KR20230061199A - 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 마찰전기 발전기 - Google Patents

엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 마찰전기 발전기 Download PDF

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Abstract

엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 마찰전기 발전기가 제시된다. 본 발명에서 제안하는 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 마찰전기 발전기는 상부 전극 및 하부 전극 간에 이동전하를 발생시키는 움직이는 유전층, 상기 움직이는 유전층 상부 및 하부에 각각 배치되는 제1 고정된 유전층 및 제2 고정된 유전층, 상기 제1 고정된 유전층과 상기 움직이는 유전층과의 접촉면 반대측의 제1 고정된 유전층 상에 배치되는 상부 전극, 상기 제2 고정된 유전층과 상기 움직이는 유전층과의 접촉면 반대측의 제2 고정된 유전층 상에 배치되는 하부 전극을 포함하고, 상기 상부 전극은 상기 제1 고정된 유전층의 일측에 배치되고, 상기 하부 전극은 상기 상부 전극이 배치되지 않은 다른 측의 상기 제2 고정된 유전층 상에 배치되어 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 갖는다.

Description

엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 마찰전기 발전기{Triboelectric Nanogenerator with Staggered Electrodes}
본 발명은 마찰전기 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마찰전기 발전기의 공간 활용의 극대화와 성능향상을 동시에 달성할 수 있는 엇갈린 전극 배치 구조가 포함된 형태의 마찰전기 발전기 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
마찰대전 발전기(triboelectric generator)는 외부로부터의 진동 또는 압력에 의해, 서로 다른 유전체 사이의 계면에서의 마찰 또는 유전체와 금속 사이의 계면에서의 마찰이 발생하도록 하고, 이러한 마찰을 통해 유도된 전위차로부터 정전기 유도 현상이 일어나며 전하의 흐름 즉, 전류를 발생시키는 기술이다. 마찰대전 발전 기술은 기존의 압전 발전 기술 대비 수십 배 높은 출력 전압을 제공할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 비교적 가격이 낮은 알루미늄, 구리 등의 금속과 PVC, PTFE, PI 등과 같은 일반적인 유전체를 사용함으로 제작에 필요한 비용이 상당히 낮은 장점이 있다.
마찰전기 발전기에서 접촉면의 면적에 따라 발생하는 마찰대전 전하 밀도가 달라지며 출력 전압, 전류에 영향을 미친다. 또한, 전극 배치 구조에 따라 결정되는 전기용량(Capacitance)은 전하 밀도와 출력 전압에 밀접한 관련이 있다. 전하 밀도가 동일할 때, 전기용량이 낮을수록 출력 전압은 증가한다. 이에 따라, 전극의 배치 구조에 따라 접촉면적을 증가시켜 높은 전하 밀도를 형성할 수 있고 전기용량을 낮추어 높은 출력 전압을 확보하기 위한 방안을 필요로 한다.
한국 등록특허 제10-2018-0058065호(2018.05.31)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전극을 엇갈린(Staggered) 구조로 배치하여 접촉면적을 증가시켜 높은 전하 밀도를 형성할 수 있고 전기용량을 낮추어 높은 출력 전압을 확보할 수 있는 마찰전기 발전기 및 그 동작 방법을 제공하는데 있다.
일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 마찰전기 발전기는 상부 전극 및 하부 전극 간에 이동전하를 발생시키는 움직이는 유전층, 상기 움직이는 유전층 상부 및 하부에 각각 배치되는 제1 고정된 유전층 및 제2 고정된 유전층, 상기 제1 고정된 유전층과 상기 움직이는 유전층과의 접촉면 반대측의 제1 고정된 유전층 상에 배치되는 상부 전극, 상기 제2 고정된 유전층과 상기 움직이는 유전층과의 접촉면 반대측의 제2 고정된 유전층 상에 배치되는 하부 전극을 포함하고, 상기 상부 전극은 상기 제1 고정된 유전층의 일측에 배치되고, 상기 하부 전극은 상기 상부 전극이 배치되지 않은 다른 측의 상기 제2 고정된 유전층 상에 배치되어 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 갖는다.
상기 움직이는 유전층은 상기 상부 전극 및 하부 전극 사이를 이동함으로써 상기 제1 고정된 유전층 및 제2 고정된 유전층과 접촉하는 두 개의 면에서 마찰전기를 발생시킨다.
상기 제1 고정된 유전층 및 상기 제2 고정된 유전층과 상기 움직이는 유전층과의 접촉면에서 수평 방향의 직선운동으로 구동된다.
상기 상부 전극 및 하부 전극은 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 가짐으로써 상기 제1 고정된 유전층 및 상기 제2 고정된 유전층과 상기 움직이는 유전층과의 접촉면적을 증가시켜 전하 밀도를 증가시킨다.
상기 상부 전극 및 하부 전극은 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 가짐으로써 전기용량(Capacitance)을 감소시켜 출력 전압을 증가시킨다.
엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 갖는 상기 상부 전극 및 하부 전극은 전파정류기에 연결된다.
상기 상부 전극 및 하부 전극을 통해 생성되는 교류 전기는 상기 전파정류기를 통해 정류되어 충전 커패시터 또는 배터리에 충전된다.
또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 회전형 마찰전기 발전기, 회전축을 기준으로 회전하며 복수의 상부전극 및 복수의 하부전극 간에 이동전하를 발생시키는 움직이는 유전층, 상기 움직이는 유전층 상부 및 하부에 각각 배치되고 동축을 갖는 원형의 제1 고정된 유전층 및 제2 고정된 유전층, 상기 제1 고정된 유전층과 상기 움직이는 유전층과의 접촉면 반대측의 제1 고정된 유전층 상에 배치되는 복수의 상부전극, 상기 제2 고정된 유전층과 상기 움직이는 유전층과의 접촉면 반대측의 제2 고정된 유전층 상에 배치되는 복수의 하부전극을 포함하고, 상기 원형의 제1 고정된 유전층 및 상기 제2 고정된 유전층을 복수의 부채꼴 영역으로 분할하고, 상기 복수의 상부전극은 상기 제1 고정된 유전층의 분할된 복수의 부채꼴 영역에 번갈아가며 배치되고, 상기 복수의 하부전극은 상기 제2 고정된 유전층의 분할된 복수의 부채꼴 영역 중 상기 복수의 상부전극이 배치되지 않은 부채꼴 영역에 번갈아가며 배치되어 회전형의 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 갖는다.
본 발명의 실시예들에 따른 마찰전기 발전기는 슬라이딩 형식의 새로운 전극 공간 배치를 통해 공간 활용성을 높여 마찰전기 발전기의 출력 성능을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 마찰전기 발전기는 전극을 엇갈린(Staggered) 구조로 배치하여 접촉면적을 증가시켜 높은 전하 밀도를 형성할 수 있고 전기용량을 낮추어 높은 출력 전압을 확보할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 마찰전기 발전기의 전극 배치구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 마찰전기 발전기를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 마찰전기 발전기의 구동원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 회전형 마찰전기 발전기를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 발전기와 정류 및 저장 회로를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 종래기술에 따른 마찰전기 발전기의 전극 배치구조를 나타내는 도면이다.
도 1(a)은 종래기술에 따른 슬라이딩 구조의 마찰전기 발전기를 나타내는 도면이다. 슬라이딩 구조의 마찰전기 발전기는 동일 평면에 두 개의 전극이 존재하고 그 사이에 절연 공간(g)이 있는 형태이다.
예를 들어, 움직이는 유전층이 고정된 유전층 상에서 이동함에 따라 4Q의 이동전하가 전극 B에서 전극 A로 이동할 수 있다. 이러한 구조는 움직이는 유전층과 고정된 유전층의 접촉면인 한쪽 면에서만 마찰 대전이 일어나는 구조이다.
도 1(b)는 종래기술에 따른 병렬 전극을 갖는 슬라이딩 구조의 마찰전기 발전기를 나타내는 도면이다. 전극 A 및 전극 B는 각각 평행하게 배열된 한 쌍의 전극으로 구성되며, 이동 전하는 움직이는 유전체층이 전극 사이를 이동하며 움직이는 유전층과 고정된 유전층의 접촉면인 양면에서 마찰이 발생하기 때문에 도 1(a)의 슬라이딩 구조의 두 배인 8Q가 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 마찰전기 발전기를 나타내는 도면이다.
제안하는 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 마찰전기 발전기는 상부 전극(211), 하부 전극(212), 움직이는 유전층(220), 제1 고정된 유전층(231) 및 제2 고정된 유전층(232)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 움직이는 유전층(220)은 상부 전극(211) 및 하부 전극(212) 간에 이동전하를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제1 고정된 유전층(231) 및 제2 고정된 유전층(232)은 움직이는 유전층(220) 상부 및 하부에 각각 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상부 전극(211)은 제1 고정된 유전층(231)과 움직이는 유전층(220)과의 접촉면 반대측의 제1 고정된 유전층(231) 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하부 전극(212)은 제2 고정된 유전층(232)과 움직이는 유전층(220)과의 접촉면 반대측의 제2 고정된 유전층(232) 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상부 전극(211)은 제1 고정된 유전층(231)의 일측에 배치되고, 하부 전극(212)은 상부 전극(211)이 배치되지 않은 다른 측의 제2 고정된 유전층(232) 상에 배치되어 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 움직이는 유전층(220)은 상부 전극(211) 및 하부 전극(212) 사이를 이동함으로써 제1 고정된 유전층(231) 및 제2 고정된 유전층(232)과 접촉하는 두 개의 면에서 마찰전기를 발생시킨다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 발전기는 제1 고정된 유전층(231) 및 제2 고정된 유전층(232)과 움직이는 유전층(220)과의 접촉면에서 수평 방향의 직선운동으로 구동된다.
예를 들어, 상부 전극(211) 및 하부 전극(212)은 서로 다른 평면에 배치되어 있으며, 움직이는 유전층(220)이 이동함에 따라
움직이는 유전층(220)과 제1 고정된 유전층(231) 및 제2 고정된 유전층(232)의 접촉면인 양면에서 마찰이 발생한다. 따라서, 도 1(b)의 병렬 전극을 갖는 슬라이딩 구조와 같은 8Q의 전송 전하를 허용한다. 제안하는 구조는 병렬 전극을 갖는 슬라이딩 구조와 이론적으로 전송 전하의 양은 거의 같으나 전기용량 값은 작아서 더 큰 출력 전압을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상부 전극(211) 및 하부 전극(212)은 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 가짐으로써 제1 고정된 유전층(231) 및 제2 고정된 유전층(232)과 움직이는 유전층(220)과의 접촉면적을 증가시켜 전하 밀도를 증가시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 상부 전극(211) 및 하부 전극(212)은 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 가짐으로써 전하 밀도를 증가시키고, 전기용량(Capacitance)을 감소시켜 출력 전압을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 갖는 상부 전극(211) 및 하부 전극(212)은 전파정류기에 연결된다. 상부 전극(211) 및 하부 전극(212)을 통해 생성되는 교류 전기는 전파정류기를 통해 정류되어 충전 커패시터 또는 배터리에 충전된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 마찰전기 발전기의 구동원리를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서 제안하는 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 마찰전기 발전기는 금속층(다시 말해, 전극)이 상부 전극(311)과 하부 전극(312)으로 나누어지며 그 사이에 제1 고정된 유전층(331), 제2 고정된 유전층(332) 및 움직이는 유전층(320)으로 이루어진 형태의 마찰전기 발전기가 위치한다. 마찰전기 발전기는 접촉면의 수평 방향의 직선운동으로 구동된다.
도 1(b)의 병렬 전극을 갖는 슬라이딩 구조와 같이 전극이 나란히 놓인 상태에서 한 쪽의 전극의 위치를 변경하게 되면 정전용량이 변경된다. 정전용량이 변경되면 전하량 및 전압도 영향을 받으며 전하량이 동일할 때 정전용량이 작을수록 전압이 높아진다. 따라서, 본 발명에서는 전극을 엇갈린(Staggered) 구조로 배치하여 정전용량은 낮추고, 높은 전압을 확보할 수 있다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 마찰전기 발전기의 구동 과정(340
Figure pat00001
350
Figure pat00002
360
Figure pat00003
370)을 순차적으로 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 갖는 상부 전극(311) 및 하부 전극(312)이 도선으로 연결되어 있는 상태에서, 마찰대전 후 움직이는 유전층(320)의 위치를 왼쪽에서 오른쪽(340
Figure pat00004
350
Figure pat00005
360)으로 이동시키면, 하부 전극(312)과 결합된 제2 고정된 유전층(332)에 고정된 전하량만큼 상부 전극(311)의 자유전자들이 하부 전극(312)으로 이동하여 정전기적 평형 상태를 이룬다.
이후, 다시 오른쪽에서 왼쪽(360
Figure pat00006
370
Figure pat00007
340)으로 움직이는 유전층(320)이 상부 전극(311)에서 하부 전극(312)으로 이동하게 되면, 상부 전극(311)에서 하부 전극(312)으로 이동되었던 자유전자가 상부 전극(311)으로 복귀한다. 이와 같이 상부 전극(311) 및 하부 전극(312)의 상대 운동에 의해 자유전하의 흐름, 즉 전류가 발생한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 회전형 마찰전기 발전기를 나타내는 도면이다.
제안하는 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 회전형 마찰전기 발전기는 복수의 상부 전극(411, 412), 복수의 하부 전극(413, 414), 움직이는 유전층(420), 제1 고정된 유전층(431) 및 제2 고정된 유전층(432)을 포함한다.
도 4에서는 두 개의 상부 전극 및 두 개의 하부 전극만을 도시하였지만, 이는 실시예일뿐 이에 한정되지 않으며, 더 많은 수의 상부 전극 및 하부 전극을 포함할 수도 있다. 또한, 하나의 움직이는 유전층만을 도시하였지만, 이는 실시예일뿐 이에 한정되지 않으며, 적어도 하나 이상의 움직이는 유전층을 포함할 수 있으며, 복수의 움직이는 유전층을 가질 경우 각각의 움직이는 유전층의 유전율은 같거나 또는 상이할 수 있다. 이러한 유전율이 다른 유전체들의 마찰을 이용한 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 회전형 마찰전기 형태를 이용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 움직이는 유전층(420)은 회전축을 기준으로 회전하며 복수의 상부 전극(411, 412) 및 복수의 하부 전극(413, 414) 간에 이동전하를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제1 고정된 유전층(431) 및 제2 고정된 유전층(432)은 움직이는 유전층(420) 상부 및 하부에 각각 배치되고 동축을 갖는 원형일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복수의 상부 전극(411, 412)은 제1 고정된 유전층(431)과 움직이는 유전층(420)과의 접촉면 반대측의 제1 고정된 유전층(431) 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복수의 하부 전극(413, 414)은 제2 고정된 유전층(432)과 움직이는 유전층(420)과의 접촉면 반대측의 제2 고정된 유전층(432) 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 원형의 제1 고정된 유전층(431) 및 제2 고정된 유전층(432)을 복수의 부채꼴 영역으로 분할하고, 복수의 상부 전극(411, 412)은 제1 고정된 유전층(431)의 분할된 복수의 부채꼴 영역에 번갈아가며 배치되고, 복수의 하부 전극(413, 414)은 제2 고정된 유전층(432)의 분할된 복수의 부채꼴 영역 중 복수의 상부전극(411, 412)이 배치되지 않은 부채꼴 영역에 번갈아가며 배치되어 회전형의 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 움직이는 유전층(420)은 복수의 상부 전극(411, 412) 및 복수의 하부 전극(413, 414) 사이를 회전함으로써 제1 고정된 유전층(431) 및 제2 고정된 유전층(432)과 접촉하는 두 개의 면에서 마찰전기를 발생시킨다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전형 마찰전기 발전기는 제1 고정된 유전층(431) 및 제2 고정된 유전층(432)과 움직이는 유전층(420)과의 접촉면에서 원 방향의 회전운동으로 구동된다.
예를 들어, 복수의 상부 전극(411, 412) 및 복수의 하부 전극(413, 414)은 서로 다른 평면에 배치되어 있으며, 움직이는 유전층(420)이 회전함에 따라 움직이는 유전층(420)과 제1 고정된 유전층(431) 및 제2 고정된 유전층(432)의 접촉면인 양면에서 마찰이 발생한다. 따라서, 도 1(b)의 병렬 전극을 갖는 슬라이딩 구조와 같은 8Q의 전송 전하를 허용한다. 제안하는 구조는 전기용량 값은 감소시키고 더 큰 출력 전압을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복수의 상부 전극(411, 412) 및 복수의 하부 전극(413, 414)은 회전형의 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 가짐으로써 제1 고정된 유전층(431) 및 제2 고정된 유전층(432)과 움직이는 유전층(420)과의 접촉면적을 증가시켜 전하 밀도를 증가시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 복수의 상부 전극(411, 412) 및 복수의 하부 전극(413, 414)은 회전형의 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 가짐으로써 전하 밀도를 증가시키고, 전기용량(Capacitance)을 감소시켜 출력 전압을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 회전형의 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 갖는 복수의 상부 전극(411, 412) 및 복수의 하부 전극(413, 414)은 전파정류기에 연결된다. 복수의 상부 전극(411, 412) 및 복수의 하부 전극(413, 414)을 통해 생성되는 교류 전기는 전파정류기를 통해 정류되어 충전 커패시터 또는 배터리에 충전된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰전기 발전기와 정류 및 저장 회로를 나타내는 도면이다.
본 발명에서 제안하는 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 마찰전기 발전기는 금속층(다시 말해, 전극)이 상부 전극(511)과 하부 전극(512)으로 나누어지며 그 사이에 제1 고정된 유전층(531), 제2 고정된 유전층(532) 및 움직이는 유전층(520)으로 이루어진 형태의 마찰전기 발전기가 위치한다. 마찰전기 발전기는 접촉면의 수평 방향의 직선운동으로 구동된다.
도 5에는 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 마찰전기 발전기만을 도시하였지만, 도 4에서 설명된 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 회전형 마찰전기 발전기도 적용될 수 있다. 회전형 마찰전기 발전기의 경우 원 발향의 회전운동으로 구동된다.
도 1(b)의 병렬 전극을 갖는 슬라이딩 구조와 같이 전극이 나란히 놓인 상태에서 한 쪽의 전극의 위치를 변경하게 되면 정전용량이 변경된다. 정전용량이 변경되면 전하량 및 전압도 영향을 받으며 전하량이 동일할 때 정전용량이 작을수록 전압이 높아진다. 따라서, 본 발명에서는 전극을 엇갈린(Staggered) 구조로 배치하여 정전용량은 낮추고, 높은 전압을 확보할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 갖는 상부 전극(511) 및 하부 전극(512)이 도선으로 연결되어 있는 상태에서, 마찰대전 후 움직이는 유전층(520)의 위치를 왼쪽에서 오른쪽으로 이동시키면, 하부 전극(512)과 결합된 제2 고정된 유전층(532)에 고정된 전하량만큼 상부 전극(511)의 자유전자들이 하부 전극(512)으로 이동하여 정전기적 평형 상태를 이룬다.
이후, 다시 오른쪽에서 왼쪽으로 움직이는 유전층(520)이 상부 전극(511)에서 하부 전극(512)으로 이동하게 되면, 상부 전극(511)에서 하부 전극(512)으로 이동되었던 자유전자가 상부 전극(511)으로 복귀한다. 이와 같이 상부 전극(511) 및 하부 전극(512)의 상대 운동에 의해 자유전하의 흐름, 즉 전류가 발생한다.
본 발명의 실시예에 따른 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 갖는 상부 전극(511) 및 하부 전극(512)은 전파정류기(540)에 연결된다. 상부 전극(511) 및 하부 전극(512)을 통해 생성되는 전기는 교류형태이다. 이를 전파정류기 회로를 통해 충전 가능한 형태로 변환한다. 다시 말해, 생성된 교류 전기는 전파정류기(540)를 통해 정류되어 충전 커패시터 또는 배터리에 충전된다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 상부 전극 및 하부 전극 간에 이동전하를 발생시키는 움직이는 유전층;
    상기 움직이는 유전층 상부 및 하부에 각각 배치되는 제1 고정된 유전층 및 제2 고정된 유전층;
    상기 제1 고정된 유전층과 상기 움직이는 유전층과의 접촉면 반대측의 제1 고정된 유전층 상에 배치되는 상부 전극; 및
    상기 제2 고정된 유전층과 상기 움직이는 유전층과의 접촉면 반대측의 제2 고정된 유전층 상에 배치되는 하부 전극
    을 포함하고,
    상기 상부 전극은 상기 제1 고정된 유전층의 일측에 배치되고,
    상기 하부 전극은 상기 상부 전극이 배치되지 않은 다른 측의 상기 제2 고정된 유전층 상에 배치되어 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 갖는
    마찰전기 발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 움직이는 유전층은,
    상기 상부 전극 및 하부 전극 사이를 이동함으로써 상기 제1 고정된 유전층 및 제2 고정된 유전층과 접촉하는 두 개의 면에서 마찰전기를 발생시키는
    마찰전기 발전기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고정된 유전층 및 상기 제2 고정된 유전층과 상기 움직이는 유전층과의 접촉면에서 수평 방향의 직선운동으로 구동되는
    마찰전기 발전기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극 및 하부 전극은,
    엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 가짐으로써 상기 제1 고정된 유전층 및 상기 제2 고정된 유전층과 상기 움직이는 유전층과의 접촉면적을 증가시켜 전하 밀도를 증가시키는
    마찰전기 발전기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부 전극 및 하부 전극은,
    엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 가짐으로써 전기용량(Capacitance)을 감소시켜 출력 전압을 증가시키는
    마찰전기 발전기.
  6. 제1항에 있어서,
    엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 갖는 상기 상부 전극 및 하부 전극은 전파정류기에 연결되는
    마찰전기 발전기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상부 전극 및 하부 전극을 통해 생성되는 교류 전기는 상기 전파정류기를 통해 정류되어 충전 커패시터 또는 배터리에 충전되는
    마찰전기 발전기.
  8. 회전축을 기준으로 회전하며 복수의 상부전극 및 복수의 하부전극 간에 이동전하를 발생시키는 움직이는 유전층;
    상기 움직이는 유전층 상부 및 하부에 각각 배치되고 동축을 갖는 원형의 제1 고정된 유전층 및 제2 고정된 유전층;
    상기 제1 고정된 유전층과 상기 움직이는 유전층과의 접촉면 반대측의 제1 고정된 유전층 상에 배치되는 복수의 상부전극; 및
    상기 제2 고정된 유전층과 상기 움직이는 유전층과의 접촉면 반대측의 제2 고정된 유전층 상에 배치되는 복수의 하부전극
    을 포함하고,
    상기 원형의 제1 고정된 유전층 및 상기 제2 고정된 유전층을 복수의 부채꼴 영역으로 분할하고,
    상기 복수의 상부전극은 상기 제1 고정된 유전층의 분할된 복수의 부채꼴 영역에 번갈아가며 배치되고,
    상기 복수의 하부전극은 상기 제2 고정된 유전층의 분할된 복수의 부채꼴 영역 중 상기 복수의 상부전극이 배치되지 않은 부채꼴 영역에 번갈아가며 배치되어 회전형의 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 갖는
    마찰전기 발전기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 움직이는 유전층은,
    적어도 하나 이상이고,
    복수의 움직이는 유전층을 가질 경우 각각의 움직이는 유전층의 유전율은 같거나 또는 상이한
    마찰전기 발전기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 움직이는 유전층은,
    상기 복수의 상부 전극 및 복수의 하부 전극 사이를 회전함으로써 상기 제1 고정된 유전층 및 제2 고정된 유전층과 접촉하는 두 개의 면에서 마찰전기를 발생시키는
    마찰전기 발전기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 고정된 유전층 및 상기 제2 고정된 유전층과 상기 움직이는 유전층과의 접촉면에서 원 방향의 회전운동으로 구동되는
    마찰전기 발전기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 상부 전극 및 복수의 하부 전극은,
    회전형의 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 가짐으로써 상기 제1 고정된 유전층 및 상기 제2 고정된 유전층과 상기 움직이는 유전층과의 접촉면적을 증가시켜 전하 밀도를 증가시키는
    마찰전기 발전기.
  13. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 상부 전극 및 복수의 하부 전극은,
    회전형의 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 가짐으로써 전기용량(Capacitance)을 감소시켜 출력 전압을 증가시키는
    마찰전기 발전기.
  14. 제8항에 있어서,
    회전형의 엇갈린 병렬 전극 배치 구조를 갖는 상기 복수의 상부 전극 및 복수의 하부 전극은 전파정류기에 연결되는
    마찰전기 발전기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 상부 전극 및 복수의 하부 전극을 통해 생성되는 교류 전기는 상기 전파정류기를 통해 정류되어 충전 커패시터 또는 배터리에 충전되는
    마찰전기 발전기.
KR1020220001510A 2021-10-28 2022-01-05 엇갈린 전극 배치 구조를 포함하는 마찰전기 발전기 KR102642631B1 (ko)

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