KR20200095158A

KR20200095158A - 마찰발전 휴대용 전등

Info

Publication number: KR20200095158A
Application number: KR1020190012907A
Authority: KR
Inventors: 정종훈; 김현수; 공대솔
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2020-08-10
Also published as: KR102196930B1

Abstract

본 발명에 따른 마찰발전 휴대용 전등에 의하면 내부에 공간이 형성되어 배터리가 구비되는 본체; 일측이 상기 본체의 외주면에 결합되고 상기 본체의 진동에 의하여 타측이 왕복이동하는 마찰필름과, 일측이 상기 본체의 외주면에 결합되고 상기 마찰필름의 이동에 의하여 대전되는 전극필름을 포함하고, 상기 배터리와 연결되는 복수개의 마찰발전부; 및 상기 본체의 일측에 배치되며 상기 배터리와 전기적으로 연결되어 상기 마찰발전부에 의하여 충전된 상기 배터리에 의하여 발광하는 발광부를 포함한다.
본 발명에 따른 마찰발전 휴대용 전등에 의하면, 본체를 흔들어 마찰발전부의 마찰필름과 전극필름이 접촉-분리가 반복되도록 왕복이동시켜 마찰전기를 생산함으로써, 간단한 방법으로 배터리 충전이 가능하여 전원공급 장치가 없는 야외활동 중에 배터리가 소진될 시 자가발전으로 충전시켜 사용할 수 있어 사용효율이 높다. 또한 마찰발전부의 마찰필름 및 전극필름이 가볍고 저렴하며 간단한 구조로 제작가능하여 제조효율이 높으며, 마찰필름이 쉽게 채택하여 사용할 수 있는 종이, 나뭇잎과 같은 천연 소재로 구성되어 고장나게되는 긴급상황에서도 용이하게 채용가능하여 사용효율이 증대될 수 있다.

Description

마찰발전 휴대용 전등{PORTABLE ELECTRIC LIGHT}

본 발명은 마찰발전 휴대용 전등에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마찰 발전원리를 이용하여 전력을 충전하여 사용할 수 있어 전원 공급을 위한 장치가 없는 장소에서도 자가발전으로 점등할 수 있는 마찰발전 휴대용 전등에 관한 것이다.

일반적으로, 마찰 발전은 마찰에 의하여 발생하는 정전기 현상을 이용하여 에너지를 생산하는 것으로, 서로 다른 두 물체가 접촉한 후 분리되었을 때 발생하는 정전기에 의한 대전(帶電)차이로 에너지가 발생된다. 즉, 마찰 발전은, 대전 차이로 발생되는 전하를 이용하여 에너지를 생산하는 것으로, 우리 주변에 존재하는 다양한 미세 진동으로부터 발생된 소모적 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 사용할 수 있다. 따라서 마찰 발전은 장소나 날씨 등 환경적 요인에 상대적으로 무관한 신개념의 친환경 에너지 발전방법이라 할 수 있으며, 주변에 존재하는 미세진동이나, 사람의 움직임으로부터 발생된 기계적에너지를 이용할 수 있는 친환경에너지로 파급효과가 큰 기술로 평가된다.

한편, 휴대용 전등은, 낚시, 캠핑, 등산 등 야외활동 시 점등하여 사용하기 위한 것으로 다양한 활동에서 이용되고 있다. 하지만, 종래의 휴대용 전등은, 건전지를 이용하거나 전원 공급장치를 이용하여 사용 전에 미리 배터리를 충전함으로써 사용할 수 있다. 따라서, 내장된 건전지 또는 배터리를 모두 소진 할 시 사용이 불가하여, 주기적으로 건전지를 교체하거나 배터리를 충전정도를 확인해야 사용할 수 있다는 불편함이 있다. 더욱이 휴대용 전등을 야외활동에서 사용하던 중 건전지 또는 배터리가 소진되는 경우에는 전원공급장치가 없어 더 이상의 사용이 불가하여 사용효율이 저하된다.

종래의 휴대용 전등에 관한 기술로는 대한민국 공개특허 10-2005-0109118호가 개시되어 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로, 전원 공급장치가 없어도 자체적으로 전력을 생산할 수 있어 사용효율이 높은 마찰발전 휴대용 전등을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마찰발전 휴대용 전등은 내부에 공간이 형성되어 배터리가 구비되는 본체; 일측이 상기 본체의 외주면에 결합되고 상기 본체의 진동에 의하여 타측이 왕복이동하는 마찰필름과, 일측이 상기 본체의 외주면에 결합되고 상기 마찰필름의 이동에 의하여 대전되는 전극필름을 포함하고, 상기 배터리와 연결되는 복수개의 마찰발전부; 및 상기 본체의 일측에 배치되며 상기 배터리와 전기적으로 연결되어 상기 마찰발전부에 의하여 충전된 상기 배터리에 의하여 발광하는 발광부를 포함한다.

여기서 상기 마찰필름은, 테프론(PTFE), 폴리메타크릴산 메틸(PMMA) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함하는 합성폴리머, 종이 또는, 식물의 잎으로 구성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 전극필름은, 플라스틱소재로 형성된 기판의 외측면에 카본 나노튜브를 코팅한 것으로 구성될 수 있다.

또한 상기 마찰발전부와 상기 배터리는, 정류회로에 의하여 병렬연결되는 것이 바람직하다.

또한 상기 마찰발전부는, 상기 마찰필름과 상기 전극필름의 일측에 구비되고, 선택적으로 양단을 분리결합시키도록 구성되어 상기 본체에 상기 마찰필름과 상기 전극필름을 고정시키는 오링고정부를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 마찰발전 휴대용 전등은, 상기 본체의 타측에 구비되고, 상기 배터리와 전기적으로 연결되어 상기 마찰발전부에 의하여 충전된 상기 배터리의 전력을 외부로 출력하는 USB단자를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 배터리와, 상기 마찰발전부, 상기 발광부, 또는 상기 USB단자를 선택적으로 연결시키는 스위치를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 마찰발전 휴대용 전등에 의하면, 본체를 흔들어 마찰발전부의 마찰필름과 전극필름이 접촉-분리가 반복되도록 왕복이동시켜 마찰전기를 생산함으로써, 간단한 방법으로 배터리 충전이 가능하여 전원공급 장치가 없는 야외활동 중에 배터리가 소진될 시 자가발전으로 충전시켜 사용할 수 있어 사용효율이 높다.

또한 마찰발전부의 마찰필름 및 전극필름이 가볍고 저렴하며 간단한 구조로 제작가능하여 제조효율이 높으며, 마찰필름이 쉽게 채택하여 사용할 수 있는 종이, 나뭇잎과 같은 천연 소재로 구성되어 고장나게되는 긴급상황에서도 용이하게 채용가능하여 사용효율이 증대될 수 있다.

그리고 오링고정부의 양단이 선택적으로 분리결합가능하도로 구성되어, 마찰필름과 전극필름을 본체로부터 쉽게 교체가능하다.

더불어, USB단자를 통하여 전자기기를 연결시켜 배터리의 전력을 사용할 수 있도록 구성되어 전등 이외에 선풍기, 휴대폰 충전 등과 같이 다양한 용도로 사용가능하다.

도 1은, 본 발명의 일실시예에 따른 마찰발전 휴대용 전등의 사시도,
도 2 및 도 3은, 도 1의 마찰발전 휴대용 전등의 마찰발전부를 본체에 감은 상태를 도시한 사시도,
도 4는, 도 1의 마찰발전 휴대용 전등의 마찰발전부의 마찰발전과정을 개략적으로 도시한 구성도,
도 5는, 도 1의 마찰발전 휴대용 전등의 마찰발전부를 이용하여 실험한 배터리의 충전시간 및 전압을 나타내는 그래프,
도 6은, 도 1의 마찰발전 휴대용 전등의 오링고정부와 마찰발전부를 도시한 측면도,
도 7은, 도 1의 마찰발전 휴대용 전등의 연결구조를 도시한 회로도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마찰발전 휴대용 전등(10)은 전원공급이 없는 야외활동 장소에서도 마찰전기를 이용하여 전력을 충전함으로써 점등이 가능한 휴대용 전등에 관한 것으로, 본체(100), 복수개의 마찰발전부(200), 발광부(300), USB단자(400), 스위치(500)를 포함한다.

상기 본체(100)는 내부에 공간이 형성되어 내부 공간에 배터리(110)가 구비된다. 상기 본체(100)는 원통형상으로 형성되며, 대략 지름이 4(cm), 길이가 12 (cm)인 정도의 크기로 형성되어 휴대가 간편하도록 구성되는 것이 바람직하다. 상기 본체(100)는 사용자가 파지하여 흔들 수 있도록 구성된 것으로, 사용자는 상기 본체(100)를 상하 또는 좌우로 움직여 후술(後述) 할 복수개의 마찰발전부(200)를 이동시킬 수 있다. 상기 본체(100)는 플라스틱소재로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 배터리(110)는 상기 본체(100)의 내부공간에 장착되며, 상기 복수개의 마찰발전부(200)의 이동에 의하여 전력이 충전될 수 있다. 상기 배터리(110)는 리튬배터리(Lithium battery)로 40m(Wh)의 용량을 가지는 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 본체(100)의 크기 또는 사용용도에 따라 용량을 적절하게 변경하여 적용할 수 있을 것이다.

도 4를 참조하면 상기 복수개의 마찰발전부(200)는 마찰전기를 발생시키기 위한 구성으로, 마찰전기를 발생시켜 상기 배터리(110)에 전력을 충전시킨다. 따라서 상기 복수개의 마찰발전부(200)는 상기 배터리(110)와 연결되며, 상기 본체(100)의 외주면에 구비된다. 상기 마찰발전부(200)는 복수개가 구비되며, 일측이 상기 본체(100)의 외주면에 선택적으로 고정될 수 있다. 상기 마찰발전부(200)는 마찰필름(210), 전극필름(220), 오링고정부(230)를 포함할 수 있다.

상기 마찰필름(210)은 일측이 상기 본체(100)의 외주면에 결합되고 상기 본체(100)의 진동에 의하여 타측이 왕복이동한다. 즉 상기 마찰필름(210)은 일측이 고정되어 사용자가 본체(100)를 파지하여 흔들게 되면 타측이 이동함으로써 후술(後述) 할 전극필름(220)과 마찰된다. 따라서 상기 마찰필름(210)은 타측이 왕복이동함으로써, 상기 전극필름(220)과 상기 마찰필름(210) 사이의 접촉-분리에 의하여 마찰대전을 발생시킬 수 있다. 이때 상기 마찰필름(210)은 음의 전하(-)가 대전되된다. 상기 마찰필름(210)은, 테프론(PTFE), 폴리메타크릴산 메틸(PMMA) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함하는 합성폴리머, 종이 또는, 식물의 잎으로 구성된다. 따라서 상기 마찰필름(210)은 저렴하고, 쉽게 채택하여 사용할 수 있는 천연 소재로 형성되어 사용효율이 향상될 수 있다. 더욱이 나뭇잎과 같은 식물의 잎은, 잎이 완전하게 마르기 전에는 언제든지 사용이 가능하여 긴급상황에서도 재료를 쉽게 구할 수 있다는 장점이 있다.

상기 전극필름(220)은 일측이 상기 본체(100)의 외주면에 결합되고 상기 본체(100)의 진동에 의하여 타측이 왕복이동한다. 즉 상기 전극필름(220)은 상기 본체(100)의 진동에 의하여 상기 마찰필름(210)과 함께 이동함으로써 상기 마찰필름(210)과 접촉-분리되어 마찰대전될 수 있다. 부연하면 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전극필름(220)과 상기 마찰필름(210)이 접촉-분리를 반복(도 4의 (a)(b)(c)(d)를 반복)함으로써, 대전열에 의하여 상기 마찰필름(210)는 음의 전하(-)로 대전되고, 상기 전극필름(220)는 양의 전하(+)로 대전되어 마찰전기가 발생될 수 있다. 즉 상기 전극필름(220)과 상기 마찰필름(210)이 접촉한 후, 분리되어 멀어짐으로써 전하가 이동하여 전류가 발생될 수 있으며, 상기 마찰필름(210)은 부도체로서 음의 전하(-)의 이동은 없고, 상기 전극필름(220)의 양의 전하(+)가 이동함으로써 상기 배터리(110)에 전력이 충전될 수 있다. 한편 상기 전극필름(220)은, 플라스틱(PET, PC)소재로 형성된 기판(221)의 외측면에 카본 나노튜브(222)를 코팅하여 구성되는 것이 바람직하며, 상기 카본 나노튜브(222)는 스프레이를 이용하여 코팅할 수 있다. 상기 전극필름(220)은 저렴하고 유연한 소재로 형성되어 오랜 부딪힘에도 깨지지 않고 사용가능하여 사용효율이 높다. 상기 전극필름(220)의 소재를 상기 카본나노튜브(222)에 한정하는 것은 아니며, 금이 코팅된 폴리이미드(PI) 필름 등으로 적절하게 변경하여 적용가능할 것이다.

한편 상기 복수개의 마찰발전부(200)와 상기 배터리(110)는, 정류회로(111)에 의하여 병렬연결되는 것이 바람직하다. 즉 상기 복수개의 마찰발전부(200)에서 발생한 교류의 전압 및 전류가 상기 정류회로(111)에 의하여 직류로 변환되고, 정류된 직류가 상기 배터리(110)에 전달되어 상기 배터리(110)에 전력이 충전될 수 있다. 상기 복수개의 마찰발전부(200)와 상기 배터리(110)가 병렬연결됨으로써, 상기 복수개의 마찰발전부(200) 중 어느 하나가 고장남에도 상기 배터리(110)에 충전이 가능하여 파손에 대한 대응이 용이하다. 또한 상기 복수개의 마찰발전부(200)는 유연한 소재로 형성되어, 사용하지 않을 경우에는 상기 본체(100)의 외측둘레를 따라 감아 고정시키도록 구성되어 보관하기에 용이하며 휴대가 간편하도록 구성된다.

도 6을 참조하면 상기 오링고정부(230)는 상기 마찰필름(210)과 상기 전극필름(220)을 상기 본체(100)에 고정시키기 위한 것으로, 상기 본체(100)의 일측에 구비된다. 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 오링고정부(230)는 양단을 선택적으로 분리결합시키도록 구성되어 상기 오링고정부(230)의 양단을 결합시켜 상기 본체(100)에 상기 마찰필름(210)과 상기 전극필름(220)을 고정시킬 수 있으며, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 오링고정부(230)의 양단을 분리시켜 상기 본체(100)에서 상기 마찰필름(210)과 상기 전극필름(220)을 이탈시킬 수 있다. 즉, 상기 오링고정부(230)에 의하여 상기 상기 마찰필름(210)과 상기 전극필름(220)의 교체 및 결합이 용이하여 사용효율이 증대될 수 있다.

상기 발광부(300)는 복수개의 LED(Light emitting diode)로 구성되어 발광한다. 상기 발광부(300)는 상기 본체(100)의 일측에 배치되며 상기 배터리(110)와 전기적으로 연결되어 상기 마찰발전부(200)에 의하여 충전된 상기 배터리(110)에 의하여 발광할 수 있다. 상기 발광부(300)는 40m(Wh)의 리튬 배터리(110)를 이용할 경우, LED 1개는 약 4시간, 5개는 약 1시간, 그리고 10개는 약 30분 동안 발광가능하다.

상기 USB단자(400)는 상기 배터리(110)와 전기적으로 연결되어 상기 마찰발전부(200)에 의하여 충전된 상기 배터리(110)의 전력을 외부로 출력하기 위한 것으로, 상기 본체(100)의 타측에 구비된다. 즉 상기 USB단자(400)는 손선풍기, 휴대폰 등과 같이 전력이 필요한 다양한 전자기기를 연결시킬 수 있으며, 연결된 전자기기는 상기 배터리(110)의 전력을 이용하여 구동가능하다. 한편 40m(Wh)의 리튬 배터리(110)를 이용할 경우 상기 USB단자(400)에 연결시킨 손선풍기는 약 20분동안 작동가능하다.

상기 스위치(500)는 상기 마찰발전부(200), 상기 발광부(300), 또는 상기 USB단자(400)를 선택적으로 연결시키기 위한 것으로, 상기 배터리(110)와 연결되어 상기 배터리(110)를 상기 마찰발전부(200), 상기 발광부(300), 또는 상기 USB단자(400) 중 어느 하나로 선택적으로 연결시킨다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 스위치(500)를 이동시켜 A의 위치에 연결시키면 상기 배터리(110)와 상기 마찰발전부(200)가 연결되어, 상기 마찰발전부(200)를 이용하여 상기 배터리(110)를 충전시킬 수 있다. 또한 상기 스위치(500)를 이동시켜 B의 위치에 연결시키면 상기 배터리(110)와 상기 발광부(300)가 연결되어, 상기 배터리(110)에 충전된 전력을 이용하여 LED가 발광가능하다. 그리고 상기 스위치(500)를 이동시켜 C의 위치에 연결시키면 상기 배터리(110)와 상기 USB단자(400)가 연결되어, 상기 배터리(110)에 충전된 전력을 이용 상기 USB단자(400)에 연결된 전자기기에 전력을 출력시킬 수 있다. 따라서 상기 스위치(500)를 선택적으로 제어하여 상기 배터리(110)의 충전과 방전을 조절할 수 있으며, 용도에 따라 상기 발광부(300) 또는 USB단자(400)에 연결시켜 사용가능하여 상기 배터리(110)의 전력을 낭비하는 것을 방지할 수 있다.

한편 도 5는, 상기 마찰발전 휴대용 전등(10)의 마찰발전부(200)를 이용하여 실험한 배터리(110)의 충전 시간 및 전압을 나타내는 그래프이다. 상기 도 5의 실험은, 40m(Wh)의 리튬 배터리(110)를 사용하였으며, 약 4(Hz)의 진동수로 진폭 5(cm)로 본체(100)를 흔들어 실험하였다. 상기 도 5를 참조하면, 상기 배터리(110)는 약 85분 후에 3.57(V)까지 충전이 되는 것을 확인할 수 있다. 또한 3.57(V)가 충전된 상기 배터리(110)를 상기 발광부(300)에 연결시켰을 경우, 약 1시간 동안 발광되어 상기 배터리(110)가 방전되는 것을 확인 할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10 : 마찰발전 휴대용 전등 100 : 본체
110 : 배터리 111 : 정류회로
200 : 마찰발전부 210 : 마찰필름
220 : 전극필름 221 : 기판
222 : 카본 나노튜브 230 : 오링고정부
300 : 발광부 400 : USB단자
500 : 스위치

Claims

내부에 공간이 형성되어 배터리가 구비되는 본체;
일측이 상기 본체의 외주면에 결합되고 상기 본체의 진동에 의하여 타측이 왕복이동하는 마찰필름과, 일측이 상기 본체의 외주면에 결합되고 상기 마찰필름의 이동에 의하여 대전되는 전극필름을 포함하고, 상기 배터리와 연결되는 복수개의 마찰발전부; 및
상기 본체의 일측에 배치되며 상기 배터리와 전기적으로 연결되어 상기 마찰발전부에 의하여 충전된 상기 배터리에 의하여 발광하는 발광부를 포함하는 마찰발전 휴대용 전등.
청구항 1에 있어서,
상기 마찰필름은,
테프론(PTFE), 폴리메타크릴산 메틸(PMMA) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함하는 합성폴리머, 종이 또는, 식물의 잎으로 구성되는 마찰발전 휴대용 전등.
청구항 1에 있어서,
상기 전극필름은,
플라스틱소재로 형성된 기판의 외측면에 카본 나노튜브를 코팅한 마찰발전 휴대용 전등.
청구항 1에 있어서,
상기 마찰발전부와 상기 배터리는,
정류회로에 의하여 병렬연결되는 마찰발전 휴대용 전등.
청구항 1에 있어서,
상기 마찰발전부는,
상기 마찰필름과 상기 전극필름의 일측에 구비되고, 선택적으로 양단을 분리결합시키도록 구성되어 상기 본체에 상기 마찰필름과 상기 전극필름을 고정시키는 오링고정부를 더 포함하는 마찰발전 휴대용 전등.
청구항 1에 있어서,
상기 본체의 타측에 구비되고, 상기 배터리와 전기적으로 연결되어 상기 마찰발전부에 의하여 충전된 상기 배터리의 전력을 외부로 출력하는 USB단자를 더 포함하는 마찰발전 휴대용 전등.
청구항 6에 있어서,
상기 배터리와,
상기 마찰발전부, 상기 발광부, 또는 상기 USB단자를 선택적으로 연결시키는 스위치를 더 포함하는 마찰발전 휴대용 전등.