 서브-하측 절연층 및 적어도 하나 이상의 서브-하측 부가전극을 포함하는 서브-하측 전압분배모듈을 더 포함하며,
상기 상측 전압분배모듈 또는 하측 전압분배모듈에 상기 서브-하측 전압분배모듈 또는 서브-상측 전압분배모듈이 결합되어, 압전 발전과 마찰대전 발전을 복합적으로 수행하는, 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자.The method according to claim 2,
Friction including a sub-upper base electrode, a sub-lower base electrode provided to be spaced apart from the sub-upper base electrode, and a charged material in contact with the sub-upper base electrode or sub-lower base electrode to generate a triboelectric charge. Daejeon power plant;
A sub-upper voltage distribution module including at least one sub-upper insulating layer and at least one sub-upper additional electrode that are alternately stacked on the sub-upper basic electrode in order; And
A sub-lower paired with the sub-higher voltage distribution module and including at least one sub-lower insulating layer and at least one sub-lower additional electrode which are alternately stacked on the sub-lower basic electrode in order; Further comprising a voltage distribution module,
The sub-lower voltage distribution module or the sub-upper voltage distribution module is coupled to the upper voltage distribution module or the lower voltage distribution module to perform a combination of piezoelectric power generation and triboelectric charge generation. .
상기 상측 기본전극 및 상측 부가전극에 연결되는 복수의 상측 인출선;
상기 하측 기본전극 및 하측 부가전극에 연결되는 복수의 하측 인출선;
상기 서브-상측 기본전극 및 서브-상측 부가전극에 연결되는 복수의 서브-상측 인출선;
상기 서브-하측 기본전극 및 서브-하측 부가전극에 연결되는 복수의 서브-하측 인출선을 더 포함하며,
상기 복수의 상측 인출선 또는 서브-상측 인출선 중의 하나와 상기 복수의 하측 인출선 또는 서브-상측 인출선 중의 하나가 한 쌍을 이루되, 바람직하게는, 상기 복수의 상측 인출선과 대응하는 순서의 상기 복수의 서브-하측 인출선이 한 쌍을 이루고 상기 복수의 서브-상측 인출선과 대응하는 순서의 상기 복수의 하측 인출선이 한 쌍을 이루거나, 상기 압전체와 가까운 상측 또는 하측 인출선과 상기 대전체와 먼 서브-하측 또는 서브-상측 인출선이 한 쌍을 이루고 상기 압전체와 먼 상측 또는 하측 인출선과 상기 대전체와 가까운 서브-하측 또는 서브-상측 인출선이 한 쌍을 이루어, 전기에너지를 외부로 출력하는, 전압분배 구조를 갖는 에너지 하베스팅 소자.The method according to claim 8,
A plurality of upper lead lines connected to the upper basic electrode and the upper additional electrode;
A plurality of lower leader lines connected to the lower basic electrode and the lower additional electrode;
A plurality of sub-upper lead lines connected to the sub-upper base electrode and the sub-upper additional electrode;
And a plurality of sub-lower lead lines connected to the sub-lower base electrode and the sub-lower additional electrode,
One of the plurality of upper leader lines or the sub-upper leader lines and one of the plurality of lower leader lines or the sub-upper leader lines are paired, preferably, in a sequence corresponding to the plurality of upper leader lines. The plurality of sub-lower lead lines form a pair and the plurality of lower lead lines in an order corresponding to the plurality of sub-up lead lines form a pair, or an upper or lower lead line close to the piezoelectric body and the electrified body And a pair of sub-lower or sub-upper lead wires far away from each other, and a pair of the upper or lower lead-out wires farther from the piezoelectric body and a pair of sub-lower or sub-up lead wires close to the electrified body, thereby transferring electrical energy to the outside. An energy harvesting element having a voltage distribution structure for outputting.
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KR1020180031554A KR20190109898A (en) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | Energy harvesting device having voltage distribution structure |
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KR20160066938A (en) | 2014-12-03 | 2016-06-13 | 삼성전자주식회사 | Triboelectric generating device |
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