KR20140110261A - Energy harvesting device - Google Patents

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KR20140110261A
KR20140110261A KR1020130024281A KR20130024281A KR20140110261A KR 20140110261 A KR20140110261 A KR 20140110261A KR 1020130024281 A KR1020130024281 A KR 1020130024281A KR 20130024281 A KR20130024281 A KR 20130024281A KR 20140110261 A KR20140110261 A KR 20140110261A
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박용희
김동일
윤광석
김진욱
강병근
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엘지전자 주식회사
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Abstract

An embodiment of the present invention provides an energy harvesting device comprising: a chamber arranged with a first electrode and a second electrode; a second dielectric film arranged between the second electrode and the chamber; a first fluid and a magnetic second fluid disposed on the chamber; and a magnet arranged outside the chamber to change the magnetic force of the chamber.

Description

에너지 수확 장치{Energy harvesting device}Energy harvesting device

실시예는 에너지 수확 장치에 관한 것것으로, 보다 상세하게는 유체기반의 정전기 방식의 에너지 수확 장치에 관한 것이다.An embodiment relates to an energy harvesting apparatus, and more particularly, to a fluid-based electrostatic energy harvesting apparatus.

버려지는 에너지들을 다시 유용한 에너지로 변환하는 에너지 수확(energy harvesting) 장치에 관심이 집중되고 있다.There is a growing interest in energy harvesting devices that convert abandoned energies back into useful energy.

주변의 에너지원으로부터 전력을 생산 공급하는 에너지 수확 방법 중 널리 알려진 것으로는 태양 전지를 이용하여 태양 에너지로부터 전력을 생산하는 방법,제백 효과(Seeback effect)를 이용하여 열에너지로부터 전력을 발생시키는 방법, 그리고 전자기 유도현상(Faraday's law of electromagnetic induction) 또는 압전 현상(piezoelectric effect)이나 자기 변형 현상(magnetostriction effect)을 이용하여 진동 에너지로부터 전력을 생산하는 방법 등이 있다.Among the energy harvesting methods that produce and supply electric power from the nearby energy sources, there are widely known methods of generating electric power from solar energy using solar cells, generating electric power from thermal energy using seeback effect, Faraday's law of electromagnetic induction, or a method of producing electric power from vibration energy using a piezoelectric effect or a magnetostriction effect.

도 1은 종래의 정전기 방식의 에너지 수확 장치의 원리를 나타낸 도면이다.1 is a view showing the principle of a conventional energy recovery apparatus of the electrostatic type.

종래의 에너지 정전기 방식의 에너지 수확 장치는 외부 힘 예를 들면 진동이나 운동에 의하여 커패시턴스의 변화를 일으키고, 이에 따라 DC 바이어스(bias)에 축적되어 있는 전하의 변화를 일으키고 이에 따라 교류 전류를 통하여 전력을 생성시킬 수 있다.Conventional energy static electric energy harvesting devices cause a change in capacitance due to an external force, for example, vibration or motion, thereby causing a change in electric charge accumulated in a DC bias, Can be generated.

출력 전력을 증가시키기 위하여 DC 바이어스, 커패시턴스 변화 주파수, 최대 커패시턴스와 최소 커패시턴스의 차이가 커야 한다. 도 1에서 공기(Air)를 사이에 두고 커패시터(capacitor)의 면적이나 커패시터 간의 거리에 변화를 주는데, 에어(air) 매질에서는 유전율이 1로 매우 작아서 따라서 최대 커패시턴스와 최소 커패시턴스의 차이가 커지기 어려우므로 큰 전력을 출력하기 어렵다.To increase the output power, the difference between the DC bias, the capacitance change frequency, the maximum capacitance and the minimum capacitance must be large. In FIG. 1, the area of the capacitor and the distance between the capacitors are changed with air interposed therebetween. In the air medium, the dielectric constant is 1, which is very small, so that it is difficult for the difference between the maximum capacitance and the minimum capacitance to increase It is difficult to output large power.

종래의 정전기(Electrostatic) 방식의 한계를 극복하기 위하여 미국 등록특허 US 7,898,096에서는 전도성 유체와 비전도성 유체를 군집을 이루어 배치시키고, 다수의 전극이 분포된 채널 사이에서 외부로부터 인가된 힘에 의하여 전도성 유체와 비전도성 유체를 이동시켜서, 전극 사이의 커패시턴스(capacitance)를 크게 변화시켜서 고효율의 발전을 가능하게 하며 전류를 생산하고 있다.In order to overcome the limitations of the conventional electrostatic method, US Pat. No. 7,898,096 discloses arranging a conductive fluid and a nonconductive fluid in a cluster, and by applying a force externally applied between the channels in which a plurality of electrodes are distributed, And the nonconductive fluid is moved to greatly change the capacitance between the electrodes, thereby enabling highly efficient power generation and producing current.

상술한 문헌에서 전도성 유체와 비전도성 유체가 일정한 간격을 유지하며 군집을 이루어 다수의 전극 사이를 이동하면 고효율이 가능할 수 있으나, 전도성 유체와 비전도성 유체가 일정한 간격으로 군집을 이루어 이동하게 만드는 것이 어렵고, 전도성 유체와 비전도성 유체를 외부 환경과 고립시켜서 패키징하여 전도성 유체와 비전도성 유체를 일정한 간격으로 배치하되 내부에 공기 방울 등이 주입되지 않게 소자를 제작하는 것 역시 어려우며, 외부의 압력 외에 다른 방법으로 전도성 유체와 비전도성 유체를 동작시키는 것에도 어려움이 있다.However, it is difficult to make the conductive fluid and the nonconductive fluid move in a cluster at a constant interval. However, in the above-mentioned literature, It is also difficult to fabricate a device in which the conductive fluid and the nonconductive fluid are isolated from the external environment so that the conductive fluid and the nonconductive fluid are disposed at regular intervals but no air bubbles are injected into the interior. It is also difficult to operate the conductive fluid and the non-conductive fluid.

또한, 전도체가 벽면 전체에 접촉하고 이동해야 하는데, 벽면과의 큰 마찰로 인하여 이동 속도의 한계가 있고, 이동시에 벽면과의 wetting이 발생할 수 있으며, 전도체끼리 섞일 경우 재현이 불가능한 경우 등의 문제점도 있다.In addition, since the conductor has to contact and move over the entire wall surface, there is a limitation in the moving speed due to a large friction with the wall surface, wetting with the wall surface may occur at the time of movement, and problems have.

실시예는 종래의 정전기(Electrostatic) 방식의 한계를 극복하고, 고출력의 전력을 발생시킬 수 있는 에너지 수확 장치를 제공하고자 한다.The embodiment attempts to overcome the limitations of the conventional electrostatic method and to provide an energy harvesting apparatus capable of generating high output power.

실시예는 제1 전극과 제2 전극이 배치된 챔버; 상기 제2 전극과 상기 챔버의 사이에 배치된 제2 유전막; 상기 챔버 내부에 배치된 제1 유체와 자성의 제2 유체; 및 상기 챔버의 외부에 배치되고, 상기 챔버 내부의 자력을 변화시키는 자석을 포함하는 에너지 수확 장치를 제공한다.An embodiment may include a chamber in which a first electrode and a second electrode are disposed; A second dielectric layer disposed between the second electrode and the chamber; A first fluid and a magnetic second fluid disposed within the chamber; And a magnet disposed outside the chamber, the magnet changing the magnetic force inside the chamber.

제2 유체는 전도성 또는 비전도성일 수 있다.The second fluid may be conductive or non-conductive.

제1 유체는 에어, 전도성 유체 및 비전도성 유체 중 어느 하나일 수 있다.The first fluid may be either air, a conductive fluid, or a non-conductive fluid.

챔버는 채널형 또는 원기둥 또는 다각기둥 형상이고, 상기 제1 전극과 제2 전극은 상기 챔버의 서로 마주보는 면에 각각 배치될 수 있다.The chamber may be channel-shaped or cylindrical or polygonal, and the first and second electrodes may be disposed on opposite sides of the chamber, respectively.

제2 유전막은, 하나 또는 2개의 층으로 이루어지고, 상기 제2 전극과 접촉할 수 있다.The second dielectric layer may consist of one or two layers and may be in contact with the second electrode.

에너지 수확 장치는 제2 전극과 상기 챔버의 사이에 배치된 제2 유전막을 더 포함할 수 있다.The energy harvesting apparatus may further include a second dielectric layer disposed between the second electrode and the chamber.

제1 유전막은, 하나 또는 2개의 층으로 이루어지고, 상기 제1 전극과 접촉할 수 있다.The first dielectric layer may consist of one or two layers and may be in contact with the first electrode.

자석은 상기 제1 유체와 제2 유체에 대하여 상대 이동할 수 있고, 자석은 상기 제1 유체와 제2 유체에 대하여 선형운동하거나, 회전 운동할 수 있다.The magnet may move relative to the first fluid and the second fluid, and the magnet may move linearly or rotationally with respect to the first fluid and the second fluid.

자석은 제1 플레이트 상에 배치되고 상기 챔버는 제2 플레이트 상에 배치될 수 있고, 제1 플레이트와 제2 플레이트는 상대적으로 선형 운동하거나, 제1 플레이트와 제2 플레이트는 상대적으로 회전 운동할 수 있다.The magnet may be disposed on the first plate and the chamber may be disposed on the second plate and the first plate and the second plate may move relatively linearly or the first plate and the second plate may rotate relatively have.

자석은 적어도 하나가 배치될 수 있고, 자석은 상기 챔버의 일면에 배치될 수 있다.At least one magnet may be disposed, and a magnet may be disposed at one side of the chamber.

자석은 적어도 2개가 배치되고, 상기 2개의 자석은 각각의 자극이 서로 반대 방향으로 배치될 수 있다.At least two magnets are arranged, and the two magnets can be arranged such that respective magnetic poles are opposite to each other.

자석은 적어도 2개의 자석은 라인(line)형 또는 원형으로 배치될 수 있고, 2개의 자석은 각각의 자극이 서로 동일한 방향으로 배치될 수 있고, 2개의 자석은 상기 챔버를 사이에 두고 서로 마주보고 배치될 수 있으며, 2개의 자석은 동일한 자극이 서로 마주보게 배치될 수 있다.The magnet may have at least two magnets arranged in a line or a circle, and the two magnets may have their respective poles arranged in the same direction, and the two magnets face each other with the chamber therebetween And the two magnets can be arranged so that the same magnetic poles face each other.

제1 전극과 제2 전극은 바이어스 전압에 연결될 수 있다.The first electrode and the second electrode may be coupled to a bias voltage.

본 실시예에 따른 에너지 수확 장치는 챔버 내부에 배치된 자성 유체가 외부 자기장의 변화에 따라 유동하여 커패시턴스의 변화를 일으키고, 챔버에 배치된 전극쌍이 각각 외부의 직류 바이어스 전압(DC bias voltage)와 연결되어, 챔버 내부에서 발생된 커패시턴스의 변화로 전류를 생성할 수 있다.In the energy harvesting apparatus according to the present embodiment, the magnetic fluid disposed in the chamber flows according to the change of the external magnetic field to cause a change in capacitance, and electrode pairs disposed in the chamber are connected to an external DC bias voltage So that the current can be generated by a change in the capacitance generated inside the chamber.

도 1은 종래의 정전기 방식의 에너지 수확 장치의 원리를 나타낸 도면이고,
도 2는 유체 기반의 정전기 방식의 에너지 수확 장치의 원리를 나타낸 도면이고,
도 3a 및 도 3b는 자성 유체 기반의 정전기 방식의 에너지 수확 장치의 원리를 나타낸 도면이고,
도 4a 및 도 4e는 자성 유체 기반의 에너지 수확 장치의 챔버들을 나타낸 도면이고,
도 5는 에너지 수확 장치에서 전류가 생성되는 원리를 나타낸 도면이고,
도 6a 및 도 6b는 에너지 수확 장치의 일실시예들을 나타낸 도면이고,
도 7a 내지 도 7c는 에너지 수확 장치의 어레이 구성의 일실시예들을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a principle of a conventional energy recovery apparatus of an electrostatic type,
2 is a view showing the principle of a fluid-based electrostatic energy harvesting apparatus,
FIGS. 3A and 3B are views showing the principle of a magnetic fluid based electrostatic energy harvesting apparatus,
FIGS. 4A and 4E show chambers of a magnetic fluid-based energy harvesting apparatus,
5 is a view showing a principle of generating a current in the energy harvesting apparatus,
6A and 6B are views showing one embodiment of an energy harvesting apparatus,
7A to 7C are views showing one embodiment of an array configuration of an energy harvesting apparatus.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.

본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiment according to the present invention, in the case of being described as being formed "on or under" of each element, the upper (upper) or lower (lower) or under are all such that two elements are in direct contact with each other or one or more other elements are indirectly formed between the two elements. Also, when expressed as "on or under", it may include not only an upward direction but also a downward direction with respect to one element.

도 2는 유체 기반의 정전기(Electrostatic) 방식의 에너지 수확 장치의 원리를 나타낸 도면이다.2 is a view showing the principle of a fluid-based electrostatic type energy harvesting apparatus.

본 실시예에 따른 에너지 수확 장치는 외력에 의하여 커패시턴스를 변화시키고, 이에 따라 DC 바이어스(bias)에 축적되어 있는 전하의 변화를 일으키고 교류 전류를 통하여 전력을 생성시킬 수 있다. 커패시턴스를 변화시킴에 있어서 유체를 이동시켜서 커패시턴스를 변화시킬 수 있고, 유체의 이동에 따라서 커패시턴스를 변화시키기 위하여 전도성 유체를 사용할 수 있다.The energy harvesting apparatus according to this embodiment can change the capacitance by an external force, thereby causing a change in the electric charge accumulated in the DC bias and generating the electric power through the alternating current. In changing the capacitance, the fluid can be moved to change the capacitance, and the conductive fluid can be used to change the capacitance as the fluid moves.

전도성 유체의 이동에 의하여 커패시턴스를 변화시키기 위하여 전도성 유체와 비전도성 유체를 배치하여, 전도성 유체와 비전도성 유체가 이동할 때 주로 전도성 유체의 이동에 의하여 커패시턴스에 변화가 발생할 수 있다. 유체의 이동을 위하여 전도성 유체와 비전도성 유체 중 적어도 하나를 자성의 유체로 준비하고, 주변의 자력을 변화시켜서 유체들을 이동시킬 수 있다.Conductive and nonconductive fluids may be disposed to change the capacitance by movement of the conductive fluid such that changes in capacitance due to the movement of the conductive fluid may occur when the conductive fluid and the nonconductive fluid move. At least one of the conductive fluid and the nonconductive fluid may be prepared as a magnetic fluid and the fluids may be moved by changing the magnetic force around the fluid.

도 2에서 유체 1과 유체 2가 이동할 때 2개의 영역에서의 커패시턴스(C1, C2)가 변화할 수 있고, 유체 1과 유체 2 주변의 전극에 전류가 인가될 수 있으며 이때 유체 1과 유체 2 중 하나는 전도성 유체이고 다른 하나는 유전성 유체일 수 있다. 그리고, 적어도 하나의 전극과 유체 1 및 유체 2와의 사이에는 유전체가 배치되어 단락을 방지할 수 있는데, 고유전율 박막이 사용될 수 있다. 이때, 유체 1과 유체 2의 이동은 상술한 바와 같이 자석이 이동하거나 자석의 배치가 변하여, 자기장의 변화에 의하여 적어도 하나가 자성을 띤 유체 1과 유체 2가 유동할 수 있다.In FIG. 2, when the fluid 1 and the fluid 2 move, the capacitances C1 and C2 in the two regions may change, and a current may be applied to the electrodes around the fluid 1 and the fluid 2, One may be a conductive fluid and the other may be a dielectric fluid. A dielectric is disposed between at least one of the electrodes and the fluid 1 and the fluid 2 to prevent a short circuit. A high dielectric constant thin film can be used. At this time, the movement of the fluid 1 and the fluid 2 may be such that the magnet moves and the arrangement of the magnet changes as described above, and the fluid 1 and the fluid 2 having magnetic properties can flow through at least one of them due to the change of the magnetic field.

도 3a 및 도 3b는 자성 유체 기반의 정전기 방식의 에너지 수확 장치의 원리를 나타낸 도면이다.FIGS. 3A and 3B are views showing the principle of a magnetic fluid based electrostatic energy harvesting apparatus.

전도성 유체의 이동에 의하여 커패시턴스를 변화시키기 위하여 전도성 유체와 비전도성 유체를 배치하여, 전도성 유체와 비전도성 유체가 이동할 때 주로 전도성 유체의 이동에 의하여 커패시턴스에 변화가 발생할 수 있다. 유체의 이동을 위하여 전도성 유체와 비전도성 유체 중 적어도 하나를 자성의 유체로 준비하고, 주변의 자력을 변화시켜서 유체들을 이동시킬 수 있다.Conductive and nonconductive fluids may be disposed to change the capacitance by movement of the conductive fluid such that changes in capacitance due to the movement of the conductive fluid may occur when the conductive fluid and the nonconductive fluid move. At least one of the conductive fluid and the nonconductive fluid may be prepared as a magnetic fluid and the fluids may be moved by changing the magnetic force around the fluid.

도 3a에서 유체 1과 유체 2가 이동할 때 2개의 영역에서의 커패시턴스(C1, C2)가 변화할 수 있고, 유체 1과 유체 2 주변의 전극에 전류가 인가될 수 있으며 이때 유체 1과 유체 2 중 하나는 전도성 유체이고 다른 하나는 유전성 유체일 수 있다.3a, the capacitances C1 and C2 in the two regions may change when the fluid 1 and the fluid 2 move, and a current may be applied to the electrodes around the fluid 1 and the fluid 2, One may be a conductive fluid and the other may be a dielectric fluid.

그리고, 적어도 하나의 전극과 유체 1 및 유체 2와의 사이에는 유전체가 배치되어 단락을 방지할 수 있는데, 고유전율 박막이 사용될 수 있다. 이때, 유체 1과 유체 2의 이동은 상술한 바와 같이 자석이 이동하거나 또는 자석의 배치가 변하여, 자기장의 변화에 의하여 적어도 하나가 자성을 띤 유체 1과 유체 2가 유동할 수 있다.A dielectric is disposed between at least one of the electrodes and the fluid 1 and the fluid 2 to prevent a short circuit. A high dielectric constant thin film can be used. At this time, the movements of the fluid 1 and the fluid 2 may be such that the magnets move or the arrangement of the magnets changes as described above, so that the fluid 1 and the fluid 2 having magnetic properties can flow through at least one magnetic field.

도 3a에서 유체 1이 자성 유체이고, 유체 2가 비자성의 유체일 수 있는데, 이때 커패시턴스 C1이 최저가 되고, 커패시턴스 C2가 최고가 될 수 있다.In FIG. 3A, fluid 1 may be a magnetic fluid and fluid 2 may be a non-magnetic fluid, with capacitance C1 being the lowest and capacitance C2 being the highest.

도 3a에서는 유체 1과 유체 2가 각각 채널을 꽉 채워서 이동이 어려우므로, 도 3b와 같이 유체 1이 채널의 일부만을 채운 실시예를 고려할 수 있다. 도 3b에서도 유체 1이 자성 유체이고, 유체 2가 비자성의 유체일 수 있으며, 커패시턴스 C1이 최저가 되고, 커패시턴스 C2가 최고가 될 수 있다.In Fig. 3A, it is difficult to move the fluid 1 and the fluid 2 due to the filling of the channels, respectively. Therefore, it is possible to consider an embodiment in which the fluid 1 fills only a part of the channel as shown in Fig. In Fig. 3B, the fluid 1 may be a magnetic fluid, the fluid 2 may be a non-magnetic fluid, the capacitance C1 may be the lowest, and the capacitance C2 may be the highest.

도 4a 및 도 4e는 자성 유체 기반의 에너지 수확 장치의 챔버들을 나타낸 도면이다.Figures 4a and 4e show chambers of a magnetic fluid based energy harvesting device.

실시예에 다른 챔버(100) 내에는 서로 다른 물성을 가지고 서로 섞이지 않는 적어도 2개의 유체가 될 수 있다. 챔버(100)는 원기둥이나 다각기둥 형상일 수 있는데, 내부에 밀폐된 공간이 형성되어 제1 유체(160)와 제2 유체(150)를 저장할 수 있어야 하며, 제1 전극(110)과 제2 전극(115)이 배치될 수 있도록 서로 마주 보는 2개의 면이 플랫(flat)할 수 있다. 챔버(100) 내부에 배치된 제1 유체(160)와 제2 유체(150)는 서로 반응하여 섞이지 않아야 하며, 자기력의 변화에 의하여 챔버 내부의 유체가 유동할 수 있도록 적어도 하나의 유체는 자성을 가져야 하며 본 실시예에서는 제2 유체(150)가 자성을 가질 수 있다.In the embodiment, at least two fluids having different physical properties and not intermixing with each other may be formed in another chamber 100. The chamber 100 may have a cylindrical or polygonal shape and a closed space may be formed therein to store the first fluid 160 and the second fluid 150. The first electrode 110 and the second Two opposing surfaces may be flat so that the electrode 115 may be disposed. The first fluid 160 and the second fluid 150 disposed inside the chamber 100 should not react with each other and should not be mixed with each other. At least one fluid must be magnetized so that the fluid in the chamber can flow due to a change in magnetic force. And the second fluid 150 may have magnetism in this embodiment.

챔버(100)에서 제1 유체(160)와 제2 유체(150)를 수용하는 하우징(170)은 비도전성 물질로 이루어져서, 전도성 유체와의 단락을 방지할 수 있다. 제1 전극(110)과 제2 전극(115)은 도전성 물질로 이루어지고, 알루미늄(Ag)이나 은(Ag) 등의 금속으로 이루어질 수 있다. 도 3a에 도시된 실시예에서 제1 유체(160)와 제1 전극(110)의 사이에 제1 유전막(120)이 배치되고, 제2 유체(150)와 제2 전극(115)의 사이에 제2 유전막(125)이 배치되고 있으며, 도 3b에 도시된 실시예에서는 제1 유전막(120) 만이 배치되고 있다. 제1 유전막(120)과 제2 유전막(125)는 하나 또는 두 개의 층으로 이루어질 수 있다.The housing 170 housing the first fluid 160 and the second fluid 150 in the chamber 100 may be made of a non-conductive material to prevent a short circuit with the conductive fluid. The first electrode 110 and the second electrode 115 are made of a conductive material and may be made of a metal such as aluminum (Ag) or silver (Ag). The first dielectric layer 120 is disposed between the first fluid 160 and the first electrode 110 and between the second fluid 150 and the second electrode 115 in the embodiment shown in FIG. A second dielectric layer 125 is disposed. In the embodiment shown in FIG. 3B, only the first dielectric layer 120 is disposed. The first dielectric layer 120 and the second dielectric layer 125 may be formed of one or two layers.

제1 유체(160)와 제2 유체(150)의 경계가 곡면으로 도시되고 있으나 다른 형상일 수도 있고, 각각의 부피 내지 질량은 서로 동일하지 않을 수도 있으나 커패시턴스의 변화를 일으키기 위하여 자성을 띤 유체의 부피 내지 질량이 너무 적지 않아야 한다.Although the boundary between the first fluid 160 and the second fluid 150 is shown as a curved surface, it may have a different shape, and each volume or mass may not be equal to each other. However, in order to cause a change in capacitance, Volume or mass should not be too low.

본 실시예에서 챔버(100)에 형성되는 자기장의 변화에 따라 제1 유체(160) 및/또는 제2 유체(150)가 이동하려면 제1 유체(160)와 제2 유체(150) 중 적어도 하나는 자성을 가질 수 있다. 그리고, 제1 유체(160)와 제2 유체(150)는 액체 외에 기체일 수도 있다.In order to move the first fluid 160 and / or the second fluid 150 according to the change of the magnetic field formed in the chamber 100 in this embodiment, at least one of the first fluid 160 and the second fluid 150 May have magnetism. The first fluid 160 and the second fluid 150 may be gases other than the liquid.

예를 들어, 제1 유체(160)가 공기이고 제2 유체(150)가 자성 유체일 수 있고, 이때 제2 유체(150)는 전도성을 가질 수 있다. 그리고, 제1 유체(160)가 전도성 유체일 수 있고 제2 유체(150)가 자성 유체일 수 있는데, 이때 제2 유체(150)는 비전도성일 수 있다. 그리고, 제1 유체(160)가 유전성 유체이고 제2 유체(150)는 자성 유체일 수 있으며, 이때 제2 유체(150)는 전도성 유체일 수 있다.For example, the first fluid 160 may be air and the second fluid 150 may be a magnetic fluid, wherein the second fluid 150 may be conductive. Also, the first fluid 160 may be a conductive fluid and the second fluid 150 may be a magnetic fluid, wherein the second fluid 150 may be non-conductive. And, the first fluid 160 may be a dielectric fluid and the second fluid 150 may be a magnetic fluid, wherein the second fluid 150 may be a conductive fluid.

즉, 제1 유체(160)와 제2 유체(150)는 서로 섞이지 않아야 하고 서로 반응하지 않을 수 있으며, 둘 중 하나는 자성을 가져서 자기장의 변화에 따라 챔버(100)에서의 커패시턴스를 변화시킬 수 있다. 만약 제1 유체(160)와 제2 유체(150)가 모두 자성을 가지더라도 자기장의 변화에 따라 제1 유체(160)와 제2 유체(150)의 유동이 발생할 수는 있으나, 제1 유체(160)와 제2 유체(150) 사이의 자기력에 의하여 유동이 상술한 경우보다 적을 수 있다.In other words, the first fluid 160 and the second fluid 150 may not mix with each other and may not react with each other. One of the first fluid 160 and the second fluid 150 may have a magnetic property to change the capacitance in the chamber 100 have. Even if the first fluid 160 and the second fluid 150 have magnetism, the first fluid 160 and the second fluid 150 may flow due to the change of the magnetic field, 160 and the second fluid 150 may be less than those described above.

또한, 챔버(100)에서 커패시턴스의 변화를 위하여 제1 유체(160)와 제2 유체(150) 중 하나는 전도성이고 다른 하나는 비전도성일 수 있다. 제1 유체(160)와 제2 유체(150)가 모두 전도성일 경우, 챔버(100) 내에서 제1 유체(160)와 제2 유체(150) 사이의 자기력에 의하여 이동하더라고 커패시턴스의 변화를 일으키지 못할 수 있다.Also, one of the first fluid 160 and the second fluid 150 may be conductive and the other non-conductive for a change in capacitance in the chamber 100. If the first fluid 160 and the second fluid 150 are both conductive, they may cause a change in capacitance even though they are moved by the magnetic force between the first fluid 160 and the second fluid 150 in the chamber 100 I can not.

도 4c 내지 도 4e에 도시된 실시예에서, 도 4a에 도시된 챔버(100)의 구조가 개략적으로 도시되고 있으며, 챔버(100)는 제1 유체(160)와 제2 유체(150)와 제1 전극(110)과 제2 전극(115) 및 제1 유전막(120)을 포함하여 이루어진다. 에너지 수확 장치에서 챔버(100)의 구조는 도시된 구조 외에 상술한 실시예를 모두 포함할 수 있다.In the embodiment shown in Figures 4C-4E, the structure of the chamber 100 shown in Figure 4A is shown schematically, wherein the chamber 100 includes a first fluid 160, a second fluid 150, And includes a first electrode 110, a second electrode 115, and a first dielectric layer 120. The structure of the chamber 100 in the energy harvesting apparatus may include all of the embodiments described above in addition to the structure shown.

챔버(100)의 외부에는 챔버(100) 내부의 자기장을 변화시키는 자석(200)이 배치되는데, 자석(200)은 도시된 N극과 S극을 갖는 통상의 자석 외에 자기장을 변화시킬 수 있는 다른 장치일 수 있는데 영구자석이나 전자석이 사용될 수 있다.A magnet 200 for changing the magnetic field inside the chamber 100 is disposed outside the chamber 100. The magnet 200 may be a magnet other than a normal magnet having an N pole and an S pole, Permanent magnet or electromagnet may be used.

도 4c에 도시된 실시예에서, 자석(200)이 제2 유체(150)의 중앙 영역과 대응하여 배치되고, 제1 유체(160)와 제2 유체(150)의 경계도 자석(200)과 대응되는 영역에서 변하고 있다. 자석(200)의 위치는 도시된 것과 상이할 수 있는데, 이때 제1 유체(160)와 제2 유체(150)의 경계도 변할 수 있다.4c, the magnet 200 is disposed corresponding to the central region of the second fluid 150, and the boundary between the first fluid 160 and the second fluid 150 is also disposed between the magnets 200 Are changed in the corresponding areas. The position of the magnet 200 may be different from that shown, wherein the boundary between the first fluid 160 and the second fluid 150 may also vary.

도 4d에 도시된 실시예에서 2개의 자석(200)이 도시되고 있으며 2개의 자석(200)은 챔버(100)와 마주보는 자극의 방향을 서로 달리하여 배치되고 있고, 도 4e에 도시된 실시예는 도 4b의 실시예와 유사하나 2개의 자석(200)은 챔버(100)와 마주보는 자극의 방향을 서로 동일하게 하여 배치되고 있다.In the embodiment shown in FIG. 4D, two magnets 200 are shown and two magnets 200 are arranged with different directions of stimulation opposite to the chamber 100, and in the embodiment shown in FIG. 4E 4B, the two magnets 200 are arranged so that the directions of the magnetic poles facing the chamber 100 are equal to each other.

도 4c 내지 도 4e에서 각 장치에서 발생하는 커패시턴스는, 제1 전극(110)과 제2 전극(115)의 거리와 단면적이 고정되어 있으므로 제1 전극(120)과 제2 전극(115)의 사이에 배치되는 물질의 유전율에 비례하게 되고, 물질의 유전율의 변화가 많을수록 즉, 제1 유체(160)과 제2 유체(150)의 유동이 많을수록 커패시턴스가 증가할 수 있다.The capacitance generated in each device in FIGS. 4C to 4E is set such that the distance between the first electrode 110 and the second electrode 115 and the cross-sectional area thereof are fixed. Therefore, the capacitance between the first electrode 120 and the second electrode 115 The larger the variation of the dielectric constant of the material, that is, the greater the flow of the first fluid 160 and the second fluid 150, the more the capacitance can be increased.

따라서, 도 4c에 도시된 구조의 챔버보다는 도 4d 내지 도 4e에 도시된 구조의 챔버의 커패시턴스가 상대적으로 클 수 있다.Therefore, the capacitance of the chamber of the structure shown in Figs. 4D to 4E may be relatively larger than the chamber of the structure shown in Fig. 4C.

도 5는 에너지 수확 장치에서 전류가 생성되는 원리를 나타낸 도면이다.5 is a view showing a principle in which a current is generated in the energy harvesting apparatus.

챔버(100)의 내부에 제1 유체(160)와 제2 유체(150)가 배치되고, 자석(미도시)의 상대운동에 따른 자기장의 변하에 의하여 제1 유체(160)와 제2 유체(15-)이 챔버(100) 내부에서 유동할 수 있고, 이때 제1 전극(120)과 제2 전극(115) 사이에 커패시턴스의 변화가 발생할 수 있다.The first fluid 160 and the second fluid 150 are disposed in the chamber 100 and the first fluid 160 and the second fluid 150 are moved by the change of the magnetic field due to the relative motion of the magnet 15- may flow in the chamber 100, and a change in capacitance may occur between the first electrode 120 and the second electrode 115 at this time.

도 5에서 제1 유체(160)가 유전성 유체이고, 제2 유체(150)가 자성을 띤 전도성 유체인 경우, 자석(미도시)에 의하여 형성된 자기장에 의하여 제2 유체(150)는 자기장의 방향에 따라 힘을 받아서 유동을 할 수 있으며 이때 제1 유체(160)도 유동을 할 수 있고, 제1 유체(160)는 유전체이나 전기적으로 극성을 띤 분자들로 이루어진 경우 극성 분자들이 자기장의 방향에 따라 배열되어 유전 분극을 나타낼 수 있다.In Figure 5, when the first fluid 160 is a dielectric fluid and the second fluid 150 is a magnetic conductive fluid, the second fluid 150, due to the magnetic field created by the magnet (not shown) And the first fluid 160 can flow, and when the first fluid 160 is made of a dielectric or electrically polarized molecules, the polar molecules are oriented in the direction of the magnetic field Can be arranged to represent the genetic polarization.

제1 전극(120)과 제2 전극(115)은 각각 외부의 직류 바이어스 전압(DC bias voltage)와 연결되어, 제2 유체(150)의 유동과 제1 유체(160)의 유전 분극에 의하여 제1 전극(120)과 제2 전극(115) 사이에서 발생된 커패시턴스의 변화는 전류를 생성할 수 있다.The first electrode 120 and the second electrode 115 are connected to an external DC bias voltage and are connected to each other by the flow of the second fluid 150 and the dielectric polarization of the first fluid 160, A change in the capacitance generated between the first electrode 120 and the second electrode 115 can generate a current.

도 6a 및 도 6b는 에너지 수확 장치의 일실시예들을 나타낸 도면이다.6A and 6B are views showing one embodiment of an energy harvesting apparatus.

도 6a에서 하우징(170) 내에 에너지 수확 장치가 도시되고 있는데, (a)의 A-A'방향의 단면도가 (b)이다. 즉, 에너지 수확 장치는 도넛의 몸체와 같은 채널 형상으로 배치되고 있는 점에서 도 4a에서 원기둥으로 배치된 점에서 상이하다. (c)와 (d)에서 에너지 수확 장치의 일예들이 도시되고 있다.6A shows an energy harvesting device in the housing 170, which is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG. 6A. That is, the energy harvesting apparatus differs in that it is arranged in a cylindrical shape in Fig. 4A in that it is arranged in the same channel shape as the body of the donut. (c) and (d) illustrate examples of energy harvesting devices.

하우징(170)이 원운동을 하거나, 자석이 원운동을 하면 도전유체(전도성 유체)와 자성유체(비전도성 유체)가 이동할 때 주로 도전유체의 이동에 의하여 커패시턴스에 변화가 발생할 수 있다.When the housing 170 performs the circular motion or the magnet performs the circular motion, the capacitance may be changed mainly by the movement of the conductive fluid when the conductive fluid (conductive fluid) and the magnetic fluid (non-conductive fluid) move.

도 6a에서 자석 또는 하우징의 회전 중에, (c)와 같이 자석과 자성 유체와의 사이에 전극이 배치될 때 커패시턴스가 최소가 될 수 있고, (d)와 같이 자성 유체가 전극과 대응되지 않을 때 커패시턴스가 최대가 될 수 있다.During rotation of the magnet or housing in Fig. 6A, the capacitance can be minimized when the electrode is disposed between the magnet and the magnetic fluid as in (c), and when the magnetic fluid does not correspond to the electrode as in (d) The capacitance can be maximized.

도 6b에 도시된 실시예는 하우징(170) 내에서 에너지 수확 장치가 채널형이 아니고, 셀형으로 배치되고 있다. 도 6b에서도 자석 또는 하우징의 회전 중에, (c)와 같이 자석과 자성 유체와의 사이에 전극이 배치될 때 커패시턴스가 최소가 될 수 있고, (d)와 같이 자성 유체가 전극과 대응되지 않을 때 커패시턴스가 최대가 될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 6B, the energy harvesting device in the housing 170 is not channel-shaped but arranged in a cell shape. 6 (b), the capacitance can be minimized when the electrode is disposed between the magnet and the magnetic fluid during rotation of the magnet or the housing, and when the magnetic fluid does not correspond to the electrode as shown in (d) The capacitance can be maximized.

도 7a 및 도 7c는 에너지 수확 장치의 어레이 구성의 일실시예들을 나타낸 도면이다.7A and 7C are views showing one embodiment of an array configuration of an energy harvesting apparatus.

도 7a에 도시된 실시예에서 복수 개의 챔버(100)가 배치되는데, 각각의 챔버는 도 4a 내지 도 4e에 도시된 바와 같이 내부에 제1 유체와 제2 유체가 각각 배치되고 있으며, 자석(200)이 도시된 바와 같이 각각의 챔버(100)에 대하여 선형으로 상대운동할 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 7A, a plurality of chambers 100 are disposed, each chamber having a first fluid and a second fluid disposed therein, as shown in FIGS. 4A through 4E, Can linearly move relative to the respective chambers 100 as shown.

도 7b에 도시된 실시예에서 각각의 챔버(100)는 제1 플레이트(250a)에 배치되고, 자석들(200)은 제2 플레이트(250b)에 배치되고 있다. 제1 플레이트(250a)와 제2 플레이트(250b)가 서로 반대 방향으로 이동하는 것이 도시되고 있는데, 둘 중 하나만 이동하는 경우라도 제1 플레이트(250a)와 제2 플레이트(250b)가 서로 상대운동하면 챔버(100) 내의 유체 들의 유동에 의하여 챔버(100) 내부의 커패시턴스의 변화가 발생할 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 7B, each chamber 100 is disposed on a first plate 250a, and magnets 200 are disposed on a second plate 250b. It is shown that the first plate 250a and the second plate 250b move in opposite directions. Even if only one of them moves, the first plate 250a and the second plate 250b move relative to each other A change in capacitance within the chamber 100 may occur due to the flow of fluids in the chamber 100. [

도 7c에 도시된 실시예에서 원형의 제1 플레이트(260a)와 제2 플레이트(260b)가 배치되고 있으며, 제1 플레이트(260a)와 제2 플레이트(260b) 상에 각각 챔버(100)들과 자석들(200)이 배치되고 있다. 이때, 도시된 바와 같이 제1 플레이트(260a)가 고정되고 제2 플레이트(260b)가 회전하거나 또는 반대로 제1 플레이트(260a)가 회전하고 제2 플레이트(260b)가 고정된 경우, 챔버(100)의 유체들과 자석은 상대적으로 원형 운동을 하게 되어 챔버(100) 내의 유체 들의 유동에 의하여 챔버(100) 내부의 커패시턴스의 변화가 발생할 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 7C, a circular first plate 260a and a second plate 260b are disposed, and chambers 100 and 250 are formed on the first plate 260a and the second plate 260b, respectively. The magnets 200 are disposed. At this time, when the first plate 260a is fixed and the second plate 260b rotates, or vice versa, when the first plate 260a rotates and the second plate 260b is fixed, The magnets and the fluids in the chamber 100 may move in a relatively circular motion, resulting in a change in the capacitance inside the chamber 100 due to the flow of the fluids in the chamber 100.

도 7a 내지 도 7c에 도시된 실시예에서, 각각의 챔버(100)의 사이에 고투자율의 재료를 배치하면, 자기력의 세기를 높여서 챔버(100) 내부의 자성 유체의 유동을 빨리하여 커패시턴스의 변화 속도를 크게 할 수 있다. 즉, 철 등의 강자성체나 페리 자성체와 같이 투자율이 큰 재료를 각각의 챔버(100)의 사이에 배치하면, 자성 유체에 가해지는 자기장의 세기 내지 자기장의 변화의 세기를 크게 하여 자성 유체의 유동을 촉진할 수 있다.7A to 7C, by disposing a material having a high permeability between the chambers 100, the magnetic force can be increased so that the flow of the magnetic fluid inside the chamber 100 can be made faster to change the capacitance Speed can be increased. That is, when a material having a high permeability such as a ferromagnetic material such as iron or a ferrimagnetic material is disposed between the respective chambers 100, the intensity of the magnetic field or the magnetic field applied to the magnetic fluid is increased, .

또한, 자석(200)이 일정한 속도로 접근 내지 후퇴하거나 서로 다른 방향의 극성으로 배치된 자석이 주기적으로 접근하게 되면, 챔버(100) 내부의 유체의 유동이 일정한 주기로 반복될 수 있어서 커패시턴스의 변화가 일정한 진동수를 갖게 되어 고효율의 에너지 수확이 가능할 수도 있다.In addition, when the magnet 200 approaches or retreats at a constant speed or a magnet disposed in a different polarity periodically approaches the fluid, the flow of the fluid in the chamber 100 may be repeated at a constant cycle, It is possible to obtain high efficiency energy harvesting by having a certain frequency.

상술한 실시예에 따른 에너지 수확 장치는, 자석의 움직임에 따라 자성 유체가 운동하고, 이에 따라 전도성 유체도 이동하게 되므로, 정전기(Electrostatic) 에너지를 발생시킬 수 있다. 유체를 매질로 사용하므로 커패시턴스의 차이 값이 커져서 고효율일 수 있고, 전극과 자성유체 간에 유전체 사용하여 유전율 향상에 의하여 고효율을 기대할 수 있으며, 자석 및 전극의 배열을 조절하여 동작 주파수 상승도 가능할 수 있다.In the energy harvesting apparatus according to the above-described embodiment, the magnetic fluid moves according to the movement of the magnet, and thus the conductive fluid also moves, so that the electrostatic energy can be generated. Since the fluid is used as a medium, the difference in capacitance can be increased and the efficiency can be high. By using a dielectric material between the electrode and the magnetic fluid, high efficiency can be expected by improving the dielectric constant, and the operation frequency can be raised by adjusting the arrangement of the magnet and the electrode .

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.

100: 챔버 110: 제1 전극
115: 제2 전극 120: 제1 유전막
125: 제2 유전막 150: 제2 유체
160: 제1 유체 170: 하우징
200: 자석 250a, 260a: 제1 플레이트
250b, 260b: 제2 플레이트100: chamber 110: first electrode
115: second electrode 120: first dielectric layer
125: second dielectric layer 150: second fluid
160: first fluid 170: housing
200: magnets 250a, 260a: first plate
250b, and 260b:

Claims (21)

제1 전극과 제2 전극이 배치된 챔버;
상기 제2 전극과 상기 챔버의 사이에 배치된 제2 유전막;
상기 챔버 내부에 배치된 제1 유체와 자성의 제2 유체; 및
상기 챔버의 외부에 배치되고, 상기 챔버 내부의 자력을 변화시키는 자석을 포함하는 에너지 수확 장치.A chamber in which a first electrode and a second electrode are disposed;
A second dielectric layer disposed between the second electrode and the chamber;
A first fluid and a magnetic second fluid disposed within the chamber; And
And a magnet disposed outside the chamber, the magnet changing the magnetic force inside the chamber. 제1 항에 있어서,
상기 제2 유체는 전도성 또는 비전도성인 에너지 수확 장치.The method according to claim 1,
Wherein the second fluid is conductive or non-conductive. 제1 항에 있어서,
상기 제1 유체는 에어, 전도성 유체 및 비전도성 유체 중 어느 하나인 에너지 수확 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first fluid is one of air, a conductive fluid, and a nonconductive fluid. 제1 항에 있어서,
상기 챔버는 채널형 또는 원기둥 또는 다각기둥 형상이고, 상기 제1 전극과 제2 전극은 상기 챔버의 서로 마주보는 면에 각각 배치되는 에너지 수확 장치.The method according to claim 1,
Wherein the chamber is channel-shaped or cylindrical or polygonal, and the first and second electrodes are disposed on opposite sides of the chamber, respectively. 제1 항에 있어서,상기 제2 유전막은,
하나 또는 2개의 층으로 이루어지고, 상기 제2 전극과 접촉하는 에너지 수확장치.The semiconductor device according to claim 1,
And one or two layers in contact with the second electrode. 제1 항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 챔버의 사이에 배치된 제1 유전막을 더 포함하는 에너지 수확 장치.The method according to claim 1,
And a first dielectric layer disposed between the first electrode and the chamber. 제1 항에 있어서, 상기 제1 유전막은,
하나 또는 2개의 층으로 이루어지고, 상기 제1 전극과 접촉하는 에너지 수확장치.The method of claim 1, wherein the first dielectric layer comprises:
Wherein the energy harvesting device comprises one or two layers and is in contact with the first electrode. 제1 항에 있어서,
상기 자석은 상기 제1 유체와 제2 유체에 대하여 상대 이동하는 에너지 수확 장치.The method according to claim 1,
Wherein the magnet moves relative to the first fluid and the second fluid. 제8 항에 있어서,
상기 자석은 상기 제1 유체와 제2 유체에 대하여 선형운동하는 에너지 수확 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the magnets linearly move with respect to the first fluid and the second fluid. 제8 항에 있어서,
상기 자석은 상기 제1 유체와 제2 유체에 대하여 회전 운동하는 에너지 수확 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the magnet rotates about the first fluid and the second fluid. 제10 항에 있어서,
상기 자석은 제1 플레이트 상에 배치되고, 상기 챔버는 제2 플레이트 상에 배치되는 에너지 수확 장치.11. The method of claim 10,
Wherein the magnet is disposed on a first plate and the chamber is disposed on a second plate. 제11 항에 있어서,
상기 제1 플레이트와 제2 플레이트는 상대적으로 선형 운동하는 에너지 수확 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the first plate and the second plate are relatively linearly moved. 제11 항에 있어서,
상기 제1 플레이트와 제2 플레이트는 상대적으로 회전 운동하는 에너지 수확 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the first plate and the second plate are relatively rotated. 제1 항에 있어서,
상기 자석은 적어도 하나가 배치되는 에너지 수확 장치.The method according to claim 1,
Wherein at least one of said magnets is disposed. 제14 항에 있어서,
상기 자석은 상기 챔버의 일면에 배치된 에너지 수확 장치.15. The method of claim 14,
Wherein the magnet is disposed on one side of the chamber. 제15 항에 있어서,
상기 자석은 적어도 2개가 배치되고, 상기 자석은 각각의 자극이 서로 반대 방향으로 배치된 에너지 수확 장치.16. The method of claim 15,
Wherein at least two of the magnets are disposed, and the magnets are arranged such that the magnetic poles of the magnets are opposite to each other. 제16 항에 있어서,
상기 자석은 적어도 2개의 자석은 라인(line)형 또는 원형으로 배치된 에너지 수확 장치.17. The method of claim 16,
Wherein the magnets are arranged in a line or circle shape with at least two magnets. 제16 항에 있어서,
상기 2개의 자석은 각각의 자극이 서로 동일한 방향으로 배치된 에너지 수확 장치.17. The method of claim 16,
Wherein the two magnets have respective magnetic poles arranged in the same direction with respect to each other. 제1 항에 있어서,
상기 자석은 적어도 2개가 배치되고, 상기 2개의 자석은 상기 챔버를 사이에 두고 서로 마주보고 배치되는 에너지 수확 장치.The method according to claim 1,
Wherein at least two of the magnets are disposed, and the two magnets are disposed facing each other with the chamber therebetween. 제19 항에 있어서,
상기 2개의 자석은 동일한 자극이 서로 마주보게 배치되는 에너지 수확 장치.20. The method of claim 19,
Wherein the two magnets are arranged such that the same magnetic poles face each other. 제1 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전극과 제2 전극은 바이어스 전압에 연결된 에너지 수확 장치.21. The method according to any one of claims 1 to 20,
Wherein the first electrode and the second electrode are connected to a bias voltage.
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