KR101670805B1 - 정전기를 이용한 충전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부도체 사이의 마찰에 의해 생성된 정전기를 포집 및 변환하여 배터리를 충전하는 정전기를 이용한 충전장치에 관한 것으로, 하우징의 내부에 알갱이 형태의 정전입자를 저장하여 하우징이 흔들림에 의해 정전입자가 흔들려 하우징과의 사이의 마찰에 의해 정전기를 발생하는 정전기발생수단; 도전성 재질로 만들어져, 상기 정전기발생수단에 의해 생성된 정전기를 하기 정전기포집수단으로 전달하는 도전수단; 상기 도전수단을 통해 전달된 고압 저전류의 정지된 전기를 포집하는 정전기포집수단; 상기 정전기포집수단의 고압 저전류 전기를 변환하여 전압은 낮추고 전류를 높이는 변환수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

정전기를 이용한 충전장치{charging system used static electricity}

본 발명은 충전장치에 관한 것으로, 상세하게는 부도체 사이의 마찰에 의해 생성된 정전기를 포집 및 변환하여 배터리를 충전하는 정전기를 이용한 충전장치에 관한 것이다.

전기에너지는 다양한 방법으로 생산되고 있고, 대부분이 화석 연료를 이용하여 얻고 있으나, 화석 연료의 고갈과 화석 연료를 이용하여 전기에너지를 생산하는 과정에서 발생되는 환경오염 등을 이유로 최근에는 자연력을 이용한 전기에너지 생산 방법이 많이 개발되고 있다.

자연력을 이용한 전기에너지 생산 방법은 풍력을 이용한 풍력발전, 햇빛을 이용한 태양광 및 태양열 발전, 조력을 이용한 조력발전 등이 있다.

한편, 전기, 전자기술이 발전함에 따라 최근에는 휴대전화를 포함하는 휴대용 전기, 전자 기기(이하, "모바일기기"라 함)가 많이 사용되고 있고, 이러한 모바일기기는 배터리로부터 전원을 공급받으며, 배터리는 소정시간 사용하면 저장된 전기가 소진되어 모바일기기의 사용을 제한하는 단점이 있다.

이에 모바일기기에는 충전 가능한 충전용 배터리를 많이 사용하고 있다.

충전용 배터리를 충전시키는 방법은 통상적으로 충전수단을 이용하고 있고, 충전수단은 상용전원을 이용하여 충전용 배터리를 충전시키고 있으며, 예비 수단으로 충전용 배터리를 충전시키기 위한 보조 충전장치들이 많이 사용되고 있다.

그러나 보조 충전장치 또한 충전량에 한계가 있으며, 이러한 단점을 개선하여 상용전원을 사용하지 않고 충전용 배터리를 충전할 수 있는 충전 장치가 개발되고 있으며, 그 예로 특허문헌 1이 있다.

특허문헌 1은 일측에 통공이 형성되는 브래킷이 구비되고, 브래킷에는 힌지를 축으로 회전가능하게 지지부재가 설치되며, 병렬 연결된 솔라셀이 구비된 다수의 케이스로 이루어진 솔라셀부가 브래킷에 설치되고, 솔라셀부에 설치되어 모바일 배터리에 전원을 인가하는 컨트롤러를 포함하여 구성된 솔라셀을 이용한 모바일 충전장치이다.

그러나 솔라셀을 이용한 발전 또는 충전 장치는 태양광에 의존함에 따라 발전이나 충전에 제한이 따르는 단점이 있다.

모바일기기 충전 장치의 다른 예로는 정전기를 이용한 기술이 있으며, 그 예로, 특허문헌 2 및 3이 있다.

특허문헌 2는 모터의 운동 에너지를 정전기 에너지로 변환하는 변환부; 변환부에서 발생한 정전기를 모으는 포집부; 포집부에서 모은 정전기 전압의 크기를 조절하는 조절부; 조절부에 의해 조절된 전압에 의해 충전되는 배터리; 변환부 주위에 설치되는 N극과 S극의 자석부를 포함하고, 변환부는 코일이 감긴 모터의 회전축, 모터의 회전축에 결합된 제1부도체와, 제1부도체와 마찰면을 가지는 제2부도체로 이루어진 것이고,

특허문헌 3은 모터의 운동 에너지를 정전기 에너지로 변환하는 변환부; 변환부에서 발생한 정전기를 모으는 포집부; 포집부에서 모은 정전기 전압의 크기를 조절하는 조절부; 조절부에 의해 조절된 전압에 의해 충전되는 배터리를 포함하는 배터리 충전장치이다.

이러한 종래의 정전기를 이용한 충전장치는 모터를 구비하여 정전기 발생수단을 구동시킴에 따라 모터 구동에 전기가 소모됨에 따라 에너지효율이 떨어지는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-0742358호 대한민국 등록특허 제10-1312565호 대한민국 등록특허 제10-1401535호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 구성이 단순하여 제작이 용이하고, 별도의 구동에너지를 필요로 하지 않음에 따라 에너지효율이 향상된 정전기를 이용한 충전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명에 따른 정전기를 이용한 충전장치는, 정전기를 이용하여 전기를 생성하여 충전시키는 장치로, 하우징의 내부에 알갱이 형태의 정전입자를 넣어 하우징이 흔들림에 의해 정전입자가 흔들려 하우징 내벽과의 마찰에 의해 정전기를 발생하는 정전기발생수단; 상기 정전기발생수단에 의해 생성된 정전기를 정전기포집수단으로 전달하는 도전수단; 상기 도전수단을 통해 전달된 정전기를 포집하는 정전기포집수단; 상기 정전기포집수단의 정전기를 배터리 충전전압으로 변환하는 변환수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징은 복수의 격실로 구획되고, 각 격실에는 크기가 서로 다른 정전입자가 혼합된 것을 특징으로 한다.

상기 도전수단은 하우징의 내부에 설치되어 하우징의 벽과 정전입자 사이의 마찰에 의해 발생되는 정전기를 포집하는 포집단자와, 포집단자에서 포집된 정전기를 정전기포집수단으로 전송하는 도전선으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 하우징 외부는 솔라셀이 부착되어 변환수단으로 입력되는 것을 특징으로 한다.

상기 충전장치는, 하나의 하우징의 내부에 형성되고 하우징의 일측에는 배터리가 탈착되는 배터리장착홈이 형성되고, 배터리에 상용전원을 공급하기 위한 외부전원이 연결되는 전원접속소켓과, 외부의 전기기기가 직접 접속되어 충전이 이루어지는 충전소켓이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 정전기를 이용한 충전장치는, 알갱이 형태의 정전입자를 보도체하우징의 내부에 충진하여, 작은 정전입자가 작은 흔들림에도 움직여 하우징과의 사이에 마찰을 일으켜 정전기가 발생됨에 따라 정전기 발생효율을 높일 수 있다.

또한, 정전입자들 사이에서도 마찰이 발생하고, 이러한 마찰은 정전기를 발생시킴에 따라 정전기 발생효율을 높일 수 있어 보다 발전효율을 높일 수 있는 것이다.

또한, 하우징의 외부에 솔라셀을 설치하여 정전기 이외에 태양광을 이용하여 배터리를 충전시킬 수도 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 정전기를 이용한 충전장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 정전기를 이용한 충전장치의 일예의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 정전기를 이용한 충전장치의 일예의 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 정전기를 이용한 충전장치를 구성하는 정전기발생수단의 일부를 절개한 상태의 사시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여, 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예는 도면과 함께 설명하고자 하는 것으로 하나의 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 알갱이 형태로 부도체를 작게 만들어 외부의 작은 흔들림에도 부도체임자들 사이의 마찰에 의해 정전기가 발생되게 함에 따라 발전 효율을 높일 수 있다.

본 발명에 따른 정전기를 이용한 충전장치는 정전기를 발생시키는 정전기발생수단(10)와, 발생된 정전기를 전송하는 도전수단(20), 전달된 정전기를 포집하는 정전기포집수단(30) 및 포집된 정전기를 변환하는 변환수단(40)을 포함한다.

정전기(static electricity)는 전하가 흐르는 일반적인 전기의 반대되는 개념으로 전하가 정지 상태로 전하의 분포가 시간적으로 변화하지 않는 전기를 말한다. 정전기를 일으키는 주요한 원인은 마찰열로 전자가 전자친화도가 높은 쪽으로 이동하여 대전하게 된다. 전자를 쉽게 잃거나 얻는 순서를 대전열이라 하며 털가죽>유리>운모>명주>호박>고무>플라스틱 순으로 전자를 잃기 쉽다.

상기 정전기발생수단(10)은 두 물체의 마찰에 의해 정전기를 발생시키는 기능을 하는 것으로, 하우징(11)의 내부에 알갱이 형태의 정전입자(12)를 저장하여 하우징이 흔들림에 의해 정전입자가 흔들려 하우징과의 사이의 마찰이 발생하고, 이 마찰에 의해 정전기를 발생한다.

상기 하우징(11)은 도 1에 도시한 바와 같이, 다수의 격실로 나누어질 수 있고, 각 격실에 정전입자(12)가 적정량 충진되어 있다.

하우징(11)을 다수의 격실로 나누어 제작함에 따라 정전입자와 접촉되는 하우징의 접촉면적을 넓혀 발생되는 정전기의 양을 늘릴 수 있는 것이다.

상기 정전입자(12)는 하우징과 마찰되어 정전기를 발생시키는 기능을 하는 것으로, 알갱이의 크기를 제한할 수 없으나, 알갱이의 크기가 너무 작거나 크면 하우징과의 마찰력이 오히려 떨어질 수 있으므로 1 ~5mm 정도가 바람직하고, 비교적 직경이 큰 구슬(13)을 소량 삽입하여 이동성을 높일 수 있다.

정전입자(12)는 대전열상에서 전자를 잃기 쉬운 유리 등으로 형성하고, 하우징(11)은 전자를 얻기 쉬운 플라스틱 계열로 바람직하게는 PET수지 또는 비닐(Vinyl)수지가 될 수 있다.

하우징의 내벽은 정전입자와 마찰이 잘 일어날 수 있도록 빗살 형태로 만들거나 메쉬 형상으로 만들 수 있다.

상기 도전수단(20)은 정전기발생수단(10)에서 발생된 정전기를 정전기포집수단(30)으로 전달하는 것으로, 전기 전도도가 높은 금속으로 만들어지고, 도 1에 도시한 바와 같이 정전기를 포집하는 포집단자(21)와 포진된 정전기를 정전기포집수단(30)으로 전달하는 도전선(22)으로 이루어진다.

상기 포집단자(21)는 가능한 많은 양의 정전기를 포집할 수 있는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 정전기포집수단(30)은 상기 도전수단을 통해 전달된 고압 저전류의 정지된 전기를 포집하는 것으로, 하우징(11)과 정전입자(12)의 마찰에 의해 발생하는 정전기를 배터리 충전에 이용하기 위해서 주위로 방전되는 정전기를 최소화하여 포집한다.

정전기는 대전 면적 및 마찰이 되는 정도에 따라 수 mV에서 수만 V까지로 불규칙적으로 발생하고 전류량이 낙뢰에 비하여 매우 작기 때문에 인체에 치명적이지는 않지만 일반적으로 2.5 kV~4 kV 이상 되어야 느낄 수 있다.

과도한 피크 전압은 커패시터나 충전기를 파괴할 수 있으므로 정전기포집수단에 인입되는 전압의 제한이 필요하다. 본 발명에서는 PIN 다이오드를 병렬로 배치한 리미터를 사용하여 첨두 전압을 수V로 제한하여 포집한다.

상기 정전기포집수단(30)에 의해 포집된 정전기는 높은 전압을 가지나 전류량이 낮은 정지된 전기이다. 이러한 전기를 배터리(100)의 충전에 적합한 전기로 변환하기 위해 상기 변환수단(40)을 구비하고 있다.

상기 변환수단(40)은 고압 저전류 정전기를 변환하여 전압은 낮추고 전류를 높이는 기능과, 배터리를 충전시킬 수 있도록 정전기를 직류 또는 교류로 변환하는 기능을 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 정전기발생수단(10)은 각 격실에 미세기공을 갖는 소음방지수단이 이동될 수 있게 설치되어, 정전입자가 이동하는 과정에서 발생되는 소음을 흡수할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 충전장치는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 하우징(60)의 내부에 모두 설치될 수 있으며, 하우징의 일측에는 배터리가 탈착되는 배터리장착홈(60g)에 형성을 형성하여 배터리(100)를 탈착시킬 수 있게 하였다.

하우징(60)의 내부에도 충전용 배터리를 설치하여 배터리장착홈(60g)에 장착된 배터리가 충분히 충전된 상태에서 남는 전기를 충전하여 보관할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

상기 하우징(60)에는 배터리에 상용전원을 공급하기 위한 외부전원이 연결되는 전원접속소켓(60e)과, 외부의 전기기기가 직접 접속되어 충전이 이루어지는 충전소켓(60c)을 더 구비할 수 있다. 본 발명의 충전장치는 휴대용으로, 상용전원을 공급받을 수 있는 경우에는 상용전원을 이용하여 배터리를 충전시킬 수 있도록 상기 전원접속소켓(60e)을 구비하고, 있으며, 상기한 바와 같이, 내부에 설치된 배터리에 저장된 전기로 모바일기기의 배터리를 직접 충전시킬 수 있도록 상기 충전 소켓을 구비한 것이다.

또한, 본 발명의 충전장치의 외부는 솔라셀(50)을 형성하여 보조 충전용으로 활용할 수 있다..

상기 솔라셀(50)은 도 3에 도시한 바와 같이 하우징 외부에 부착하고, 정전기발생수단과 병렬로 하여 절환할 수 있게 절환수단이 구비되고, 상기 변환수단(40)에 연결되어 있어 정전기발생수단에 의해 정전기가 발생되지 않을 경우, 솔라셀을 통해 전기를 얻을 수 있게 하였다.

10: 정전기발생수단
11: 하우징 12: 정전입자
20: 도전수단
21: 포집단자 22: 도전선
30: 정전기포집수단 40: 변환수단
50: 솔라셀 60: 하우징
60g: 배터리장착홈 60e: 전원접속소켓
60c: 충전소켓
100: 배터리

Claims (5)

1. 정전기를 이용하여 전기를 생성하여 충전시키는 휴대용 충전장치에 있어서,
   하우징의 내부에 알갱이 형태의 정전입자를 넣어 하우징의 흔들림에 의해 정전입자가 흔들려 하우징 내벽과의 마찰에 의해 정전기를 발생하는 정전기발생수단;
   상기 정전기발생수단에 의해 생성된 정전기를 정전기포집수단으로 전달하는 도전수단;
   상기 도전수단을 통해 전달된 정전기를 포집하는 정전기포집수단;
   상기 정전기포집수단의 정전기를 배터리 충전전압으로 변환하는 변환수단을 포함하되,
   상기 하우징은 복수의 격실로 구획되고, 각 격실에는 크기가 서로 다른 정전입자가 혼합되고,
   상기 도전수단은 하우징의 내부에 설치되어 하우징의 벽과 정전입자 사이의 마찰에 의해 발생되는 정전기를 포집하는 포집단자와, 포집단자에서 포집된 정전기를 정전기포집수단으로 전송하는 도전선으로 이루어지고,
   상기 하우징 외부는 솔라셀이 부착되어 변환수단으로 입력되고,
   상기 휴대용 충전장치는, 하나의 하우징의 내부에 형성되고 하우징의 일측에는 배터리가 탈착되는 배터리장착홈이 형성되고, 배터리에 상용전원을 공급하기 위한 외부전원이 연결되는 전원접속소켓과, 외부의 전기기기가 직접 접속되어 충전이 이루어지는 충전소켓이 구비되고,
   상기 정전기포집수단의 인입단에 PIN 다이오드를 병렬로 배치한 리미터를 사용하는 것을 특징으로 하는 정전기를 이용한 휴대용 충전장치.
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