KR101621167B1 - Torsional actuators of temperature fluctuations, device for harvesting energy comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 회전형 구동기에 관한 것으로서 서로 반대방향으로 회전시키는 방식으로 제조된 비틀린(twist) 구조의 섬유를 포함하고, 상기 섬유는 중앙을 기준으로 상단부와 하단부로 나누어지고, 상기 섬유의 상단부와 하단부는 어느 하나 이상이 고정되어져 있으며, 상기 상단부와 하단부의 섬유는 각각 독립적으로 키랄성의 Z형 또는 키랄성의 S형 구조로 꼬인 형태(coil)를 갖는 것을 특징으로 하며, 온도 변화가 있을 때, 우수한 회전력을 가질 뿐만 아니라, 내구성 및 안정성이 우수하여 장기간 사용하여도 회전력의 감소가 미미하다. 따라서 이를 이용하여 열에너지를 전기에너지로 회수할 수 있는 효율 및 수명이 우수한 에너지 하베스팅 장치를 제공할 수 있다.The present invention relates to a rotary actuator comprising twisted fibers fabricated in such a manner as to rotate in opposite directions, said fibers being divided into an upper end portion and a lower end portion with respect to a center, Is characterized in that at least one of the fibers at the upper end and the lower end is independently a chiral Z-shaped or a chiral S-shaped coil having a coil shape. When there is a change in temperature, And is excellent in durability and stability, so that even when used for a long time, the reduction of the rotational force is insignificant. Therefore, it is possible to provide an energy harvesting apparatus which can recover heat energy as electric energy by using it and has excellent lifetime.
Description
본 발명은 회전형 구동기 및 이를 이용한 에너지 하베스팅 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 온도변화에 따라 반복적이고 연속적으로 회전하는 회전형 구동기와 이를 이용한 에너지 하베스팅 장치를 제공한다.The present invention relates to a rotatable type actuator and an energy harvesting apparatus using the same, and more particularly, to a rotatable type rotator that rotates repeatedly and continuously according to a temperature change and an energy harvesting apparatus using the same.
전기화학적, 열적 또는 빛으로 구동기를 자극하면 선형, 회전형 또는 수축형으로의 움직임을 나타낸다. 상기와 같은 구동기는 탄소나노튜브 섬유(비특허 문헌 1), 단일 및 다중필라멘트를 포함하는 고분자 섬유(비특허 문헌 2) 및 그래핀 산화물 섬유(비특허 문헌 3) 등이 비틀린 구조를 갖고 있는 구동기로 개발되어져 왔고, 이러한 섬유형 근육들은 우수한 굽힘 성, 선형 움직임 및 큰 회전각도와 같은 다양한 효과들이 발견되었다.Stimulation of the actuator with electrochemical, thermal or light indicates movement in a linear, rotational or shrinking manner. The above-mentioned driver is a driver having a twisted structure of carbon nanotube fibers (Non-Patent Document 1), polymer fibers including single and multiple filaments (Non-Patent Document 2), and graphene oxide fibers (Non-Patent Document 3) And these fibrous muscles have been found to have various effects such as excellent bendability, linear motion and large rotation angle.
반면, 이러한 구조의 구동기는 높은 전기전도 특성을 기반으로 전압을 인가하여 이의 세기에 따라 수축ㅇ팽창이 발생하므로, 전기 에너지를 열에너지 또는 회전 에너지로 전환할 수 있다는 한계가 존재한다. 또한, 수축·팽창에 의해 발생하는 전력이 낮고, 가동시간이 짧으며, 기계적 특성도 현저히 낮아 이를 이용하여 다양한 산업분야에 적용하는데 어려움이 있다는 문제들이 있다.On the other hand, a driver having such a structure has a limitation in that electric energy can be converted into thermal energy or rotational energy because a voltage is applied based on a high electric conduction characteristic and expansion or contraction occurs according to the intensity thereof. In addition, there are problems that it is difficult to apply to various industrial fields by using low power generated by shrinkage and expansion, short operation time, and mechanical characteristics remarkably low.
상기의 한계점은 서술된 기술만의 것이 아니다. 현재까지 개발된 구동기는 내구성, 안정성, 수명 등의 특성들 모두 만족시키지 못하므로, 이를 개선하여 낭비되고 있는 공기 중의 열을 높은 효율 프로세스를 통하여 회전, 상하이동 및 전기로 변환될 수 있는 구동기가 개발된다면, 나노기술분야에서의 좋은 개선점이 될 것이다.The above limitations are not limited to the described techniques. Since the driver developed until now can not satisfy all the characteristics such as durability, stability, and life, it is developed to develop a driver capable of rotating, moving up and down and converting electricity into waste heat in a highly efficient process It will be a good improvement in the field of nanotechnology.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 구동기의 구조를 개선함으로써, 온도변화에 따라 수축ㅇ팽창이 가능하고, 상기 구동기의 부분 또는 전체를 가열하였을 때, 회전이 발생하는 회전형 구동기를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device, which is capable of expanding and contracting according to a temperature change, And to provide a rotatable actuator.
본 발명의 다른 목적은 상기 회전형 구동기를 이용하여 공기 중에 낭비되고 있는 열에너지를 전기에너지로 전환할 수 있는 에너지 하베스팅 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an energy harvesting apparatus capable of converting heat energy, which is wasted in the air, into electric energy by using the rotary type driver.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 회전형 구동기를 이용하여 공기 중에 낭비되고 있는 열 에너지를 위치 에너지 또는 전기 에너지로 전환할 수 있는 에너지 하베스팅 장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an energy harvesting apparatus capable of converting thermal energy, which is being wasted in the air, into position energy or electric energy by using the rotary actuator.
본 발명은 상기 목적을 이루기 위하여, 서로 같은 방향 혹은 반대방향으로 회전시키는 방식으로 제조된 비틀린(twist) 구조의 단일섬유 또는 다섬유를 포함하고, 상기 섬유는 중앙을 기준으로 상단부와 하단부로 나뉘어지고, 상기 섬유의 상단부와 하단부는 어느 하나 이상이 고정되어져 있으며, 상기 상단부와 하단부의 섬유는 각각 독립적으로 키랄성의 Z형 또는 키랄성의 S형 구조로 비틀린(twist) 구조 또는 꼬인 형태(coil)를 갖는 것을 특징으로 하는 회전형 구동기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a twisted monofilament or multifilament fabricated in such a manner as to rotate in the same or opposite directions, wherein the fibers are divided into an upper end portion and a lower end portion with respect to a center , At least one of the upper and lower ends of the fiber is fixed, and the fibers of the upper end and the lower end independently have a twisted structure or a coiled structure in a chiral Z-shaped or chiral S-shaped structure The present invention provides a rotatable actuator.
상기 섬유는 나일론, 형상기억 폴리우레탄, 폴리에틸렌 및 고무 등의 고분자 재로로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.The fiber is characterized in that it is any one selected from the group consisting of nylon, shape memory polyurethane, polyethylene and rubber.
상기 회전형 구동기의 상단부와 하단부가 모두 고정되어 있으면 온도변화에 의해 발생하는 상기 회전형 구동기의 수축 또는 팽창으로 회전력을 갖는 것을 특징으로 한다.And when the upper end portion and the lower end portion of the rotatable type actuator are both fixed, they have a rotational force due to contraction or expansion of the rotatable type actuator caused by a temperature change.
상기 회전형 구동기의 상단부와 하단부 중 어느 하나만 고정되어 있으면 온도변화에 의해 발생하는 상기 회전형 구동기의 수축 또는 팽창으로 회전력 및 길이 변화를 갖는 것을 특징으로 한다.When the rotary actuator is fixed to either the upper end or the lower end thereof, the rotary actuator has a rotational force and a length change due to shrinkage or expansion of the rotary actuator caused by a temperature change.
상기 비틀린 구조를 갖는 회전형 구동기는 편향각이 20 내지 60 °인 것을 특징으로 한다.Wherein the rotational type actuator having the twisted structure has a deflection angle of 20 to 60 degrees.
상기 회전형 구동기의 상단부와 하단부가 모두 고정되어 있는 경우, 상기 회전형 구동기는 고정되기 이전에 전체 길이에 대해 1 내지 25% 인장된 후, 고정되는 것을 특징으로 한다.When the upper and lower ends of the rotary actuator are both fixed, the rotary actuator is fixed after being stretched by 1 to 25% with respect to the entire length before being fixed.
상기 회전형 구동기의 상단부와 하단부 중 어느 하나만 고정되어 있는 경우, 온도에 따른 길이 변화는 전체길이에 대해 5 내지 30%인 것을 특징으로 한다.In the case where only one of the upper end portion and the lower end portion of the rotatable type actuator is fixed, the change in length with temperature is 5 to 30% with respect to the total length.
상기 회전형 구동기는 온도변화에 따라 100 내지 200,000 rpm의 회전속도를 갖는 것을 특징으로 한다.And the rotational type actuator has a rotational speed of 100 to 200,000 rpm according to a temperature change.
또한, 본 발명은 상기 회전형 구동기 2 가닥으로 이루어진 2-플라이 구조를 가지고, 한 가닥처럼 거동하는 것을 특징으로 하는 2-플라이 구조의 회전형 구동기를 제공한다.In addition, the present invention provides a two-ply rotary actuator having a two-ply structure composed of two rotatable actuators and behaving like one strand.
상기 회전형 구동기 2 가닥이 키랄성의 S형 구조인 경우, Z형으로 꼬아 2-플라이 구조를 형성하면 SZ 꼬임 형태를 가지는 것을 특징으로 한다.When the
상기 회전형 구동기 2 가닥이 키랄성의 Z형 구조인 경우, S형으로 꼬아 2-플라이 구조를 형성하면 ZS 꼬임 형태를 가지는 것을 특징으로 한다.When the
본 발명은 상기 다른 목적을 이루기 위하여, 온도변화에 의해 수축 또는 팽창하는, 제1항에 따른 회전형 구동기; 상기 회전형 구동기 내에 지점에 위치하고, 상기 구동기가 회전함에 따라 회전하는, 적어도 하나 이상의 자성체 또는 코일; 및 상기 회전형 구동기와 이격되어 배치되는 적어도 하나 이상의 코일 또는 자성체;를 포함하는 에너지 하베스팅 장치를 제공한다.In order to achieve the above-mentioned other object, the present invention provides a rotary actuator according to
상기 회전형 구동기가 온도변화에 따라 수축 또는 팽창하면서, 회전함에 따라 상기 자성체가 회전하고, 상기 코일 내부를 통과하는 자속의 변화를 유도하여 전기에너지를 생성하는 것을 특징으로 한다.The magnetic body rotates as the rotatable type actuator rotates while being shrunk or expanded according to a change in temperature and induces a change in magnetic flux passing through the inside of the coil to generate electrical energy.
상기 회전형 구동기는 양단이 모두 고정되어 있거나, 어느 하나의 말단만 고정되어 있고, 상기 회전형 구동기가 어느 하나의 말단만 고정된 경우, 상기 회전형 구동기의 고정되지 않은 어느 하나의 말단에 위치변동지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the rotary actuator has either both ends fixed or only one end fixed, and when only one of the ends of the rotary actuator is fixed, Further comprising a support.
상기 자성체는 영구자석이고, 상기 자성체의 무게는 상기 회전형 구동기에 대해 10 내지 1000 배인 것을 특징으로 한다.The magnetic body is a permanent magnet, and the weight of the magnetic body is 10 to 1000 times the weight of the rotative actuator.
상기 위치변동지지대는 자성체인 것을 특징으로 한다.Wherein the position variation support base is a magnetic body.
상기 위치변동지지대와 이격되어 위치하고, 둘러싼 코일을 포함하고,And a coil surrounding the position variation support, the coil being surrounded by the position variation support,
온도변화에 따라 상기 회전형 구동기가 인장되고 수축되면 위치변동지지대가 수평으로 움직이면서 상기 코일 내부를 통과하는 자속이 변하여 전기에너지를 생성하는 것을 특징으로 한다.When the rotary actuator is pulled and contracted according to a temperature change, the position variation support moves horizontally and the magnetic flux passing through the coil changes, thereby generating electric energy.
상기 에너지 하베스팅 장치의 하단부 및 상단부 중 어느 한 곳에 부착된, 판; 상기 판은 열림과 닫힘을 발생시키는 개폐구를 포함하고, 상기 회전형 구동기의 일 지점에 위치하고, 상기 판과 이격되어 배치된, 상기 개폐구와 동일한 모양의 적어도 하나의 핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.A plate attached to either the lower end or the upper end of the energy harvesting device; And at least one pin having the same shape as that of the opening and closing port, which is located at one point of the rotary actuator and is spaced apart from the plate, including an opening and closing port for causing opening and closing, do.
상기 회전형 구동기가 온도에 따라 회전하게 되고, 상기 회전형 구동기의 회전에 의해 상기 핀이 상기 개폐구와 이격된 수평 위치에 위치하게 되어 개폐구로부터 유입되는 공기의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 한다.The rotation type actuator is rotated according to the temperature and the pin is positioned at a horizontal position spaced apart from the door by the rotation of the rotary type actuator so that the flow of air introduced from the door is blocked.
상기 개폐구가 구비된 각 판과 핀과의 이격거리는 0.1 내지 3 ㎝인 것을 특징으로 한다.And the distance between the plate and the pin provided with the opening / closing port is 0.1 to 3 cm.
본 발명은 상기 또 다른 목적을 이루기 위하여, 양 말단이 가로축으로 고정되어 있고, 온도변화에 의해 수축 또는 팽창하는, 상기 회전형 구동기; 상기 회전형 구동기 내의 중앙 지점에 구비된 승강수단; 상기 승강수단 하부에 구비되고, 상기 승강수단과 연결되어, 상기 회전형 구동기가 회전함에 따라 위치변동을 갖는, 적어도 하나 이상의 자성체; 및 상기 자성체의 상하이동에 의해 전계를 발생시키는 적어도 하나 이상의 코일;을 포함한다.In order to accomplish the above-mentioned further object, the present invention provides a rotatable actuator, wherein both ends are fixed in the horizontal axis and contract or expand due to a temperature change; Elevating means provided at a central point in the rotative actuator; At least one magnetic body provided below the elevating means and connected to the elevating means and having a positional variation as the rotative actuator rotates; And at least one coil for generating an electric field by the up and down movement of the magnetic body.
상기 코일은 상기 자성체의 측면을 둘러싸는 원통형인 것을 특징으로 한다.And the coil is a cylindrical shape surrounding the side surface of the magnetic body.
또한, 상기 코일은 상기 자성체의 측면 또는 하면에 위치하여 상기 자성체의 상하이동에 의해 전계를 발생시키는 것을 특징으로 한다.The coil is positioned on a side surface or a lower surface of the magnetic body, and generates an electric field by the upward and downward movement of the magnetic body.
상기 회전형 구동기가 온도변화에 따라 수축 또는 팽창하면서, 회전함에 따라 상기 자성체는 세로축 방향으로 위치변동을 갖고,The magnetic body has a positional variation in the longitudinal axis direction as the rotatable type actuator rotates while being contracted or expanded in accordance with a change in temperature,
상기 자성체의 위치변동이 상기 코일과 자성체 간의 이격거리 변동을 야기하여, 상기 코일을 통과하는 자속의 변화가 유도되어 전기에너지를 생성하는 것을 특징으로 한다.A change in the position of the magnetic body causes a variation in distance between the coil and the magnetic body, and a change in magnetic flux passing through the coil is induced to generate electric energy.
상기 자성체의 세로축 방향 위치변동 거리는 0.1 내지 3 ㎝인 것을 특징으로 한다.And the longitudinal positional fluctuation distance of the magnetic body is 0.1 to 3 cm.
상기 승강수단은 도르레인 것을 특징으로 한다.And the elevating means is a pulley.
본 발명에 따른 회전형 구동기는 섬유를 비틀고(twist), 꼬인(coil) 구조로 개선함으로써, 온도 변화에 즉각적이고, 민감하며 가역적으로 반응한다. 또한, 상기 회전형 구동기는 우수한 회전력을 가질 뿐만 아니라, 내구성 및 안정성이 우수하여 장기간 사용하여도 회전력의 감소가 거의 나타나지 않으므로, 수명특성이 우수하다.The rotatable actuator according to the present invention reacts instantly, sensitively and reversibly to temperature changes by twisting the fibers and improving them into a coiled structure. In addition, the rotatable type actuator is excellent in durability and stability as well as excellent in rotating force, and shows little decrease in rotational force even when used for a long period of time.
따라서, 상기 회전형 구동기를 이용하여 열에너지를 전기에너지로 회수할 수 있는 효율 및 수명이 우수한 에너지 하베스팅 장치를 제공할 수 있다.Therefore, it is possible to provide an energy harvesting apparatus which can recover heat energy as electric energy by using the rotary type actuator and has excellent lifetime.
도 1은 본 발명에 따른 회전형 구동기의 다양한 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 회전형 구동기를 이용한 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 단면도와 실제 모습을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 회전형 구동기를 이용한 에너지 하베스팅 장치의 부가요소에 대한 구조를 나타낸 도면과 사진이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 단면도(a)와, 위에서 바라본 모습(b) 및 측면에서 바라본 모습(c)을 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 측면에서 바라본 모습(a)이고, 위에서 바라본 모습(b) 및 시간에 따른 전압을 측정한 그래프(c)이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 회전형 구동기의 구조를 상세히 나타낸 SEM 이미지이다.
도 9는 온도 변화에 따른 회전형 구동기의 회전속도 및 회전수(회전각)를 측정하기 위해, 제조예 5로부터 제조된 에너지 하베스팅 장치로부터 측정된 시간에 따른 온도, 전압 및 회전수를 나타낸 그래프이다.
도 10a는 온도변화에 따른 제조예 1, 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZZ-C, ZS-C)의 회전속도를 나타낸 그래프이고, 도 10b는 인장 정도에 따른 제조예 1, 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZZ-C, ZS-C)의 회전속도를 나타낸 그래프이며, 도 10c는 자성체의 관성 모멘트에 따른 제조예 1, 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZZ-C, ZS-C)의 회전속도를 나타낸 그래프이며, 도 10d는 가열ㅇ냉각 사이클 수에 따른 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 회전속도를 나타낸 그래프이다. 이때, 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)는 27 ㎛의 직경을 갖고, 전체 길이가 95 ㎜인 것을 사용하였다. 상기 도 10a에서 빈 도형은 온도에 따른 회전각에 대한 그래프이고, 내부가 채워진 도형은 온도에 따른 회전속도에 대한 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 다양한 구조를 갖는 구동기(ZS-C, ZS-N, ZZ-C, ZZ-N)의 온도에 대한 회전속도를 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 구동기 아래 부분에 위치한 회전을 막고 위치 변동만 가능하게 해주는 위치변동지지대의 무게가 미치는 영향을 확인하기 위하여, 각기 다른 무게를 갖는 위치변동지지대(1.2 g, 2.1 g, 3.1 g, 4.1 g)가 구비된 구동기(ZZ-C, 제조예 3)의 회전수와 인장거동(tensile actuation)을 시간에 따라 측정하여 나타낸 결과 그래프이다.
도 13a는 20% 늘어난 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 실제이미지이고, 도 13b는 부분적으로 꼬인 구조가 풀려있는 비가역적으로 변한 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 실제이미지이며, 도 13c는 15% 늘어난 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 온도가 증가함에 따라 회전각의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14는 스프링 지수(spring index)가 본 발명의 구동기에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 늘어난(stretch) 정도에 따른 회전속도를 측정하여 비교한 결과 그래프이다.
도 15a는 습도에 따라 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 회전속도를 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 15b는 42.3% 습도 조건 하에서, 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 전체 길이에 따른 회전속도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 16a는 온도에 따른 제조예 1 및 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZZ-C, ZS-C)의 회전 에너지를 비교한 그래프이고, 도 16b는 각기 다른 직경을 갖는 구동기(ZS-C, 제조예 4)의 관성 모멘트에 따른 회전속도(닫힌 도형)와 회전 에너지(열린 도형)의 관계를 나타낸 그래프이며, 도 16c는 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 시간에 따른 온도 변화, 회전각 및 회전 에너지를 나타낸 그래프이며, 도 16d는 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 직경에 따른 회전 에너지와 회전속도와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 17a는 구동기(ZS-C(제조예 4))와 비틀린 구조만을 갖는 형태의 구동기(ZS-N)를 전체적으로 가열하여 측정한 회전 에너지와 힘과의 관계를 비교한 그래프이고, 도 17b는 구동기(ZS-C(제조예 4))와 비틀린 구조만을 갖는 형태의 구동기(ZS-N)를 절반만 가열하여 측정한 회전 에너지와 힘과의 관계를 비교한 그래프이며, 도 17c는 구동기(ZZ-C(제조예 1))와 비틀린 구조만을 갖는 형태의 구동기(ZZ-N)를 절반만 가열하여 측정한 회전 에너지와 힘과의 관계를 비교한 그래프이며, 도 17d는 구동기(ZZ-C(제조예 1))와 비틀린 구조만을 갖는 형태의 구동기(ZZ-N)의 시간에 따른 온도변화, 회전각, 회전속도를 비교한 그래프이다. 이때, 도 17d는 27 ㎛ 직경을 갖는 15% 늘어난 제조예 1로부터 제조된 구동기(ZZ-C)를 사용하였고, 그래프 상에 흑색선으로 표기하였으며, 27 ㎛ 직경을 갖는 1.2 g 무게를 갖는 위치변동지지대 포함한 비틀린 구조만을 갖는 형태의 구동기(ZZ-N)를 사용하여, 상기 그래프 상에 적색선으로 표기하였다.
도 18은 제조예 6으로부터 제조된 에너지 하베스팅 장치를 시연한 것으로, 상기 장치는 102 ㎛의 ZS-C 구조의 구동기(제조예 4)를 포함하고, 상기 3 개의 코일과 원기둥 형태의 네오디윰 자성체를 사용하여 제조하였다.
도 19는 온도에 따라 27 ㎛ 직경의 ZS-C 회전형 구동기의 비틀림 강성(torsional rigidity)과 비틀림 탄성계수(torsional modulus of elasticity)를 나타낸 그래프이다.
도 20은 본 발명에 따른 2-플라이 구조의 회전형 구동기 중에서 2-플라이 구조의 회전형 구동기 중심을 기점으로 SZ 꼬임 형태와 ZS 꼬임 형태를 모두 갖는 2-플라이 구조의 회전형 구동기의 실제모습을 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 21은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 단면도이다.1 is a view showing various structures of a rotative actuator according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an energy harvesting apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a drawing and a photograph showing the structure of an additional element of the energy harvesting apparatus using the rotative actuator of the present invention.
FIG. 4 is a photograph of a sectional view (a), a top view (b), and a side view (c) of an energy harvesting apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an energy harvesting apparatus according to another embodiment of the present invention, FIG. 6 is a side view (a) of an energy harvesting apparatus according to another embodiment of the present invention, (b) and a graph (c) showing the measurement of the voltage with time.
7 is a cross-sectional view illustrating a structure of an energy harvesting apparatus according to another embodiment of the present invention.
8 is an SEM image showing the structure of the rotative actuator according to the present invention in detail.
9 is a graph showing the temperature, the voltage and the number of revolutions according to the time measured from the energy harvesting apparatus manufactured in Production Example 5, in order to measure the rotational speed and the rotational speed (rotational angle) to be.
10A is a graph showing the rotation speeds of the actuators (ZZ-C, ZS-C) manufactured in Production Example 1 and Production Example 4 according to the temperature change, 10C is a graph showing the rotation speeds of the actuators ZZ-C and ZS-C manufactured according to the manufacturing examples 1 and 4 according to the moment of inertia of the magnetic body. FIG. 10D is a graph showing the rotation speed of the actuator ZS-C manufactured in Production Example 4 according to the number of cooling cycles. At this time, the actuator (ZS-C) manufactured in Production Example 4 had a diameter of 27 mu m and an overall length of 95 mm. FIG. 10A is a graph of a rotation angle according to temperature, and FIG. 10B is a graph showing a rotation speed according to temperature.
11 is a graph showing the results of comparing rotational speeds with respect to temperatures of actuators ZS-C, ZS-N, ZZ-C, and ZZ-N having various structures according to the present invention.
Figure 12 shows the position variation supports (1.2 g, 2.1 g, 3.1 g, and 4.1 g) with different weights in order to check the effect of the weight of the position- (Production Example 3) equipped with a stirrer (ZZ-C).
13A is an actual image of the actuator ZS-C manufactured from Production Example 4 which is increased by 20%, and FIG. 13B is an actual image of the actuator ZS-C manufactured from Production Example 4 in which the partially twisted structure is released, And FIG. 13C is a graph showing the change of the rotation angle as the temperature of the actuator ZS-C manufactured from Production Example 4 increased by 15%.
Fig. 14 is a graph showing the results of comparing the rotation speed according to the stretch degree of the actuator ZS-C manufactured in Production Example 4 in order to confirm the influence of the spring index on the actuator of the present invention Graph.
15A is a graph showing the rotation speed of the actuator ZS-C manufactured in Production Example 4 according to the humidity, and FIG. 15B is a graph showing the rotation speed of the actuator ZS-C manufactured in Production Example 4 under the 42.3% And the rotation speed along the entire length is measured.
16A is a graph comparing the rotational energies of the actuators ZZ-C and ZS-C manufactured in Production Example 1 and Production Example 4 according to the temperature, and Fig. 16B is a graph comparing the rotational energies of the actuators ZS- FIG. 16C is a graph showing the relationship between the rotational speed (closed figure) and the rotational energy (open figure) according to the moment of inertia of the actuator ZS-C in Example 4, FIG. 16D is a graph showing the relationship between the rotation energy and the rotation speed according to the diameter of the actuator ZS-C manufactured in Production Example 4. FIG.
17A is a graph comparing the relationship between rotational energy and force measured by heating a driver (ZS-C (Manufacturing Example 4)) and a driver (ZS-N) having only a twisted structure, FIG. 17C is a graph comparing the relationship between the rotational energy and the force measured by heating only one half of the actuator ZS-N having the twisted structure with ZS-C (Manufacturing Example 4) 17D is a graph comparing the relationship between the rotational energy and the force measured by heating only one half of a driver ZZ-N having a twisted structure only with a driver ZZ-C (manufacturing example 1) Example 1) and a driver ZZ-N having only a twisted structure according to time. At this time, FIG. 17 (d) shows a driver (ZZ-C) manufactured from Production Example 1 having a diameter of 27 占 퐉 and a 15% increase and was indicated by a black line on the graph, Using a driver (ZZ-N) having only a twisted structure including a support, the graph was marked with a red line.
FIG. 18 shows an energy harvesting apparatus manufactured from Production Example 6, which includes a drive unit of Production Example 4 having a ZS-C structure of 102 탆, and the three coils and the cylindrical neodymium magnetic body ≪ / RTI >
19 is a graph showing torsional rigidity and torsional modulus of elasticity of a ZS-C rotary actuator having a diameter of 27 탆 according to temperature.
FIG. 20 shows an actual appearance of a two-ply structure rotary actuator having a SZ twist and a ZS twist from the center of the two-ply rotary actuator of the two-ply structure according to the present invention This is a photograph taken and photographed.
21 is a cross-sectional view of an energy harvesting apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 실시예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.
본 발명의 일 측면은 서로 같은 방향 혹은 반대방향으로 회전시키는 방식으로 제조된 비틀린(twist) 구조의 단일섬유 또는 다섬유를 포함하고, 상기 섬유는 중앙을 기준으로 상단부와 하단부로 나뉘어지고, 상기 섬유의 상단부와 하단부는 어느 하나 이상이 고정되어져 있으며, 상기 상단부와 하단부의 섬유는 각각 독립적으로 키랄성의 Z형 또는 키랄성의 S형 구조로 비틀린 (twist) 구조 또는 꼬인 형태(coil)를 갖는 것을 특징으로 하는 회전형 구동기에 관한 것이다.One aspect of the present invention includes a twisted monofilament or multifilament fabricated in such a manner as to rotate in the same or opposite directions, wherein the fibers are divided into an upper end portion and a lower end portion with respect to a center, And the fibers of the upper end portion and the lower end portion independently have a twisted structure or a coiled structure in a chiral Z-shaped or chiral S-shaped structure, To a rotatable actuator.
상기 회전형 구동기가 가질 수 있는 구조의 예는 도 1을 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명한다.An example of the structure that the rotary actuator can have is described in more detail below with reference to FIG.
상기 회전형 구동기는 두 말단이 고정되어 있고, 상단부와 하단부 모두 키랄성 Z형으로 꼬인 형태(ZZ-C)(도 1a)를 가질 수 있고, 상기 회전형 구동기는 두 말단이 고정되어 있고, 상단부와 하단부 모두 키랄성 S형으로 꼬인 형태(SS-C)를 가질 수 있다. 또는 상기 회전형 구동기는 두 말단이 고정되어 있고 상단부와 하단부가 반대방향 키랄성으로 꼬인 형태(ZS-C, SZ-C)(도 1d)일 수 있다.The rotary actuator may have two ends fixed, and the upper and lower ends may have a chirped Z-shaped twist ZZ-C (FIG. 1A). The rotary actuator has two ends fixed, Both of the lower ends may have a chirality S-shape (SS-C). Alternatively, the rotatable actuator may have a shape (ZS-C, SZ-C) (FIG. 1D) in which two ends are fixed and the upper and lower ends are twisted in opposite direction chirality.
또한, 상기 회전형 구동기는 하나의 말단만이 고정되어 있고, 상단부와 하단부가 모두 키랄성 Z형으로 비틀린(twist) 형태(ZZ-N)(도 1b)를 가질 수 있고, 상기 회전형 구동기는 하나의 말단만이 고정되어 있고, 상단부와 하단부가 모두 키랄성 S형으로 비틀린(twist) 형태(SS-N)를 가질 수 있으며, 또는 상기 회전형 구동기는 하나의 말단만이 고정되어 있고, 상단부와 하단부가 반대방향 키랄성으로 비틀린(twist) 형태(ZS-N, SZ-N)(미도시)를 가질 수 있다.In addition, the rotary actuator may have only one end fixed, and the upper end and the lower end may have a twisted shape (ZZ-N) (Fig. 1B) in a chirality Z shape, And the upper end and the lower end may have a chirped S-shaped twisted shape (SS-N), or the rotative actuator may have only one end fixed, (ZS-N, SZ-N) (not shown) in the opposite direction chirality.
또한, 상기 회전형 구동기는 하나의 말단만이 고정되어 있고 상단부와 하단부 모두 키랄성 Z형으로 꼬인 형태(ZZ-C)(도 1c)일 수 있고, 하나의 말단만이 고정되어 있고 상단부와 하단부 모두 키랄성 S형으로 꼬인 형태(SS-C)일 수 있으며, 또는 하나의 말단만이 고정되어 있고 상단부와 하단부 반대방향 키랄성으로 꼬인 형태(ZS-C, SZ-C)일 수 있다.The rotary actuator may have a single end fixed and a top end and a bottom end in a chirped Z-shape (ZZ-C) (FIG. 1C). Only one end is fixed, (ZS-C, SZ-C), or one end is fixed and the upper and lower ends are twisted in opposite chirality (ZS-C, SZ-C).
이때, 본 명세서에서 상기 꼬인 형태는 스프링 또는 코일 형태를 의미하고, 보다 구체적으로 상기 비틀린 구조와 꼬인 구조의 차이는 상기 섬유의 직경에 따라 인가되는 회전수(turn/m)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하며, 일 예로, 상기 섬유 직경 27 ㎛인 경우, 5,000 내지 12,000 회전수(turn)/m로 꼬아서 제조하면 비틀린(twist) 구조를 형성하고, 상기 섬유를 30,000 내지 60,000 회전수(turn)/m로 꼬아서 제조하면 꼬인(coil) 구조를 형성한다. 이외의 다른 직경을 갖는 섬유의 경우에서 구조에 따라 요구되는 회전수를 표 1에 상세히 나타내었다.In this specification, the twisted shape means a spring or a coil shape. More specifically, the difference between the twisted structure and the twisted structure is determined by the number of turns (turn / m) applied according to the diameter of the fiber For example, twisted at 5,000 to 12,000 turns / m in the case of the fiber diameter of 27 占 퐉 to form a twisted structure and the fibers are rotated at 30,000 to 60,000 rotations / m to form a coiled structure. Table 1 shows the number of revolutions required depending on the structure in the case of fibers having diameters other than those shown in Table 1.
상기 회전형 구동기의 구조 중에서 고정되지 않은 하나의 말단에는 위치변동지지대가 구비된다. 두 말단이 고정된 구조는 온도가 상승할 시, 선형 변위(translational displacement)와 구조가 풀어지는 회전을 방지하기 위함이고, 상기 위치변동지지대가 구비된 구조는 온도가 상승할 시, 선형 변위(translational displacement)는 허용하되, 구조가 풀어지는 회전을 방지하기 위한 것이다.A position variation support is provided at one end of the structure of the rotary actuator, which is not fixed. The structure in which the two ends are fixed is for preventing translational displacement and rotation in which the structure is released when the temperature rises. The structure provided with the position variation support member is a translational displacement is allowed, but to prevent rotation of the structure to be released.
즉, 상기 회전형 구동기의 상단부와 하단부가 모두 고정되어 있으면 온도변화에 의해 발생하는 상기 회전형 구동기의 수축 또는 팽창으로 회전력을 갖고, 상기 회전형 구동기의 상단부와 하단부 중 어느 하나만 고정되어 있고, 다른 하나에 상기 위치변동지지대가 구비되어 있으면, 온도변화에 의해 발생하는 상기 회전형 구동기의 수축 또는 팽창으로 회전력 및 길이 변화를 갖는다.That is, if both the upper and lower ends of the rotary actuator are fixed, only one of the upper and lower ends of the rotary actuator is fixed by the shrinkage or expansion of the rotary actuator caused by the temperature change, If one of the position variation support rods is provided, it has a rotational force and a length change due to shrinkage or expansion of the rotatable type driver caused by a temperature change.
상기 회전형 구동기의 상단부와 하단부가 모두 고정되어 있는 경우, 상기 회전형 구동기는 고정되기 이전에 전체 길이에 대해 1 내지 25% 인장된 후, 고정될 수 있는데, 이는 상기 회전형 구동기가 인장된 후, 상단부와 하단부가 모두 고정되면 상기 회전형 구동기의 코일 간에 충분한 거리가 형성된다. 이로 인해, 온도가 상승하여 상기 회전형 구동기의 팽창이 야기될 때, 상기 코일 간 마찰이 덜 발생할 뿐만 아니라, 상기 회전형 구동기의 표면적이 넓어져 더 많은 열을 흡수할 수 있어, 열 전환효율은 향상되고, 마찰에 의한 회전력 손실은 방지할 수 있다.If both the upper and lower ends of the rotatable actuator are fixed, the rotatable actuator can be fixed after being stretched 1 to 25% over its entire length before it is fixed, A sufficient distance is formed between the coils of the rotary actuator when both the upper and lower ends are fixed. Therefore, when the temperature rises and the swinging of the rotary actuator is caused, friction between the coils is less likely to occur, and the surface area of the rotary actuator is widened to absorb more heat, And the loss of rotational force due to friction can be prevented.
상기 회전형 구동기의 상단부와 하단부 중 어느 하나만 고정되어 있는 경우, 온도에 따른 길이 변화는 전체길이에 대해 5 내지 30%일 수 있다.In the case where only one of the upper end portion and the lower end portion of the rotatable type actuator is fixed, the change in length along with the temperature may be 5 to 30% with respect to the total length.
따라서 상기 각 구조에 따라서 회전형 구동기는 온도변화에 따라 발생하는 회전각 또는 회전속도와 같은 특성들이 달라지므로, 원하는 사용목적에 따라서 상기 구조로부터 적절히 선택하는 것이 바람직하다.Therefore, according to each of the above-described structures, the characteristics such as the rotation angle or the rotation speed, which are generated in accordance with the temperature change, of the rotary actuator vary, and it is preferable to select them appropriately from the structure according to the intended use purpose.
본 발명에 따른 회전형 구동기는 온도변화에 의존하여 회전하게 된다. 상기 회전형 구동기는 구동기 주위의 외부환경의 온도변화에 보다 즉각적으로 반응하게 되는데, 상기 온도변화를 제공하는 구동기의 외부환경은 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 기체 또는 액체일 수 있다.The rotative actuator according to the present invention is rotated depending on the temperature change. The rotary actuator reacts more immediately to a temperature change of the external environment around the actuator. The external environment of the actuator that provides the temperature change is not particularly limited, but may be preferably gas or liquid.
또한, 상기 회전형 구동기가 온도가 증가하는 환경에 노출되면, 상기 구동기는 꼬인(coil) 구조 또는 비틀린(twist) 구조가 풀리면서 회전력을 갖게 된다. 상기 회전형 구동기의 주위 환경 온도가 상기 상승된 온도로부터 낮아지게 되면 상기 회전형 구동기는 풀렸던 꼬인(coil) 구조 또는 비틀린(twist) 구조가 다시 재형성되면서 상기 방향과 반대 방향의 회전력을 갖게 된다. 다시, 상기 구동기 주위 환경 온도가 상승하게 되면 상기 가열/냉각 사이클이 반복되게 된다.Further, when the rotatable type actuator is exposed to an environment where the temperature is increased, the actuator has a coiled structure or a twisted structure, and has a rotational force. When the temperature of the ambient environment of the rotary actuator becomes lower than the elevated temperature, the rotary actuator has a coiled structure or a twisted structure that is unfolded again and has a rotational force opposite to the direction . Again, the heating / cooling cycle is repeated when the ambient temperature of the actuator rises.
이 방식으로, 상기 회전형 구동기는 능동적으로 냉각될 수 있는데, 이는, 열에너지가 상기 회전형 구동기에 의해 수동적으로 상기 열에너지를 소멸시키는 대신에, 기계적 에너지로 전환되어 상기 회전형 구동기가 냉각되기 때문이다.In this way, the rotatable actuator can be actively cooled because the thermal energy is converted into mechanical energy instead of passively dissipating the thermal energy by the rotatable actuator to cool the rotatable actuator .
즉 상기 회전형 구동기는 1 내지 150 ℃의 온도 변화량을 받게 되면, 100 내지 200,000 rpm을 제공할 수 있다.That is, if the rotational actuator receives a temperature change of 1 to 150 ° C, it can provide 100 to 200,000 rpm.
또한, 상기 회전형 구동기는 상기 가열/냉각 사이클이 300,000 이상 반복되어도 비가역적으로 변하지 않으면서, 여전히 우수한 회전속도(100 내지 200,000 rpm)를 제공하는 것을 특징으로 한다.Also, the rotatable type actuator is characterized in that it still provides excellent rotational speed (100 to 200,000 rpm) without irreversibly changing even if the heating / cooling cycle is repeated 300,000 or more.
상기 회전형 구동기 1 킬로그램 당 5,000 내지 15,000 W의 전력밀도를 제공하는데, 이는 일반적으로 사용되고 있는 전기 모터(~300 W/㎏)에 비해 약 40 배나 우수한 수치로, 본 발명에 따른 회전형 구동기는 전기적 특성 또한 우수하다는 것을 알 수 있다.(~ 300 W / kg), which is about 40 times better than that of a commonly used electric motor (~ 300 W / kg), the rotating type actuator according to the present invention is electrically And the characteristics are also excellent.
상기 섬유는 나일론, 형상기억 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 고무 등의 고분자 배료이면 이에 제한되지 않으나, 보다 바람직하게는 나일론, 형상기억 폴리우레탄, 폴리에틸렌 및 고부로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하고, 가장 바람직하게는 나일론일 수 있다.The fiber is not limited as long as it is a polymeric material such as nylon, shape memory polyurethane, polyethylene, rubber, etc., but is more preferably any one selected from the group consisting of nylon, shape memory polyurethane, , And most preferably nylon.
다만, 상기 ZS-C의 구조가 종래 CNT를 이용한 섬유에 적용된 바 있으나, 이러한 구조의 섬유는 큰 기계적 부하(load)를 갖게 되는 높은 온도에서 비가역적으로 변하여, 구동되지 못한다는 단점이 있기 때문에 회전형 액추에이터로 응용·적용되는데 있어, 한계가 존재하였다, 그러나, 본 발명에서 상기 섬유는 고분자 재료, 즉, 나일론, 형상기억 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 사용함으로써, 고온에서도 ZS-C 형태의 구동기가 풀리고(untwist), 다시 비틀리는(retwist) 가역적인 구조를 장기간 유지할 수 있고, 내구성 및 수명도 길어 다양한 분야에 적용가능하다. 다시 말해, 고분자 재료인 나일론, 형상기억 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 고무 중 어느 하나를 사용한 상기 구조를 갖는 회전형 구동기는 종래 구동기와는 달리 고온 또는 저온에 의해 형태가 변형되어도, 다시 초기 꼬인 형태로 돌아가는 가역적인 회전운동을 제공한다.However, the ZS-C structure has been applied to fibers using conventional CNTs. However, since fibers having such a structure are irreversibly changed at a high temperature to have a large mechanical load, However, in the present invention, by using any one selected from the group consisting of a polymer material, that is, nylon, shape memory polyurethane, polyethylene, rubber, etc., The ZS-C type actuator can be untwisted and retwisted, and the reversible structure can be maintained for a long time, and the durability and life span of the ZS-C type actuator can be applied to various fields. In other words, the rotary actuator having the above structure using any one of the nylon, the shape memory polyurethane, polyethylene, and rubber as the polymer material is different from the conventional actuator in that the shape is deformed by the high temperature or the low temperature, And provides reversible rotational motion.
상기 섬유의 평균 직경은 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 10 nm 내지 그 이상이고, 보다 바람직하게는 10 nm 내지 300 ㎛이다.The average diameter of the fibers is not particularly limited, but is preferably 10 nm or more, and more preferably 10 nm to 300 탆.
또한, 상기 섬유가 키랄성 Z 또는 S형으로 꼬인 형태를 갖는 상기 회전형 구동기의 평균 직경은 상기 섬유의 평균 직경에 따라 달라지고, 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 그 이상이고, 보다 바람직하게는 1 내지 150 ㎛일 수 있다. 이때, 상기 회전형 구동기는 직경의 크기에 따라 온도 변화에 의해 유도되는 회전력이 증가되므로, 상기 범위를 벗어나게 되면 열에너지가 회전 에너지로 전환되는 효율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.In addition, the average diameter of the rotatable type driver in which the fibers are twisted into the chirality Z or S shape varies depending on the average diameter of the fibers, and is not particularly limited, but is preferably 1 占 퐉 or more, Preferably 1 to 150 mu m. At this time, since the rotational driving force induced by the temperature change increases according to the size of the diameter of the rotatable type actuator, if it is out of the range, the efficiency of conversion of the thermal energy into rotational energy may be lowered.
상기 섬유는 인가되는 회전수/m에 의해 비틀린 구조를 우선적으로 가진 후, 꼬인 구조를 형성하게 되는데, 상기 비틀린 구조에서 20 내지 60 ㅀ의 편향각(비틀림 각)을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 비틀림은 섬유의 배열을 비틀림 방향으로 결정과 비결정 부분을 재배열하고 재배열된 결정과 비결정 구조는 외부 온도 변화에 따른 본 발명의 회전형 구동기 성능에 영향을 주기 때문이다.The fibers preferentially have a twisted structure due to the number of revolutions / m applied, and then form a twisted structure, which preferably has a deflection angle (twist angle) of 20 to 60 에서 in the twisted structure. This twist is due to the arrangement of the fibers in the twist direction and the rearrangement of the amorphous portions, and the rearranged crystals and amorphous structures affect the performance of the rotary actuator according to the external temperature change.
또한, 상기 회전형 구동기에 구비되는 자성체의 무게는 상기 회전형 구동기의 회전력과 운동에너지에 영향을 미치지 않으므로 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 상기 회전형 구동기의 무게에 비해 1 내지 1000 배 무거운 자성체를 성치하고 구동하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 자성체의 무게에 상관없이 상기 회전형 구동기는 온도변화에 따라서 같은 회전력과 운동에너지를 제공한다.The weight of the magnetic body included in the rotatable actuator does not affect the rotational force and the kinetic energy of the rotatable actuator. Therefore, the weight of the magnetic body is preferably 1 to 1000 times larger than the weight of the rotatable actuator. And it is preferable to drive it. Specifically, regardless of the weight of the magnetic body, the rotative actuator provides the same rotational force and kinetic energy according to the temperature change.
다만, 상기 회전형 구동기에 구비된 자성체의 무게가 증가하게 되면 회전속도가 감소하나, 풀리고 꼬이는 주기는 길어지게 되므로, 결국 최종 회전력과 운동에너지는 작은 무게의 자성체가 구비된 상기 회전형 구동기와 동일하다. 따라서 본 발명의 회전형 구동기의 상술한 특성을 이용하면, 상기 자성체의 무게를 조절함으로써, 상기 회전형 구동기의 회전주기를 가열 냉각 주기에 맞게 제어할 수 있다는 장점이 존재한다.However, as the weight of the magnetic body provided in the rotative actuator increases, the rotation speed decreases but the relaxed and twisted period becomes longer. Thus, the final rotational force and kinetic energy are the same as those of the rotative actuator Do. Therefore, by using the above-described characteristics of the rotary actuator of the present invention, there is an advantage that the rotation period of the rotary actuator can be controlled according to the heating and cooling cycle by adjusting the weight of the magnetic body.
또한, 상기 회전형 구동기는 단위길이당 낼 수 있는 운동에너지가 일정하기 때문에, 오히려, 길게 만들면 더 큰 에너지를 얻을 수 있다. 따라서 상기 회전형 구동기의 전체길이를 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 0.5 내지 50 ㎝일 수 있고, 바람직하게는 2 내지 30 ㎝일 수 있다. 다만, 상기 회전형 구동기의 회전속도는 에너지의 제곱근에 비례하므로, 상기 회전형 구동기의 길이가 15 cm를 초과하게 되면 에너지는 길이에 비례하여 계속 증가하나, 속도의 증가량은 크지 않다. 그러나 상기 회전형 구동기는 다양한 장치 및 의복 등의 분야에 사용이 가능하므로, 요구되는 장소 또는 목적에 따라 길이를 적절히 선택하는 것이 가장 바람직하다.
In addition, since the kinetic energy that can be generated per unit length of the rotary actuator is constant, a larger energy can be obtained by making it longer. Therefore, the total length of the rotary actuator is not particularly limited, but may be preferably 0.5 to 50 cm, and preferably 2 to 30 cm. However, since the rotational speed of the rotary actuator is proportional to the square root of the energy, when the length of the rotary actuator exceeds 15 cm, the energy continuously increases in proportion to the length, but the increase in the speed is not large. However, since the rotatable type driver can be used in various fields such as apparatuses and clothes, it is most preferable to appropriately select the length according to the required place or purpose.
또한, 본 발명은 상기 회전형 구동기 2 가닥을 이용하여 2-플라이 구조를 특징으로 하는 회전형 구동기를 제공한다. 상기 회전형 구동기 2 가닥으로 이루어진 2-플라이 구조를 가지고, 한 가닥처럼 거동하는 것을 특징으로 한다. 이러한, 2-플라이 구조의 회전형 구동기는 꼬이는 방향에 따라 다양한 구조를 가질 수 있다.In addition, the present invention provides a rotatable actuator characterized by a two-ply structure using the two rotatable actuators. And has a two-ply structure composed of two rotatable actuators, and behaves like one strand. Such a two-ply rotary type actuator can have various structures according to the twisted direction.
즉, 상기 회전형 구동기 2 가닥을 2-플라이 구조로 꼬일 때, 상기 각 회전형 구동기가 갖는 꼬임 혹은 비틀림 방향과 반대 방향으로 2 가닥을 꼬아 2-플라이 구조를 형성한다.That is, when twisting the two rotatable actuators in a two-ply structure, the twin strands are twisted in a direction opposite to the twisting or twisting direction of each of the rotatable actuators to form a two-ply structure.
보다 구체적으로 상기 회전형 구동기 2 가닥이 키랄성의 S형 구조인 경우, Z형으로 꼬아 2-플라이 구조를 형성하면 SZ 꼬임 형태를 가질 수 있고, 상기 회전형 구동기 2 가닥이 키랄성의 Z형 구조인 경우, S형으로 꼬아 2-플라이 구조를 형성하면 ZS 꼬임 형태를 가질 수 있다. 이러한, 각 회전형 구동기의 꼬임 또는 비틀림 방향과 반대 방향으로 상기 회전형 구동기 2 가닥을 꼬아 2-플라이 구조를 형성하게 되면, 구조가 풀어지지 않고 장기간 유지되는 수명특성이 향상된다.More specifically, when the
도 20은 본 발명에 따른 2-플라이 구조의 회전형 구동기 중에서 2-플라이 구조의 회전형 구동기 중심(joint)을 기점으로 SZ 꼬임 형태와 ZS 꼬임 형태를 모두 갖는 2-플라이 구조의 회전형 구동기의 실제모습을 촬영하여 나타낸 사진이다. 상기 도 20은 2-플라이 구조의 회전형 구동기의 일예로, 상기 2-플라이 구조의 회전형 구동기의 구조가 이에 제한되지 않는다.
FIG. 20 is a view showing a two-ply structure of a rotatable type actuator of a two-ply structure according to the present invention, with a SZ twisted structure and a ZS twisted structure starting from a rotatable actuator center It is the photograph which photographs the actual state. 20 is an example of a two-ply structure rotary actuator, and the structure of the two-ply structure rotary actuator is not limited thereto.
<에너지 하베스팅 장치><Energy harvesting device>
본 발명의 다른 측면은 상기 온도변화에 의해 수축 또는 팽창하는 회전형 구동기를 사용하여 열에너지를 전기에너지로 전환할 수 있는 에너지 하베스팅 장치에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to an energy harvesting apparatus capable of converting heat energy into electrical energy using a rotatable type drive machine that contracts or expands due to the temperature change.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 실제 모습이다.FIG. 2A is a sectional view showing the configuration of an energy harvesting apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is an actual view of the energy harvesting apparatus according to the first embodiment of the present invention.
상기 도 2a 및 도 2b를 참조하여, 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 구체적으로 설명하면, 온도변화에 의해 수축·팽창하는, 상기 회전형 구동기(110); 상기 회전형 구동기(110) 내부에 위치하고, 상기 구동기(110)가 회전함에 따라 회전하는, 적어도 하나 이상의 자성체(120); 및 상기 회전형 구동기(110)와 이격되어 배치되며, 상기 자성체(120)가 회전하면서 내부를 통과하는 자속이 변하여 전기에너지(자기력, 전류)를 생성하는 적어도 하나의 코일(130)을 포함한다.Referring to FIGS. 2A and 2B, the energy harvesting apparatus according to the first embodiment will be described in detail. The energy harvesting apparatus according to the first embodiment includes: the
본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치는 자성체(120)와 코일(130) 사이의 상대적인 운동에 의해 전류가 유도되는 패러디(faraday) 전자 유도작용을 이용하여 온도 변화에 따라 발생하는 구동기(110)의 기계적 에너지를 전기 에너지로 발생시키는 장치에 관한 것으로, 상기 상술한 바와 같은 구조를 갖는 구동기(110)는 내부에 자성체(120)를 포함하고 있고, 상기 구동기(110) 내에 포함된 자성체(120)와 이격되어 배치된 코일(130)을 포함하는 에너지 하베스팅 장치는, 온도가 변화함에 따라 구동기(110)가 수축·팽창하면서 회전하여, 정지된 코일(130) 극성과 회전하는 자성체(120)의 극성이 상호 교차되면서 전기가 발생되게 된다. 이때, 상기 구동기(110)는 상단부(140)와 하단부(150)가 고정되어 있을 수도 있고, 상단부(140) 및 하단부(150) 중에서 어느 하나만이 고정될 수 있다. 이때, 상기 고정되지 않은 다른 말단은 위치변동지지대(151)를 더 포함할 수 있다.The energy harvesting apparatus according to the present invention uses a faraday electromagnetic induction operation in which a current is induced by the relative movement between the
상기 위치변동지지대(151)는 일반적으로 구동기(110)의 하단부 말단에 구비되어 상기 구동기(110)의 선형 변위(translational displacement)는 허용하고, 회전을 방지하여, 보다 안정적인 회전운동을 구동기에 제공한다. 즉, 위치변동지지대(151)는 상기 구동기(110)에 길이방향으로 스트레스를 가하여 길이 변화와 인장을 유도하여 외부 온도 변화에 따라 변형이 용이한 구조로 만들어 준다. 또한, 온도 변화시 발생하는 구동기(150)의 회전을 위치변동지지대(151)는 풀림을 방지하고 자성체의 큰 회전력 발생을 유도한다.The position variation support 151 is generally provided at the lower end of the
주지하는 바와 같이, 코일(130)의 양 끝에 검류계를 연결하여 코일(130)을 고정하고, 자성체(120)를 움직이면 상기 자성체(120)의 움직임에 따라 코일(130) 속을 흐르는 자속량(자기장)의 크기가 변화되며, 이 자속량(자기장)의 변화에 의해 코일(130)에 전류가 유도되는 전자기 유도(electromagnetic induction)작용으로 전기가 발생되는 즉, 코일(130)이 극성과 자성체(120)의 극성이 상호 교차되면서 전기를 발생시키게 된다.The
상기 코일(130)은 보다 구체적으로, 도 2에 나타난 바와 같이, 구동기(110)의 일 측면에 소정의 거리만큼 이격되어 위치되어 있을 수 있다.More specifically, the
상기 자성체(120)는 영구자석이면 이에 제한되지 않으나, 본 실시예에서는 네오디윰 자성체를 사용한다. 또한, 상기 자성체(120)의 형태는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 막대 형태이거나 NS극이 좌우로 되어 있는 원기둥 형태일 수 있다.The
상기 자성체(120)의 무게는 상기 에너지 하베스팅 장치에서 회전형 구동기(110)의 온도변화에 따른 풀리고(uncoil) 다시 꼬이는(coil) 사이클의 주기를 조절하는데 있어서 중요한 요소이므로, 상기 자성체(120)는 상기 회전형 구동기(110) 보다 10 내지 1000 배인 것이 바람직하다. 상기 자성체(120)의 무게 범위를 벗어나게 되면, 상기 회전형 구동기(110)의 사이클 주기, 회전속도 및 회전수가 감소하게 되어 외부 온도변화에 대한 에너지 전환 효율이 상대적으로 감소하게 된다.Since the weight of the
상기 회전형 구동기의 길이는 1 내지 20 ㎝인 것이 바람직하다.The length of the rotative actuator is preferably 1 to 20 cm.
또한, 상기 자성체(120)와 코일(130) 간의 이격된 거리는 1 mm 인 것이 바람직한데, 상기 이격된 거리가 1 ㎜ 미만이면 코일에 의해 자성체의 회전력이 저하될 수 있다. 자성체의 자기장이 미치는 범위 안에서는 전기에너지를 유도 할 수 있지만 1 ㎜를 초과하게 되면 자성체(120)에 의해 코일(130) 내 자속변화를 유도함에 있어, 손실이 발생하므로 에너지 전환효율이 저하되는 문제가 발생한다.The spacing distance between the
본 발명의 에너지 하베스팅 장치에 온도에 따라 개폐되는 구성요소를 부가하여 파이프 등의 협소하면서 고온의 열이 일정하게 발생하는 장소나 일정한 따뜻한 바람이 발생하는 곳에 부착하기 극히 용이한 것이다.It is extremely easy to attach to the energy harvesting apparatus of the present invention by a component which is opened or closed according to temperature so that it can be adhered to a place where a narrow and high temperature heat such as a pipe is uniformly generated or where a warm wind is generated.
상기 에너지 하베스팅 장치는 개폐구가 구비된 판(170); 상기 개폐구의 열림과 닫힘을 발생시키는 상기 구동기에 연결된 핀(160);을 더 포함할 수 있고. 이러한 구조는 도 3에 보다 상세히 나타내었다.The energy harvesting apparatus includes a
상기 계폐구가 구비된 판(170)은 상기 회전형 구동기(110) 하단부(150) 말단에 위치하고, 상기 핀(160)은 상기 회전형 구동기 하단부(150)의 임의의 위치에 고정되어 있다.The
도면 3a에서 열이 상기 판(170)에 구비된 개폐구를 통하여 상기 회전형 구동기(110)를 가열하게 되면 상기 회전형 구동기(110)가 풀리는 방향으로 회전이 발생하게 된다. 이때, 상기 회전형 구동기(110)의 하단부(150)의 임의의 위치에 고정되어 있던 핀(160)이 회전을 하여 상기 개폐구를 통해 올라오던 열을 차단하게 되면 상기 회전형 구동기(110)는 주변온도가 내려감에 따라서 꼬이는 방향으로 회전하게 된다. 상기 회전형 구동기(110)의 회전수는 양끝(140, 150)을 기준으로 가운데로 갈수록 많은 회전수가 발생한다. 발생하는 회전수는 상기 핀(160)의 위치에 따라서 조절 할 수 있으며 상기 핀(160)의 무게는 상기 회전형 구동기(110)의 회전운동 및 토크에 영향을 주지 않는 가벼운 무게이면 이에 제한되지 않는다.
In FIG. 3A, when the heat is applied to the
이하, 제 2 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the energy harvesting apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 단면도(a)와, 위에서 바라본 모습(b) 및 측면에서 바라본 모습(c)을 촬영한 사진이다.FIG. 4 is a photograph of a sectional view (a) of the energy harvesting apparatus according to the second embodiment of the present invention, a view from above (b), and a view from the side (c).
본 발명의 제 2 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치는 상기 제 1 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치와 비교하여 전반적으로 유사하지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 구동기(210) 내에 포함된 자성체(220)를 감싸도록 설치되어 있다는 점에서 차이가 있다. 특히, 상기 자성체(220)는 3계 즉, 상기 구동기(210)에 구비된 자성체(220)와 소정의 거리만큼 이격되어 위치하면서, 상기 자성체(220)를 감싸며 구비된다.
The energy harvesting apparatus according to the second embodiment of the present invention is generally similar to the energy harvesting apparatus according to the first embodiment. However, as shown in FIG. 3, (220). Particularly, the
이하, 제 3 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the energy harvesting apparatus according to the third embodiment will be described with reference to Fig.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 측면에서 바라본 모습(a)이고, 위에서 바라본 모습(b) 및 시간에 따른 전압을 측정한 그래프(c)이다.FIG. 5 is a sectional view of an energy harvesting apparatus according to a third embodiment of the present invention, FIG. 6 is a side view (a) of the energy harvesting apparatus according to the third embodiment of the present invention, (b) and a graph (c) showing the measurement of the voltage with time.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치는 상기 제 1 및 제 2 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치와 비교하여 전반적으로 유사하지만, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 에너지 하베스팅 장치(300)에 구비된 상기 구동기(310)의 하단부(340) 및 상단부(350) 중 어느 하나가 고정되어 있고, 고정되어 있지 않은 말단은 위치변동지지대(351)가 설치되어 있는데, 이를 본 제 3 실시예에서는 자성체로 구비하였다는 점에서 차이가 있다.The energy harvesting apparatus according to the third embodiment of the present invention is generally similar to the energy harvesting apparatus according to the first and second embodiments. However, as shown in FIG. 4, the energy harvesting apparatus The lower end portion 340 and the
또한, 상기 자성체인 상기 위치변동지지대(351)를 감싸듯 둘러싸고 있는, 이격되어 배치된 코일(352)을 더 포함한다.Further, it further includes a
상기 에너지 하베스팅 장치가 기체 또는 액체에 의한 온도변화에 노출되면, 상기 에너지 하베스팅 장치 내에 포함되는 상기 회전형 구동기(310)의 수축 또는 팽창을 유발하여 수직(길이변화) 및 수평(회전력)으로 운동하게 된다. 이때, 상기 회전형 구동기(310)의 어느 한 말단에 구비된 상기 위치변동지지대(351)는 상기 회전형 구동기(310)의 길이변화에 따라 수직적 위치에너지 변화를 갖고, 이러한 상하(수직) 운동에 의해 상기 자성체로 구비된 위치변동지지대(351)가 움직이고, 이로 인해 상기 코일(352) 속을 흐르는 자속량(자기장)의 크기가 변화되며, 이 자속량(자기장)의 변화에 의해 코일(352)에 전류가 유도되는 전자기 유도(electromagnetic induction)작용으로 전기가 발생되는 즉, 코일(352)이 극성과 자성체(351)의 극성이 상호 교차되면서 전기를 발생시키게 되므로, 상기 위치변동지지대(351)의 위치에너지 변화를 전기에너지로 변환할 수 있다.When the energy harvesting apparatus is exposed to a temperature change due to a gas or a liquid, shrinkage or expansion of the
무게중심지지대(351) 자성체의 형태는 특별히 이에 제한되지 않지만, N극 S극이 아래 위로 있는 원기둥 형태의 자성체가 가장 바람직하다.
The center of
이하, 제 4 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치에 대해 도 7을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the energy harvesting apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to Fig.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치는 상기 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치와 비교하여 전반적으로 유사하지만, 도 6에 도시한 바와 같이, 온도변화에 의해 수축ㅇ팽창하는, 상기 회전형 구동기(410); 상기 회전형 구동기(410) 내부에 위치하고, 상기 구동기(410)가 회전함에 따라 회전하는, 적어도 하나 이상의 코일(420); 및 상기 회전형 구동기(410)와 이격되어 배치되며, 상기 코일(420)이 회전하면서 내부를 통과하는 자속이 변하여 전기에너지(자기력, 전류)를 생성하는 적어도 하나의 자성체(430)를 포함한다는 점에서 차이가 있다.The energy harvesting apparatus according to the fourth embodiment of the present invention is generally similar to the energy harvesting apparatus according to the first to third embodiments. However, as shown in FIG. 6, Expanding, the
상기 자성(430)은 영구자석이면 특별히 이에 제한되지 않으나, 보다 바람직하게는 N, S 극을 갖는 막대형이거나, N 극의 자석과 S 극의 자석이 상기 회전형 구동기(410)를 중심으로 좌우에 설치되고, 상기 코일(420)과 이격되어 배치될 수 있다.
The
본 발명의 또 다른 측면은 가로축으로 고정되어 있고, 온도변화에 의해 수축 또는 팽창하는 회전형 구동기를 사용하여 열에너지를 위치에너지로 전환하고, 이를 다시 전기에너지로 전환하는 제 5 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치에 관한 것이다 이하, 제 5 실시예에 따른에너지 하베스팅 장치에 대해 도 21을 참조하여 설명한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided an energy harvester according to the fifth embodiment for converting thermal energy into position energy using a rotatable type driver that is fixed in a horizontal axis and contracts or expands due to a temperature change, The energy harvesting apparatus according to the fifth embodiment will now be described with reference to FIG.
도 21은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.FIG. 21 is a sectional view showing a configuration of an energy harvesting apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
상기 도 21을 참조하여, 제 5 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치를 구체적으로 설명하면, 양 말단이 가로축으로 고정되어 있고, 온도변화에 의해 수축 또는 팽창하는, 회전형 구동기(510); 상기 회전형 구동기(510) 내의 중앙 지점에 구비된 승강수단(520); 상기 승강수단(520) 하부에 구비되고, 상기 승강수단(520)과 연결되어, 상기 회전형 구동기(510)가 회전함에 따라 위치변동을 갖는, 적어도 하나 이상의 자성체(530); 상기 자성체(530)의 상하이동에 의해 전계를 발생시키는 적어도 하나 이상의 코일(540)을 포함한다.Referring to FIG. 21, the energy harvesting apparatus according to the fifth embodiment will be described in detail. The energy harvesting apparatus includes: a
제 5 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치는 온도 변화에 따라 발생하는 상기 회전형 구동기(510)의 회전 에너지를 상기 승강수단(520)를 이용하여 위치에너지로 전환하고, 이를 상기 자성체(530)와 코일(540) 사이의 상대적인 운동에 의해 전류가 유도되는 패러디(faraday) 전자 유도작용을 이용하여 전기 에너지로 발생시킬 수 있다.The energy harvesting apparatus according to the fifth embodiment converts the rotational energy of the
다만, 상기에서 상기 자성체(530)의 위치에너지를 전기에너지로 바꾸는 코일(540)과 같은 수단이 포함되지 않아도, 열에 의해 구동되는 상기 회전형 구동기(510)에서의 회전 에너지를 위치에너지와 같은 유용한 일로 전환할 수 있다. 그러나, 본 발명에서의 일 예로, 상기 회전형 구동기(510)가 가로축으로 고정되어 있고, 이로부터 상기 자성체(530)와 상기 코일(540)을 더 구비하여 전기에너지를 발생시키는 에너지 하베스팅 장치에 대해 설명하고자 한다.However, even if a means such as the
다시 말해, 상기 제 5 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치는, 온도가 변화함에 따라 상기 회전형 구동기(510)가 수축ㅇ팽창하면서 회전하게 되고, 이에 따라, 상기 회전형 구동기(510)의 중앙 지점에 연결되어 있는 승강수단(520)이 회전함에 따라 상기 승강수단(520)과 연결된 상기 자성체(530)가 상하이동(세로축 방향 이동)을 한다. 이는 열 에너지가 본 발명에 따른 회전형 구동기에 의해서 기계적(회전, 위치) 에너지로 전환됨을 의미한다.In other words, in the energy harvesting apparatus according to the fifth embodiment, as the temperature changes, the
상기 자성체(530)의 상하이동에 의해, 상기 자성체(530)과 코일(540)의 상대적인 운동에 의해 상기 코일(540)을 통과하는 자속의 변화가 유도되어 전기 에너지를 발생시키는 것을 특징으로 한다.The relative movement of the
상기 코일(540)은 상기 자성체(530)의 상하이동에 의해 전계를 발생시킬 수 있는 위치라면 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 상기 자성체(530)의 상면, 하면, 측면에 구비되거나, 상기 자성체(530)의 측면을 둘러싸는 원통형 구조일 수 있다.The
상기 자성체(530)의 측면을 둘러싸는 원통형 구조이면, 상기 자성체(530)의 상하이동시 상기 자성체(530)와 고정되어 있는 상기 원통형 코일(540) 간 상대적인 운동이 발생하여 상기 코일(540)을 통과하는 자속의 변화를 유도하므로, 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.A relative movement between the
상기 승강수단(520)은 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 도르레일 수 있다.The elevating means 520 is not particularly limited, but may be a pulley.
상기 자성체(530)의 상하이동 거리, 즉, 세로축 방향 위치 변동 거리는 0.1 내지 3 ㎝인 것이 바람직하다.The vertical moving distance of the
상기 자성체(530)는 영구자석이면 특별히 이에 제한되지 않으나, 보다 바람직하게는 N, S 극을 갖는 막대형이거나, 원통형일 수 있다.
The
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the scope and content of the present invention can not be construed to be limited or limited by the following Examples. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. It is natural that it belongs to the claims.
제조예Manufacturing example 1 내지 4. 회전형 1 to 4. Rotation type 구동기Driver
나일론 6,6 섬유 전구체의 한쪽 끝은 모터에 붙이고 다른 끝은 일정한 힘을 가하고 회전이 풀림을 방지하기 위하여 막대기를 연결하여 고정하였다. 꼬는 동안 가해지는 힘은 회전형 구동기의 비틀림 각도나 스프링 지수에 영향을 준다. 가하는 힘은 10 MPa에서 40 MPa 사이이다. 상기 실시예는 26 MPa의 힘을 가하여 만들어 졌으며 구동기의 비틀림 각도는 45ㅀ이고 스프링 지수는 1.14이다. 만들어진 구동기는 진공에서 210 ℃로 2시간동안 열처리를 통하여 제조하였다. 상단부와 하단부가 다른 구조를 만들때는 가운데를 고정하여 상단부를 Z형태로 꼬고 하단부를 S형태로(혹은 반대로) 꼬아서 제조하였다.One end of the
다만, 상기 나일론 6,6 섬유가 비틀리고, 꼬이는 구조 등을 달리하여 총 네 가지 형태의 회전형 구동기를 제조하였다.However, four types of rotatable actuators were manufactured by varying the twisted and twisted structure of the
상단부와 하단부 모두 키랄성 Z형으로 꼬아 만들 때, 코일이 형성되기 전까지 꼬아 만든 ZZ-N과 코일구조로 만든 ZZ-C구조가 있다. 그리고 상당부와 하단부가 다른 키랄성 Z형 S형이 같이 있는 ZS구조에서 코일이 형성되기 전까지 꼬아 만든 ZS-N과 코일구조로 만든 ZS-C구조가 있다.Both ZZ-N and ZZ-C structures are made of twisted ZZ-N and coil structures until the coil is formed when both the upper and lower ends are twisted into chirality Z-shape. And a ZS-C structure in which the ZS-N and the coil structure are twisted until the coil is formed in the ZS structure having the chiral Z-shape and the S-shape having the substantial part and the lower end.
대표적인 각기 다른 형태의 회전형 구동기를 아래 도 1에 보다 자세히 나타내었다.Representative different types of rotatable actuators are shown in greater detail in Figure 1 below.
보다 구체적으로 설명하면, 두 말단이 고정되어 있고, 비틀린 후, 상단부와 하단부 모두 키랄성 Z형으로 꼬인 형태를 갖는 구동기(ZZ-C)인 실시예 1, 하나의 말단만이 고정되어 있고, 키랄성 Z형 또는 키랄성 S형으로 꼬이는 단계를 거치지 않은 비틀린 구조만을 갖는 구동기(ZZ-N)인 실시예 2, 하나의 말단만이 고정되어 있고, 비틀린 후, 상단부와 하단부 모두 키랄성 Z형으로 꼬인 형태를 갖는 구동기(ZZ-C)인 실시예 3 및 두 말단이 고정되어 있고, 비틀린 후, 상단부는 키랄성 Z형으로 꼬이고, 하단부는 키랄성 S형으로 꼬인 형태를 갖는 구동기(ZS-C)인 실시예 4를 제조하였다.More specifically, Example 1, in which the two ends were fixed and twisted, and the upper and the lower portions were both twisted in the chirality Z-shape, were only fixed at one end, and the chirality Z (ZZ-N) having only a twisted structure which is not subjected to a step of twisting into a chiral type or a chiral S shape, and only one end is fixed, and after being twisted, both the upper and lower ends are twisted into a chiral Z- Example 3 which is a driver ZZ-C and Example 4 which is a driver (ZS-C) having two ends fixed and twisted, twisted to a chiral Z shape at the upper end and twisted to a chiral S shape at the lower end .
상기 비틀린 구조를 형성할 때 인가된 회전수(turns)는 최종 근육 길이를 나누어 계산하였고, turns/m로 표기하였으며, 이는 아래 수학식 2로부터 계산한다. 상기 편향각(bias angle)은 비틀린 나일론 6,6 섬유의 표면으로부터 관찰ㅇ기록하였다.The turns applied when forming the twisted structure were calculated by dividing the final muscle length and denoted by turns / m, which is calculated from
[수학식 2]&Quot; (2) "
상기 식에서,In this formula,
r은 섬유 중앙으로부터의 반경(radial distance)을 나타내고, T는 초기 섬유 길이에 비해 얼마나 회전을 시켰는가를 나타낸다.
r represents the radial distance from the center of the fiber, and T represents how much it rotates compared to the initial fiber length.
제조예Manufacturing example 5. 에너지 5. Energy 하베스팅Harvesting 장치 Device
본 발명의 회전형 구동기를 이용하여, 열에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 에너지 하베스팅 장치를 고안하였다. 이의 구조를 도 2a 내지 도 2c에 보다 자세히 나타내었다.An energy harvesting device capable of converting thermal energy into electric energy has been devised by using the rotary actuator of the present invention. Its structure is shown in more detail in Figures 2a to 2c.
제조예 1로부터 제조된 회전형 구동기의 두 말단이 고정되어 있고, 상기 회전형 구동기의 중앙에 자성체가 위치한다. 상기 구동기와 이격되어 배치된 코일은 상기 구동기에 구비된 상기 자성체와 1 mm 떨어져 위치하도록 배치하여 에너지 하베스팅 장치를 제조하였다. 이때, 상기 코일을 오실로스코프와 연결하였고, 상기 코일은 일반 시계에 사용되는 것을 이용하였다.Two ends of a rotatable actuator manufactured in Production Example 1 are fixed, and a magnetic body is positioned at the center of the rotatable actuator. And the coil spaced apart from the driver was disposed at a distance of 1 mm from the magnetic body provided in the driver to fabricate an energy harvesting apparatus. At this time, the coil was connected to an oscilloscope, and the coil used for a general watch was used.
상기 제조예 1로부터 제조된 구동기는 인접한 공기의 온도가 증가 또는 냉각됨에 따라, 상기 구동기의 꼬임 구조가 풀어지고 다시 감기는 반복적인 행동으로 인해 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하게 되고, 이로 인해 유도된 자성체 회전을 통해, 코일 속을 흐르는 자속을 변화시켜 유도된 시간에 따른 전압을 코일에 연결된 오실로스코프로 측정하였다. 상기 측정된 그래프에서 시간에 따른 전압신호의 피크 수는 구동기의 회전수(회전 각)를 나타내고, 회전속도(rpm)는 주파수(frequency, Hz)를 이용한 계산을 통해 알아낼 수 있다.
As the temperature of the adjacent air is increased or cooled, the actuator manufactured according to Production Example 1 is rotated in a clockwise or counterclockwise direction due to repetitive actions of unwinding and rewinding the twisted structure of the actuator, And the induced voltage was measured with an oscilloscope connected to the coil by varying the magnetic flux flowing through the coil through the rotating magnetic body. In the measured graph, the peak number of the voltage signal with respect to time indicates the number of revolutions (rotation angle) of the driver, and the rotation speed (rpm) can be obtained through calculation using the frequency (Hz).
제조예Manufacturing example 6. 에너지 6. Energy 하베스팅Harvesting 장치. Device.
상기 코일이 일면에 설치된 제조예 5와는 달리, 상기 구동기의 중앙에 구비된 자성체와 1 ㎜의 거리를 두면서, 전체적으로 감싸도록 코일이 설치된 것을 제외하고는 상기 제조예 5와 동일하게 에너지 하베스팅 장치를 제조하였다. 이의 구조는 하기 도 4에 보다 자세히 나타내었다.
Unlike Production Example 5 in which the coil was provided on one surface, an energy harvesting apparatus was manufactured in the same manner as in Production Example 5, except that a coil was installed so as to surround the magnetic body at a distance of 1 mm from the magnetic body provided at the center of the drive unit. . Its structure is shown in more detail in FIG.
본 발명에 따른 회전형 구동기에서 비틀림만(twist) 있는 구조와 꼬인(coil) 형태를 갖는 구조의 차이를 확인 위하여, SEM으로 촬영하였으며, 이를 도 8에 나타내었다.In order to confirm the difference between the twisted structure and the coiled structure in the rotary actuator according to the present invention, it was photographed by SEM, which is shown in FIG.
도 8a는 섬유를 10,000 turns/m로 꼬아 제조된 비틀린(twist) 구조의 회전형 구동기의 구조이고, 이때, 상기 회전형 구동기는 나일론 6,6이고, 26 MPa 인장력으로 제조되었으며, 상기 회전형 구동기가 꼬이기(coil) 이전의 직경은 29 ㎛이고, 비틀린 각도는 45 °이다.8A is a structure of a twist type rotator manufactured by twisting fibers at 10,000 turns / m, wherein the rotatable type driver is
도 8b는 키랄성 Z형 또는 키랄성 S형으로 꼬인(coil) 구조로, 섬유를 56,000 turns/m으로 꼬아서 제조하였으며, 이때 외각 직경은 62 ㎛이고, 스프링 지수(spring index)는 1.14이다.
FIG. 8b shows a chiral Z-shaped or chiral S-shaped coil structure. The fibers were twisted at 56,000 turns / m, with an outer diameter of 62 占 퐉 and a spring index of 1.14.
도 9는 온도 변화에 따른 회전형 구동기의 회전속도 및 회전수(회전각)를 측정하기 위해, 제조예 5로부터 제조된 에너지 하베스팅 장치로부터 측정된 시간에 따른 온도, 전압 및 회전수를 나타낸 그래프이다. 상기 에너지 하베스팅 장치에는 제조예 1로부터 제조된 구동기(ZZ-C)를 이용하였고, 회전형 구동기 근처 공기의 온도변화를 측정하기 위해 열전대(Thermocouple)를 설치하였다.9 is a graph showing the temperature, the voltage and the number of revolutions according to the time measured from the energy harvesting apparatus manufactured in Production Example 5, in order to measure the rotational speed and the rotational speed (rotational angle) to be. A thermocouple was installed in the energy harvesting apparatus using the actuator (ZZ-C) manufactured in Production Example 1 and measuring the temperature change of the air near the rotative actuator.
도 9를 참조하면, 구동기 주위 온도변화가 클 때, 전압 및 회전수가 증가한다는 것을 알 수 있다.
Referring to FIG. 9, it can be seen that the voltage and the number of revolutions increase when the ambient temperature change of the driver is large.
도 10a는 온도변화에 따른 제조예 1, 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZZ-C, ZS-C)의 회전속도를 나타낸 그래프이고, 도 10b는 인장 정도에 따른 제조예 1, 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZZ-C, ZS-C)의 회전속도를 나타낸 그래프이며, 도 10c는 자성체의 관성 모멘트에 따른 제조예 1, 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZZ-C, ZS-C)의 회전속도를 나타낸 그래프이며, 도 10d는 가열ㅇ냉각 사이클 수에 따른 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 회전속도를 나타낸 그래프이다. 이때, 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)는 27 ㎛의 직경을 갖고, 전체 길이가 95 ㎜인 것을 사용하였다. 상기 도 10a에서 빈 도형은 온도에 따른 회전각에 대한 그래프이고, 내부가 채워진 도형은 온도에 따른 회전속도에 대한 그래프이다.10A is a graph showing the rotation speeds of the actuators (ZZ-C, ZS-C) manufactured in Production Example 1 and Production Example 4 according to the temperature change, 10C is a graph showing the rotation speeds of the actuators ZZ-C and ZS-C manufactured according to the manufacturing examples 1 and 4 according to the moment of inertia of the magnetic body. FIG. 10D is a graph showing the rotation speed of the actuator ZS-C manufactured in Production Example 4 according to the number of cooling cycles. At this time, the actuator (ZS-C) manufactured in Production Example 4 had a diameter of 27 mu m and an overall length of 95 mm. FIG. 10A is a graph of a rotation angle according to temperature, and FIG. 10B is a graph showing a rotation speed according to temperature.
도 10을 참조하면, 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)는 하단부와 상단부가 반대구조로 되어 있어 풀리고 꼬일 때 방해가 되지 않아서 구동기를 전체적으로 가열 되었을 때 구동이 가능하다. 이 구동기(ZS-C)는 반만 가열되어 구동하는 ZZ-C에 비하여 2배의 회전속도, 회전수 및 에너지를 가진다.(도 10a)Referring to FIG. 10, the actuator ZS-C manufactured in Production Example 4 has a structure in which the lower end portion and the upper end portion are opposite to each other and is not disturbed when the actuator is twisted and twisted, so that the actuator can be driven when the actuator is entirely heated. The driver ZS-C has a rotation speed, a rotation number and energy twice that of the ZZ-C which is driven by a half-heating operation (Fig. 10A).
가열된 부분이 전체 또는 부분이냐를 고려하였을 때, 가열된 상기 구동기의 무게 혹은 길이에 대해서 ZZ-C 및 ZS-C 구동기들은 결국 유사한 회전속도를 가지는 것으로 판단된다. Considering whether the heated part is whole or in part, the ZZ-C and ZS-C actuators are judged to have a similar rotational speed to the weight or length of the heated actuator.
두 말단이 고정된 상기 구동기(ZZ-C 및 ZS-C)들은 열적 팽창에 의해 구조적 변형이 일어나는데, 늘어난 코일 구조는 열에 의해서 수축을 하게 된다. 위치변동지지대를 이용하거나 양단을 고정하여 늘려서(stretch) 열에 대해서 구조적 변형이 용이하게 만들어 늘어난(stretch) 정도에 따라 회전속도를 측정한 결과(도 10b) 10 내지 15%일 때, 8 cm ZS-C 구동기는 최대 회전속도가 70,200 rpm이라는 것을 확인하였다. 늘어나지 않은 구동기는 열을 흡수하기 위한 표면적이 15% 늘어난 구동기에 비해 좁고, 열적 팽창으로 인해 코일과 코일사이에 마찰이 발생하므로, 15% 늘어난 구동기에 비해 낮은 회전속도를 나타낸다. 도 12의 결과는 늘리지 않은 구동기는 열에 대해서 수축하지 않고 팽창하는 것을 보여주고 회전속도가 작은 것을 보여주어 이를 뒷받침하다.The actuators ZZ-C and ZS-C having both ends fixed are subjected to structural deformation due to thermal expansion, and the stretched coil structure contracts due to heat. (Fig. 10B) of 10 to 15% depending on the degree of stretching and the degree of stretching by using a position change support or by stretching the both ends of the ZS- C driver confirmed that the maximum rotation speed was 70,200 rpm. The non-stretched actuator is narrower than the actuator with a 15% increase in surface area for absorbing heat and exhibits a lower rotation speed than the actuator with 15% increase due to the thermal expansion between the coil and the coil. The results in Fig. 12 show that the unstretched actuator expands without shrinking with respect to heat, and supports that by showing that the rotation speed is small.
제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 중앙에 위치한 자성체의 무게에 따른 관성 모멘트에 의한 회전속도 및 회전토크를 측정한 결과(도 10c), 자성체의 무게에 따라 회전토크는 일정하나, 속도는 점차 감소하는 것을 확인하였다. 즉, 상기 구동기의 자성체 무게를 조절함으로써, 상기 구동기의 회전속도를 제어할 수 있다는 것을 알 수 있다.The rotation speed and the rotation torque due to the moment of inertia according to the weight of the magnetic body located at the center of the actuator ZS-C manufactured in Production Example 4 were measured (FIG. 10C). The rotation torque was constant according to the weight of the magnetic body, The speed was found to decrease gradually. That is, it can be seen that the rotational speed of the actuator can be controlled by controlling the weight of the magnetic body of the actuator.
상기 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)는 질량이 238 ㎍으로, 이의 회전토크는 아래 수학식 3에 의해서 187 nN·m과 0.77 mP·m/㎏로 계산되었다.The mass of the actuator (ZS-C) prepared in Production Example 4 was 238 쨉 g, and the rotation torque thereof was calculated as 187 nN 揃 m and 0.77 mP m / kg by the following equation (3).
[수학식 3]&Quot; (3) "
τ=I·aτ = I · a
상기 식에서,In this formula,
a는 자성체의 초기 가속도이고, I는 자성체의 관성 모멘트이고, 이는 아래 수학식 4에 의해 계산되었다.a is the initial acceleration of the magnetic body, I is the moment of inertia of the magnetic body, which is calculated by the following equation (4).
[수학식 4]&Quot; (4) "
I=1/4MR2+1/12ML2 I = 1 / 4MR 2 + 1 / 12ML 2
상기 식에서,In this formula,
M은 자성체 질량이고, R은 자성체의 반지름, L은 자성체의 길이이다.M is the mass of the magnetic body, R is the radius of the magnetic body, and L is the length of the magnetic body.
이때, 회전각은 자성체의 무게에 상관없이 회전각이 유지되는데, 이는 자성체의 무게가 상기 회전형 구동기를 통해 열에너지가 회전력으로 전환되는데 영향을 미치지 않고 있음을 나타내고 있으며, 이러한 자성체의 무게는 단지 꼬인 구조가 가열과 냉각에 의해 풀리고 다시 꼬이는 하나의 사이클 시간, 즉 간격을 조절할 수 있다.At this time, the rotation angle maintains the rotation angle irrespective of the weight of the magnetic body, which indicates that the weight of the magnetic body does not affect the conversion of the thermal energy to the rotational force through the rotary actuator, The cycle time, that is, the spacing, at which the structure is unwound and refolded by heating and cooling, can be controlled.
상기 도 10d의 결과를 통해 가열·냉각 사이클 수와 회전 액츄에이션 주기가 유사하다면 본 발명의 구동기는 회전속도 및 회전각 등의 감소가 거의 나타나지 않는다는 것을 확인하였다.If the number of heating and cooling cycles is similar to the rotational actuation cycle through the results of FIG. 10D, it is confirmed that the rotational speed and rotational angle of the actuator of the present invention hardly decreases.
즉, 상기 도 10c와 도 10d의 결과로부터 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 지속적인 안정성을 위해서는 상기 구동기에 비해 24배 무거운 무게를 갖는 자성체를 구비하면 300,000 사이클 동안 안정적이고 연속적인 회전속도를 갖도록 할 수 있다는 것을 확인하였다.
10C and 10D, for the continuous stability of the actuator ZS-C manufactured in Production Example 4, if a magnetic substance having a weight 24 times larger than that of the actuator is provided, stable and continuous rotation It is confirmed that it can be made to have a speed.
도 11은 본 발명에 따른 다양한 구조를 갖는 구동기(ZS-C, ZS-N, ZZ-C, ZZ-N)의 온도에 대한 회전속도를 비교한 결과를 나타낸 그래프이다. 이때, 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)와, 두 말단이 고정되어 있고, 키랄성 Z형 또는 키랄성 S형으로 비틀린 구조만을 갖는 구동기(ZS-N)와 제조예 1로부터 제조된 구동기(ZZ-C), 제조예 2로부터 제조된 구동기(ZZ-N)를 사용하였다. 또한, 상기 구동기들은 늘어난 정도(stretched (%))와 상기 구동기의 위치변동지지대(151)의 무게(with load (g))를 달리하여 제조하였다.11 is a graph showing the results of comparing rotational speeds with respect to temperatures of actuators ZS-C, ZS-N, ZZ-C, and ZZ-N having various structures according to the present invention. At this time, a driver (ZS-C) manufactured from Production Example 4, a driver (ZS-N) having only a structure having two terminals fixed and chirped into a chiral Z or chiral S, ZZ-C) and the actuator (ZZ-N) manufactured in Production Example 2 were used. Also, the actuators were manufactured by varying the stretched (%) and the weight (with load (g)) of the position variation support 151 of the actuator.
상기 도 11을 참조하면, 전체적으로, 온도 증가에 따라 15% 늘어나 있고, 꼬인 구조를 갖는 구동기가 회전속도가 우수하였으며, 특히, 단순히 비틀린 구조만 갖는 경우, 위치변동지지대의 무게에 영향을 많이 받는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 11, when the temperature is increased by 15% as a whole, the actuator having a twisted structure has an excellent rotation speed. In particular, when the twisted structure is merely a twisted structure, Able to know.
또한, 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)는 다른 구조를 갖는 구동기들에 비해서 우수한 회전속도, 회전수를 갖는데, 상술한 바와 같이, 절반 가열되었을 때 회전하는 제조예 1로부터 제조된 구동기(ZS-C)보다 회전수 및 회전속도가 두 배 더 우수하다는 것을 확인할 수 있다.
Further, the actuator (ZS-C) manufactured in Production Example 4 has an excellent rotation speed and rotation speed as compared with actuators having other structures. As described above, the actuator (ZS-C) manufactured from Production Example 1, (ZS-C), the rotation speed and rotation speed are two times better.
도 12는 구동기 아래 부분에 위치한 위치변동지지대의 무게가 미치는 영향을 확인하기 위하여, 각기 다른 무게를 갖는 위치 변동지지대(1.2 g, 2.1 g, 3.1 g, 4.1 g)가 구비된 구동기(ZZ-C, 제조예 3)의 회전수와 인장거동(tensile actuation)을 시간에 따라 측정하여 나타낸 결과 그래프이다. 이때, 상기 위치변동지지대는 도 12a에서 추형태로 아래 부분에 표시된 것이고, 상기 각 구동기는 절반만 가열하였다.12 is a schematic view of a driver ZZ-C (Fig. 12) equipped with position-varying supports (1.2 g, 2.1 g, 3.1 g, 4.1 g) with different weights in order to check the effect of the weight of the position- , Production Example 3) in which the number of revolutions and tensile actuation were measured with time. At this time, the position variation support bar is shown in a bottom portion in the form of an arrow in Fig. 12A, and each of the actuators heated only half.
상기 도 12를 참조하면, 상기 위치변동지지대의 무게가 1.2 g일 때, 다른 위치변동지지대를 구비하였을 때에 비해 회전속도가 상당히 낮은 것을 확인하였다.
Referring to FIG. 12, it was confirmed that when the weight of the position change support is 1.2 g, the rotation speed is significantly lower than that of the other position change support.
도 13a는 20 % 늘어난 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 실제이미지이고, 도 13b는 부분적으로 꼬인 구조가 풀려있는 비가역적으로 변한 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 실제이미지이며, 도 13c는 15% 늘어난 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 온도가 증가함에 따라 회전각의 변화를 나타낸 그래프이다.13A is an actual image of the actuator ZS-C manufactured from Production Example 4 which is increased by 20%, and FIG. 13B is an actual image of the actuator ZS-C manufactured from Production Example 4 in which the partially twisted structure is released, And FIG. 13C is a graph showing the change of the rotation angle as the temperature of the actuator ZS-C manufactured from Production Example 4 increased by 15%.
도 13을 참조하면, 늘어난(stretch) 정도가 10 내지 15% 일 때가 가장 우수한 회전속도를 갖는 다는 것을 확인하였고, 15% 늘어난 구동기를 기준으로 온도가 90 ℃ 이상으로 증가하게 되면 구동기의 구조가 상기 도 10b와 같이 비가역적으로 변화한다는 것을 알 수 있다.
Referring to FIG. 13, it is confirmed that the best stretching speed is 10-15%, and that when the temperature is increased to 90 ° C or more on the basis of the 15% extended actuator, It can be seen that it irreversibly changes as shown in FIG. 10B.
도 14는 스프링 지수(spring index)가 본 발명의 구동기에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 늘어난(stretch) 정도에 따른 회전속도를 측정하여 비교한 결과 그래프로, 이에 따르면 1.14 스프링 지수를 갖는 구동기(ZS-C)는 1.4 스프링 지수를 갖는 구동기(ZS-C)에 비해 높은 회전속도를 갖는다는 것을 알 수 있다.
Fig. 14 is a graph showing the results of comparing the rotation speed according to the stretch degree of the actuator ZS-C manufactured in Production Example 4 in order to confirm the influence of the spring index on the actuator of the present invention In the graph, it can be seen that the actuator with a spring index of 1.14 (ZS-C) has a higher rotation speed than the actuator with a spring index of 1.4 (ZS-C).
도 15a는 습도에 따라 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 회전속도를 측정하여 나타낸 그래프로, 이에 따르면, 높은 습도(92.8%)에서 구동기의 회전속도가 80,640 rpm으로, 낮은 습도(42.3)에서 보다 12.87%로 더 증가하였다는 것을 알 수 있다.15A is a graph showing the rotation speed of the actuator ZS-C manufactured in Production Example 4 according to the humidity. According to this graph, the rotational speed of the actuator is 80,640 rpm at a high humidity (92.8% 42.3), which is higher than that of the control group.
도 15b는 42.3% 습도 조건 하에서, 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 전체 길이에 따른 회전속도를 측정하여 나타낸 그래프로, 이에 따르면, 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 회전속도는 길이에 비례하는 것을 알 수 있다. 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZZ-C) 또한, 회전속도는 길이에 비례하는 것을 알 수 있고 15 cm 에서 최대 140,000 rpm 까지 관찰하였다.
15B is a graph showing the rotation speed according to the entire length of the actuator ZS-C manufactured in Production Example 4 under a 42.3% humidity condition. According to this graph, the actuator ZS- Is proportional to the length. The actuator (ZZ-C) manufactured from Production Example 4 Also, the rotational speed was found to be proportional to the length and observed from 15 cm to a maximum of 140,000 rpm.
도 16a는 온도에 따른 제조예 1 및 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZZ-C, ZS-C)의 회전 에너지를 비교한 그래프이고, 도 16b는 각기 다른 직경을 갖는 구동기(ZS-C, 제조예 4)의 관성 모멘트에 따른 회전속도(닫힌 도형)와 회전 에너지(열린 도형)의 관계를 나타낸 그래프이며, 도 16c는 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 시간에 따른 온도 변화, 회전각 및 회전 에너지를 나타낸 그래프이며, 도 16d는 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)의 직경에 따른 회전 에너지와 회전속도와의 관계를 나타낸 그래프이다. 이때, 상기 구동기의 무게를 238 ㎍로 하였다.16A is a graph comparing the rotational energies of the actuators ZZ-C and ZS-C manufactured in Production Example 1 and Production Example 4 according to the temperature, and Fig. 16B is a graph comparing the rotational energies of the actuators ZS- FIG. 16C is a graph showing the relationship between the rotational speed (closed figure) and the rotational energy (open figure) according to the moment of inertia of the actuator ZS-C in Example 4, FIG. 16D is a graph showing the relationship between the rotation energy and the rotation speed according to the diameter of the actuator ZS-C manufactured in Production Example 4. FIG. At this time, the weight of the actuator was set to 238 쨉 g.
도 16을 참조하면, 절반만 가열된 제조예 1로부터 제조된 구동기(ZZ-C)는 11,900 W/㎏을 생성함을 알 수 있고, 이는 종래 전기모터보다 40 배 더 높고, CNT 섬유(71.9 W/㎏)보다 198 배 더 우수한 수치이다.16, it can be seen that the actuator (ZZ-C) manufactured from Production Example 1 heated to only half produces 11,900 W / kg, which is 40 times higher than conventional electric motors, and CNT fibers (71.9 W / Kg), which is 198 times better.
0.1 초 동안 가열된 공기에 의해서 온도변화량이 64 ℃였을 때, 직경에 따른 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)는 회전력이 관성 모멘트와 비례하여 증가함이 관찰되었고, 일정한 온도에서는 가열 시간에 따라 회전속도가 증가하였다.
It was observed that the rotational force was increased in proportion to the moment of inertia of the actuator (ZS-C) manufactured in Production Example 4 according to the diameter when the temperature change amount was 64 ° C by the air heated for 0.1 second, The rotational speed was increased.
도 17a는 구동기(ZS-C(제조예 4))와 비틀린 구조만을 갖는 형태의 구동기(ZS-N)를 전체적으로 가열하여 측정한 회전 에너지와 힘과의 관계를 비교한 그래프이고, 도 17b는 구동기(ZS-C(제조예 4))와 비틀린 구조만을 갖는 형태의 구동기(ZS-N)를 절반만 가열하여 측정한 회전 에너지와 힘과의 관계를 비교한 그래프이며, 도 17c는 구동기(ZZ-C(제조예 1))와 비틀린 구조만을 갖는 형태의 구동기(ZZ-N)를 절반만 가열하여 측정한 회전 에너지와 힘과의 관계를 비교한 그래프이며, 도 17d는 구동기(ZZ-C(제조예 1))와 비틀린 구조만을 갖는 형태의 구동기(ZZ-N)의 시간에 따른 온도변화, 회전각, 회전속도를 비교한 그래프이다. 이때, 도 17d는 27 ㎛ 직경을 갖는 15% 늘어난 제조예 1로부터 제조된 구동기(ZZ-C)를 사용하였고, 그래프 상에 흑색선으로 표기하였으며, 27 ㎛ 직경을 갖는 1.2 g 무게를 갖는 위치변동지지대 포함한 비틀린 구조만을 갖는 형태의 구동기(ZZ-N)를 사용하여, 상기 그래프 상에 적색 선으로 표기하였다.17A is a graph comparing the relationship between rotational energy and force measured by heating a driver (ZS-C (Manufacturing Example 4)) and a driver (ZS-N) having only a twisted structure, FIG. 17C is a graph comparing the relationship between the rotational energy and the force measured by heating only one half of the actuator ZS-N having the twisted structure with ZS-C (Manufacturing Example 4) 17D is a graph comparing the relationship between the rotational energy and the force measured by heating only one half of a driver ZZ-N having a twisted structure only with a driver ZZ-C (manufacturing example 1) Example 1) and a driver ZZ-N having only a twisted structure according to time. At this time, FIG. 17 (d) shows a driver (ZZ-C) manufactured from Production Example 1 having a diameter of 27 占 퐉 and a 15% increase and was indicated by a black line on the graph, Using a driver (ZZ-N) of the type having only a twisted structure including a support, this line is marked with a red line.
이를 참조하면, 두 말단이 고정된 코일 구조를 갖는 구동기가 다른 형태의 구조에 비해 더 높은 회전 에너지를 갖는다는 것을 알 수 있다. 다만, 두 말단이 고정된 꼬인 구조를 갖지 않고, 비틀린 구조만을 갖는 구동기는 다른 형태의 구조에 비해 회전 에너지가 낮지만 무게를 고려한다면 더 높다는 것을 확인하였다.
Referring to this, it can be seen that a driver having a coil structure having two fixed ends has higher rotational energy than other types of structures. However, it has been confirmed that the actuator having only twisted structure without twisted structure with two ends fixed is lower in rotational energy than other types of structures, but higher in weight.
도 18은 제조예 6으로부터 제조된 에너지 하베스팅 장치를 시연한 것으로, 상기 장치는 102 ㎛의 ZS-C 구조의 구동기(제조예 4)를 포함하고, 상기 3 개의 코일과 원기둥 형태의 네오디윰 자성체를 사용하여 제조하였다.FIG. 18 shows an energy harvesting apparatus manufactured from Production Example 6, which includes a drive unit of Production Example 4 having a ZS-C structure of 102 탆, and the three coils and the cylindrical neodymium magnetic body ≪ / RTI >
제조예 1로부터 제조된 구동기(ZZ-N)는 ZS-C보다 기계적인 힘과 에너지 밀도가 높지만, ZS-C보다 회전속도와 회전수가 작으므로, 본 장치에는 ZS-C를 사용하였다. 또한, 상기 장치는 높은 에너지 전환율을 갖도록 하기 위해 상기 실험들로부터 도출된 적절한 구동기의 직경과 자성체 무게를 적용하였다.The actuator (ZZ-N) manufactured from Production Example 1 has higher mechanical strength and energy density than ZS-C, but has a rotation speed and a smaller number of revolutions than ZS-C. The apparatus also applied the diameter of the appropriate actuator and the weight of the magnetic body, derived from the above experiments, in order to have a high energy conversion rate.
도 18b는 상기 도 18a의 장치의 3 개의 코일에 대응하는 시간에 따른 전압변화를 측정하여 나타낸 그래프로, 이에 따르면, 상기 장치에서 ZS-C 구동기의 회전속도는 3120 rpm이고, 최대 0.16 Vocv를 생성한다는 것을 확인하였다.FIG. 18B is a graph showing a voltage change over time corresponding to three coils of the apparatus of FIG. 18A. According to the graph, the rotation speed of the ZS-C driver in the apparatus is 3120 rpm and the maximum is 0.16 V ocv .
또한, 상기 장치로부터 에너지 전환효율을 계산하기 위해서 아래 수학식 5를 사용하였다.In order to calculate the energy conversion efficiency from the apparatus, the following equation (5) was used.
[수학식 5]&Quot; (5) "
상기 식에서,In this formula,
V는 생성된 전압이고, t1은 초기 시간, t2는 자성체가 멈춘 시간이다.V is the generated voltage, t 1 is the initial time, and t 2 is the time at which the magnetic body has stopped.
I는 관성모멘트이고, ω는 각 비틀림(twist)과 풀림(untwist)에서의 회전각속도이다.I is the moment of inertia, and ω is the rotational angular velocity at each twist and untwist.
상기 장치에 사용된 ZS-C 근육은 0.056 kJ/㎏을 생성하였고, 65 ℃의 온도변화량에서 62 μJ/㎝3을 생성하였다. 상기 장치의 회전 에너지로부터 획득된 전기에너지로 3개의 LED를 작동시킬 수 있다는 것을 확인하였다.(도 18d) 이는 상기 회전형 구동기를 이용한 장치는 그래핀 섬유를 사용한 것보다 더욱 우수한 성능을 갖는다는 것을 나타낸다.The ZS-C muscle used in the device produced 0.056 kJ / kg and produced 62 μJ / cm 3 at a temperature change of 65 ° C. It was confirmed that three LEDs could be operated with the electric energy obtained from the rotational energy of the device (Fig. 18d). This shows that the device using the rotative driver has better performance than using graphene fiber .
도 18d는 제조예 4로부터 제조된 구동기(ZS-C)가 0.3 초의 긴 시간동안 가열되었을 때, 꼬인 구조가 많이 풀렸으나, 더 큰 회전력으로 다시 꼬이게 된다는 것을 확인하였는데, 이는 상기 구동기에 남아있는 잔재열로 인해 탄성모듈러스가 낮아진 상태이기 때문이다.
18D shows that when the actuator ZS-C manufactured in Production Example 4 is heated for a long time of 0.3 seconds, the twisted structure is largely loosened, but is twisted again with greater rotational force, This is because the modulus of elasticity is lowered due to heat.
도 19는 온도에 따라 ZS-C 회전형 구동기의 비틀림 강성(torsional rigidity)과 비틀림 탄성계수(torsional modulus of elasticity)를 나타낸 그래프이다. 상기 회전형 구동기의 주위 온도가 증가될 때 보다, 낮아질 때 더 빠르게 초기상태로 되돌아오는 것을 관찰 할 수 있다. 도 19에 따르면 구동기의 온도가 올라갔을 때, 비틀림 탄성계수가 감소하는 것을 볼 수 있는데, 주위온도가 내려가 다시 구동기가 꼬이려 할 때, 구동기에 남아 있는 잠열에 의해 비틀림 탄성계수가 낮아서 더 빨리 돌아온다는 것을 알 수 있다.19 is a graph showing the torsional rigidity and the torsional modulus of elasticity of the ZS-C rotary actuator according to the temperature. It can be observed that the temperature returns to the initial state more quickly when the temperature is lower than when the ambient temperature of the rotary actuator is increased. According to Fig. 19, when the temperature of the actuator is increased, the torsional elastic modulus decreases. When the ambient temperature is lowered and the actuator is twisted again, the torsional elastic modulus is lowered due to the latent heat remaining in the actuator, .
Claims (23)
상기 섬유는 중앙을 기준으로 상단부와 하단부로 나뉘어지고,
상기 섬유의 상단부와 하단부는 어느 하나 이상이 고정되어져 있으며,
상기 상단부와 하단부의 섬유는 각각 독립적으로 키랄성의 Z형 또는 키랄성의 S형 구조로 비틀린(twist) 구조 또는 꼬인 형태(coil)를 갖되,
상기 상단부의 섬유가 키랄성 Z형 또는 키랄성 S형 구조 중 어느 하나이고, 상기 하단부의 섬유는 그 중 다른 하나인 것을 특징으로 하는 회전형 구동기.Twisted < / RTI > structures of single fibers or multifilaments manufactured in such a way that they rotate in the same or opposite directions,
The fibers are divided into an upper portion and a lower portion with respect to the center,
At least one of the upper end and the lower end of the fiber is fixed,
The fibers in the upper and lower ends may each independently have a twisted structure or a coil in a chiral Z-shaped or chiral S-shaped structure,
Wherein the fiber of the upper end portion is one of a chiral Z-shaped or chiral S-shaped structure, and the fiber of the lower end portion is another one of them.
상기 섬유는 나일론, 형상기억 폴리우레탄, 폴리에틸렌 및 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 회전형 구동기.The method according to claim 1,
Wherein the fiber is any one selected from the group consisting of nylon, shape memory polyurethane, polyethylene and rubber.
상기 회전형 구동기의 상단부와 하단부가 모두 고정되어 있으면 온도변화에 의해 발생하는 상기 회전형 구동기의 수축 또는 팽창으로 회전력을 갖는 것을 특징으로 하고,
상기 회전형 구동기의 상단부와 하단부 중 어느 하나만 고정되어 있으면 온도변화에 의해 발생하는 상기 회전형 구동기의 수축 또는 팽창으로 회전력 및 길이 변화를 갖는 것을 특징으로 하는 회전형 구동기.The method according to claim 1,
When the upper end and the lower end of the rotatable type actuator are both fixed, the rotatable type actuator has a rotational force due to contraction or expansion of the rotatable type actuator caused by a temperature change.
Wherein when either one of the upper end and the lower end of the rotary actuator is fixed, the rotary actuator has a rotational force and a length change due to shrinkage or expansion of the rotary actuator caused by a temperature change.
상기 비틀린 구조를 갖는 회전형 구동기는 편향각이 20 내지 60 °인 것을 특징으로 하는 회전형 구동기.The method according to claim 1,
Wherein the rotational type actuator having the twisted structure has a deflection angle of 20 to 60 degrees.
상기 회전형 구동기의 상단부와 하단부가 모두 고정되어 있는 경우, 상기 회전형 구동기는 고정되기 이전에 전체 길이에 대해 1 내지 25 % 인장된 후, 고정되는 것을 특징으로 하는 회전형 구동기.The method according to claim 1,
Wherein when the upper end and the lower end of the rotatable type actuator are both fixed, the rotatable type actuator is stretched by 1 to 25% with respect to the entire length before being fixed, and then fixed.
상기 회전형 구동기의 상단부와 하단부 중 어느 하나만 고정되어 있는 경우, 온도에 따른 길이 변화는 전체길이에 대해 5 내지 30%인 것을 특징으로 하는 회전형 구동기.The method according to claim 1,
Wherein when the rotary actuator is fixed at either the upper end or the lower end thereof, the change in length with temperature is 5 to 30% of the total length.
상기 회전형 구동기는 온도변화에 따라 100 내지 200,000 rpm의 회전속도를 갖는 것을 특징으로 하는 회전형 구동기.The method according to claim 1,
Wherein the rotary actuator has a rotation speed of 100 to 200,000 rpm according to a temperature change.
상기 회전형 구동기는 서로 같은 방향 혹은 반대방향으로 회전시키는 방식으로 제조된 비틀린(twist) 구조의 단일섬유 또는 다섬유를 포함하고, 상기 섬유는 중앙을 기준으로 상단부와 하단부로 나뉘어지고, 상기 섬유의 상단부와 하단부는 어느 하나 이상이 고정되어져 있으며, 상기 상단부와 하단부의 섬유는 각각 독립적으로 키랄성의 Z형 또는 키랄성의 S형 구조로 비틀린(twist) 구조 또는 꼬인 형태(coil)를 갖는 것을 특징으로 하는 2-플라이 구조의 회전형 구동기.A two-ply structure composed of two rotatable actuators, and behaves like one strand,
Wherein the rotating type actuator comprises a single fiber or multifilament of twisted structure made by rotating in the same or opposite direction to each other, the fiber being divided into an upper end portion and a lower end portion with respect to a center, Wherein at least one of the upper end portion and the lower end portion is fixed and the fibers of the upper end portion and the lower end portion independently have a twisted structure or a coil shape in a chiral Z-shaped or chiral S-shaped structure Rotary actuator of 2-ply structure.
상기 회전형 구동기 2 가닥이 키랄성의 S형 구조인 경우, Z형으로 꼬아 2-플라이 구조를 형성하면 SZ 꼬임 형태를 가지고,
상기 회전형 구동기 2 가닥이 키랄성의 Z형 구조인 경우, S형으로 꼬아 2-플라이 구조를 형성하면 ZS 꼬임 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 2플라이 구조의 회전형 구동기.9. The method of claim 8,
When the rotatable type actuator 2 has a chiral S-shaped structure, the Z-shaped twisted two-ply structure forms an SZ twisted structure,
Wherein when the rotatable actuator 2 has a chirped Z-shaped structure, the Z-shaped twisted structure is formed when the two-stranded actuator is twisted into an S-shaped structure to form a 2-ply structure.
상기 회전형 구동기 내에 지점에 위치하고, 상기 구동기가 회전함에 따라 회전하는, 적어도 하나 이상의 자성체 또는 코일; 및
상기 회전형 구동기와 이격되어 배치되는 적어도 하나 이상의 코일 또는 자성체;를 포함하고,
상기 회전형 구동기는 서로 같은 방향 혹은 반대방향으로 회전시키는 방식으로 제조된 비틀린(twist) 구조의 단일섬유 또는 다섬유를 포함하고, 상기 섬유는 중앙을 기준으로 상단부와 하단부로 나뉘어지고, 상기 섬유의 상단부와 하단부는 어느 하나 이상이 고정되어져 있으며, 상기 상단부와 하단부의 섬유는 각각 독립적으로 키랄성의 Z형 또는 키랄성의 S형 구조로 비틀린(twist) 구조 또는 꼬인 형태(coil)를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.A rotatable actuator that contracts or expands due to temperature changes;
At least one magnetic body or coil located at a point in the rotatable actuator and rotating as the actuator rotates; And
And at least one coil or a magnetic body disposed apart from the rotatable type driver,
Wherein the rotating type actuator comprises a single fiber or multifilament of twisted structure made by rotating in the same or opposite direction to each other, the fiber being divided into an upper end portion and a lower end portion with respect to a center, Wherein at least one of the upper end portion and the lower end portion is fixed and the fibers of the upper end portion and the lower end portion independently have a twisted structure or a coiled structure in a chiral Z-shaped or chiral S-shaped structure Energy harvesting device.
상기 회전형 구동기가 온도변화에 따라 수축 또는 팽창하면서, 회전함에 따라 상기 자성체가 회전하고, 상기 코일 내부를 통과하는 자속의 변화를 유도하여 전기에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.11. The method of claim 10,
Wherein the magnetic body rotates as the rotatable type actuator rotates while being shrunk or expanded as the temperature changes, and induces a change in magnetic flux passing through the inside of the coil to generate electric energy.
상기 회전형 구동기는 양단이 모두 고정되어 있거나, 어느 하나의 말단만 고정되어 있고,
상기 회전형 구동기가 어느 하나의 말단만 고정된 경우, 상기 회전형 구동기의 고정되지 않은 어느 하나의 말단에 위치변동지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.11. The method of claim 10,
The rotary actuator may have both ends fixed or only one end fixed,
Further comprising a position variation support at one of the non-fixed ends of the rotary actuator when the rotary actuator has only one end fixed.
상기 자성체는 영구자석이고,
상기 자성체의 무게는 상기 회전형 구동기에 대해 10 내지 1000 배인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.11. The method of claim 10,
The magnetic body is a permanent magnet,
Wherein the weight of the magnetic body is 10 to 1000 times the weight of the rotative actuator.
상기 위치변동지지대는 자성체인 것을 특징으로 하고,
상기 위치변동지지대와 이격되어 위치하고, 둘러싼 코일을 포함하고,
온도변화에 따라 상기 회전형 구동기가 인장되고 수축되면 위치변동지지대가 수평으로 움직이면서 상기 코일 내부를 통과하는 자속이 변하여 전기에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.13. The method of claim 12,
Wherein the position variation support base is a magnetic body,
And a coil surrounding the position variation support, the coil being surrounded by the position variation support,
Wherein when the rotatable type actuator is stretched and contracted according to a temperature change, the position variation support moves horizontally to change the magnetic flux passing through the inside of the coil to generate electric energy.
상기 에너지 하베스팅 장치의 하단부 및 상단부 중 어느 한 곳에 부착된, 판;
상기 판은 열림과 닫힘을 발생시키는 개폐구를 포함하고,
상기 회전형 구동기의 일 지점에 위치하고, 상기 판과 이격되어 배치된, 상기 개폐구와 동일한 모양의 적어도 하나의 핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.11. The method of claim 10,
A plate attached to either the lower end or the upper end of the energy harvesting device;
Wherein said plate includes an opening and closing port for causing opening and closing,
And at least one pin located at one point of the rotative actuator and spaced apart from the plate and having the same shape as the opening and closing port.
상기 회전형 구동기가 온도변화에 따라 회전하게 되고,
상기 회전형 구동기의 회전에 의해 상기 핀이 상기 개폐구와 이격된 수평 위치에 위치하게 되어 개폐구로부터 유입되는 공기의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.16. The method of claim 15,
The rotating type actuator is rotated in accordance with the temperature change,
Wherein the pin is positioned at a horizontal position spaced apart from the opening / closing port by rotation of the rotatable type driver, thereby blocking the flow of air flowing from the opening / closing port.
상기 개폐구가 구비된 각 판과 핀과의 이격거리는 0.1 내지 3 ㎝인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.16. The method of claim 15,
Wherein the spacing between each plate having the opening and closing part and the fin is 0.1 to 3 cm.
상기 회전형 구동기 내의 중앙 지점에 구비된 승강수단;
상기 승강수단 하부에 구비되고, 상기 승강수단과 연결되어, 상기 회전형 구동기가 회전함에 따라 위치변동을 갖는, 적어도 하나 이상의 자성체; 및
상기 자성체의 상하이동에 의해 전계를 발생시키는 적어도 하나 이상의 코일;을 포함하고,
상기 회전형 구동기는 서로 같은 방향 혹은 반대방향으로 회전시키는 방식으로 제조된 비틀린(twist) 구조의 단일섬유 또는 다섬유를 포함하고, 상기 섬유는 중앙을 기준으로 상단부와 하단부로 나뉘어지고, 상기 섬유의 상단부와 하단부는 어느 하나 이상이 고정되어져 있으며, 상기 상단부와 하단부의 섬유는 각각 독립적으로 키랄성의 Z형 또는 키랄성의 S형 구조로 비틀린(twist) 구조 또는 꼬인 형태(coil)를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.A rotatable actuator having both ends fixed on the horizontal axis and contracting or expanding due to a temperature change;
Elevating means provided at a central point in the rotative actuator;
At least one magnetic body provided below the elevating means and connected to the elevating means and having a positional variation as the rotative actuator rotates; And
And at least one coil for generating an electric field by the upward and downward movement of the magnetic body,
Wherein the rotating type actuator comprises a single fiber or multifilament of twisted structure made by rotating in the same or opposite direction to each other, the fiber being divided into an upper end portion and a lower end portion with respect to a center, Wherein at least one of the upper end portion and the lower end portion is fixed and the fibers of the upper end portion and the lower end portion independently have a twisted structure or a coil shape in a chiral Z-shaped or chiral S-shaped structure Energy harvesting device.
상기 코일은 상기 자성체의 측면을 둘러싸는 원통형인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.19. The method of claim 18,
Wherein the coil is a cylindrical shape surrounding a side surface of the magnetic body.
상기 코일은 상기 자성체의 측면 또는 하면에 위치하여 상기 자성체의 상하이동에 의해 전계를 발생시키는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.19. The method of claim 18,
Wherein the coil is located on a side surface or a lower surface of the magnetic body to generate an electric field by the upward and downward movement of the magnetic body.
상기 회전형 구동기가 온도변화에 따라 수축 또는 팽창하면서, 회전함에 따라 상기 자성체는 상하이동을 갖고,
상기 자성체의 위치변동이 상기 코일과 자성체 간의 이격거리 변동을 야기하여, 상기 코일을 통과하는 자속의 변화가 유도되어 전기에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.19. The method of claim 18,
The magnetic body moves up and down as the rotatable type actuator rotates while contracting or expanding in accordance with a change in temperature,
Wherein a change in the position of the magnetic body causes a variation in distance between the coil and the magnetic body to induce a change in magnetic flux passing through the coil to generate electric energy.
상기 자성체의 상하이동 거리는 0.1 내지 3 ㎝인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.19. The method of claim 18,
Wherein the magnetic material has a vertical movement distance of 0.1 to 3 cm.
상기 승강수단은 도르레인 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 장치.19. The method of claim 18,
Wherein the elevating means is a pulley.
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