(57)【要約】【課題】摩擦電気発電機を提供する。【解決手段】摺動によって互いに断続的に接触する第１帯電体及び第２帯電体を含む摩擦電気発電機であり、該摩擦電気発電機は、電荷保存所と第２帯電体とを断続的に連結する接地ユニットを含み、該接地ユニットは、第２帯電体の電位を変更させることにより、摩擦電気発電機の電極間に流れる電流の量を増幅させる。【選択図】図１
2017205006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離隔されるように設けられている第１電極及び第２電極と、
前記第１電極上に設けられている第１帯電体と、
前記第１帯電体の表面上に摺動するように設けられている第２帯電体であって、前記第１帯電体との接触により、前記第１帯電体と反対極性の電荷に帯電する第２帯電体と、
前記第２帯電体の動きにより、前記第２帯電体と電荷保存所とを断続的に連結する接地ユニットと、
を含む摩擦電気発電機。
【請求項２】
前記第２帯電体は、
前記第１帯電体の表面だけではなく、第２電極の表面上でも摺動することを特徴とする請求項１に記載の摩擦電気発電機。
【請求項３】
前記第１電極及び前記第２電極は、前記第２帯電体の摺動方向に互いに離隔されるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦電気発電機。
【請求項４】
前記第１帯電体は、前記第２帯電体と対向する前記第１電極の上面に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の摩擦電気発電機。
【請求項５】
前記接地ユニットは、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第２帯電体が、前記接地ユニットの上面を摺動するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦電気発電機。
【請求項６】
前記第１帯電体と前記接地ユニットとの間隔、及び前記第２電極と前記接地ユニットとの間隔は、前記第２帯電体の幅より狭いことを特徴とする請求項５に記載の摩擦電気発電機。
【請求項７】
前記第１電極、前記接地ユニット及び前記第２電極は、第１基板上に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の摩擦電気発電機。
【請求項８】
前記第１基板は、円筒形状または円柱形状を有することを特徴とする請求項７に記載の摩擦電気発電機。
【請求項９】
前記第１基板を取り囲む円筒形状を有し、内面に、前記第２帯電体が設けられている第２基板をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の摩擦電気発電機。
【請求項１０】
前記第１基板は、円板形状を有し、前記第１電極、前記接地ユニット及び前記第２電極は、前記第１基板上で放射状に配列されていることを特徴とする請求項７に記載の摩擦電気発電機。
【請求項１１】
前記第１基板に対向する円板形状を有し、前記第２帯電体が設けられている第２基板をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の摩擦電気発電機。
【請求項１２】
前記第２帯電体は、前記第１帯電体に対して相対的に回転運動することによって摺動され、前記第１電極及び前記第２電極は、前記第２帯電体の摺動方向に垂直方向に互いに離隔されるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の摩擦電気発電機。
【請求項１３】
前記第１帯電体は、前記第２帯電体と対向する前記第１電極の下面に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の摩擦電気発電機。
【請求項１４】
前記接地ユニットは、前記電荷保存所と電気的に連結され、前記第２帯電体が回転することにより、前記第２帯電体と断続的に接触する導電性柱を含むことを特徴とする請求項１２に記載の摩擦電気発電機。
【請求項１５】
前記接地ユニットは、前記第２帯電体の回転方向に沿って交互に配置されている導電性部材及び絶縁性部材を含み、
前記導電性部材は、前記電荷保存所と電気的に連結され、前記第２帯電体と断続的に接触することを特徴とする請求項１２に記載の摩擦電気発電機。
【請求項１６】
前記第１帯電体及び前記第２帯電体と、前記第２電極は、扇形形状を有することを特徴とする請求項１２記載の摩擦電気発電機。
【請求項１７】
前記第１電極の下部に設けられた第１磁性体と、
前記第２電極の上部に設けられた第２磁性体と、をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の摩擦電気発電機。
【請求項１８】
前記第１磁性体及び前記第２磁性体の間に作用する磁気力により、前記第２電極が、前記第２帯電体に対して相対的に動くように構成され、
前記第１磁性体及び前記第２磁性体は、互いに対向する面が同じ極性を有することを特徴とする請求項１７に記載の摩擦電気発電機。
【請求項１９】
前記第１磁性体は、前記第１電極及び前記第１帯電体と連動するように構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の摩擦電気発電機。
【請求項２０】
前記第２帯電体は、前記第１帯電体に対して相対的に回転しながら、下面が、前記第１帯電体の上面と接触するように設けられていることを特徴とする請求項１７に記載の摩擦電気発電機。
【請求項２１】
前記第１電極、前記第１帯電体、前記接地ユニット及び前記第１磁性体は、互いに連動し、前記第２帯電体に対して相対的に回転するように設けられていることを特徴とする請求項１７に記載の摩擦電気発電機。
【請求項２２】
前記第１磁性体と前記第２磁性体との距離に依存し、前記第２電極と前記第２帯電体とが互いに接触したり分離したりすることを特徴とする請求項１７に記載の摩擦電気発電機。
【請求項２３】
前記第１帯電体と前記第２帯電体とが接触すれば、前記第２磁性体と連動するように構成された前記第２電極が、前記第２帯電体の上面に接触することを特徴とする請求項１７に記載の摩擦電気発電機。
【請求項２４】
前記第１帯電体は、負電荷帯電体であり、前記第２帯電体は、正電荷帯電体であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦電気発電機。
【請求項２５】
前記第１帯電体は、正電荷帯電体であり、前記第２帯電体は、負電荷帯電体であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦電気発電機。
【請求項２６】
前記電荷保存所は、接地または導電性部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の摩擦電気発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦電気発電機に係り、さらに詳細には、接地構造を有する摩擦電気発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、エネルギーをハーベスティング（harvesting）する技術が脚光を浴びている。エネルギーハーベスティング素子は、周辺環境に存在する風や振動、または人間の動きから生じる機械的エネルギーなどを電気エネルギーに変換して抽出することができる新たな親環境エネルギー発電素子である。
【０００３】
摩擦電気発電機は、２つの帯電体の摩擦時に示される電荷移動現象を利用して、電気エネルギーを発生させるエネルギーハーベスティング素子である。該摩擦電気発電機は、エネルギー変換効率が高く、外部の小さい力によっても、高い出力を得ることができる。また、該摩擦電気発電機は、熱や太陽を利用したエネルギーハーベスティング素子に比べ、時間的、空間的な制約がなく、物質の変形によって電気エネルギーを発生させる圧電素材を利用したエネルギーハーベスティング素子に比べ、持続的に電気エネルギーを発生させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、接地構造を有する摩擦電気発電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態による摩擦電気発電機は、互いに離隔されるように設けられる第１電極及び第２電極と、前記第１電極上に設けられる第１帯電体と、前記第１帯電体の表面上で摺動するように設けられる第２帯電体であって、前記第１帯電体との接触により、前記第１帯電体と反対極性の電荷に帯電する第２帯電体と、前記第２帯電体の動きにより、前記第２帯電体と電荷保存所（charge reservoir）とを断続的に連結する接地ユニットと、を含む。
【０００６】
そして、前記第２帯電体は、前記第１帯電体の表面だけではなく、第２電極の表面上でも摺動する。
【０００７】
前記第１電極及び第２電極は、前記第２帯電体の摺動方向に互いに離隔されるように設けられてもよい。
【０００８】
また、前記第１帯電体は、前記第２帯電体と対向する前記第１電極の上面に設けられてもよい。
【０００９】
そして、前記接地ユニットは、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第２帯電体が、前記接地ユニットの上面を摺動するように設けられてもよい。
【００１０】
また、前記第１帯電体と前記接地ユニットとの間隔、及び前記第２電極と前記接地ユニットとの間隔は、前記第２帯電体の幅より狭くともよい。
【００１１】
そして、前記第１電極、前記接地ユニット及び前記第２電極は、第１基板上に設けられてもよい。
【００１２】
また、前記第１基板は、円筒形状または円柱形状を有することができる。
【００１３】
そして、前記第１基板を取り囲む円筒形状を有し、内面に、前記第２帯電体が設けられる第２基板をさらに含んでもよい。
【００１４】
また、前記第１基板は、円板形状を有し、前記第１電極、前記接地ユニット及び前記第２電極は、前記第１基板上で放射状に配列されてもよい。
【００１５】
そして、前記第１基板に対向する円板形状を有し、前記第２帯電体が設けられる第２基板をさらに含んでもよい。
【００１６】
また、前記第２帯電体は、前記第１帯電体に対して相対的に回転運動することによって摺動され、前記第１電極及び第２電極は、前記第２帯電体の摺動方向に垂直方向に互いに離隔されるように設けられてもよい。
【００１７】
そして、前記第１帯電体は、前記第２帯電体と対向する前記第１電極の下面に設けられてもよい。
【００１８】
また、前記接地ユニットは、前記電荷保存所と電気的に連結され、前記第２帯電体が回転することにより、前記第２帯電体と断続的に接触する導電性柱（post）を含んでもよい。
【００１９】
そして、前記接地ユニットは、前記第２帯電体の回転方向に沿って交互に配置される導電性部材及び絶縁性部材を含み、前記導電性部材は、前記電荷保存所と電気的に連結され、前記第２帯電体と断続的に接触することができる。
【００２０】
また、前記第１帯電体及び第２帯電体と前記第２電極は、扇形形状を有することができる。
【００２１】
そして、第１電極の下部に設けられた第１磁性体と、第２電極の上部に設けられた第２磁性体と、をさらに含んでもよい。
【００２２】
また、前記第１磁性体及び第２磁性体の間に作用する磁気力により、前記第２電極が、前記第２帯電体に対して相対的に動くように構成され、第１磁性体及び第２磁性体は、互いに対向する面が同じ極性を有することができる。
【００２３】
そして、前記第１磁性体は、前記第１電極及び前記第１帯電体と連動するように構成されてもよい。
【００２４】
また、前記第２帯電体は、前記第１帯電体に対して相対的に回転しながら、下面が、前記第１帯電体の上面と接触するように設けられてもよい。
【００２５】
そして、前記第１電極、前記第１帯電体、前記接地ユニット及び前記第１磁性体は、互いに連動し、前記第２帯電体に対して相対的に回転するように設けられてもよい。
【００２６】
また、前記第１磁性体と前記第２磁性体との距離に依存し、前記第２電極と前記第２帯電体とが互いに接触したり分離したりすることができる。
【００２７】
そして、前記第１帯電体と前記第２帯電体とが接触すれば、前記第２磁性体と連動するように構成された前記第２電極が、前記第２帯電体の上面に接触することができる。
【００２８】
また、前記第１帯電体は、負電荷帯電体であり、前記第２帯電体は、正電荷帯電体でもある。
【００２９】
そして、前記第１帯電体は、正電荷帯電体であり、前記第２帯電体は、負電荷帯電体でもある。
【００３０】
前記電荷保存所は、地面（earth）または導電性部材を含む。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、摩擦電気を利用してエネルギーを収穫する摩擦電気発電機が提供される。本発明による摩擦電気発電機は、摺動によって、第１帯電体及び第２帯電体を互いに異なる極性の電荷に帯電させることができる。そして、第１帯電体及び第２帯電体の間の相対的な運動によって、第１電極及び第２電極の間で電流が流れる。該摩擦電気発電機は、接地ユニットと第２帯電体とが断続的に接触することにより、第１電極及び第２電極の間に流れる電流の量を増幅させることができる。
【００３２】
本発明によれば、第１帯電体及び第２帯電体を含む摩擦電気発電機が提供される。該第１帯電体及び第２帯電体は、互いに異なる極性の電荷に帯電する。また、第１帯電体及び第２帯電体の間の相対的な運動によって、第１電極及び第２電極の間で電流が流れることができる。また、接地ユニットと第２帯電体とが断続的に接触することにより、第１電極及び第２電極の間に流れる電流の量を増幅させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】例示的な実施形態による摩擦電気発電機を示した斜視図である。
【図２】図１で示した摩擦電気発電機の断面図である。
【図３】図２で示した摩擦電気発電機の変形例である。
【図４】図２で示した摩擦電気発電機の変形例である。
【図５】摺動によって、第２帯電体が第１帯電体に対して相対的に動くところを示した図面である。
【図６】摺動によって、第２帯電体が接地ユニットと出合った状態を示した図面である。
【図７】摺動によって、第２帯電体が基板に対して相対的にさらに動いた状態を示した図面である。
【図８】摺動によって、第２帯電体が第２電極と出合った状態を示した図面である。
【図９】摺動によって、第２帯電体が基板に対して相対的にさらに動いた状態を示した図面である。
【図１０】摺動によって、第２帯電体が第２電極と分離された状態を示した図面である。
【図１１】第２帯電体が第１帯電体に接近する様子を示した図面である。
【図１２】摺動によって、第２帯電体が第１帯電体と接触した様子を示した図面である。
【図１３】摺動によって、第２帯電体が接地ユニットと出合った状態を示した図面である。
【図１４】図１３で示した電子の流れによって、第２帯電体の電位が変更された状態を示した図面である。
【図１５】摺動によって、第２帯電体が基板に対して相対的にさらに動いた状態を示した図面である。
【図１６】摺動によって、第２帯電体が第２電極と接触した状態を示した図面である。
【図１７】図１６で示した状態において、摺動によって、第２帯電体が第２電極と分離された状態を示した図面である。
【図１８】例示的な実施形態による摩擦電気発電機の他の形状を示した断面図である。
【図１９】例示的な実施形態による摩擦電気発電機の他の形状を示した斜視図である。
【図２０】例示的な実施形態による摩擦電気発電機の他の形状を示した斜視図である。
【図２１】例示的な実施形態による摩擦電気発電機の他の形状を示した斜視図である。
【図２２】例示的な実施形態による摩擦電気発電機の他の形状を示した斜視図である。
【図２３】例示的な実施形態による摩擦電気発電機の他の形状を示した斜視図である。
【図２４】実施形態による摩擦電気発電機の断面を概念的に示した図面である。
【図２５】第１帯電体と第２帯電体とが互いに接触した様子を示した図面である。
【図２６】第２帯電体が接地ユニットと接触した様子を示した図面である。
【図２７】第２帯電体が第２電極と接触する様子を示した図面である。
【図２８】第２帯電体が、第２電極及び第１帯電体と分離されるところを示した図面である。
【図２９】第２帯電体が、第２電極及び第１帯電体と分離されるところを示した図面である。
【図３０】図２３で示した摩擦電気発電機の変形例を示した図面である。
【図３１】他の例示的な実施形態による摩擦電気発電機の断面図である。
【図３２】図３１で示した摩擦電気発電機の変形例である。
【図３３】摺動によって、図３１で示した第１帯電体と第２帯電体とが互いに接触した様子を示した図面である。
【図３４】摺動によって、第２帯電体が、第１帯電体に対して相対的に動いた様子を示した図面である。
【図３５】摺動によって、第２帯電体が接地ユニットと接触した様子を示した図面である。
【図３６】図３１ないし図３４で示したサイクルが終了し、第２帯電体がさらに第１帯電体に接近する様子を示した図面である。
【図３７】摺動によって、第２帯電体が、第１帯電体の表面と接触した状態を示した図面である。
【図３８】摺動によって、第２帯電体が、第１帯電体に対して相対的に動いた様子を示した図面である。
【図３９】摺動によって、第２帯電体が接地ユニットと接触した様子を示した図面である。
【図４０】図１ないし図１７を参照して説明した摩擦電気発電機の第１電極及び第２電極の間に流れる電流、並びに接地ユニットで流れる電流それぞれの経時的な変化を示したグラフである。
【図４１】図１ないし図１７を参照した摩擦電気発電機を利用して、第１電極及び第２電極の間で出力電流を測定した結果と、摩擦電気発電機で接地ユニットを除去した後、出力電流を測定した結果と、を比較したグラフである。
【図４２】図１ないし図１７を参照した摩擦電気発電機を利用して、第１電極及び第２電極の間の電圧を測定した結果と、摩擦電気発電機で接地ユニットを除去した後、第１電極及び第２電極の間の電圧を測定した結果と、を比較したグラフである。
【図４３】他の例示的な実施形態による摩擦電気発電機の斜視図である。
【図４４】図４３で示した摩擦電気発電機を側面から見た側面図である。
【図４５】図４３で示した摩擦電気発電機を上面から見た上面図である。
【図４６】摺動によって、第１帯電体と第２帯電体とが接触した状態を示した図面である。
【図４７】図４６で示した摩擦電気発電機を側面から見た側面図である。
【図４８】図４６で示した摩擦電気発電機を上面から見た上面図である。
【図４９】第１帯電体が、第２帯電体に対して相対的にさらに回転した状態を示した図面である。
【図５０】図４９で示した摩擦電気発電機を側面から見た側面図である。
【図５１】図４９で示した摩擦電気発電機を上面から見た上面図である。
【図５２】第１帯電体が、第２帯電体に対して相対的にさらに回転した状態を示した図面である。
【図５３】図５２で示した摩擦電気発電機を側面から見た側面図である。
【図５４】図５２で示した摩擦電気発電機を上面から見た上面図である。
【図５５】第１帯電体が、第２帯電体に対して相対的にさらに回転した状態を示した図面である。
【図５６】図５５で示した摩擦電気発電機を側面から見た側面図である。
【図５７】図５５で示した摩擦電気発電機を上面から見た上面図である。
【図５８】図４４で示した摩擦電気発電機の変形例を示した図面である。
【図５９】図４４で示した摩擦電気発電機の変形例を示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本実施形態で使用される用語は、本実施形態での機能を考慮しながら、可能な限り現在汎用される一般的な用語を選択したが、それらは、当該技術分野の当業者の意図、または判例、新たな技術の出現などによっても異なる。また、特定の場合は、任意に選定された用語もあり、その場合、当該実施形態の説明部分において、詳細にその意味を記載する。従って、本実施形態で使用される用語は、単純な用語の名称ではない、その用語が有する意味と、本実施形態の全般にわたる内容とを基に定義されなければならない。
【００３５】
該実施形態に係わる説明において、ある部分が他の部分と連結されているという場合、それは、直接に連結されている場合だけではなく、その中間に、他の構成要素を挟んで電気的に連結されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を含むという場合、それは、特別に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいことを意味する。また、実施形態に記載された「… 部」、「…モジュール」の用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、それは、ハードウェアまたはソフトウェアによって具現されたり、ハードウェアとソフトウェアとの結合によって具現されたりする。
【００３６】
本実施形態で使用される「構成される」または「含む」というような用語は、明細書上に記載された多くの構成要素、またはさまざまな段階を、必ずしも全てを含むものであると解釈されるものではなく、そのうち一部の構成要素または一部の段階は、含まれないこともあり、またはさらなる構成要素または段階をさらに含んでもよいと解釈されなければならない。
【００３７】
また、本実施形態で使用される「第１」または「第２」のように序数を含む用語は、多様な対象の説明に使用することができるが、前記対象は、前記用語によって限定されるものではない。前記用語は、１つの対象を他の対象と区別する目的にのみ使用される。
【００３８】
下記実施形態に係わる説明は、権利範囲を制限するものと解釈されてはならず、当該技術分野の当業者が容易に類推することができるものは、実施形態の権利範囲に属するものであると解釈されなければならない。以下、添付された図面を参照しながら、ただ例示のための実施形態について詳細に説明する。
【００３９】
図１は、例示的な実施形態による摩擦電気発電機を示した斜視図である。図２は、図１で示した摩擦電気発電機の断面図である。
【００４０】
図１及び図２を参照すれば、例示的な実施形態に他の摩擦電気発電機は、互いに離隔されるように設けられる第１電極１２２及び第２電極１２４と、第１電極１２２の表面Ｓ１に設けられる第１帯電体１１０と、前記第１帯電体１１０の表面Ｓ２、及び前記第２電極１２４の表面Ｓ３上で、一方向（ｘ軸方向）に摺動するように設けられた第２帯電体１４０と、第２帯電体１４０の動きによって、第２帯電体１４０と電荷保存所１３３とを断続的に連結する接地ユニット１３０と、を含んでもよい。該摩擦電気発電機は、第１帯電体１１０と、第２帯電体１４０または第２電極１２４との間に、外部から印加された力によって、水平方向相対運動を誘導し、隣接した表面の間で接触を可能にする摺動メカニズムを含んでもよい。
【００４１】
第２帯電体１４０は、摺動運動によって、第１帯電体１１０の上面と摩擦を起こすことができる。ここで、第２帯電体１４０が摺動運動するということは、第２帯電体１４０が第１帯電体１１０、接地ユニット１３０及び第２電極１２４に対して相対的に動くということを意味する。従って、第２帯電体１４０の摺動運動は、第２帯電体１４０の動きによって起こる。また、第２帯電体１４０の摺動運動は、第２帯電体１４０に対する第１帯電体１１０、接地ユニット１３０及び第２電極１２４の相対的な動きによっても起こる。また、第２帯電体１４０が一方向に摺動するということは、第２帯電体１４０が第１帯電体１１０、接地ユニット１３０及び第２電極１２４が配列された方向に摺動するということを意味する。従って、第２帯電体１４０が動く方向が直線方向に制限されるということを意味するものではない。
【００４２】
第２帯電体１４０と第１帯電体１１０は、互いに帯電率が異なる物質を含んでもよい。従って、第２帯電体１４０の表面と、第１帯電体１１０の表面とが摩擦を起こせば、第１帯電体１１０の表面、及び第２帯電体１４０の表面は、それぞれ互いに異なる極性の電荷に帯電する。第１帯電体１１０及び第２帯電体１４０の帯電電荷の種類は、各帯電体をなす材料に依存し、帯電体をなす材料の摩擦電気シリーズ（triboelectric series）での相対的な位置によって決定される。
【００４３】
例えば、第１帯電体１１０の表面は、第２帯電体１４０との摩擦によって、負電荷に帯電し、第２帯電体１４０の表面は、第１帯電体１１０との摩擦によって、正電荷に帯電する。第２帯電体１４０は、接地ユニット１３０と電気的な連結が容易であるように、導電性物質を含んでもよい。前記導電性物質は、摩擦帯電が容易なＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、スチール（steel）のような金属材料を含んでもよい。また、第１帯電体１１０は、前記導電性物質との摩擦によって、負電荷に帯電しやすいポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（テフロン（登録商標））、フッ素化されたエチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリイミド（Kapton（登録商標））、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）及びポリスチレン（ＰＳ）のうち少なくとも一つを含んでもよい。また、第１帯電体１１０は、ＰＭＭＡ、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、環状オレフィン・コポリマー（ＣＯＣ）、ＰＴＦＥのような有機ポリマー（organic polymer）を含んでもよい。第１帯電体１１０は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ORMOCER（登録商標）のような無機ポリマー（inorganic polymer）を含んでもよい。前記物質は、例示的なものに過ぎず、本実施形態は、それらに制限されるものではない。
【００４４】
他の例として、第１帯電体１１０の表面は、第２帯電体１４０との摩擦によって、正電荷に帯電し、第２帯電体１４０の表面は、第１帯電体１１０との摩擦によって、負電荷に帯電する。第２帯電体１４０は、接地ユニット１３０と電気的な連結が容易であるように、導電性物質を含んでもよい。前記導電性物質は、摩擦帯電が容易なＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びスチールのうち少なくとも一つを含んでもよい。第１帯電体１１０は、前記導電性物質との摩擦によって、正電荷に帯電しやすいポリホルムアルデヒド、エチルセルロース、ポリアミド、メラミンホルモル（melamine formol）、ウール（wool）、シルク（silk）、マイカ（mica）及びナイロン（nylon）のうち少なくとも一つを含んでもよい。前記物質は、例示的なものに過ぎず、本実施形態は、それらに制限されるものではない。
【００４５】
第１帯電体１１０及び第２帯電体１４０のうち少なくとも一つは、その表面の帯電特性を調節するために、ｐ型ドーパントまたはｎ型ドーパントによってドーピングされる。ｐ型ドーパントのソース（source）は、例えば、ＮＯ２ＢＦ４、ＮＯＢＦ４、ＮＯ２ＳｂＦ６などのイオン性液体（ionic liquid）；ＨＣｌ、Ｈ２ＰＯ４、ＣＨ３ＣＯＯＨ、Ｈ２ＳＯ４、ＨＮＯ３などの酸類化合物（acidic compound）；ジクロロジシアノキノン（ＤＤＱ：dichlorodicyanoquinone）、オキソン（oxone）、ジミリストイルホスファチジルイノシトール（ＤＭＰＩ：dimyristoylphosphatidylinositol）、トリフルオロメタンスルホンイミド（trifluoromethanesulfoneimide）などの有機化合物（organic compound）などを含んでもよい。または、ｐ型ドーパントのソースとして、ＨＰｔＣｌ４、ＡｕＣｌ３、ＨＡｕＣｌ４、トリフルオロメタンスルホン酸銀（ＡｇＯＴｆ）、ＡｇＮＯ３、Ｈ２ＰｄＣｌ６、Ｐｄ（ＯＡｃ）２、Ｃｕ（ＣＮ）２などを含んでもよい。
【００４６】
ｎ型ドーパントのソースは、例えば、置換もしくは非置換のニコチンアミドの還元物（a reduction product of a substituted or unsubstituted nicotin amide）；置換もしくは非置換のニコチンアミドと化学的に結合された化合物の還元物（a reduction product of a compound which is chemically bound to a substituted or unsubstituted nicotin amide）；及び２以上のピリジニウム誘導体を含み、１以上のピリジニウム誘導体の窒素が還元された化合物（a compound comprising at least two pyridinium moieties in which a nitrogen atom of at least one of the pyridinium moieties is reduced）を含んでもよい。例えば、ｎ型ドーパントのソースは、ＮＭＮＨ（nicotinamide mononucleotide−Ｈ）、ＮＡＤＨ（nicotinamide adenine dinucleotide−Ｈ）、ＮＡＤＰＨ（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate−Ｈ）を含むか、あるいはビオロゲン（viologen）を含んでもよい。または、前記ｎ型ドーパントのソースは、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）などのポリマーを含んでもよい。または、ｎ型ドーパントは、Ｋ、Ｌｉなどのアルカリ金属を含んでもよい。一方、以上で言及されたｐ型ドーパントとｎ型ドーパント物質は、例示的なものであり、それら以外にも他の多様な物質がドーパントとして使用される。
【００４７】
接地ユニット１３０は、電荷保存所１３３と電気的に連結される。電荷保存所１３３は、電位変化が実質的に起こらない地面（ground）、または導電性部材を含んでもよい。第２帯電体１４０が接地ユニット１３０に接触すれば、接地ユニット１３０を介して、電荷保存所１３３と第２帯電体１４０とが電気的に連結される。第２帯電体１４０が電荷保存所１３３と、接地ユニット１３０を介して連結されれば、第２帯電体１４０の電位が電荷保存所１３３の電位がほぼ同じになるように変わる。
【００４８】
第１電極１２２及び第２電極１２４は、第２帯電体１４０が摺動する方向（ｘ軸方向）に互いに離隔されるように設けられてもよい。第１電極１２２及び第２電極１２４は、電気伝導にすぐれる物質を含んでもよい。例えば、第１電極１２２及び第２電極１２４は、グラフェン（graphene）、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ：carbon nanotube）、ＩＴＯ（indium tin oxide）、金属及び伝導性ポリマーからなるグループのうちから選択された少なくとも１つの物質を含んでもよい。ここで、該金属は、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＰｔからなるグループのうちから選択された少なくとも一つを含んでもよいが、それらに限定されるものではない。第１電極１２２及び第２電極１２４は、単層構造または複層構造を有することができる。
【００４９】
第２帯電体１４０の摺動運動によって、第１電極１２２及び第２電極１２４の間に静電誘導現象が生じる。すなわち、第２帯電体１４０が摺動運動する間、静電誘導現象によって、第１電極１２２及び第２電極１２４の間で電荷が動くことができる。そして、一実施形態による摩擦電気発電機は、第１電極１２２と第２電極１２４との間で発生する電荷の流れから、エネルギーをハーベスティング（harvesting）する。
【００５０】
図３は、図１及び図２で示した摩擦電気発電機の変形例である。図３の実施形態についての説明にあたり、図１及び図２と重複する内容は省略する。
【００５１】
図３を参照すれば、第１帯電体１１０の接触面と、前記第２帯電体１４０の接触面とのうち少なくとも一つには、複数の突起部が形成されている。前記複数の突起部は、ナノピラミッド、ナノワイヤ、ナノボール（ball）、ナノロッド（rod）などを含んでもよい。第１帯電体１１０の接触面と、第２帯電体１４０の接触面とのうち少なくとも一つに、複数の突起部が形成されることにより、第１帯電体１１０と第２帯電体１４０とが接触したとき、第１帯電体１１０の接触面、及び第２帯電体１４０の接触面それぞれに誘導される帯電電荷の量がさらに多くなる。
【００５２】
図４は、図１及び図２で示した摩擦電気発電機の変形例である。
【００５３】
図４を参照すれば、電荷保存所１３３ａは、導電性部材を含んでもよい。図４では、導電性部材の形状を板で示したが、それは、例示的なものに過ぎず、本実施形態は、それに制限されるものではない。電荷保存所１３３ａは、電気的容量が大きい導電性部材でもある。電荷保存所１３３ａが、接地ユニット１３０を介して、第２帯電体１４０と連結されれば、電荷保存所１３３ａは、第２帯電体１４０と電荷をやり取りすることができる。電荷保存所１３３ａは、第２帯電体１４０と電荷をやり取りすることにより、第２帯電体１４０の電位を変更することができる。例示的には、電荷保存所１３３ａの電位は、グラウンド（ground）電位と実質的に同一である。
【００５４】
以下では、図１及び図２で示した摩擦電気発電機を利用したエネルギーハーベスティング（harvesting）過程について説明する。
【００５５】
図５は、摺動によって、第２帯電体１４０が、第１帯電体１１０に対して相対的に動いた状態を示した図面である。以下の図面において、電荷の表示は、例示的なものに過ぎず、実際の電荷流れは、摩擦電気発電機の多様な実施形態によって異なる。
【００５６】
第１帯電体１１０及び第２帯電体１４０の動きは、相対的なものである。従って、第２帯電体１４０の摺動は、第２帯電体１４０が動く場合、第１帯電体１１０が動く場合だけではなく、第１帯電体１１０及び第２帯電体１４０がいずれも動く場合にも可能である。第１電極１２２及び第２電極１２４と、接地ユニット１３０は、第１基板１０上に配列される。接地ユニット１３０は、第１電極１２２及び第２電極１２４の間に設けられてもよい。第２帯電体１４０は、第１基板１０に対する相対的な動きによって、第１帯電体１１０、接地ユニット１３０及び第２電極１２４の表面と順次に接触することができる。
【００５７】
第２帯電体１４０と第１帯電体１１０とが互いに接触すれば、第１帯電体１１０及び第２帯電体１４０は、それぞれ反対極性の極性電荷に帯電する。図５では、例示的に、第２帯電体１４０と第１帯電体１１０との摩擦によって、第２帯電体１４０表面の電子が、第１帯電体１１０表面に移動した例を示した。電子の移動によって、第２帯電体１４０が正電荷帯電体になり、第１帯電体１１０が負電荷帯電体になる。しかし、それは、例示的なものに過ぎず、反対の場合も可能である。例えば、第１帯電体１１０表面の電子が第２帯電体１４０表面に移動することによって、第１帯電体１１０が正電荷帯電体になり、第２帯電体１４０が負電荷帯電体にもなる。
【００５８】
図６は、摺動によって、第２帯電体１４０が接地ユニット１３０と出合った状態を示した図面である。
【００５９】
図６を参照すれば、摺動によって、第２帯電体１４０は、接地ユニット１３０の上面と接することができる。第１帯電体１１０の上面の一部が、第２帯電体１４０と接触しないことによって、第１電極１２２及び第２電極１２４に、静電誘導現象が起こる。該静電誘導現象によって、第１電極１２２から第２電極１２４に電子が移動することができる。第１電極１２２と第２電極１２４との間に電流が流れる間、第１電極１２２及び第２電極１２４間の負荷３０を介して、電気エネルギーが収獲される。
【００６０】
第１帯電体１１０と接地ユニット１３０との間隔ｄ１は、第２帯電体１４０の幅Ｗより狭くともよい。ここで、第２帯電体１４０の幅Ｗは、第２帯電体１４０が摺動する方向への第２帯電体１４０の長さを意味する。第２帯電体１４０の幅Ｗが、第１電極１２２と接地ユニット１３０との間隔ｄ１より狭いために、第２帯電体１４０は、第１帯電体１１０及び接地ユニット１３０と同時に接することができる。従って、静電誘導によって、第１電極１２２及び第２電極１２４の間に電流が流れる間、接地ユニット１３０を介して、第２帯電体１４０の電子が供給されることにより、第２帯電体１４０の電位が変わる。その場合、第２帯電体１４０に外部電子が流入することにより、第１電極１２２及び第２電極１２４間の静電誘導現象がさらに増幅される。しかし、本実施形態は、それに制限されるものではない。例えば、第１帯電体１１０と接地ユニット１３０との間隔ｄ１が、第２帯電体１４０の幅Ｗより広くともよい。その場合、第２帯電体１４０は、第１帯電体１１０と分離された後、接地ユニット１３０と接触することもできる。
【００６１】
第２帯電体１４０が接地ユニット１３０と接すれば、第２帯電体１４０は、電荷保存所１３３と電気的に連結される。電気的連結が容易であるように、第２帯電体１４０は、導電性物質を含んでもよい。第２帯電体１４０が接地ユニット１３０と接すれば、第２帯電体１４０と電荷保存所１３３とが電荷をやり取りすることができる。電荷交換によって、第２帯電体１４０の電位が、電荷保存所１３３の電位と同じになる。例えば、電荷保存所１３３の電位がグラウンド電位と同じである場合、電荷保存所１３３は、接地ユニット１３０を介して、第２帯電体１４０に電子を供給することができる。
【００６２】
図７は、摺動によって、第２帯電体１４０が第１基板１０に対して相対的にさらに動いた状態を示した図面である。
【００６３】
図７を参照すれば、摺動によって、第２帯電体１４０と第１帯電体１１０との接触面積がだんだんとさらに狭くなる。第２帯電体１４０と第１帯電体１１０との接触面積が狭くなることにより、第１電極１２２及び第２電極１２４の間で静電誘導現象が生じる。前記静電誘導現象によって、第１電極１２２及び第２電極１２４の間に電流が流れる。接地ユニット１３０は、第２帯電体１４０に電子を供給することにより、第２帯電体１４０の電位をグラウンド電位近くに維持することができる。
【００６４】
図８は、摺動によって、第２帯電体１４０が第２電極１２４と出合った状態を示した図面である。
【００６５】
図８を参照すれば、第１帯電体１１０と第２帯電体１４０とが互いに分離する。また、第２帯電体１４０は、接地ユニット１３０及び第２電極１２４と接することができる。第２帯電体１４０が、接地ユニット１３０及び第２電極１２４と接するように、接地ユニット１３０と第２電極１２４との間隔ｄ２は、第２帯電体１４０の幅Ｗより狭くともよい。
【００６６】
第２帯電体１４０が、接地ユニット１３０及び第２電極１２４と接すれば、第２電極１２４の電位も、電荷保存所１３３によって変わる。例えば、第２電極１２４の負電荷が第２帯電体１４０及び接地ユニット１３０を介して電荷保存所１３３に移動しながら、第２電極１２４の電位がグラウンド電位とほぼ同じになる。
【００６７】
図９は、摺動によって、第２帯電体１４０が第１基板１０に対して相対的にさらに動いた状態を示した図面である。
【００６８】
図９を参照すれば、第２電極１２４から接地ユニット１３０に電子が移動しながら、第２帯電体１４０及び第２電極１２４の電位がグラウンド電位とほぼ同じになる。
【００６９】
図１０は、摺動によって、第２帯電体１４０が第２電極１２４と分離された状態を示した図面である。
【００７０】
図１０を参照すれば、第２帯電体１４０が第２電極１２４と分離されることによって、図５ないし図１０を参照して説明した最初サイクルが終わる。最初サイクルが終わった後、第１帯電体１１０は、負電荷に帯電した状態を維持することができる。第１電極１２２は、第１帯電体１１０の負電荷の影響により、正電荷を負電荷より多く含む。図１０に図示されているように、電荷平衡がなされてから、第２帯電体１４０が第１帯電体１１０に出合う次のサイクル（cycle）まで電荷の動きがほとんどない。そして、第２帯電体１４０及び第２電極１２４がグラウンド電位に変更された後から、次のサイクルが始まるために、次のサイクルで獲得される電気エネルギー量がさらに多くなる。
【００７１】
以下では、図５ないし図１０を参照して説明した最初サイクルが終わった後、反復されるサイクルでのエネルギーハーベスティング過程について説明する。
【００７２】
図１１は、第２帯電体１４０が第１帯電体１１０に接近する様子を示した図面である。
【００７３】
図１１を参照すれば、図５の場合と異なり、第１帯電体１１０が負電荷に帯電している。
【００７４】
図１２は、摺動によって、第２帯電体１４０が第１帯電体１１０と接触した様子を示した図面である。
【００７５】
図１２を参照すれば、第１帯電体１１０がすでに帯電している状態であるために、第１帯電体１１０及び第２帯電体１４０間の電子交換量は、相対的に少なくなる。第２帯電体１４０は、第１帯電体１１０表面に分布した負電荷の影響を受ける。第２帯電体１４０の下面には、正電荷が誘導される一方、第２帯電体１４０の上面には、負電荷が誘導される。
【００７６】
図１３は、摺動によって、第２帯電体１４０が接地ユニット１３０と出合った状態を示した図面である。
【００７７】
第２帯電体１４０が接地ユニット１３０と接すれば、第２帯電体１４０の電位がグラウンド電位に変更される。その過程において、第２帯電体１４０から接地ユニット１３０に電子が移動する。
【００７８】
図１４は、図１３で示した電子の流れによって、第２帯電体１４０の電位が変更された状態を示した図面である。
【００７９】
図１４を参照すれば、第２帯電体１４０が第１帯電体１１０と接する部分には、正電荷が残っている。第２帯電体１４０の正電荷は、第１帯電体１１０表面の負電荷と平衡をなし、第２帯電体１４０の電位をグラウンド電位にする。また、第２帯電体１４０から接地ユニット１３０に電子が移動しながら、第２帯電体１４０は、負電荷より正電荷をさらに多く含む。
【００８０】
第１帯電体１１０の上面の一部が、第２帯電体１４０と接触しないことによって、第１電極１２２及び第２電極１２４の間で、静電誘導現象が生じる。静電誘導現象が起これば、電気的平衡をなすために、第２電極１２４から第１電極１２２に電子が移動する。第１電極１２２と第２電極１２４との間で、電子流れが発生することにより、第１電極１２２及び第２電極１２４間の負荷３０において、電気エネルギーが収獲される。
【００８１】
図１５は、摺動によって、第２帯電体１４０が第１基板１０に対して相対的にさらに動いた状態を示した図面である。
【００８２】
図１５を参照すれば、第２帯電体１４０と第１帯電体１１０との接触面積が狭まることにより、第１電極１２２から第２電極１２４に電子が移動する。また、第２帯電体１４０の電位をグラウンド電位に維持するために、電荷保存所１３３から第２帯電体１４０に電子が移動する。第２帯電体１４０が接地ユニット１３０を介して外部電荷を供給されることにより、第２帯電体が摺動する間、負荷３０を介して収獲される電気エネルギーの量がさらに増幅される。
【００８３】
図１６は、摺動によって、第２帯電体１４０が第２電極１２４と接触した状態を示した図面である。
【００８４】
図１６を参照すれば、第１帯電体１１０と第２帯電体１４０とが互いに分離する。また、第２帯電体１４０は、接地ユニット１３０及び第２電極１２４と接することができる。第２帯電体１４０が、接地ユニット１３０及び第２電極１２４と接するように、接地ユニット１３０と第２電極１２４との間隔ｄ２は、第２帯電体１４０の幅Ｗより狭くともよい。第２電極１２４は、第２帯電体１４０及び接地ユニット１３０を介して、電荷保存所１３３と連結される。電荷保存所１３３から第２電極１２４に電子が移動することにより、第２電極１２４の電位が、電荷保存所１３３の電位と同じになる。例示的には、第２電極１２４の電位は、グラウンド電位と実質的に同じになる。
【００８５】
図１７は、図１６で示した状態で、摺動によって、第２帯電体１４０が第２電極１２４と分離された状態を示した図面である。
【００８６】
図１７を参照すれば、第２帯電体１４０が第２電極１２４と分離されることによって、図１１ないし図１６を参照して説明したサイクルが終了する。図１７を参照すれば、図１１ないし図１６を参照して説明した過程を経た後、第１帯電体１１０及び第２帯電体１４０と、第１電極１２２及び第２電極１２４との電荷分布が、図１１で示したところと同じになる。従って、さらに第２帯電体１４０が第１帯電体１１０に上面を摺動させれば、図１１ないし図１６で示した過程が反復される。そして、サイクルが反復される間、第１電極１２２及び第２電極１２４の間で流れる電流から、電気エネルギーを収穫することができる。第２帯電体１４０が、摺動によって、相対的に他の部材に対して動く間、接地ユニット１３０が、第２帯電体１４０及び第２電極１２４と電荷をやり取りすることができる。第２帯電体１４０及び第２電極１２４が、外部電荷保存所１３３と電荷を交換することによって、摺動サイクルで収獲される電気エネルギー量がさらに多くなる。
【００８７】
図１では、第１電極１２２及び第２電極１２４、第１帯電体１１０、接地ユニット１３０が、平面第１基板１０に設けられた例を示したが、本実施形態は、それに制限されるものではない。例えば、第１基板１０は、図１ないし図１７で示したサイクル反復が容易であるように他の形状を有することもできる。
【００８８】
図１８は、例示的な実施形態による摩擦電気発電機の他の形状を示した斜視図である。
【００８９】
図１８を参照すれば、実施形態による摩擦電気発電機の第１基板１０は、円板形状でもある。第１基板１０上に、は第１電極１２２、接地ユニット１３０及び第２電極１２４が放射状に配列される。また、第１電極１２２上面には、第１帯電体１１０が配列される。例えば、第１電極１２２、第１帯電体１１０、接地ユニット１３０及び第２電極１２４は、扇形形状を有することができる。しかし、本実施形態は、それに制限されるものではない。
【００９０】
第２帯電体１４０は、第１基板１０の上面と対向しながら、第１基板１０に対して相対的に回転することができる。例えば、該摩擦電気発電機は、第２帯電体１４０が設けられる第２基板１２をさらに含む。第２基板１２は、円板形状を有することができる。第１基板１０及び第２基板１２のうち少なくとも一つが回転することにより、第２帯電体１４０が、第１帯電体１１０の上面、接地ユニット１３０の上面、及び第２電極１２４の上面を摺動することができる。しかし、本実施形態は、それに制限されるものではない。例えば、該摩擦電気発電機は、第２基板１２を含まないこともある。第２帯電体１４０の回転軸が第１基板１０と連結されることにより、第２帯電体１４０が、第１帯電体１１０の上面、接地ユニット１３０の上面、及び第２電極１２４の上面を摺動することができる。
【００９１】
図１８では、第１基板１０に、第１電極１２２、接地ユニット１３０及び第２電極１２４がそれぞれ一つずつ配列された場合を示したが、本実施形態は、それに制限されるものではない。例えば、第１基板１０には、第１電極１２２、接地ユニット１３０及び第２電極１２４からなるセットが複数個設けられてもよい。同様に、第２基板にも、第２帯電体１４０が複数個設けられてもよい。
【００９２】
図１９は、例示的な実施形態による摩擦電気発電機の他の形状を示した斜視図である。
【００９３】
図１９を参照すれば、一実施形態による摩擦電気発電機は、円板形状の第１基板１０及び第２基板１２を含む。第１基板１０上には、第１電極１２２、接地ユニット１３０及び第２電極１２４が放射状に配列される。また、第１電極１２２上面には、第１帯電体１１０が配列される。そして、接地ユニット１３０は、第２基板１２に配列される。
【００９４】
第２帯電体１４０の回転軸は、第１基板１０及び第２基板１２と連結されている。第２帯電体１４０は、第１基板１０及び第２基板１２の間で動くことができる。第２帯電体１４０は、第１基板１０及び第２基板１２に対して相対的に回転することによって、第１帯電体１１０、接地ユニット１３０及び第２電極１２４の表面を順次に摺動することができる。
【００９５】
図２０は、例示的な実施形態による摩擦電気発電機の他の形状を示した斜視図である。
【００９６】
図２０を参照すれば、一実施形態による摩擦電気発電機は、円板形状の第１基板１０を含む。第１基板１０上には、第１電極１２２、及び第２電極１２４が放射状に配列される。また、第１電極１２２上面には、第１帯電体１１０が配列される。
【００９７】
一実施形態による摩擦電気発電機は、導電性物質部分１３２と絶縁性物質部分１３４とを含むリングを含む。導電性物質部分１３２は、電荷保存所１３３と電気的に連結され、接地ユニットの機能を遂行することができる。第２帯電体１４０は、リングに対する相対的な回転を介して、リングの内周面を摺動することができる。第２帯電体１４０が絶縁性物質部分１３４の内周面を摺動する間には、電荷保存所１３３と第２帯電体１４０とが電気的に互いに断絶される。第２帯電体１４０が導電性物質部分１３２の内周面を摺動する間には、電荷保存所１３３と第２帯電体１４０とが電気的に互いに連結される。導電性物質部分１３２は、第１帯電体１１０と第２電極１２４との間に位置することができる。
【００９８】
図２１は、例示的な実施形態による摩擦電気発電機の他の形状を示した斜視図である。
【００９９】
図２１を参照すれば、一実施形態による摩擦電気発電機は、円板形状の第１基板１０を含む。第１基板１０上には、第１電極１２２及び第２電極１２４が放射状に配列される。また、第１電極１２２上面には、第１帯電体１１０が配列される。
【０１００】
一実施形態による摩擦電気発電機は、導電性物質部分１３２と絶縁性物質部分１３４とを含む円筒形状のケース４０を含む。導電性物質部分１３２は、電荷保存所１３３と電気的に連結され、接地ユニットの機能を遂行することができる。第２帯電体１４０は、ケース４０に対する相対的な回転を介して、ケース４０の内壁を摺動することができる。第２帯電体１４０が絶縁性物質部分１３４の内壁を摺動する間には、電荷保存所１３３と第２帯電体１４０とが電気的に互いに断絶される。第２帯電体１４０が導電性物質部分１３２の内壁を摺動する間には、電荷保存所１３３と第２帯電体１４０とが電気的に互いに連結される。導電性物質部分１３２は、第１帯電体１１０と第２電極１２４との間に位置することができる。
【０１０１】
図２２は、例示的な実施形態による摩擦電気発電機の他の形状を示した断面図である。
【０１０２】
図２２を参照すれば、一実施形態による摩擦電気発電機は、第１電極１２２、接地ユニット１３０、及び第２電極１２４が配列される第３基板１６を含む。第３基板１６は、円柱形状を有することができる。図２２では、第３基板１６が円柱形状である場合を示したが、本実施形態は、それに制限されるものではない。例えば、第３基板１６は、中空円筒形状を有することもできる。第３基板１６の外周面Ｓ４には、第１電極１２２、接地ユニット１３０及び第２電極１２４が設けられている。接地ユニット１３０は、電荷保存所１３３と連結される。また、第１電極１２２の上面には、第１帯電体１１０が設けられてもよい。
【０１０３】
第２帯電体１４０は、第１基板１０の外周面Ｓ４と対向しながら動くことができる。該摩擦電気発電機は、第２帯電体１４０が設けられた第４基板１８をさらに含む。例えば、第２帯電体１４０は、第４基板１８の内周面Ｓ５に設けられてもよい。第３基板１６及び第４基板１８のうち少なくとも一つが回転することによって、第２帯電体１４０が、第１帯電体１１０の表面、接地ユニット１３０の表面及び第２電極１２４の表面を順次に摺動することができる。そして、図５ないし図１７で示したサイクルが反復される。
【０１０４】
図２２では、第３基板１６に、第１電極１２２、接地ユニット１３０及び第２電極１２４がそれぞれ一つずつ配列された場合を示したが、本実施形態は、それに制限されるものではない。例えば、第３基板１６の外周面Ｓ４には、第１電極１２２、接地ユニット１３０及び第２電極１２４からなるセットが複数個設けられてもよい。同様に、第４基板１８の内周面Ｓ５にも、第２帯電体１４０が複数個設けられてもよい。
【０１０５】
また、図２２に図示されたところと異なり、第３基板１６の外周面Ｓ４に、第２帯電体１４０が設けられ、第４基板１８の内周面Ｓ５に、第１電極１２２、第１帯電体１１０、接地ユニット１３０及び第２電極１２４が設けられてもよい。
【０１０６】
図２３は、例示的な実施形態による摩擦電気発電機の他の形状を示した斜視図である。
【０１０７】
図２３を参照すれば、第２帯電体２４０が、第１帯電体２１０に対して相対的に回転運動することによって摺動する。第２帯電体２４０は、第１帯電体２１０及び第２電極２２４の間で、第１帯電体２１０及び第２電極２２４の表面上を摺動することができる。第１電極２２２と第２電極２２４は、第２帯電体２４０が摺動する方向に垂直方向に互いに離隔される。
【０１０８】
第１帯電体２１０は、第２帯電体２４０と対向する第１電極２２２の下面に設けられてもよい。第２帯電体２４０は、第１帯電体２１０と互いに対向しながら、摺動によって、第１帯電体２１０と断続的に接触することができる。また、第２帯電体２４０は、摺動によって、第２電極２２４と断続的に接触することができる。接地ユニット２３０は、導電性柱を含む。接地ユニット２３０は、電荷保存所２３３と電気的に連結され、第２帯電体２４０が回転することにより、第２帯電体２４０と断続的に接触することができる。例示的には、第２帯電体２４０は、外面に形成された突出部２４２を含む。第２帯電体２４０が回転することにより、突出部２４２が接地ユニット２３０と断続的に接触することができる。
【０１０９】
第１帯電体２１０及び第２帯電体２４０と、第１電極２２２及び第２電極２２４は、それぞれ放射状に拡張された複数の羽根を含む。例示的には、第１帯電体２１０及び第２帯電体２４０と、第１電極２２２及び第２電極２２４は、扇形形状を有することができる。
【０１１０】
以下では、図２３で示した摩擦電気発電機の作動過程について説明する。以下の図面においては、便宜上、第１帯電体２１０及び第２帯電体２４０と、第１電極２２２及び第２電極２２４とのそれぞれに含まれた複数の羽根のうち一つずつだけを表現する。
【０１１１】
図２４は、一実施形態による摩擦電気発電機の断面を概念的に示した図面である。
【０１１２】
図２４を参照すれば、第２帯電体２４０が、接地ユニット２３０、第２電極２２４及び第１帯電体２１０それぞれと分離している。第１帯電体２１０は、第１電極２２２と連動して動くことができる。第１帯電体２１０は、相対的な動きによって、第２帯電体２４０と近くなる。
【０１１３】
図２５は、第１帯電体２１０と第２帯電体２４０とが互いに接触した様子を示した図面である。
【０１１４】
図２５を参照すれば、摺動によって、第１帯電体２１０と第２帯電体２４０とが互いに接触することができる。第１帯電体２１０及び第２帯電体２４０が互いに接触すれば、第１帯電体２１０及び第２帯電体２４０それぞれの表面は、互いに異なる極性の電荷に帯電する。第１帯電体２１０及び第２帯電体２４０が互いに接触した後から、第１帯電体２１０及び第２帯電体２４０は、互いに連動して動くことができる。例示的には、第１帯電体２１０及び第２帯電体２４０は、時計の分針と時針とが連動して動く原理で、共に動くことができる。
【０１１５】
図２６は、第２帯電体２４０が接地ユニット２３０と接触した様子を示した図面である。
【０１１６】
図２６を参照すれば、第１帯電体２１０及び第２帯電体２４０が連動して動きながら、第２帯電体２４０の突出部２４２が、接地ユニット２３０と接触することができる。第２帯電体２４０が、接地ユニット２３０と電気的に連結されれば、電荷保存所２３３と第２帯電体２４０との電位が同じになる。例えば、第２帯電体２４０の電位がグラウンド電位とほぼ同じになる。
【０１１７】
図２７は、第２帯電体２４０が第２電極２２４と接触する様子を示した図面である。
【０１１８】
図２７を参照すれば、第２帯電体２４０が摺動によって、第２電極２２４と接触することができる。第２帯電体２４０が第２電極２２４と接触すれば、第２電極２２４の電位もグラウンド電位と同じになる。
【０１１９】
図２８及び図２９は、第２帯電体２４０が、第２電極２２４及び第１帯電体２１０と分離されるところを示した図面である。
【０１２０】
図２８及び図２９では、第２帯電体２４０が第２電極２２４と先に分離する場合を示したが、本実施形態は、それに制限されるものではない。第２帯電体２４０は、第１帯電体２１０と先に分離した後、第２電極２２４と分離されもする。また、第２帯電体２４０は、第１帯電体２１０及び第２電極２２４と実質的に同時に分離することもできる。そして、図２９に図示されているように、第２帯電体２４０は、接地ユニット２３０とも分離する。
【０１２１】
第２帯電体２４０が第２電極２２４と分離すれば、第２電極２２４の電位は、それ以上グラウンド電位を維持しない。また、第２帯電体２４０と第１帯電体２１０とが分離することにより、第１電極２２２及び第２電極２２４の電位が互いに異なる。第１電極２２２及び第２電極２２４の電位が互いに異なれば、第１電極２２２及び第２電極２２４の間で電流が流れる。第１電極２２２と第２電極２２４との間で電流が流れる間、第１電極２２２及び第２電極２２４間の負荷３０を介して、電気エネルギーが収獲される。図２４ないし図２９で示した過程において、第２帯電体２４０及び第２電極２２４が接地ユニット２３０を介して、外部と電荷を交換しながら、第１電極２２２及び第２電極２２４の間に流れる電流の量がさらに増幅される。また、図２９に図示されているように、第１帯電体２１０、第２帯電体２４０、第２電極２２４及び接地ユニット２３０がいずれも分離した状態に復帰されることにより、図２４ないし図２９で示した過程が反復される。
【０１２２】
図３０は、図２３で示した摩擦電気発電機の変形例を示した図面である。
【０１２３】
図３０を参照すれば、接地ユニット１３０は、第２帯電体１４０の回転方向に沿って交互に配置される導電性部材２３２及び絶縁性部材２３４を含む。導電性部材２３２は、電荷保存所２３３と電気的に連結され、第２帯電体２４０が回転することにより、第２帯電体２４０と断続的に接触することができる。
【０１２４】
例えば、導電性部材２３２と絶縁性部材２３４は、円筒状ケース５０の内壁に設けられてもよい。図２６ないし図２８を参照して示した第２帯電体２４０が、接地ユニット２３０と接触する区間のような区間において、導電性物質部分２３２が第２帯電体２４０と接触するように、導電性物質部分２３２の分布位置が決定される。
【０１２５】
図３１は、他の例示的な実施形態による摩擦電気発電機の断面図である。
【０１２６】
図３１を参照すれば、一実施形態による摩擦電気発電機は、互いに離隔されるように設けられる第１電極３２２及び第２電極３２４と、第１電極３２２の下面に設けられる第１帯電体３１０、第１帯電体の下面と対向し、一方向（ｘ軸方向）に摺動するように設けられる第２帯電体３４０であって、第１帯電体３１０との接触により、前記第１帯電体３１０と反対極性の電荷に帯電する第２帯電体３４０、及び第２帯電体３４０の動きによって、第２帯電体３４０と電荷保存所３３３とを断続的に連結する接地ユニット３３０を含む。
【０１２７】
第２帯電体３４０は、第１帯電体３１０と第２電極３２４との間で、第１帯電体３１０及び第２電極３２４に対して相対的に動くことができる。第２帯電体３４０は、摺動によって、第１帯電体３１０の下面と接触することができる。また、第２帯電体３４０は、第２電極３２４とは離隔されるように設けられてもよい。従って、第２帯電体３４０が第１帯電体３１０の下面を摺動する間、第２帯電体３４０は、第２電極２２４と接触しない。
【０１２８】
第２帯電体３４０と第１帯電体３１０は、互いに帯電率が異なる物質を含む。従って、第２帯電体３４０の表面と、第１帯電体３１０の表面とが摩擦を起こせば、第１帯電体３１０及び第２帯電体３４０それぞれは、互いに異なる極性の電荷に帯電する。
【０１２９】
例えば、第１帯電体３１０は、第２帯電体３４０との摩擦によって、負電荷に帯電し、第２帯電体３４０は、第１帯電体３１０との摩擦によって、正電荷に帯電する。第２帯電体３４０は、接地ユニット３３０と電気的な連結が容易であるように、導電性物質を含む。前記導電性物質は、摩擦帯電が容易なＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びスチールのうち少なくとも一つを含む。また、第１帯電体３１０は、前記導電性物質との摩擦によって、負電荷に帯電しやすいポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））、フッ素化されたエチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリイミド（Kapton（登録商標））、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）及びポリスチレン（ＰＳ）のうち少なくとも一つを含んでもよい。また、第１帯電体３１０は、ＰＭＭＡ、ＰＥＴ、ＰＥＥＫ、ＣＯＣ、ＰＴＦＥのような有機ポリマー（organic polymer）を含んでもよい。また、第１帯電体３１０は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ORMOCER（登録商標）のような無機ポリマー（inorganic polymer）を含んでもよい。前記物質は、例示的なものに過ぎず、本実施形態は、それらに制限されるものではない。
【０１３０】
他の例として、第１帯電体３１０は、第２帯電体３４０との摩擦によって、正電荷に帯電し、第２帯電体３４０は、第１帯電体３１０との摩擦によって、負電荷に帯電する。第２帯電体３４０は、接地ユニット３３０と電気的な連結が容易であるように、導電性物質を含む。前記導電性物質は、摩擦帯電が容易なＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びスチールのうち少なくとも一つを含む。また、第１帯電体３１０は、前記導電性物質との摩擦によって、正電荷に帯電しやすいポリホルムアルデヒド、エチルセルロース、ポリアミド、メラミンホルモル（melamine formol）、ウール（wool）、シルク（silk）、マイカ（mica）及びナイロン（nylon）のうち少なくとも一つを含む。前記物質は、例示的なものに過ぎず、本実施形態は、それらに制限されるものではない。
【０１３１】
第１帯電体３１０及び第２帯電体３４０のうち少なくとも一つは、その表面の帯電特性を調節するために、ｐ型ドーパントまたはｎ型ドーパントによってドーピングされる。ｐ型ドーパントのソース（source）は、例えば、ＮＯ２ＢＦ４、ＮＯＢＦ４、ＮＯ２ＳｂＦ６などのイオン性液体（ionic liquid）；ＨＣｌ、Ｈ２ＰＯ４、ＣＨ３ＣＯＯＨ、Ｈ２ＳＯ４、ＨＮＯ３などの酸類化合物（acidic compound）、ジクロロジシアノキノン（ＤＤＱ）、オキソン（oxone）、ジミリストイルホスファチジルイノシトール（ＤＭＰＩ）、トリフルオロメタンスルホンイミド（trifluoromethanesulfoneimide）などの有機化合物（organic compound）などを含む。または、ｐ型ドーパントのソースとしては、ＨＰｔＣｌ４、ＡｕＣｌ３、ＨＡｕＣｌ４、トリフルオロメタンスルホン酸銀（ＡｇＯＴｆ）、ＡｇＮＯ３、Ｈ２ＰｄＣｌ６、Ｐｄ（ＯＡｃ）２、Ｃｕ（ＣＮ）２などを含む。
【０１３２】
ｎ型ドーパントのソースは、例えば、置換もしくは非置換のニコチンアミドの還元物（a reduction product of a substituted or unsubstituted nicotin amide）；置換もしくは非置換のニコチンアミドと化学的に結合された化合物の還元物（a reduction product of a compound which is chemically bound to a substituted or unsubstituted nicotinamide）；及び２以上のピリジニウム誘導体を含み、１以上のピリジニウム誘導体の窒素が還元された化合物（a compound comprising at least two pyridinium moieties in which a nitrogen atom of at least one of the pyridinium moieties is reduced）を含む。例えば、ｎ型ドーパントのソースは、ＮＭＮＨ（nicotinamide mononucleotide−Ｈ）、ＮＡＤＨ（nicotinamide adenine dinucleotide−Ｈ）、ＮＡＤＰＨ（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate−Ｈ）を含むか、あるいはビオロゲン（viologen）を含む。または、前記ｎ型ドーパントのソースは、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）などのポリマーを含む。または、ｎ型ドーパントは、Ｋ、Ｌｉなどのアルカリ金属を含む。一方、以上で言及されたｐ型ドーパントとｎ型ドーパント物質は、例示的なものであり、それら以外にも、他の多様な物質がドーパントとして使用される。
【０１３３】
接地ユニット３３０は、電荷保存所３３３と電気的に連結される。電荷保存所１３３は、電位がほぼ変わらずに維持される地面（ground）または導電性部材を含む。第２帯電体３４０が接地ユニット３３０に接触すれば、接地ユニット３３０を介して、電荷保存所３３３と第２帯電体３４０とが電気的に連結される。第２帯電体３４０が電荷保存所３３３と、接地ユニット３３０を介して連結されれば、第２帯電体３４０の電位が、電荷保存所３３３の電位がほぼ同じになるように変わる。
【０１３４】
第１電極３２２及び第２電極３２４は、電気伝導性にすぐれる物質を含む。例えば、第１電極３２２及び第２電極３２４は、グラフェン（graphene）、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、ＩＴＯ（indium tin oxide）、金属及び伝導性ポリマーからなるグループのうちから選択された少なくとも１つの物質を含む。ここで、該金属は、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＰｔからなるグループのうちから選択された少なくとも一つを含んでもよいが、それらに限定されるものではない。第１電極３２２及び第２電極３２４は、単層構造または複層構造を有することができる。
【０１３５】
図３２は、図３１で示した摩擦電気発電機の変形例を示した図面である。図３２の実施形態についての説明にあたり、図３１と重複する内容は省略する。
【０１３６】
図３２を参照すれば、第１帯電体３１０の接触面と、第２帯電体３４０の接触面とのうち少なくとも一つには、複数の突起部が形成されている。前記複数の突起部は、ナノピラミッド、ナノワイヤ、ナノボール（ball）、ナノロッド（rod）などを含む。第１帯電体３１０の接触面と、第２帯電体３４０の接触面とのうち少なくとも一つに、複数の突起部が形成されることにより、第１帯電体３１０と第２帯電体３４０とが接触したとき、第１帯電体３１０の接触面、及び第２帯電体３４０の接触面それぞれに誘導される帯電電荷の量がさらに多くなる。
【０１３７】
図３３は、摺動によって、図３１で示した第１帯電体３１０と第２帯電体３４０とが互いに接触した様子を示した図面である。
【０１３８】
図３３を参照すれば、第１帯電体３１０及び第２帯電体３４０が互いに接触すれば、第１帯電体３１０の表面、及び第２帯電体３４０の表面が互いに異なる極性の電荷に帯電する。図３３では、第２帯電体３４０の表面が正電荷に帯電し、第１帯電体３１０の表面が負電荷に帯電した例を示したが、本実施形態は、それらに制限されるものではない。例えば、第１帯電体３１０の表面が正電荷に帯電し、第２帯電体３４０の表面が負電荷に帯電してもよい。
【０１３９】
図３４は、摺動によって、第２帯電体３４０が第１帯電体３１０に対して相対的に動いた様子を示した図面である。
【０１４０】
図３４を参照すれば、第１帯電体３１０の表面の一部が第２帯電体３４０と接触しない。第１帯電体３１０が第２帯電体３４０と接触しない領域の近くでは、静電誘導によって、第１電極３２２の電子が第２電極３２４に移動する。すなわち、第１電極３２２及び第２電極３２４の間で電流が流れる。
【０１４１】
図３５は、摺動によって、第２帯電体３４０が接地ユニット３３０と接触した様子を示した図面である。
【０１４２】
図３５を参照すれば、第２帯電体３４０が接地ユニット３３０と接触し、電荷保存所３３３と電荷をやり取りすることができる。第２帯電体３４０は、電荷保存所３３３と電荷をやり取りすることにより、電荷保存所３３３と電位が同じになる。例えば、電荷保存所３３３から第２帯電体３４０に電子が移動することにより、第２帯電体３４０の電位は、グラウンド電位と実質的に同じになる。
【０１４３】
図３６は、図３１ないし図３４で示したサイクルが終了し、第２帯電体３４０がさらに第１帯電体３１０に接近する様子を示した図面である。
【０１４４】
図３６を参照すれば、図３１ないし図３５で示したサイクルが終わった後、電気的な平衡状態において、第１帯電体３１０の表面は、負電荷に帯電する。また、第１電極３２２は、正電荷をさらに多く含み、第２電極３２４は、負電荷をさらに多く含む。
【０１４５】
図３７は、摺動によって、第２帯電体３４０が第１帯電体３１０の表面と接触した状態を示した図面である。
【０１４６】
図３７を参照すれば、第１帯電体３１０がすでに帯電している状態であるために、第１帯電体３１０及び第２帯電体３４０間の電子交換量は、相対的に少なくなる。第２帯電体３４０は、第１帯電体３１０表面の負電荷の影響を受ける。第２帯電体３４０の上面には、正電荷が誘導される一方、第２帯電体３４０の下面には、負電荷が誘導される。
【０１４７】
図３８は、摺動によって、第２帯電体３４０が第１帯電体３１０に対して相対的に動いた様子を示した図面である。
【０１４８】
図３８を参照すれば、第１帯電体３１０の表面の一部が、第２帯電体３４０と接触しない。第１帯電体３１０が第２帯電体３４０と接触しない領域の近くでは、静電誘導によって、第１電極３２２の電子が第２電極３２４に移動する。図３６を参照して説明したように、第２帯電体３４０の電位が外部電荷保存所３３３によって変更された後、サイクルが始まったために、第１電極３２２及び第２電極３２４の間に流れる電流の量がさらに多くなる。すなわち、接地ユニット３３０がない場合より、接地ユニット３３０がある場合、第１電極３２２及び第２電極３２４の間に流れる電流の量がさらに多くなる。
【０１４９】
図３９は、摺動によって、第２帯電体３４０が接地ユニット３３０と接触した様子を示した図面である。
【０１５０】
図３９を参照すれば、第２帯電体３４０が接地ユニット３３０と接触し、電荷保存所３３３と電荷をやり取りすることができる。第２帯電体３４０は、電荷保存所３３３と電荷をやり取りすることにより、電荷保存所３３３と電位が同じになる。例えば、電荷保存所３３３から第２帯電体３４０に電子が移動することにより、第２帯電体３４０の電位は、グラウンド電位と実質的に同じになる。第２帯電体３４０の電位がグラウンド電位と同じになりながら、第１帯電体３１０と、第１電極３２２及び第２電極３２４との状態が、図３５で示したところと同じになる。そして、摺動によって、図３６ないし図３９を参照して説明したサイクルが反復されることにより、電気エネルギーが反復的に収獲される。また、第２帯電体３４０外部の電荷保存所３３３と電荷を交換することによって、摺動サイクルで収獲される電気エネルギー量がさらに多くなる。
【０１５１】
図４０は、図１ないし図１７を参照して説明した摩擦電気発電機の第１電極１２２及び第２電極１２４の間に流れる電流、及び接地ユニット１３０で流れる電流それぞれの経時的な変化を示したグラフである。図４０で上側のグラフは、第１電極１２２及び第２電極１２４の間に流れる電流を示し、下側のグラフは、接地ユニット１３０で流れる電流を示す。
【０１５２】
図４０を参照すれば、第１電極１２２及び第２電極１２４の間で流れる電流のグラフは、互いに異なる方向に形成された２つのピークａ，ｃを含む。それは、図１４で示した第１電極１２２及び第２電極１２４の間での電子の動き方向と、図１５で示した第１電極１２２及び第２電極１２４の間での電子の動き方向とが互いに異なるからである。また、接地ユニット１３０で流れる電流も、互いに異なる方向に形成された２つのピークｂ，ｄを含む。それは、図１４で示した接地ユニット１３０での電子の動き方向と、図１５で示した接地ユニット１３０での電子の動き方向とが互いに異なるからである。従って、一実施形態による摩擦電気発電機は、第１電極１２２及び第２電極１２４の間に流れる出力電流が交流電流になる。
【０１５３】
図４１は、図１ないし図１７を参照した摩擦電気発電機を利用して、第１電極１２２及び第２電極１２４の間での出力電流を測定した結果と、摩擦電気発電機から接地ユニット１３０を除去した後、出力電流を測定した結果とを比較したグラフである。
【０１５４】
図４１において左側グラフは、接地ユニット１３０がない場合、経時的な出力電流の変化を示したグラフであり、右側グラフは、接地ユニット１３０がある場合、経時的な出力電圧の変化を示したグラフである。
【０１５５】
図４２は、図１ないし図１７を参照した摩擦電気発電機を利用して、第１電極１２２及び第２電極１２４間の電圧を測定した結果と、摩擦電気発電機から接地ユニット１３０を除去した後、第１電極１２２及び第２電極１２４間の電圧を測定した結果とを比較したグラフである。
【０１５６】
図４２において左側グラフは、接地ユニット１３０がない場合、経時的な第１電極１２２及び２電極１２４間の電圧変化を示したグラフであり、右側グラフは、接地ユニット１３０がある場合、第１電極１２２及び第２電極１２４間の電圧変化を示したグラフである。
【０１５７】
図４１及び図４２を参照すれば、接地ユニット１３０がない場合、第１電極１２２及び第２電極１２４の間に流れる電流が１．２ｍＡを超えることがなく、第１電極１２２及び第２電極１２４間の電圧は、５０Ｖ前後に過ぎない。
【０１５８】
その一方、接地ユニット１３０を利用した場合、第１電極１２２及び第２電極１２４の間に流れる電流及び電圧の差が増幅される。接地ユニット１３０を介して、電荷保存所１３３と第２帯電体１４０とが互いに電荷をやり取りすることにより、第１電極１２２及び第２電極１２４間の電流及び電圧が増幅される。電流の場合、接地ユニット１３０を除去した場合に比べ、接地ユニット１３０を含めた場合、１０倍近く増加し、電流ピーク値が１ｍＡ以上の値を有することができる。また、電圧の場合、接地ユニット１３０を除去した場合に比べ、接地ユニット１３０を含めた場合、４倍以上増加し、電圧のピーク値が１５０Ｖないし２００Ｖの値を有することができる。
【０１５９】
図４３は、例示的な実施形態による摩擦電気発電機の斜視図である。図４４は、図４３で示した摩擦電気発電機を側面から見た側面図であり、図４５は、図４３で示した摩擦電気発電機を上面から見た上面図である。
【０１６０】
図４３ないし図４５を参照すれば、一実施形態による摩擦電気発電機は、互いに離隔されるように設けられる第１電極４２２及び第２電極４２４、第１電極４２２の上面に設けられた第１帯電体４１０、摺動によって、第１帯電体４１０と接触することによって、前記第１帯電体４１０と反対極性の電荷に帯電する第２帯電体４４０、及び第１磁性体４６０を含む。また、該摩擦電気発電機は、第２電極４２４と連動するように構成されたものであり、第１磁性体４６０から受ける磁気力によって、第２電極４２４が、前記第２帯電体４４０に対して相対的に動くようにする第２磁性体４７０を含む。
【０１６１】
第２電極４２４に付着した第２磁性体４７０、及び第２帯電体４４０と電荷保存所（charge reservoir）４３３とを断続的に連結する接地ユニット４３０を含む。
【０１６２】
第１帯電体４１０及び第１電極４２２、接地ユニット４３０及び第１磁性体４６０は、互いに連動されている。従って、第１帯電体４１０が、第２帯電体４４０及び第２電極４２４に対して相対的に回転すれば、第１電極４２２、接地ユニット４３０、及び第１磁性体４６０また第２帯電体４４０とｂ第２電極４２４とに対して相対的に回転することができる。
【０１６３】
第２帯電体４４０の第１帯電体４１０に対する相対的な回転は、第１帯電体４１０の回転運動、または第２帯電体４４０の回転運動によって起こる。従って、第２帯電体４４０が回転する場合は言うまでもなく、第１帯電体４１０は、固定されており、第２帯電体４４０が回転する場合も可能である。また、第１帯電体１２０及び第２帯電体１４０がいずれも回転する場合も、可能である。
【０１６４】
例えば、第１帯電体４１０が回転する場合、第１電極４２２、接地ユニット４３０及び第１磁性体４６０も、第１帯電体４１０と連動して共に回転することができる。第１帯電体４１０、第１電極４２２、接地ユニット４３０及び第１磁性体４６０が連動して動くように、該摩擦電気発電機は、第１電極４２２が設けられたことにより、第１磁性体４６０が付着した第１基板１０ａを含む。接地ユニット４３０は、回転軸が第１基板１０ａと連動されている。第１基板１０ａが回転することにより、第１電極４２２、第１電極４２２上面に設けられた第１帯電体４１０、接地ユニット４３０、及び第１磁性体４６０が共に回転することができる。
【０１６５】
第１基板１０ａは、回転運動に適するように、円板形状を有することができる。第１電極４２２、第１帯電体４１０は、扇形形状を有することができる。図４３では、第１電極４２２と第１帯電体４１０とが半円板形状である場合を例示的に示したが、本実施形態は、それに制限されるものではない。例えば、第１電極４２２と第１帯電体４１０は、中心角が１８０°ではない扇形形状を有することもできる。また、第１電極４２２と第１帯電体４１０は、扇形ではない放射状に拡張された他の形状を有することもできる。第２帯電体４４０も、扇形形状または放射状に拡張された他の形状を有することができる。
【０１６６】
前述の例では、第１基板１０ａと共に、第１帯電体４１０が回転する場合について説明した。しかし、本発明の実施形態は、それに制限されるものではない。他の例として、第１帯電体４１０が回転しない場合、第２帯電体４４０及び第２磁性体４７０が、第１帯電体４１０に対して回転することもできる。その場合、第１基板１０ａは、省略される。第２磁性体４７０が回転するために、第２磁性体４７０が付着した第２電極４２４が共に回転することができる。第２電極４２４と第２帯電体４４０は、互いに連動して回転することができる。
【０１６７】
第２帯電体４４０が第１帯電体４１０に対して相対的に回転すれば、摺動により、第１帯電体４１０と第２帯電体４４０との表面が断続的に接触する。第２帯電体４４０と第１帯電体４１０は、互いに帯電率が異なる物質を含む。従って、第２帯電体４４０の表面と、第１帯電体４１０の表面とが摩擦を起こせば、第１帯電体４１０の表面、及び第２帯電体４４０の表面は、それぞれ互いに異なる極性の電荷に帯電する。第１帯電体４１０及び第２帯電体４４０の帯電電荷の種類は、各帯電体をなす材料に依存し、帯電体をなす材料の摩擦電気シリーズ（triboelectric series）での相対的な位置によって決定される。
【０１６８】
例えば、第１帯電体４１０の表面は、第２帯電体４４０との摩擦によって、負電荷に帯電し、第２帯電体４４０の表面は、第１帯電体４１０との摩擦によって、正電荷に帯電する。第２帯電体４４０は、接地ユニット４３０と電気的な連結が容易であるように、導電性物質を含む。前記導電性物質は、摩擦帯電が容易なＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びスチールのうち少なくとも一つを含む。また、第１帯電体４１０は、前記導電性物質との摩擦によって、負電荷に帯電しやすいポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））、フッ素化されたエチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリイミド（Kapton（登録商標））、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）及びポリスチレン（ＰＳ）のうち少なくとも一つを含む。第１帯電体４１０は、ＰＭＭＡ、ＰＥＴ、ＰＥＥＫ、ＣＯＣ、ＰＴＦＥのような有機ポリマー（organic polymer）を含む。第１帯電体４１０は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ORMOCER（登録商標）のような無機ポリマー（inorganic polymer）を含む。前記物質は、例示的なものに過ぎず、本実施形態は、それらに制限されるものではない。
【０１６９】
他の例として、第１帯電体４１０の表面は、第２帯電体４４０との摩擦によって、正電荷に帯電し、第２帯電体４４０の表面は、第１帯電体４１０との摩擦によって、負電荷に帯電する。第２帯電体４４０は、接地ユニット４３０と電気的な連結が容易であるように、導電性物質を含む。前記導電性物質は、摩擦帯電が容易なＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びスチールのうち少なくとも一つを含む。第１帯電体４１０は、前記導電性物質との摩擦によって、正電荷に帯電しやすいポリホルムアルデヒド、エチルセルロース、ポリアミド、メラミンホルモル（melamine formol）、ウール（wool）、シルク（silk）、マイカ（mica）及びナイロン（nylon）のうち少なくとも一つを含む。前記物質は、例示的なものに過ぎず、本実施形態は、それらに制限されるものではない。
【０１７０】
第１帯電体４１０及び第２帯電体４４０のうち少なくとも一つは、その表面の帯電特性を調節するために、ｐ型ドーパントまたはｎ型ドーパントによってドーピングされる。ｐ型ドーパントのソース（source）は、例えば、ＮＯ２ＢＦ４、ＮＯＢＦ４、ＮＯ２ＳｂＦ６などのイオン性液体（ionic liquid）；ＨＣｌ、Ｈ２ＰＯ４、ＣＨ３ＣＯＯＨ、Ｈ２ＳＯ４、ＨＮＯ３などの酸類化合物（acidic compound）；ジクロロジシアノキノン（ＤＤＱ）、オキソン（oxone）、ジミリストイルホスファチジルイノシトール（ＤＭＰＩ）、トリフルオロメタンスルホンイミド（trifluoromethanesulfoneimide）などの有機化合物（organic compound）などを含む。または、ｐ型ドーパントのソースとして、ＨＰｔＣｌ４、ＡｕＣｌ３、ＨＡｕＣｌ４、トリフルオロメタンスルホン酸銀（ＡｇＯＴｆ）、ＡｇＮＯ３、Ｈ２ＰｄＣｌ６、Ｐｄ（ＯＡｃ）２、Ｃｕ（ＣＮ）２などを含む。
【０１７１】
ｎ型ドーパントのソースは、例えば、置換もしくは非置換のニコチンアミドの還元物（a reduction product of a substituted or unsubstituted nicotin amide）；置換もしくは非置換のニコチンアミドと化学的に結合された化合物の還元物（a reduction product of a compound which is chemically bound to a substituted or unsubstituted nicotinamide）；及び２以上のピリジニウム誘導体を含み、１以上のピリジニウム誘導体の窒素が還元された化合物（a compound comprising at least two pyridinium moieties in which a nitrogen atom of at least one of the pyridinium moieties is reduced）を含む。例えば、ｎ型ドーパントのソースは、ＮＭＮＨ（nicotinamide mononucleotide−Ｈ）、ＮＡＤＨ（nicotinamide adenine dinucleotide−Ｈ）、ＮＡＤＰＨ（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate−Ｈ）を含むか、あるいはビオロゲン（viologen）を含む。または、前記ｎ型ドーパントのソースは、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）などのポリマーを含む。または、ｎ型ドーパントは、Ｋ、Ｌｉなどのアルカリ金属を含む。一方、以上で言及されたｐ型ドーパントとｎ型ドーパント物質は、例示的なものであり、それら以外にも、他の多様な物質がドーパントとして使用される。
【０１７２】
接地ユニット４３０は、電荷保存所４３３と電気的に連結される。接地ユニット４３０は、金属、セラミックス、ポリマーなどの物質を含む。電荷保存所４３３は、電位変化が実質的に起こらない地面（ground）、または後述する導電性部材を含む。接地ユニット４３０は、第２帯電体４４０に対して相対的に回転運動することにより、第２帯電体４４０と断続的に接触することができる。第２帯電体４４０が接地ユニット４３０に接触すれば、接地ユニット４３０を介して、電荷保存所４３３と第２帯電体４４０とが電気的に連結される。第２帯電体４４０が電荷保存所４３３と、接地ユニット４３０を介して連結されれば、第２帯電体４４０の電位が電荷保存所４３３の電位と実質的に同じになる。
【０１７３】
第１電極４２２及び第２電極４２４は、電気伝導性にすぐれる物質を含む。例えば、第１電極４２２及び第２電極４２４は、グラフェン（graphene）、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、ＩＴＯ（indium tin oxide）、金属及び伝導性ポリマーからなるグループのうちから選択された少なくとも１つの物質を含む。ここで、該金属は、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＰｔからなるグループのうちから選択された少なくとも一つを含んでもよいが、それらに限定されるものではない。第１電極４２２及び第２電極４２４は、単層構造または複層構造を有することができる。
【０１７４】
第２帯電体４４０が第１帯電体４１０の表面を摺動すれば、第１電極４２２及び第２電極４２４の間に静電誘導現象が生じる。例えば、第２帯電体４４０と第１帯電体４１０との接触面積が変わる間、第１電極１２２と第２電極４２４との間に、静電誘導現象によって、電荷の動きが生ずる。一実施形態による摩擦電気発電機は、前記静電誘導現象によって、第１電極４２２と第２電極４２４との間で発生する電荷の流れから、エネルギーをハーベスティング（harvesting）することができる。
【０１７５】
第２帯電体４４０が第１帯電体４１０に対して相対的に回転する間、第２磁性体４７０は、第１磁性体４６０に対して相対的に回転することができる。第２磁性体４７０が第１磁性体４６０に対して相対的に回転する間、第１磁性体４６０及び第２磁性体４７０間の距離が変わる。例示的には、第１磁性体４６０は、第１基板１０ａの下面に付着し、第２磁性体４７０は、第２電極４２４の上面に付着することができる。しかし、本実施形態は、それらに制限されるものではない。
【０１７６】
第１磁性体４６０及び第２磁性体４７０間の距離が変わることにより、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０との間に作用する磁気力の強度が変わる。第１磁性体４６０と第２磁性体４７０との間に作用する磁気力の強度に依存し、第２電極４２４と第２帯電体４４０とが互いに接触してもよく、接触しなくともよい。
【０１７７】
図４３ないし図４５では、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０との距離が近い場合、第２電極４２４と第２帯電体４４０とが互いに離隔される場合を示した。その場合、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０は、互いに対向する面が同じ極性を有することによって、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０との間に斥力が作用する。前記第１磁性体４６０及び第２磁性体４７０間の斥力によって、第２電極４２４が第２帯電体４４０から離隔される。
【０１７８】
しかし、本実施形態は、それに制限されるものではない。例えば、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０は、互いに対向する面が互いに異なる極性を有することによって、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０との間に引力が作用することができる。その場合、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０とが近くなれば、第１磁性体４６０及び第２磁性体４７０間の引力によって、第２電極４２４と第２帯電体４４０とが接触する。そして、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０とが遠くなれば、第２電極４２４は、第２帯電体４４０から遠くなる。例えば、第２電極４２４と第２帯電体４４０との間には、弾性部材が設けられてもよい。前記弾性部材の弾性力によって、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０とが遠くなれば、第２電極４２４は、第２帯電体４４０から離隔される。
【０１７９】
以下では、図４３ないし図４５を参照して説明した摩擦電気発電機が、エネルギーを収穫する原理について説明する。以下の図面において、電荷の表示は、例示的なものに過ぎず、実際の電荷流れは、摩擦電気発電機の多様な実施形態によって異なる。
【０１８０】
図４６は、摺動によって、第１帯電体４１０と第２帯電体４４０とが接触した状態を示した図面である。図４７は、図４６で示した摩擦電気発電機を、側面から見た側面図であり、図４８は、図４６で示した摩擦電気発電機を上面から見た上面図である。
【０１８１】
図４６ないし図４８を参照すれば、第１帯電体４１０が第２帯電体４４０に対して、相対的に回転することによって、第１帯電体４１０の表面と、第２帯電体４４０の表面とが接触する。第２帯電体４４０が第１帯電体４１０の表面を摺動すれば、摩擦帯電効果が生じる。例えば、第２帯電体４４０と第１帯電体４１０とが互いに接触すれば、第１帯電体４１０の表面、及び第２帯電体４４０の表面は、それぞれ反対極性の極性電荷に帯電する。
【０１８２】
図４７では、例示的に、第２帯電体４４０と第１帯電体４１０との摩擦によって、第２帯電体４４０表面の電子が、第１帯電体４１０表面に移動した例を示した。電子の移動によって、第２帯電体４４０が正電荷帯電体になり、第１帯電体４１０が負電荷帯電体になる。しかし、それは、例示的なものに過ぎず、反対の場合も可能である。例えば、第１帯電体４１０表面の電子が、第２帯電体４４０表面に移動することによって、第１帯電体４１０が正電荷帯電体になり、第２帯電体４４０が負電荷帯電体にもなる。
【０１８３】
図４８を参照すれば、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０とが、図４５で示したところより互いに遠くなる。図４８を参照すれば、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０との距離が遠くなることにより、第２電極４２４と第２帯電体４４０との間隔ｄ１が、図４４で示したところよりさらに狭くなる。
【０１８４】
図４９は、第１帯電体４１０が第２帯電体４４０に対して相対的にさらに回転した状態を示した図面である。図５０は、図４９で示した摩擦電気発電機を側面から見た側面図であり、図５１は、図４９で示した摩擦電気発電機を上面から見た上面図である。
【０１８５】
図４９ないし図５１を参照すれば、第１帯電体４１０が第２帯電体４４０に対して相対的に回転しながら、第１帯電体４１０及び第２帯電体４４０の接触面積がさらに広くなる。接地ユニット４３０は、第１帯電体４１０と共に回転し、第２帯電体４４０と接触する。接地ユニット４３０の端部は、第２帯電体４４０の端と接触する。接地ユニット４３０が第２帯電体４４０と接触すれば、第２帯電体４４０と電荷保存所４３３とが電気的に連結される。第２帯電体４４０は、電荷保存所４３３と電荷をやり取りすることができる。例えば、第２帯電体４４０は、電荷保存所４３３から電子を供給される。第２帯電体４４０が電荷保存所４３３から電子を供給されれば、第２帯電体４４０の電位がグラウンド電位と実質的に同じになる。
【０１８６】
第２帯電体４４０に電子が供給され、第２帯電体の電位が変われば、第１電極４２２及び第２電極４２４に静電誘導現象が生じる。例えば、第１電極４２２から第２電極４２４に電子が移動し、第１電極４２２及び第２電極４２４の間に電流が流れる。第１電極４２２及び第２電極４２４の間に電流が流れれば、第１電極４２２及び第２電極４２４の間に連結された負荷３０ａから電気エネルギーを収穫することができる。静電誘導現象によって、第１電極４２２は、正電荷をさらに多く含み、第２電極４２４は、負電荷をさらに多く含む。第２帯電体４４０が、接地ユニット４３０を介して、電荷保存所４３３と電荷を交換することにより、第１電極及び第２電極４２４の間に流れる電流の量が増幅される。
【０１８７】
図５１を参照すれば、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０との距離が、図４８で示したところよりさらに遠くなる。第１磁性体４６０と第２磁性体４７０との距離が遠くなるによって、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０との間に作用する磁気力が弱くなる。図５０を参照すれば、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０との間に作用する磁気力が弱くなりながら、第２電極４２４と第２帯電体４４０との間隔ｄ１がさらに近くなる。
【０１８８】
図５２は、第１帯電体４１０が第２帯電体４４０に対して相対的にさらに回転した状態を示した図面である。図５３は、図５２で示した摩擦電気発電機を側面から見た側面図であり、図５４は、図５２で示した摩擦電気発電機を上面から見た上面図である。
【０１８９】
図５２ないし図５４を参照すれば、第１帯電体４１０が第２帯電体４４０に対して相対的に回転することにより、第１帯電体４１０と第２帯電体４４０との接触面積が最大になる。第１帯電体４１０と第２帯電体４４０との接触面積が増大することにより、第１帯電体４１０の表面にさらに多くの負電荷が誘導される。第１帯電体４１０が第２帯電体４４０に対して相対的に回転する間、接地ユニット４３０の端部は、第２帯電体４４０の端を摺動することができる。電荷保存所４３３から第２帯電体４４０に電子が移動することにより、第２帯電体４４０の電位が電荷保存所４３３の電位と同じになる。
【０１９０】
第１帯電体４１０の表面にさらに多くの負電荷が誘導されながら、第１電極４２２及び第２電極４２４の間に静電誘導現象が生じる。例えば、第１電極４２２から第２電極４２４に電子が移動する。従って、第１電極１２２は、正電荷を負電荷よりさらに多く含む。
【０１９１】
図５４を参照すれば、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０との距離が図５１で示したところよりさらに遠くなる。第１磁性体４６０と第２磁性体４７０との距離が遠くなるによって、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０との間に作用する磁気力が弱くなる。図５２を参照すれば、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０との間に作用する磁気力が弱くなりながら、第２電極４２４と第２帯電体４４０とが互いに接触する。
【０１９２】
第２電極４２４が第２帯電体４４０と接触すれば、第２電極４２４は、第２帯電体４４０及び接地ユニット４３０を介して、電荷保存所４３３と電気的に連結される。第２電極４２４は、電荷保存所４３３と電荷をやり取りすることができる。第２電極４２４の電位は、電荷保存所４３３の電位と同じになる。例示的には、第２電極４２４の電位は、グラウンド電位と実質的に同じになる。
【０１９３】
第１電極４２２及び第２電極４２４間の静電誘導現象によって、第１電極４２２から第２電極４２４に電子が移動する。第１電極４２２から第２電極４２４に電子が移動する量ほど、第２電極４２４から電荷保存所４３３に電子が移動する。従って、第２電極４２４は、電気的に中性状態を維持することができる。第２電極４２４が電気的に中性になるによって、第１電極４２２及び第２電極４２４の間に流れる電流の量が増幅される。
【０１９４】
図５５は、第１帯電体４１０が第２帯電体４４０に対して相対的にさらに回転した状態を示した図面である。図５６は、図５５で示した摩擦電気発電機を側面から見た側面図であり、図５７は、図５５で示した摩擦電気発電機を上面から見た上面図である。
【０１９５】
図５５ないし図５７を参照すれば、第１帯電体４１０が第２帯電体４４０に対して相対的に回転することにより、第１帯電体４１０と第２帯電体４４０との接触面積が狭まる。また、図５７に図示されているように、第１磁性体４６０と第２磁性体４７０との距離が増大しながら、第２電極４２４と第２帯電体４４０とがさらに分離される。図５７に図示されているように、接地ユニット４３０の端部は、第２帯電体４４０と分離する直前状態となる。
【０１９６】
図５５ないし図５７で示した状態から、第１帯電体４１０がさらに回転すれば、図４３ないし図４５で示した初期位置に戻る。第１帯電体４１０が初期位置に戻れば、電気的平衡によって電荷の動きは、ほぼなくなる。
【０１９７】
図４６ないし図５７を参照して説明したサイクルが終了してから、図４３ないし図４５で示したところと異なるように、第１帯電体４１０は、負に帯電した状態を維持することができる。第１帯電体４１０と第２帯電体４４０との相対的な回転運動が続けば、第１帯電体４１０が負に帯電した状態において、図４６ないし図５７を参照して説明した過程が反復される。サイクルが反復される間、静電誘導によって、第１電極４２２及び第２電極４２４の間で電流が流れる。第２帯電体４４０が接地ユニット４３０と断続的に接触することによって、電荷保存所４３３と第２帯電体４４０との間に電荷交換が起こる。電荷保存所４３３と第２帯電体４４０との間に起こる電荷交換により、第１電極４２２及び第２電極４２４の間に流れる電流の量が増幅される。
【０１９８】
図５８は、図４４で示した摩擦電気発電機の変形例を示した図面である。図５８の実施形態についての説明にあたり、図４３ないし図５７と重複する内容は省略する。
【０１９９】
図５８を参照すれば、第２帯電体４４０と接触する第１帯電体４１０の接触面Ｓ１と、第１帯電体４１０と接触する第２帯電体４４０の接触面Ｓ２とのうち少なくとも一つには、複数の突起部が形成されている。前記複数の突起部は、ナノピラミッド、ナノワイヤ、ナノボール（ball）、ナノロッド（rod）などを含む。第１帯電体４１０の接触面Ｓ１と、第２帯電体４４０の接触面Ｓ２とのうち少なくとも一つに、複数の突起部が形成されることにより、第１帯電体４１０と第２帯電体４４０とが接触したとき、第１帯電体４１０の接触面Ｓ１、及び第２帯電体４４０の接触面Ｓ２それぞれに誘導される帯電電荷の量がさらに多くなる。
【０２００】
図５９は、図４４で示した摩擦電気発電機の変形例を示した図面である。
【０２０１】
図５９を参照すれば、電荷保存所４３３ａは、導電性部材を含む。図５９では、導電性部材の形状を板として示したが、それは、例示的なものに過ぎず、本実施形態は、それに制限されるものではない。電荷保存所４３３ａは、電気的容量が大きい導電性部材でもある。電荷保存所４３３ａが接地ユニット４３０を介して、第２帯電体４４０と連結されれば、電荷保存所４３３ａは、第２帯電体４４０と電荷をやり取りすることができる。電荷保存所４３３ａは、第２帯電体４４０と電荷をやり取りすることにより、第２帯電体４４０と電位が同じになる。例示的には、電荷保存所４３３ａの電位は、グラウンド（ground）電位と実質的に同一である。
【０２０２】
以上、図１ないし図５９を参照し、一実施形態による摩擦電気発電機について説明した。一実施形態によれば、摺動によって、第１帯電体及び第２帯電体が互いに接触し、第１帯電体及び第２帯電体が互いに異なる極性の電荷に帯電する。また、第１帯電体及び第２帯電体間の相対的な運動によって、第１電極及び第２電極の間に電流が流れる。前記電極らの間に流れる電流から、電気エネルギーが収獲される。また、接地ユニットと断続的な接触を介して、第２帯電体または第２電極の電位が変更されることにより、第１電極及び第２電極の間に流れる電流の量を増幅させることができる。
【０２０３】
以上で説明した摩擦電気発電機は、スマートウォッチ、携帯電話、ラジオ、バイオセンサ、位置センサ、体温センサ、血圧センサなどに含まれ、電力供給手段としても使用される。該摩擦電気発電機は、腕や足のように、人体で常に動く部位に着用されるモバイル機器に内蔵され、前記腕や足の動きによる運動エネルギーを電気エネルギーに転換することができる。それ以外にも、該摩擦電気発電機は、機械装置に装着され、機械装置の振動を電気エネルギーに転換することができ、また摩擦電気発電機は、風、圧力、音、流体の流れなどによって発生する振動を利用して、電気的エネルギーを発生させることもできる。
【０２０４】
以上、本発明について、その望ましい実施形態を中心に説明した。本発明が属する技術分野で当業者であるならば、本発明が、本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態に具現されるということを理解することができるであろう。従って、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点から考慮されなければならない。本発明の範囲は、前述の説明ではなく、特許請求も範囲に示されており、それと同等な範囲内にある全ての差異は、本発明に含まれたものであると解釈されなければならないのである。
【産業上の利用可能性】
【０２０５】
本発明の摩擦電気発電機は、例えば、環境発電関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【０２０６】
１０    第１基板
１１０，２１０，３１０    第１帯電体
１２２，２２２，３２２    第１電極
１２４，２２４，３２４    第２電極
１３０，２３０，３３０    接地ユニット
１３３    電荷保存所
１４０，２４０，３４０    第２帯電体
【図１】
2017205006.tif 000003
【図２】
2017205006.tif 000004
【図３】
2017205006.tif 000005
【図４】
2017205006.tif 000006
【図５】
2017205006.tif 000007
【図６】
2017205006.tif 000008
【図７】
2017205006.tif 000009
【図８】
2017205006.tif 000010
【図９】
2017205006.tif 000011
【図１０】
2017205006.tif 000012
【図１１】
2017205006.tif 000013
【図１２】
2017205006.tif 000014
【図１３】
2017205006.tif 000015
【図１４】
2017205006.tif 000016
【図１５】
2017205006.tif 000017
【図１６】
2017205006.tif 000018
【図１７】
2017205006.tif 000019
【図１８】
2017205006.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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