KR20230113233A - Triboelectric nanogenerator - Google Patents
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Abstract
개시된 본 발명에 의한 정전 발전기는, 양전하로 대전되는 제1대전부, 제1대전부와 마주하여 음전하로 대전되는 제2대전부 및, 제1 및 제2대전부 사이의 마찰 대전에 의한 정전 발전이 발생되도록, 제1 및 제2대전부 중 적어도 어느 하나를 가동시키는 가동부를 포함하며, 가동부는, 제1 및 제2대전부 중 적어도 어느 하나와 마주하여 회전되는 캠 및, 캠과 제1대전부 및 제2대전부 중 적어도 어느 하나에 마련되는 복수의 자석을 포함하는 자석부를 포함하여, 캠의 회전에 연동하는 복수의 자석들 사이의 척력 변화에 연동하여, 캠이 제1 및 제2대전부 사이의 접촉 및 분리를 비접촉 가동시킨다. 이러한 구성에 의하면, 캠과의 비접촉에 의해 출력 에너지의 손실을 저감시켜 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. An electrostatic generator according to the present invention disclosed herein includes a first electrification unit that is positively charged, a second electrification unit that faces the first electrification unit and is negatively charged, and electrostatic power generation by frictional charging between the first and second electrification units. and a movable part that moves at least one of the first and second charging parts, and the movable part includes a cam that faces at least one of the first and second charging parts and rotates, and the cam and the first charging part. Including a magnet part including a plurality of magnets provided on at least one of the first and second charging parts, the cam is linked to a change in repulsive force between the plurality of magnets linked to the rotation of the cam, so that the cam is first and second charging. The contact and separation between parts is operated in a non-contact manner. According to this structure, the loss of output energy can be reduced by non-contact with a cam, and energy efficiency can be improved.
Description
본 발명은 정전 발전기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 캠과의 접촉이 아닌 자력을 이용해 양대전체와 음대전체 사이의 마찰 대전을 발생시킬 수 있어 출력 에너지 효율이 우수한 정전 발전 가능한 정전 발전기에 관한 것이다. The present invention relates to an electrostatic generator, and more particularly, to an electrostatic generator capable of electrostatic generation with excellent output energy efficiency by generating frictional electrification between positively charged and negatively charged bodies using magnetic force rather than contact with a cam.
정전기 현상을 이용한 정전 발전 원리는, 양전하 물질과 음전하 물질이 정전기 현상으로 인해 대전되는 현상을 이용하여 전기적 에너지를 생산한다. 이때, 양전하 물질과 음전하 물질이 서로 부딪혔다 떨어지게 되면 양전하 물질에 있는 전하가 음전하 물질로 이동하게 된다. 또한, 양전하 물질과 음전하 물질이 다시 부딪히려고 하게 되면, 전자는 음전하 물질에서 양전하 물질로 이동하게 된다. 이러한 양전하 물질과 음전하 물질 사이의 마찰에 의해 발생되는 전자의 흐름이 전류의 흐름을 야기하여, 정전 발전이 발생되게 된다. The electrostatic power generation principle using an electrostatic phenomenon produces electrical energy by using a phenomenon in which positively charged materials and negatively charged materials are charged due to static electricity. At this time, when a positively charged material and a negatively charged material collide with each other and fall apart, the charge in the positively charged material moves to the negatively charged material. Also, when a positively charged material and a negatively charged material try to collide again, electrons move from the negatively charged material to the positively charged material. The flow of electrons generated by the friction between the positively charged material and the negatively charged material causes the flow of current, so that electrostatic power generation occurs.
한편, 정전 발전의 결과값은 표면 면적, 부딪힐 때 가해지는 힘의 크기, 부딪히려 할 때의 속도, 양전하 물질과 음전화 물질 사이의 거리, 소자의 굵기, 표면 대전 정도에 따라 다르다. 이에 따라, 정전 발전을 위한 주변의 에너지가 일정하지 않을 경우, 정전 발전의 출력 에너지 손실이 야기될 수 있다. On the other hand, the resulting value of electrostatic power generation varies depending on the surface area, the magnitude of the force applied when colliding, the speed when attempting to collide, the distance between the positively charged material and the negatively charged material, the thickness of the device, and the degree of surface charge. Accordingly, when the ambient energy for electrostatic power generation is not constant, output energy loss of electrostatic power generation may be caused.
그로 인해, 근래에는 정전 발전으로 발생되는 에너지의 손실을 저감시키기 위한 다양한 연구가 진행 중에 있다. Therefore, in recent years, various studies for reducing energy loss generated by electrostatic power generation are in progress.
본 발명은 캠의 회전에 연동하는 자력 변화에 의해 대전부가 비접촉 방식으로 마찰 대전을 발생시킬 수 있어 출력 에너지의 효율을 향상시킬 수 있는 정전 발전기를 제공하는데 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide an electrostatic generator capable of improving the efficiency of output energy by generating frictional electrification in a charging unit in a non-contact manner by a change in magnetic force linked to the rotation of a cam.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 정전 발전기는, 양전하로 대전되는 제1대전부, 상기 제1대전부와 마주하여 음전하로 대전되는 제2대전부 및, 상기 제1 및 제2대전부 사이의 마찰 대전에 의한 정전 발전이 발생되도록, 상기 제1 및 제2대전부 중 적어도 어느 하나를 가동시키는 가동부를 포함하며, 상기 가동부는, 상기 제1 및 제2대전부 중 적어도 어느 하나와 마주하여 회전되는 캠 및 상기 캠과, 상기 제1 및 제2대전부 중 적어도 어느 하나에 마련되는 복수의 자석을 포함하는 자석부를 포함하여, 상기 캠의 회전에 연동하는 상기 복수의 자석들 사이의 척력 변화에 연동하여, 상기 캠이 상기 제1 및 제2대전부 사이의 접촉 및 분리를 비접촉 가동시킨다. To achieve the above object, an electrostatic generator according to the present invention provides a first charging unit positively charged, a second charging unit facing the first charging unit and negatively charged, and a gap between the first and second charging units. and a movable part for actuating at least one of the first and second electrification parts so that electrostatic power generation by frictional electrification occurs, wherein the movable part faces at least one of the first and second electrification parts A change in repulsive force between the plurality of magnets interlocking with the rotation of the cam, including a rotating cam and a magnet part including a plurality of magnets provided on the cam and at least one of the first and second charging parts. interlocking with, the cam operates the contact and separation between the first and second charging parts in a non-contact manner.
또한, 상기 캠은 회전축으로부터 직경 방향으로 확장된 노즈를 가지며, 상기 노즈에 상기 복수의 자석 중 적어도 어느 하나가 마련되어, 상기 노즈와 마주하는 상기 제1 및 제2대전부 중 적어도 어느 하나를 다른 하나를 향해 가동시킬 수 있다. In addition, the cam has a nose extending radially from the rotating shaft, and at least one of the plurality of magnets is provided on the nose, so that at least one of the first and second charging parts facing the nose is connected to another one. can be driven towards.
또한, 상기 자석부는, 상기 캠에 마련되는 제1자석, 상기 제1자석과 마주하도록 상기 제1대전부에 마련되는 제2자석 및 상기 제2자석과 마주하도록 상기 제2대전부에 마련되는 제3자석을 포함하며, 상기 제1 및 제2자석은 상호 마주하는 면의 극성이 상호 동일하고, 상기 제2 및 제3자석은 상호 마주하는 면의 극성이 상호 동일할 수 있다. In addition, the magnet unit includes a first magnet provided on the cam, a second magnet provided on the first charging unit to face the first magnet, and a second charging unit provided on the second charging unit to face the second magnet. It may include three magnets, the first and second magnets may have the same polarity on surfaces facing each other, and the second and third magnets may have the same polarity on surfaces facing each other.
또한, 상기 제1 및 제2자석 사이의 거리가 상기 제2 및 제3자석 사이의 거리보다 더 크도록, 상기 캠, 제1대전부 및 제2대전부가 설정될 수 있다.Also, the cam, the first charging unit, and the second charging unit may be set such that a distance between the first and second magnets is greater than a distance between the second and third magnets.
또한, 상기 제1대전부는, 제1기판, 상기 제1기판의 일측에 적층되어 양전하로 대전되는 양대전체 및, 상기 제1기판 및 양대전체를 지지하는 제1플레이트를 포함하고, 상기 제2대전부는, 제2기판, 상기 양대전체와 마주하도록 상기 제2기판의 일측에 적층되어 음전하로 대전되는 음대전체 및, 상기 제2기판 및 음대전체를 지지하는 제2플레이트를 포함하며, 상기 제2자석은 상기 제1플레이트에 마련되고, 제3자석은 상기 제2플레이트에 마련될 수 있다. In addition, the first charging unit includes a first substrate, both charging bodies stacked on one side of the first substrate and positively charged, and a first plate supporting the first substrate and both charging bodies, and the second charging unit The part includes a second substrate, a negatively charged body stacked on one side of the second substrate to face the positively charged body and charged with a negative charge, and a second plate supporting the second substrate and the negatively charged body, and the second magnet. may be provided on the first plate, and a third magnet may be provided on the second plate.
또한, 상기 제1자석이 상기 제2자석과 마주하지 않은 상태에서, 상기 제1 및 제2자석 사이의 척력보다 상기 제2 및 제3자석 사이의 척력이 더 크도록 설정되어 상기 제1 및 제2대전부를 상호 분리시키며, 상기 제1 및 제2자석 사이의 거리가 가장 가까운 상태에서는 상기 제2 및 제3자석 사이의 척력보다 큰 상기 제1 및 제2자석 사이의 척력에 의해 상기 제1대전부가 상기 제2대전부를 향해 가동되어 접촉될 수 있다. In addition, in a state in which the first magnet does not face the second magnet, the repulsive force between the second and third magnets is set to be greater than the repulsive force between the first and second magnets, so that the first and second magnets are not facing each other. The first electrification part is separated from each other, and in a state in which the distance between the first and second magnets is closest, the repulsive force between the first and second magnets is greater than the repulsive force between the second and third magnets. The part may be moved toward the second charging part and come into contact therewith.
또한, 상기 제2플레이트에 대해 상기 제1플레이트의 움직임을 지지하는 가이더를 포함할 수 있다. In addition, it may include a guider for supporting the movement of the first plate with respect to the second plate.
또한, 상기 복수의 자석들의 면적에 비례하여, 상기 제1 및 제2대전부 사이의 접촉 및 분리에 의해 발생되는 출력 에너지의 크기가 증가할 수 있다.In addition, in proportion to the area of the plurality of magnets, the magnitude of output energy generated by contact and separation between the first and second electrifying parts may increase.
또한, 상기 자석부는 상기 캠에 마련되는 제1자석 및, 상기 캠과 마주하는 제1대전부에 상기 제1자석과 같은 극성이 마주하도록 마련되는 제2자석을 포함하며, 상기 가동부는 상기 제1 및 제2대전부 사이에 개재되어, 상기 제1 및 제2대전부 사이의 이격된 간격을 탄성 지지하는 탄성부재를 포함할 수 있다. In addition, the magnet part includes a first magnet provided on the cam and a second magnet provided so that the same polarity as the first magnet faces the first charging part facing the cam, and the movable part includes the first magnet. and an elastic member interposed between the second charging units and elastically supporting the gap between the first and second charging units.
본 발명의 바람직한 다른 측면에 의한 정전 발전기는, 양전하로 대전되는 양대전체 및 음전하로 대전되는 음대전체를 포함하는 대전부 및, 상기 대전부에 대해 비접촉되도록 회전되는 캠을 포함하여, 상기 캠의 회전 자세에 연동하여 상기 양대전체 및 음대전체 중 적어도 어느 하나를 가동시켜 상기 양대전체 및 음대전체 사이에서 마찰 대전을 발생시키는 가동부를 포함하며, 상기 가동부는 상기 캠 및 대전부에 마련되는 복수의 자석들 사이의 척력 변화로 상기 양대전체 및 음대전체를 상호 접촉 및 분리시킬 수 있다. An electrostatic generator according to another preferred aspect of the present invention includes a charging unit including a positively charged body that is positively charged and a negatively charged body that is negatively charged, and a cam that is rotated so as not to contact the charging unit, and the cam rotates. and a movable part for generating frictional electrification between the positively charged and negatively charged bodies by moving at least one of the positively charged and negatively charged bodies in conjunction with a posture, wherein the movable unit includes a plurality of magnets provided on the cam and the charging unit. The positively charged and negatively charged bodies can be brought into contact with each other and separated by a change in repulsive force between them.
또한, 상기 대전부는, 상기 양대전체가 일측에 마련되는 제1기판, 상기 양대전체와 마주하도록 상기 음대전체가 일측에 마련되는 제2기판, 상기 제1기판을 지지하는 제1플레이트 및, 상기 제2기판을 지지하는 제2플레이트를 포함할 수 있다. In addition, the charging unit includes a first substrate provided with the positive charge on one side, a second substrate provided on one side with the negative charge to face the positive charge, a first plate supporting the first substrate, and the first substrate. A second plate supporting the second substrate may be included.
또한, 상기 가동부는, 상기 캠의 회전축으로부터 직경 방향으로 확장된 노즈에 마련되는 제1자석, 상기 제1자석과 같은 극성이 마주하도록 상기 제1플레이트에 마련되는 제2자석 및, 상기 제2자석과 같은 극성이 마주하도록 상기 제2플레이트에 마련되는 제3자석을 포함하며, 상기 제1 및 제2자석 사이의 거리가 상기 제2 및 제3자석 사이의 거리보다 더 크도록, 상기 캠, 제1플레이트 및 제2플레이트가 설정될 수 있다. In addition, the movable part includes a first magnet provided on a nose extending radially from the rotation axis of the cam, a second magnet provided on the first plate so that the same polarities as the first magnet face each other, and the second magnet and a third magnet provided on the second plate so that the same polarities face each other, so that the distance between the first and second magnets is greater than the distance between the second and third magnets. 1st plate and 2nd plate can be set.
또한, 상기 제1자석이 상기 제2자석과 마주하지 않은 상태에서, 상기 제1 및 제2자석 사이의 척력보다 상기 제2 및 제3자석 사이의 척력이 더 크도록 설정되어 상기 제1 및 제2대전부를 상호 분리시키며, 상기 제1 및 제2자석 사이의 거리가 가장 가까운 상태에서는 상기 제2 및 제3자석 사이의 척력보다 큰 상기 제1 및 제2자석 사이의 척력에 의해 상기 제1대전부가 상기 제2대전부를 향해 가동되어 접촉될 수 있다. In addition, in a state in which the first magnet does not face the second magnet, the repulsive force between the second and third magnets is set to be greater than the repulsive force between the first and second magnets, so that the first and second magnets are not facing each other. The first electrification part is separated from each other, and in a state in which the distance between the first and second magnets is closest, the repulsive force between the first and second magnets is greater than the repulsive force between the second and third magnets. The part may be moved toward the second charging part and come into contact therewith.
또한, 상기 제2플레이트에 대해 상기 제1플레이트의 움직임을 지지하는 가이더를 포함할 수 있다. In addition, it may include a guider for supporting the movement of the first plate with respect to the second plate.
또한, 상기 복수의 자석들의 면적에 비례하여, 상기 대전부에서 발생되는 마찰 대전에 의한 출력 에너지의 크기가 증가할 수 있다. In addition, in proportion to the area of the plurality of magnets, the magnitude of output energy due to frictional electrification generated in the charging unit may increase.
또한, 상기 자석부는 상기 캠에 마련되는 제1자석 및, 상기 캠과 마주하는 양대전체에 상기 제1자석과 같은 극성이 마주하도록 마련되는 제2자석을 포함하며, 상기 가동부는 상기 양대전체 및 음전하체 사이에 개재되어, 상기 양대전체와 음대전체 사이의 이격된 간격을 탄성 지지하는 탄성부재를 포함할 수 있다.In addition, the magnet part includes a first magnet provided on the cam and a second magnet provided to have the same polarity as the first magnet on both charged bodies facing the cam, and the movable part has the positive charged body and negative charge. It may include an elastic member interposed between the sieves and elastically supporting the gap between the positively charged body and the negatively charged body.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 캠에 대해 대전부가 비접촉 방식으로 구동되어 마찰 대전을 발생시킴으로써, 기존의 캠 접촉 방식에 비해 손실 에너지를 최소화할 수 있다. According to the present invention having the configuration as described above, first, the charging unit is driven with respect to the cam in a non-contact manner to generate frictional electrification, thereby minimizing energy loss compared to the conventional cam contact method.
둘째, 복수의 자석을 캠, 제1대전부 및 제2대전부에 각각 마련하여 척력으로 제1 및 제2대전부를 상호 접촉 및 분리시킬 수 있어, 기존의 제1 및 제2대전부 사이를 탄성 지지하였던 스프링과 같은 탄성수단의 탄성력이 불필요하여 구조가 간단하다. Second, a plurality of magnets are provided on the cam, the first charging unit, and the second charging unit, respectively, so that the first and second charging units can be brought into contact with each other and separated by a repulsive force, so that the existing first and second charging units can be resiliently separated. The structure is simple because the elastic force of the elastic means such as the supported spring is unnecessary.
셋째, 자석 사이의 거리가 아닌, 자석의 면적을 조절하여 자력을 조절할 수 있어, 정전 발전의 출력 조절에 용이하다. Third, since the magnetic force can be adjusted by adjusting the area of the magnets, not the distance between the magnets, it is easy to control the output of electrostatic power generation.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 정전 발전기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 정전 발전기의 제1 및 제2대전부가 상호 접촉된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 캠의 노즈가 제1대전부로부터 최대로 이격된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 기존의 정전 발전과 도 1에 도시된 정전 발전기의 정전 발전 특성을 접촉 주기를 변경하여 개략적으로 비교한 그래프이다.
도 5는 기존의 정전 발전과 도 1에 도시된 정전 발전기의 정전 발전 특성을 접촉 주기를 변경하여 출력의 피크 사이의 소요 시간을 개략적으로 비교한 그래프이다.
도 6은 도 1에 도시된 정전 발전기의 제1 및 제2자석의 면적 변화에 따른 출력 변화를 개략적으로 비교한 그래프이다.
도 7은 도 1에 도시된 정전 발전기에 힘센서가 마련된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 그리고,
도 8은 도 7에 도시된 힘센서로 측정된 세기 변화를 자력 변화에 따라 개략적으로 비교한 그래프이다. 1 is a diagram schematically showing an electrostatic generator according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a state in which first and second electrification parts of the electrostatic generator shown in FIG. 1 are in contact with each other.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a state in which the nose of the cam shown in FIG. 1 is maximally spaced from the first electrifying portion.
FIG. 4 is a graph schematically comparing conventional electrostatic power generation and electrostatic power generation characteristics of the electrostatic generator shown in FIG. 1 by changing the contact period.
FIG. 5 is a graph schematically comparing the time required between output peaks by changing the contact period between the conventional electrostatic power generation and the electrostatic power generation characteristics of the electrostatic generator shown in FIG. 1 .
FIG. 6 is a graph schematically comparing output changes according to area changes of first and second magnets of the electrostatic generator shown in FIG. 1 .
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a state in which a force sensor is provided in the electrostatic generator shown in FIG. 1 . and,
FIG. 8 is a graph schematically comparing the change in intensity measured by the force sensor shown in FIG. 7 according to the change in magnetic force.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to such embodiments, and the spirit of the present invention may be proposed differently by adding, changing, and deleting components constituting the embodiments, but this is also included in the spirit of the present invention. It will be.
도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 정전 발전기(1)는 제1대전부(10), 제2대전부(20) 및 가동부(30)를 포함한다. Referring to FIG. 1 , an electrostatic generator 1 according to a preferred embodiment of the present invention includes a first charging unit 10 , a second charging unit 20 and a movable unit 30 .
제1대전부(10)는 양전하로 대전된다. 이를 위해, 제1대전부(10)는 제1기판(11)과, 제1기판(11)의 일측에 적층되어 양전하 대전되는 양대전체(12)를 포함한다. 이러한 제1기판(11) 및 양대전체(12)는 제1플레이트(13)에 지지되어, 적층된다. 정리하면, 도 1의 도시를 기준으로 제1플레이트(13)의 하면에 제1기판(11)이 적층되고, 제1기판(11)의 하면에 양대전체(12)가 적층된다. The first charging unit 10 is positively charged. To this end, the first charging unit 10 includes a first substrate 11 and a positively charged body 12 stacked on one side of the first substrate 11 to be positively charged. The first substrate 11 and both charging bodies 12 are supported by the first plate 13 and stacked. In summary, based on the illustration of FIG. 1 , the first substrate 11 is laminated on the lower surface of the first plate 13 , and both charging bodies 12 are laminated on the lower surface of the first substrate 11 .
여기서, 제1대전부(10)의 제1기판(11)은 유연기판(Soft substrate)를 포함하고, 양대전체(12)는 알루미늄 또는 구리 등과 같은 전도성 물질을 포함할 수 있으나, 꼭 이에 한정되지 않는다. Here, the first substrate 11 of the first charging unit 10 may include a soft substrate, and both charging bodies 12 may include a conductive material such as aluminum or copper, but is not limited thereto. don't
제2대전부(20)는 음전하로 대전된다. 이러한 제2대전부(20)는 제1대전부(10)와 마찬가지로, 제2기판(21), 제2기판(21)의 일측에 적층되는 음대전체(22) 및, 이들을 지지하는 제2플레이트(23)를 포함한다. 여기서, 음대전체(22)는 양대전체(12)와 마주하도록 제2기판(21)의 일측에 적층되어, 음전하로 대전된다. 또한, 도 1의 도시를 기준으로, 제2플레이트(23)의 상면에 제2기판(21)이 적층되고, 제2기판(21)의 상면에 음대전체(22)가 적층됨으로써, 음대전체(22)와 양대전체(12)는 상호 마주한다. The second charging unit 20 is negatively charged. Like the first charging unit 10, the second charging unit 20 includes a second substrate 21, a negatively charged body 22 stacked on one side of the second substrate 21, and a second plate supporting them. (23) included. Here, the negatively charged body 22 is stacked on one side of the second substrate 21 so as to face the positively charged body 12, and is negatively charged. 1, the second substrate 21 is stacked on the upper surface of the second plate 23, and the negatively charged body 22 is stacked on the upper surface of the second substrate 21, so that the negatively charged body ( 22) and both charged bodies 12 face each other.
여기서, 제2기판(21)의 제1기판(11)과 마찬가지로 유연 기판을 포함하고, 음대전체(22)는 알루미늄과 같은 전도성 물질로 마련된 서브 유연기판(22a)에 테프론(PIFE)이 적층되어 마련될 수 있다. Here, the second substrate 21 includes a flexible substrate like the first substrate 11, and the negative charge body 22 is formed by stacking Teflon (PIFE) on the sub flexible substrate 22a made of a conductive material such as aluminum. can be provided.
가동부(30)는 제1 및 제2대전부(10)(20) 중 어느 하나를 간섭하여 제1 및 제2대전부(10)(20)를 접촉 또는 분리시킴으로써, 마찰 대전에 의해 정전 발전을 발생시킨다. 이를 위해, 가동부(30)는 캠(31) 및 자석부(32)를 포함한다. The movable part 30 interferes with any one of the first and second charging parts 10 and 20 to contact or separate the first and second charging parts 10 and 20, thereby preventing electrostatic power generation by triboelectric charging. generate To this end, the movable part 30 includes a cam 31 and a magnet part 32 .
캠(31)은 회전축(31a)을 중심으로 회전된다. 여기서, 캠(31)은 회전축(31a)을 기준으로 직경 방향으로 확장되어 돌출된 노즈(31b)를 가지며, 제1대전부(10)와 마주하는 것으로 예시한다. 그러나, 꼭 이에 한정하는 것은 아니며, 캠(31)이 제2대전부(20)와 마주하는 변형예도 가능하다. 또한, 캠(31)이 제1 및 제2대전부(10)(20)를 사이에 두고 상호 마주하도록 한 쌍으로 마련되어 제1 및 제2대전부(10)(20)와 모두 마주하는 또 다른 변형예도 가능하다. The cam 31 is rotated around the rotation shaft 31a. Here, the cam 31 is exemplified as having a protruding nose 31b extending radially with respect to the rotating shaft 31a and facing the first charging unit 10 . However, it is not necessarily limited to this, and a modified example in which the cam 31 faces the second charging unit 20 is also possible. In addition, the cam 31 is provided as a pair so as to face each other with the first and second charging units 10 and 20 interposed therebetween, and another cam 31 facing both the first and second charging units 10 and 20 is provided. Modifications are also possible.
참고로, 캠(31)의 직경 방향으로 확장된 노즈(31b)는 제1대전부(10)와 항시 이격된 상태를 유지할 수 있는 길이를 가진다. 즉, 노즈(31b)는 기존의 접촉 방식의 마찰 대전을 발생시켰던 종래의 캠에 비해 상대적으로 짧은 길이를 가질 수 있다. For reference, the nose 31b extending in the radial direction of the cam 31 has a length capable of maintaining a constant distance from the first charging unit 10 . That is, the nose 31b may have a relatively short length compared to a conventional cam that generates frictional electrification of the conventional contact method.
자석부(32)는 캠, 제1대전부(10) 및 제2대전부(20)에 각각 적어도 하나 마련되는 복수의 자석(33)(34)(35)들을 포함한다. 이러한 자석부(32)는 캠(31)의 회전에 연동하는 복수의 자석(33)(34)(35)들 사이의 척력 변화에 연동하여, 캠(31)이 제1대전부(10)를 비접촉 방식으로 가동시킨다. The magnet unit 32 includes a plurality of magnets 33, 34, and 35 provided at least one each of the cam, the first charging unit 10, and the second charging unit 20. The magnet part 32 interlocks with the change in repulsive force between the plurality of magnets 33, 34, and 35 that interlock with the rotation of the cam 31, so that the cam 31 moves the first charging unit 10. Operate in a non-contact manner.
참고로, 본 실시예에서는 자석부(32)가 캠(31), 제1대전부(10) 및 제2대전부(20)에 각각 하나씩 마련되는 제1 내지 제3자석(33)(34)(35)을 포함하는 것으로 도시 및 예시한다. 그러나, 꼭 이에 한정하는 것은 아니며, 캠(31), 제1대전부(10) 및 제2대전부(20)에 마련되는 자석(33)(34)(35)들의 개수는 도시된 예로만 한정되지 않는다. For reference, in this embodiment, the first to third magnets 33 and 34 in which the magnet unit 32 is provided on the cam 31, the first charging unit 10 and the second charging unit 20, respectively. It is shown and illustrated as including (35). However, it is not necessarily limited to this, and the number of magnets 33, 34, and 35 provided on the cam 31, the first charging unit 10, and the second charging unit 20 is limited to the illustrated example only. It doesn't work.
제1자석(33)은 캠(31)에 마련된다. 보다 구체적으로, 제1자석(33)은 회전축(31a)을 중심으로 회전되는 캠(31)의 노즈(31b)에 마련된다. 노즈(31b)에 마련된 제1자석(33)은 회전축(31a)을 기준으로 제1대전부(10)에 대해 최대로 가까운 위치에서, 최대의 척력을 발생시킨다. The first magnet 33 is provided on the cam 31. More specifically, the first magnet 33 is provided on the nose 31b of the cam 31 that rotates about the rotating shaft 31a. The first magnet 33 provided on the nose 31b generates the maximum repulsive force at a position closest to the first charging unit 10 based on the rotating shaft 31a.
제2자석(34)은 제1자석(33)과 마주하도록 제1대전부(10)에 마련된다. 이때, 제2자석(34)은 제1대전부(10)의 제1플레이트(13)에 마련되는 것으로 예시하나, 꼭 이에 한정되지 않는다. The second magnet 34 is provided on the first charging unit 10 so as to face the first magnet 33 . At this time, the second magnet 34 is illustrated as being provided on the first plate 13 of the first charging unit 10, but is not necessarily limited thereto.
또한, 제2자석(34)은 캠(31)의 노즈(31b)와 마주한 상태에서, 제1자석(33)과 같은 극성이 상호 마주하도록 배치된다. 예컨대, 도 1 및 도 2의 도시와 같이, 제1자석(33)의 S극과 제2자석(34)의 S극이 상호 마주하도록 배치될 수 있다. 그로 인해, 캠(31)의 노즈(31b)가 회전되어 제1대전부(10)와 가까워진 상태에서는 상호 마주하는 제1 및 제2자석(33)(34) 사이의 척력에 의해 제1대전부(10)가 캠(31)으로부터 멀어지는 방향으로 구동된다. In addition, the second magnet 34 is disposed so that the same polarities as the first magnet 33 face each other in a state facing the nose 31b of the cam 31. For example, as shown in FIGS. 1 and 2 , the S pole of the first magnet 33 and the S pole of the second magnet 34 may be disposed to face each other. Therefore, in a state in which the nose 31b of the cam 31 is rotated and becomes close to the first charging unit 10, the first charging unit is caused by the repulsive force between the first and second magnets 33 and 34 facing each other. (10) is driven in a direction away from the cam (31).
제3자석(35)은 제2자석(34)과 마주하도록 제2대전부(20)에 마련되며, 본 실시예에서는 제2플레이트(23)에 마련되어 제2자석(34)과 마주한다. 여기서, 제3자석(35)은 제2자석(34)과 마주하는 면의 극성이 상호 동일하다. 즉, 도 1 및 도 2의 도시와 같이, 제2자석(34)의 N극과 제3자석(35)의 N극이 상호 마주함으로써, 캠(31)과 마주하는 제1대전부(10)가 구동되지 않을 경우, 제1 및 제2대전부(10)(20)는 제2 및 제3자석(34)(35) 사이의 척력에 의해 일정 거리를 유지한다. The third magnet 35 is provided on the second charging unit 20 to face the second magnet 34, and in this embodiment is provided on the second plate 23 to face the second magnet 34. Here, the polarities of the third magnet 35 facing the second magnet 34 are the same. That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the N pole of the second magnet 34 and the N pole of the third magnet 35 face each other, so that the first charging unit 10 facing the cam 31 When is not driven, the first and second charging units 10 and 20 maintain a certain distance by the repulsive force between the second and third magnets 34 and 35.
한편, 도 1 및 도 2의 도시와 같이, 제1 및 제2자석(33)(34) 사이의 거리를 제1거리(d1)이라고 하고, 제2 및 제3자석(34)(35) 사이의 거리를 제2거리(d2)라고 할 때, 제1 및 제2대전부(10)(20) 사이의 원활한 접촉 및 분리를 위해 제1거리(d1)이 제2거리(d2)보다 크도록 마련된다. 즉, 제1 및 제2자석(33)(34)이 상호 대면하지 않은 상태에서, 제1 및 제2자석(33)(34) 사이의 척력보다 제2 및 제3자석(34)(35) 사이의 척력이 더 크다. On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 2, the distance between the first and second magnets 33 and 34 is referred to as a first distance d1, and between the second and third magnets 34 and 35 When the distance of is referred to as the second distance d2, the first distance d1 is greater than the second distance d2 for smooth contact and separation between the first and second charging parts 10 and 20. provided That is, in a state where the first and second magnets 33 and 34 do not face each other, the second and third magnets 34 and 35 have a higher repulsive force than the repulsive force between the first and second magnets 33 and 34. The repulsive force between them is greater.
또한, 도 1의 도시와 같이, 캠(31)의 회전에 의해 캠(31)의 노즈(31b)가 제1대전부(10)와 마주하는 위치로 진입하여 제1거리(d1)가 점차 작아지면, 제1자석(33) 및 제2자석(34) 사이의 척력이 점점 커진다. 이때, 제1거리(d1)가 제2거리(d2)보다 크도록 설정됨으로써, 제1 및 제2자석(33)(34) 사이의 척력이 제2 및 제3자석(34)(35) 사이의 척력보다 더 강하게 작용되어 제1대전부(10)를 제2대전부(20)를 향해 이동시킬 수 있게 된다. In addition, as shown in FIG. 1, the rotation of the cam 31 causes the nose 31b of the cam 31 to enter a position facing the first charging unit 10 so that the first distance d1 gradually decreases. The repulsive force between the ground and the first magnet 33 and the second magnet 34 gradually increases. At this time, by setting the first distance d1 to be greater than the second distance d2, the repulsive force between the first and second magnets 33 and 34 is reduced between the second and third magnets 34 and 35. The first charging unit 10 is moved toward the second charging unit 20 by acting stronger than the repulsive force of the second charging unit 20 .
참고로, 도 1 및 도 2의 도시와 같이, 가동부(30)는 제1 및 제2플레이트(13)(23)의 움직임을 지지하기 위해, 가이더(36)를 포함한다. 여기서, 가이더(36)은 제1 및 제2기판(11)(21)을 사이에 두고 상호 이격되도록, 적어도 한 쌍으로 마련된다. 이러한 가이더(36)에 지지된 제1 및 제2플레이트(13)(23)는 제1 내지 제3자석(33)(34)(35) 사이의 척력 변화에 연동하여, 제1플레이트(13)가 제2플레이트(23)를 향해 이동되거나 멀어지는 움직임을 지지한다. 여기서, 가이더(36)에는 스프링과 같은 탄성수단이 개재되지 않아도, 제1 내지 제3자석(33)(34)(35) 사이의 척력 변화에 따라, 제1 및 제2대전부(10)(20)를 접촉 및 분리시킬 수 있다. For reference, as shown in FIGS. 1 and 2 , the movable part 30 includes a guider 36 to support the movement of the first and second plates 13 and 23 . Here, the guiders 36 are provided in at least one pair so as to be spaced apart from each other with the first and second substrates 11 and 21 interposed therebetween. The first and second plates 13 and 23 supported by the guider 36 interlock with the change in repulsive force between the first and third magnets 33, 34 and 35, so that the first plate 13 Supports movement towards or away from the second plate 23 . Here, even if an elastic means such as a spring is not interposed in the guider 36, the first and second charging units 10 ( 20) can be contacted and separated.
참고로, 본 실시예에서는 제1 및 제2대전부(10)(20)에 제2 및 제3자석(34)(35)이 마련되는 것으로 예시하나, 꼭 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 제1대전부(10)에만 캠(31)에 마련된 제1자석(33)과 같은 극성이 마주하도록 제2자석(34)이 마련되고, 제1 및 제2대전부(10)(20) 사이에는 스프링과 같은 탄성부재(미도시)가 개재되는 변형예도 가능하다. 즉, 제1 및 제2대전부(10)(20) 사이에 탄성부재(미도시)가 개재되어, 제2대전부(20)에 대해 제1대전부(10)가 일정 간격을 유지하도록 탄성 가압할 수도 있는 것이다. For reference, in this embodiment, it is illustrated that the second and third magnets 34 and 35 are provided in the first and second charging units 10 and 20, but it is not necessarily limited thereto. That is, the second magnet 34 is provided only in the first charging unit 10 so that the same polarities as the first magnet 33 provided on the cam 31 face each other, and the first and second charging units 10 and 20 ) A modified example in which an elastic member (not shown) such as a spring is interposed between them is also possible. That is, an elastic member (not shown) is interposed between the first and second charging units 10 and 20 so that the first charging unit 10 maintains a certain distance from the second charging unit 20. It can be pressurized.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 정전 발전기(1)의 정전 발전동작을 보다 자세히 설명하면, 다음과 같다. The electrostatic power generation operation of the electrostatic generator 1 according to the present invention having the above structure will be described in more detail as follows.
우선, 제1 및 제2자석(33)(34) 사이의 거리인 제1거리(d1)이 제2 및 제3자석(34)(35) 사이의 거리인 제2거리(d2)보다 크도록, 캠(31), 제1대전부(10) 및 제2대전부(20)가 설정된다. 이 상태에서, 캠(31)이 회전축(31a)을 중심으로 회전되면, 도 1의 도시와 같이, 제1거리(d1)이 제2거리(d2)보다 점점 작아지게 된다. 이러한 캠(31)의 회전에 의해 캠(31)에 마련된 제1자석(33)의 S극이 제1대전부(10)에 마련된 제1자석(33)의 S극과 마주하는 위치까지 도달하게 된다. First, the first distance d1, which is the distance between the first and second magnets 33 and 34, is greater than the second distance d2, which is the distance between the second and third magnets 34 and 35. , the cam 31, the first charging unit 10 and the second charging unit 20 are set. In this state, when the cam 31 is rotated about the rotating shaft 31a, as shown in FIG. 1, the first distance d1 gradually becomes smaller than the second distance d2. By the rotation of the cam 31, the S pole of the first magnet 33 provided on the cam 31 reaches a position facing the S pole of the first magnet 33 provided on the first charging unit 10. do.
여기서, 캠(31)의 제1자석(33)과 제1대전부(10)의 제2자석(34) 각각의 S극이 상호 마주하여 발생되는 척력은 N극이 상호 마주하는 제1 및 제2대전부(10)(20)에 마련된 제2 및 제3자석(34)(35) 사이의 척력보다 더 강하게 작용한다. 그로 인해, 도 2의 도시와 같이, 제1대전부(10)의 제1플레이트(13)가 제1 및 제2자석(33)(34) 사이의 점차 커지는 척력에 의해 가이더(36)를 따라 제2대전부(20)로 이동하게 된다. 제1대전부(10)는 가이더(36)를 따라 제2대전부(20)로 이동함으로써, 마주하는 제1대전부(10)의 양대전체(12)와 제2대전부(20)의 음대전체(22)가 상호 접촉된다. Here, the repulsive force generated when the S poles of the first magnet 33 of the cam 31 and the second magnet 34 of the first charging unit 10 face each other is the first and second repulsive force generated when the N poles face each other. It acts stronger than the repulsive force between the second and third magnets 34 and 35 provided in the two charging units 10 and 20. As a result, as shown in FIG. 2, the first plate 13 of the first charging unit 10 follows the guider 36 by the gradually increasing repulsive force between the first and second magnets 33 and 34. It moves to the second charging unit 20 . The first charging unit 10 moves along the guider 36 to the second charging unit 20, so that the opposite charging bodies 12 of the first charging unit 10 and the sound band of the second charging unit 20 face each other. All 22 are in mutual contact.
이후, 캠(31)이 계속 회전되면, 제1 및 제2자석(33)(34) 사이의 제1거리(d1)가 제2 및 제3자석(34)(35) 사이의 제2거리(d2)보다 점점 더 커지게 된다. 그로 인해, 제1거리(d1)가 제2거리(d2)보다 점점 커질수록, 제1 및 제2자석(33)(34) 사이의 척력이 제2 및 제3자석(34)(35) 사이의 척력보다 점점 작아지게 된다. 이에 따라, 도 3에 도시된 제1 및 제2대전부(10)(20)와 같이, 상호 접촉된 상태였던 양대전체(12) 및 음대전체(22)가 다시 분리된다. Then, when the cam 31 continues to rotate, the first distance d1 between the first and second magnets 33 and 34 becomes the second distance between the second and third magnets 34 and 35 ( d2) becomes larger and larger. Therefore, as the first distance d1 becomes larger than the second distance d2, the repulsive force between the first and second magnets 33 and 34 increases between the second and third magnets 34 and 35. becomes smaller and smaller than the repulsive force of Accordingly, like the first and second charging parts 10 and 20 shown in FIG. 3, the positively charged body 12 and the negatively charged body 22, which were in contact with each other, are separated again.
참고로, 도 3의 도시와 같이, 캠(31)의 노즈(31b)가 제1대전부(10)로부터 최대로 이격된 위치에서, 캠(31)의 제1자석(33)과 제1대전부(10)의 제2자석(34) 사이의 제1거리(d1)가 최대가 된다. 아울러, 제1자석(33)의 S극이 제2자석(34)의 N극과 마주하게 된다. 이에 따라, 제1 및 제2자석(33)(34) 사이의 척력이 최소가 되고, 제2 및 제3자석(34)(35) 사이의 척력이 최대가 되어, 제1 및 제2대전부(10)(20)가 상호 분리되어 이격된 상태로 유지된다. 이때, 제1대전부(10)를 제2대전부(20)로부터 분리시키는 제2 및 제3자석(34)(35) 사이의 척력 이외에, 탄성력과 같은 별도의 힘은 불필요하다. For reference, as shown in FIG. 3 , at a position where the nose 31b of the cam 31 is maximally spaced from the first charging unit 10, the first magnet 33 of the cam 31 and the first charging unit The first distance d1 between the second magnets 34 of the part 10 is maximized. In addition, the S pole of the first magnet 33 faces the N pole of the second magnet 34 . Accordingly, the repulsive force between the first and second magnets 33 and 34 is minimized and the repulsive force between the second and third magnets 34 and 35 is maximized. (10) (20) is separated from each other and maintained in a spaced state. At this time, other than the repulsive force between the second and third magnets 34 and 35 separating the first charging unit 10 from the second charging unit 20, a separate force such as elastic force is unnecessary.
이상과 같이, 캠(31)의 회전에 의한 척력 크기 변화에 따른 제1 및 제2대전부(10)(20)의 접촉 및 분리 동작으로 인해, 양대전체(12)와 음대전체(22) 사이에는 마찰에 의한 정전기 대전(static electrification)이 발생된다. 이러한 캠(31)의 회전에 연동하는 양대전체(12)와 음대전체(22) 사이의 반복적인 정전 대전으로 인해, 특정 주파수의 에너지가 발전되게 된다. As described above, due to the contact and separation operation of the first and second electrifying parts 10 and 20 according to the change in repulsive force caused by the rotation of the cam 31, the gap between the positively charged body 12 and the negatively charged body 22 In the case, static electrification is generated by friction. Energy of a specific frequency is generated due to repetitive electrostatic charging between the positively charged body 12 and the negatively charged body 22 linked to the rotation of the cam 31 .
정리하면, 본 발명에 의한 정전 발전기(1)는 캠(31)과 제1 및 제2대전부(10)(20) 중 어느 하나와의 직접적인 접촉 없이, 캠(31), 제1대전부(10) 및 제2대전부(20)에 마련되는 제1 내지 제3자석(33)(34)(35)들 사이의 척력의 크기 변화를 이용해, 제1 및 제2대전부(10)(20)를 상호 접촉 및 분리시킨다. In summary, the electrostatic generator 1 according to the present invention has the cam 31, the first charging unit ( 10) and the second charging unit 20, the first and second charging units 10, 20 using the change in the repulsive force between the first to third magnets 33, 34, and 35 provided in the second charging unit 20. ) contact and separate each other.
기존의 정전 발전과 본 발명에 의한 정전 발전기(1)의 정전 발전 특성을 접촉 주기(Frequency)를 변경하면서 비교한 결과가 도 4 및 도 5에 도시된다. 여기서, 도 4 및 도 5의 (a)는 캠(31)의 접촉 방식으로 정전 발전시키는 기존의 정전 발전을 실험한 결과이고, 도 4 및 도 5의 (b)는 본 발명의 캠(31)의 비접촉 방식으로 정전 발전시키는 정전 발전기(1)를 실험한 결과이다. 4 and 5 show results obtained by comparing the conventional electrostatic power generation and the electrostatic power generation characteristics of the electrostatic generator 1 according to the present invention while changing the contact frequency. Here, (a) of FIGS. 4 and 5 is the result of an experiment of conventional electrostatic power generation in which electrostatic power generation is performed by the contact method of the cam 31, and FIG. 4 and FIG. 5 (b) is the cam 31 of the present invention This is the result of an experiment on the electrostatic generator 1 generating electrostatic power in a non-contact method.
도 4의 (a)와 같이 대략 7Hz 에서 캠(31)의 직접 접촉에서는 대략 62V의 정전 출력을 확인할 수 있는 반면에, 도 4의 (b)와 같이 본 실시예에 의한 정전 발전기는 대략 132V의 정전 출력을 확인할 수 있다. 즉, 기존과 비교하여 본 발명에 의한 정전 발전기(1)는 에너지 손실 없이 출력이 증가됨을 확인할 수 있다. As shown in (a) of FIG. 4, an electrostatic output of about 62V can be confirmed in the direct contact of the cam 31 at about 7Hz, whereas, as shown in (b) of FIG. 4, the electrostatic generator according to this embodiment has about 132V You can check the power output. That is, it can be confirmed that the output of the electrostatic generator 1 according to the present invention is increased without energy loss compared to the conventional one.
또한, 도 5의 (a) 및 (b)와 같이, 출력의 피크(Peak)와 피크 사이의 소요 시간이 기존의 경우 0.014초인 반면에, 본 발명에 의한 정전 발전기(1)의 피크와 피크 사이의 소요 시간이 0.003초로 짧다. 여기서, 기존의 정전 발전은 상호 접촉된 캠(31)과 제1플레이트(13) 사이의 마찰 발생 및 제1플레이트(13)를 지지하는 스프링의 탄성력에 대한 반발력으로 인해, 캠(31)의 회전이 간섭됨에 따라, 피크 사이의 소요 시간이 더 많이 소요된다. 그러나, 본 발명에 의한 정전 발전기(1)는 캠(31)과 제1플레이트(13) 사이가 상호 비접촉되고 스프링과 같은 탄성 복원력이 불필요함으로써, 불필요한 에너지 손실을 최소화하여 짧은 피크와 피크 사이의 소요 시간을 확보할 수 있다. In addition, as shown in (a) and (b) of FIG. 5 , the required time between peaks of output is 0.014 seconds in the conventional case, whereas between peaks and peaks of the electrostatic generator 1 according to the present invention is as short as 0.003 seconds. Here, the conventional electrostatic power generation causes friction between the mutually contacted cam 31 and the first plate 13 and the rotation of the cam 31 due to the repulsive force against the elastic force of the spring supporting the first plate 13. As this interferes, the time between peaks becomes longer. However, in the electrostatic generator 1 according to the present invention, since the cam 31 and the first plate 13 do not come into contact with each other and elastic restoring force such as a spring is unnecessary, unnecessary energy loss is minimized and the time required between short peaks and peaks is minimized. time can be secured.
한편, 제1 내지 제3자석(33)(34)(35)들 중에서 캠(31)에 마련되는 제1자석(33)의 면적에 따른 출력 변화가 도 6의 (a)에 도시되고, 제1대전부(10)에 마련되는 제2자석(34)의 면적에 따른 출력 변화가 도 6의 (b)에 도시된다. 참고로, 도 6은 제1 및 제2자석(33)(34)의 면적을 각각 100mm2, 225mm2 및 400mm2으로 변경하였다. 또한, 면적을 변경하는 실험 대상 자석을 제외한 다른 자석들의 면적은 100mm2으로 고정하였으며, 접촉 주기는 5Hz로 설정하여 실험하였다. On the other hand, the output change according to the area of the first magnet 33 provided on the cam 31 among the first to third magnets 33, 34, and 35 is shown in (a) of FIG. A change in output according to the area of the second magnet 34 provided in the first charging unit 10 is shown in (b) of FIG. 6 . For reference, in FIG. 6 , the areas of the first and second magnets 33 and 34 are respectively changed to 100 mm 2 , 225 mm 2 and 400 mm 2 . In addition, the area of the magnets other than the subject magnet whose area was changed was fixed to 100 mm 2 , and the contact period was set to 5 Hz for the experiment.
실험 결과, 제1 및 제2자석(33)(34) 모두, 면적이 증가할수록 전압 특성이 증가한다. 즉, 제1 및 제2자석(33)(34)의 면적이 증가할수록 자력이 증가하고, 이에 연동하여 제1 및 제2대전부(10)(20)에 가해지는 힘이 증가함으로써, 정전 발전기(1)의 출력 에너지도 증가하게 된다. As a result of the experiment, the voltage characteristics of both the first and second magnets 33 and 34 increase as the area increases. That is, as the area of the first and second magnets 33 and 34 increases, the magnetic force increases, and the force applied to the first and second charging parts 10 and 20 increases in conjunction with this, thereby generating an electrostatic generator. The output energy of (1) also increases.
도 7을 참고하면, 제1 내지3 제3자석(33)(34)(35)들 사이의 자력을 측정하기 위한 힘센서(Force sensor)(40)가 개략적으로 도시된다. 또한, 도 8에는 힘센서(40)에 의해 측정된 결과가 개략적으로 도시된다. 도 8의 그래프에서와 같이, 제1 및 제2자석(33)(34)의 면적에 비례하는 자력이 상대적으로 모두 클수록 양대전체(12) 및 음대전체(22)에 가해지는 힘의 세기가 13N으로 가장 크다. Referring to FIG. 7 , a force sensor 40 for measuring magnetic force between first to third third magnets 33, 34, and 35 is schematically shown. 8 schematically shows results measured by the force sensor 40 . As shown in the graph of FIG. 8, as the magnetic force proportional to the area of the first and second magnets 33 and 34 is relatively large, the strength of the force applied to the positively charged body 12 and the negatively charged body 22 is 13N the largest with
이상과 같이, 캠(31)에 마련되는 제1자석(33)과 제1자석(33)과 척력을 발생시키는 제2자석(34)의 면적을 조절하여, 정전 발전기(1)의 출력이 조절될 수 있음을 확인할 수 있다. As described above, the output of the electrostatic generator 1 is adjusted by adjusting the areas of the first magnet 33 provided on the cam 31 and the second magnet 34 generating a repulsive force. can confirm that it can be.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although it has been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that it can be done.
1: 정전 발전기
10: 제1대전부
11: 제1기판
12: 양대전체
13: 제1플레이트
20: 제2대전부
21: 제2기판
22: 음대전체
23: 제2플레이트
30: 가동부
31: 캠
32: 자석부
33: 제1자석
34: 제2자석
35: 제3자석
36: 가이더
40: 힘센서1: static generator
10: first battle part
11: first substrate
12: both charged bodies
13: first plate
20: Second battle part
21: second substrate
22: negative charge
23: second plate
30: moving part
31: cam
32: magnet part
33: first magnet
34: second magnet
35: third magnet
36: guider
40: force sensor
Claims (12)
상기 제1대전부와 마주하여 음전하로 대전되는 제2대전부; 및
상기 제1 및 제2대전부 사이의 마찰 대전에 의한 정전 발전이 발생되도록, 상기 제1 및 제2대전부 중 적어도 어느 하나를 가동시키는 가동부;
를 포함하며,
상기 가동부는,
상기 제1 및 제2대전부 중 적어도 어느 하나와 마주하여 회전되는 캠; 및
상기 캠, 상기 제1대전부 및 상기 제2대전부에 각각 적어도 하나 마련되는 복수의 자석을 포함하는 자석부;
를 포함하여,
상기 캠의 회전에 연동하는 상기 복수의 자석들 사이의 척력 변화에 연동하여, 상기 캠이 상기 제1 및 제2대전부 사이의 접촉 및 분리를 비접촉 가동시키며,
상기 자석부는,
상기 캠에 마련되는 제1자석;
상기 제1자석과 마주하도록 상기 제1대전부에 마련되는 제2자석; 및
상기 제2자석과 마주하도록 상기 제2대전부에 마련되는 제3자석;
을 포함하며,
상기 제1 및 제2자석은 상호 마주하는 면의 극성이 상호 동일하고, 상기 제2 및 제3자석은 상호 마주하는 면의 극성이 상호 동일하되,
상기 제1 및 제2자석 사이의 거리가 상기 제2 및 제3자석 사이의 거리보다 더 크도록, 상기 캠, 제1대전부 및 제2대전부가 설정되는 정전 발전기. A first charging unit that is positively charged;
a second charging unit that faces the first charging unit and is negatively charged; and
a moving unit that operates at least one of the first and second charging units so that electrostatic power generation is generated by triboelectric charging between the first and second charging units;
Including,
The movable part,
a cam rotating facing at least one of the first and second charging units; and
a magnet unit including a plurality of magnets each provided with at least one of the cam, the first charging unit, and the second charging unit;
including,
In conjunction with a change in repulsive force between the plurality of magnets linked to the rotation of the cam, the cam operates contact and separation between the first and second charging parts in a non-contact manner,
The magnet part,
a first magnet provided on the cam;
a second magnet provided in the first charging unit to face the first magnet; and
a third magnet provided in the second charging unit to face the second magnet;
Including,
The polarities of the surfaces facing each other of the first and second magnets are the same, and the polarities of the surfaces of the second and third magnets facing each other are the same,
wherein the cam, the first charging section, and the second charging section are set such that a distance between the first and second magnets is greater than a distance between the second and third magnets.
상기 캠은 회전축으로부터 직경 방향으로 확장된 노즈를 가지며,
상기 노즈에 상기 복수의 자석 중 적어도 어느 하나가 마련되어, 상기 노즈와 마주하는 상기 제1 및 제2대전부 중 적어도 어느 하나를 다른 하나를 향해 가동시키는 정전 발전기.According to claim 1,
The cam has a nose extending diametrically from the axis of rotation,
At least one of the plurality of magnets is provided on the nose to move at least one of the first and second charging parts facing the nose toward the other.
상기 제1대전부는,
제1기판;
상기 제1기판의 일측에 적층되어 양전하로 대전되는 양대전체; 및
상기 제1기판 및 양대전체를 지지하는 제1플레이트;
를 포함하고,
상기 제2대전부는,
제2기판;
상기 양대전체와 마주하도록 상기 제2기판의 일측에 적층되어 음전하로 대전되는 음대전체; 및
상기 제2기판 및 음대전체를 지지하는 제2플레이트;
를 포함하며,
상기 제2자석은 상기 제1플레이트에 마련되고, 제3자석은 상기 제2플레이트에 마련되는 정전 발전기.According to claim 1,
The first charging unit,
a first substrate;
a positively charged body stacked on one side of the first substrate and charged with a positive charge; and
a first plate supporting the first substrate and both charging bodies;
including,
The second charging unit,
second substrate;
a negatively charged material stacked on one side of the second substrate to face the positively charged material and charged with a negative charge; and
a second plate supporting the second substrate and the negatively charged body;
Including,
The second magnet is provided on the first plate, and the third magnet is provided on the second plate.
상기 제1자석이 상기 제2자석과 마주하지 않은 상태에서, 상기 제1 및 제2자석 사이의 척력보다 상기 제2 및 제3자석 사이의 척력이 더 크도록 설정되어 상기 제1 및 제2대전부를 상호 분리시키며,
상기 제1 및 제2자석 사이의 거리가 가장 가까운 상태에서는 상기 제2 및 제3자석 사이의 척력보다 큰 상기 제1 및 제2자석 사이의 척력에 의해 상기 제1대전부가 상기 제2대전부를 향해 가동되어 접촉되는 정전 발전기. According to claim 1,
In a state where the first magnet does not face the second magnet, the repulsive force between the second and third magnets is set to be greater than the repulsive force between the first and second magnets, so that the first and second charging separate wealth from each other,
In a state in which the distance between the first and second magnets is closest, the first charging unit is directed toward the second charging unit by a repulsive force between the first and second magnets greater than the repulsive force between the second and third magnets. An electrostatic generator that is energized and contacted.
상기 제2플레이트에 대해 상기 제1플레이트의 움직임을 지지하는 가이더를 포함하는 정전 발전기. According to claim 3,
and a guider supporting movement of the first plate relative to the second plate.
상기 복수의 자석들의 면적에 비례하여, 상기 제1 및 제2대전부 사이의 접촉 및 분리에 의해 발생되는 출력 에너지의 크기가 증가하는 정전 발전기. According to claim 1,
An electrostatic generator in which a magnitude of output energy generated by contact and separation between the first and second charging parts increases in proportion to the area of the plurality of magnets.
상기 가동부는 상기 제1 및 제2대전부 사이에 개재되어, 상기 제1 및 제2대전부 사이의 이격된 간격을 탄성 지지하는 탄성부재를 포함하는 정전 발전기.According to claim 1,
wherein the movable part includes an elastic member interposed between the first and second charging parts and elastically supporting a gap between the first and second charging parts.
상기 대전부에 대해 비접촉되도록 회전되는 캠을 포함하여, 상기 캠의 회전 자세에 연동하여 상기 양대전체 및 음대전체 중 적어도 어느 하나를 가동시켜 상기 양대전체 및 음대전체 사이에서 마찰 대전을 발생시키는 가동부;
를 포함하며,
상기 가동부는 상기 캠 및 대전부에 마련되는 복수의 자석들 사이의 척력 변화로 상기 양대전체 및 음대전체를 상호 접촉 및 분리시키며,
상기 대전부는,
상기 양대전체가 일측에 마련되는 제1기판;
상기 양대전체와 마주하도록 상기 음대전체가 일측에 마련되는 제2기판;
상기 제1기판을 지지하는 제1플레이트; 및
상기 제2기판을 지지하는 제2플레이트;
를 포함하고,
상기 가동부는,
상기 캠에 마련되어 캠의 회전축으로부터 직경 방향으로 확장된 노즈에 마련되는 제1자석;
상기 캠과 마주하는 상기 양대전체에 상기 제1자석과 같은 극성이 마주하도록 제1플레이트에 마련되는 제2자석; 및
상기 제2자석과 같은 극성이 마주하도록 제2플레이트에 마련되는 제3자석;
을 포함하며,
상기 제1 및 제2자석 사이의 거리가 상기 제2 및 제3자석 사이의 거리보다 더 크도록, 상기 캠, 제1플레이트 및 제2플레이트가 설정되되,
상기 제1자석이 상기 제2자석과 마주하지 않은 상태에서, 상기 제1 및 제2자석 사이의 척력보다 상기 제2 및 제3자석 사이의 척력이 더 크도록 설정되어 상기 제1 및 제2대전부를 상호 분리시키는 정전 발전기a charging unit including a positively charged body charged with a positive charge and a negatively charged body charged with a negative charge; and
a movable unit including a cam rotated so as not to come into contact with the charging unit and generating triboelectric charge between the positively charged and negatively charged bodies by moving at least one of the positively charged and negatively charged bodies in conjunction with the rotational posture of the cam;
Including,
The movable unit contacts and separates the positively charged body and the negatively charged body from each other by a change in repulsive force between the cam and a plurality of magnets provided in the charging unit,
The charging unit,
a first substrate on which both sides are provided;
a second substrate on one side of which the negatively charged body faces the positively charged body;
a first plate supporting the first substrate; and
a second plate supporting the second substrate;
including,
The movable part,
a first magnet provided on the cam and provided on a nose extending radially from the rotational axis of the cam;
a second magnet provided on a first plate such that the same polarity as that of the first magnet faces the two charged bodies facing the cam; and
a third magnet provided on the second plate to face the same polarities as the second magnet;
Including,
The cam, the first plate and the second plate are set so that the distance between the first and second magnets is greater than the distance between the second and third magnets,
In a state where the first magnet does not face the second magnet, the repulsive force between the second and third magnets is set to be greater than the repulsive force between the first and second magnets, so that the first and second charging Electrostatic generator to separate wealth from each other
상기 제1 및 제2자석 사이의 거리가 가장 가까운 상태에서는 상기 제2 및 제3자석 사이의 척력보다 큰 상기 제1 및 제2자석 사이의 척력에 의해 상기 양대전체가 상기 음대전체를 향해 가동되어 접촉되는 정전 발전기.According to claim 8,
In a state in which the distance between the first and second magnets is the closest, the positive charges are moved toward the negative charge body by the repulsive force between the first and second magnets that is greater than the repulsive force between the second and third magnets. An electrostatic generator that is contacted.
상기 제2플레이트에 대해 상기 제1플레이트의 움직임을 지지하는 가이더를 포함하는 정전 발전기.According to claim 8,
and a guider supporting movement of the first plate relative to the second plate.
상기 복수의 자석들의 면적에 비례하여, 상기 대전부에서 발생되는 마찰 대전에 의한 출력 에너지의 크기가 증가하는 정전 발전기.According to claim 8,
An electrostatic generator in which a magnitude of output energy by frictional electrification generated in the charging unit increases in proportion to an area of the plurality of magnets.
상기 가동부는 상기 양대전체 및 음전하체 사이에 개재되어, 상기 양대전체와 음대전체 사이의 이격된 간격을 탄성 지지하는 탄성부재를 포함하는 정전 발전기. According to claim 8,
The movable part includes an elastic member interposed between the positively charged body and the negatively charged body to elastically support a spaced apart distance between the positively charged body and the negatively charged body.
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|---|---|
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999013300A1 (en) * | 1997-09-08 | 1999-03-18 | Ngk Insulators, Ltd. | Mass sensor and mass detection method |
| JP2007507960A (en) * | 2003-10-06 | 2007-03-29 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Resonator structure and method of manufacturing the same |
| JP2007274660A (en) * | 2006-03-07 | 2007-10-18 | Ngk Insulators Ltd | Piezoelectric thin film device |
| JP2008042877A (en) * | 2006-07-13 | 2008-02-21 | Ngk Insulators Ltd | Piezoelectric thin film device |
| KR20080070567A (en) | 2007-01-26 | 2008-07-30 | 가부시끼가이샤 브이에스디 | Flywheel generator |
| KR20110076824A (en) * | 2009-12-29 | 2011-07-06 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | Vibrating reed, vibrator, oscillator, electronic device and method of adjusting frequency |
| KR101417848B1 (en) | 2013-02-28 | 2014-07-09 | 한국세라믹기술원 | Vibration energy harvesting device having drum head structure |
| KR101549445B1 (en) * | 2014-07-18 | 2015-09-04 | 중앙대학교 산학협력단 | energy harvester |
-
2020
- 2020-10-16 KR KR1020200134357A patent/KR20220050550A/en not_active Application Discontinuation
-
2023
- 2023-07-13 KR KR1020230090904A patent/KR102635270B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999013300A1 (en) * | 1997-09-08 | 1999-03-18 | Ngk Insulators, Ltd. | Mass sensor and mass detection method |
| JP2007507960A (en) * | 2003-10-06 | 2007-03-29 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Resonator structure and method of manufacturing the same |
| JP2007274660A (en) * | 2006-03-07 | 2007-10-18 | Ngk Insulators Ltd | Piezoelectric thin film device |
| JP2008042877A (en) * | 2006-07-13 | 2008-02-21 | Ngk Insulators Ltd | Piezoelectric thin film device |
| KR20080070567A (en) | 2007-01-26 | 2008-07-30 | 가부시끼가이샤 브이에스디 | Flywheel generator |
| KR20110076824A (en) * | 2009-12-29 | 2011-07-06 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | Vibrating reed, vibrator, oscillator, electronic device and method of adjusting frequency |
| KR101417848B1 (en) | 2013-02-28 | 2014-07-09 | 한국세라믹기술원 | Vibration energy harvesting device having drum head structure |
| KR101549445B1 (en) * | 2014-07-18 | 2015-09-04 | 중앙대학교 산학협력단 | energy harvester |
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