휴대기기 내장형 리니어 발전기

Ⅰ. 제안기술 개요

기술의 내용 기술의 동향 제품화 및 시장 전망

휴대기기 내장형 리니어 발전기에 관한

것으로 외부의 전원이 공급되지 않아도

자가 충전이 가능한 기술로서, 영구자

석과 코어로 구성된 운동자와 솔레노이

드를 이용하여 유도 기전력을 발생시켜

배터리를 충전하되, 사용자 각자에 따

른 입력 주파수로 발전량을 극대화시켜

배터리를 충전할 수 있는 기술임

[국내동향]

대량의 에너지를 수집하기 보다는 휴대

용 장치를 가동하는 최소한의 동력을

얻는데 초점을 맞춰 보행시 입력주파수

에서 발전량을 극대화하여 스마트폰,

태블릿PC 등과 같은 휴대기기에 적용

하고자 함

BCC리서치에 따르면 소형 자가 발전을

포함한 세계 에너지 수집 시장 규모는

올해 10억 달러에서 오는 2019년 61억

달러에 이를 것으로 예상됨

국내에서는 주로 기술 중심의 선행 연

구가 이뤄지다가 최근 들어 제품 상용

화에 관심이 높아지는 추세이며, 정부

지원 하에 자가 발전 소자 상용화를 위

한 연구개발 사업을 추진 중임

[해외동향]

소형 자가 발전 기술 개발은 미국 트레

몬트일렉트릭, 리니어테크놀로지, 맥심,

TI 등이 적극적으로 시장에 대응하고

있음

상용화단계

일반 □ 아이디어 □ 연구 ■ 개발 □ 개발완료(시제품) □ 제품화

의약바이오 □ 라이센싱 □ 개발 □ 제품화

핵심키워드

한글 자가 발전 자가 충전 리니어 발전기 유도 기전력

영문self generation

electricity

self generation

chargelinear generator

induced

electromotive

force

Ⅱ. 기술개발자 정보

기관명 영남대학교 산학협력단 부 서 기계공학부

성 명 김진호 직 급 교수

전 화 053-810-2441 이메일 jinho@ynu.ac.kr

Ⅲ. 특허정보

특허현황 사업화 대상기술 관련특허 등록 1건, 총 1건

구 분 상 태 출원(등록)일 권리번호 특 허 명

대상기술1 등록 2014.07.03 10-1417762 휴대기기 내장형 리니어 발전기

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1. 기술권리성

① 권리구성의 적절성

ㅇ 본 사업화 대상기술은 휴대기기 내장형 발전기에 관한 것으로서, 영구자석과 코어

로 구성된 운동자와 솔레노이드를 이용하여 유도 기전력을 발생시켜 배터리에 충

전 가능한 전기에너지를 생성하는 기술임

ㅇ 복수 개의 운동자로 구성하여 다수의 공진주파수를 가지는 다자 유도 시스템을 생

성시키고, 이에 따라 사용자의 각자에 따른 다른 입력 가진주파수에서 공진현상을

유도하여 유도 기전력의 발생량을 극대화시켜 배터리를 충전시킬 수 있음

ㅇ 사업화 대상기술과 관련된 특허는 한국등록특허 제 10-1417762호로서, 리니어 발전

기를 구성하는 원통 형상의 축 부재, 영구자석과 코어로 구성된 운동자, 탄성부재,

솔레노이드, 원통형 케이스, 배터리 접속부 등의 구성요소의 배치 및 특징과 배터

리 충전량을 극대화 할 수 있는 방법에 대한 권리를 모두 확보하고 있어 적절한

권리수성을 이루고 있다고 볼 수 있음

발명의 명칭 휴대기기 내장형 리니어 발전기

특허권자 영남대학교 산학협력단

출원번호(출원일) 10-2013-032067(213.03.26)

등록번호(등록일) 10-1417762(2014.07.03)

청구항 총 8 항

발명자 김진호

[표 1] 사업화 대상특허 개요

② 권리의 범위

ㅇ 사업화 대상특허는 외부 전원 공급 없이 자가 충전이 가능한 휴대기기 내장형 리

니어 발전기에 관한 것으로서, 국내에 2013년 3월 26일자로 출원되어, 특허 등록을

완료하였으며 현재까지 유효하게 존속되어 있음

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청구항 권리 범위

[청구항 1] 독립항

휴대기기 내장용 리니어 발전기

를 구성하는 원통 형상의 축 부

재, 영구자석과 코어로 구성되는

원통형상의 운동자, 운동자의 진

동구간에 설치되는 솔레노이드,

운동자의 양측 축 부재를 따라

설치되는 탄성부재를 구성요소로

권리화하고 있음

또한 운동자를 복수개로 구성하

여 흔들었을 때의 여러 입력 주

파수 또는 일반적인 보행시의 입

력 주파수에서 공진형상을 일으

키도록 설계하여 발전량을 극대

화 할 수 있는 형태로 권리화하

고 있음

원통 형상의 축 부재;

교대로 배치되는 영구자석과 코어로 구성되며, 중공에 의해 상

기 축 부재에 축 결합되는 원통 형상의 운동자;

상기 운동자의 진동운동 구간에 설치되어 운동자의 자속에 의

한 기전력이 발생되도록 하는 솔레노이드; 를 포함하고

상기 운동자는 복수 개로 구성하여 다수의 공진주파수를 가지

는 다자유도 시스템을 생성하여, 입력 주파수에서 공진현상을

유도하여 유도 기전력의 발생량을 극대화시켜 배터리를 충전할

수 있고;

상기 복수 개의 운동자별로 설치된 상기 솔레노이드는 모두 연

결되고,

상기 운동자와 상기 탄성부재가 진동운동될 때, 상기 코어의 질

량을 조절함으로써 상기 운동자와 상기 탄성부재의 고유 진동

수가 일치되며, 상기 고유 진동수가 흔들림에 의한 가진 진동수

와 일치되며,

휴대기기를 흔들었을 때의 여러 입력 주파수 또는 일반적인 보

행시의 입력 주파수에서 공진현상을 발생시키고,

상기 고유 진동수는 3-5(Hz)인 것을 특징으로 하는 휴대기기

내장형 리니어 발전기.

[청구항 10] 독립항

청구항 1항과 같은 권리범위로

구성되어 있으나 축 부재를 고정

시키며, 휴대기기 내장형 리니어

발전기를 보호할 수 케이스와 솔

레노이드 양 끝과 접속되며 솔레

노이드에서 생성된 전기에너지를

배터리에 충전되도록 할 수 있는

배터리 접속부를 추가로 구성하

여 권리화하고 있음

원동형 케이스;

상기 케이스 중심을 관통하여 고정되는 원통 형상의 축 부재;

교대로 배치되는 영구자석과 코어로 구성되며, 중공에 의해 상

기 축 부재에 축 결합되는 원통 형상의 운동자;

상기 운동자의 양측에 상기 축 부재를 따라 설치되어 운동자의

진동운동이 탄성 지지되도록 하는 탄성부재;

상기 운동자의 진동운동 구간에 설치되어 운동자의 자속에 의

한 기전력이 발생되도록 하는 솔레노이드; 및

상기 솔레노이드에서 생성된 전기에너지를 배터리에 충전되도

록 하는 배터리 접속부;를 포함하고,

상기 운동자는 복수 개로 구성하여 다수의 공진주파수를 가지

[표 2] 사업화 대상특허 대표청구항

ㅇ 사업화 대상특허의 청구범위는 총 8개의 청구항으로, 2개의 독립항과 6개의 종속

항으로 구성되어 있으며, 휴대기기 내장형 리니어 발전기를 구성하는 구성요소 및

설계에 대한 방법과 구동 원리에 대한 내용을 권리범위로 설정하고 있음

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는 다자유도 시스템을 생성하여, 입력 주파수에서 공진현상을

유도하여 유도 기전력의 발생량을 극대화시켜 배터리를 충전할

수 있고,

상기 복수 개의 운동자별로 설치된 상기 솔레노이드는 모두 연

결되고,

상기 운동자와 상기 탄성부재가 진동운동될 때, 상기 코어의 질

량을 조절함으로써 상기 운동자와 상기 탄성부재의 고유 진동

수가 일치되며, 상기 고유 진동수가 흔들림에 의한 가진 진동수

와 일치되고,

상기 고유 진동수는 3-5(Hz)인 것을 특징으로 하는 휴대용 리

니어 발전기.

특허번호한국공개특허

제 10-2008-0069760호 (208.07.29)

한국등록특허

제 10-0951592호 (2010.03.31)

한국등록특허

제 10-1341928호 (2013.12.10)

특 허 명 자가 충전이 가능한 이차전지휴대용 전자기기의 자가

발전장치진동형 전자발전기

출 원 인 삼성에스디아이 주식회사 한국세라믹기술원스미다 코포레이션

가부시키가이샤

기술요약

자가 발전 기능으로 자가 충전이

가능한 이차전지에 관한 기술로

서, 도전선이 코일 형태로 권취된

솔레노이드 코일, 솔레노이드 코

일의 내측에 구비되고 솔레노이

휴대폰, PDA, PMP, 리모콘 등 사

용자가 휴대하는 전자기기의 내

부에 설치되어 휴대중에 전자기

기에 가하여지는 진동에 의하여

전자기기에 요구된 전기적인 에

비자성재료로 형성되고, 양단부가

닫힌 중공의 제1파이프와 제1파

이프의 주위에 감겨지고, 솔레노

이드 코일이 설치된 발전코일과,

제1파이프의 내부에 배치되어, 발

[표 3] 선행특허문헌 분석

③ 권리의 안정성

ㅇ 사업화 대상특허는 현재까지 유효하게 존속되어 있는 권리이며, 휴대기기 자가 충

전 기술에 관한 특허 조사 결과, 선행 특허들은 휴대기기 자가 발전기에 관련된

기술이나 본 사업화 대상특허와 동일하거나 또는 이용저촉관계가 성립될 수 있는

특허가 아님에 따라 본 사업화 대상기술에 대한 특허는 권리로 인한 다툼의 발생

가능성은 낮음

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드 코일의 중심축과 동일한 축을

이루는 원통형 자성체, 원통형 자

성체의 홀을 통과하는 슬라이딩

샤프트를 포함하는 전원발생부,

솔레노이드 코일의 양 단부와 전

기적으로 연결되어 상기 전원발

생부에서 발생된 교류 전원을 정

류하여 직류 전원으로 변화시키

는 정류부 및 정류부와 전기적으

로 연결된 양극탭이 접속된 양극

판과, 정류부와 전기적으로 연결

된 음극탭이 접속된 음극판 및

양극판과 음극판 사이에 개재된

세퍼레이터를 적층하여 권취한

전극조립체를 포함하는 것을 특

징으로 함

너지를 얻기 위한 휴대용 전자기

기의 자가 발전장치.

휴대용 전자기기 내에 설치되는

자가 발전장치는 내부중심에 고

정원반체가 고정되고 커버로 밀

폐되는 케이싱, 고정원반체의 주

면에는 일정한 간격을 두고 배치

되며 압전소자와 전극으로 구성

되는 다수의 압전체, 케이싱의 내

부에서 주면에 배치된 압전체를

포함하는 고정원반체의 직경 보

다 큰 직경을 가지고 동심원상으

로 배치된 상태에서 진동에 의하

여 상기 압전체에 충돌할 수 있

게 된 링형 진동체와, 링형 진동

체를 케이싱에 대하여 유동가능

하게 지지된 상태에서 현가되도

록 링형 진동체와 케이싱을 연결

하는 수개의 스프링으로 구성된

장치

전코일의 권축방향을 따라 이동

가능한 가동자석을 구비함

가동자석은 복수개의 자석과, 동

극이 대향하는 복수개의 자석을

고정하는 비자성체로 이루어지는

자석고정부를 구비하고, 복수개의

솔레노이드 코일 중에서 1개 이

상의 솔레노이드 코일의 코일 길

이를 자석의 자석 길이 이상의

길이로 하는 진동형 전자발전기

관련도

분석

Y Y Y

* 관련도 : X - 관련높음, Y - 관련있음, A - 관련은 없으나 참고할 자료* X, Y - 주요참증에 해당, A - 참고참증에 해당

조사결과

본 사업화 대상 기술은 휴대기기 내장형 자가 충전 기술에 관한 것으로서, 이와 관련한 선행특허문헌

조사결과, [한국공개특허 2008-0069760], [한국등록특허 0951592], [한국등록특허 1341928]이 선행특허

문헌으로 조사됨

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2. 시장규모

ㅇ 대상기술은 휴대기기 자가 충전이 가능한 내장형 리니어 발전기에 관한 기술로서,

스마트폰, 태블릿PC, 노트북, 웨어러블 기기 등과 같은 휴대용 전자기기 제품의 자

가 충전 시스템으로 적용이 가능함

ㅇ 휴대용 전자기기 관련 시장 규모는 2017년 약 24억대 수준으로 전망되며, 매출 기

준으로는 2017년 4,400억 달러 이상 규모로 성장할 것으로 전망되고 있음

[그림 3] 휴대용 전자기기 시장규모 추이 및 전망(좌:출하량 기준, 우:매출 기준)

(출처 : IDC, Business Insider(2013))

ㅇ 휴대용 전자기기 제품의 수요가 증가하면서 언제, 어디서나 간단하게 충전하는 방

식에 대한 수요도 늘고 있으며, 스마트폰으로 게임이나 동영상 같은 콘텐츠를 즐

기는 사람이 늘면서 배터리 소모량 역시 증가하고 있음

ㅇ 스마트폰과 노트북 PC 등 휴대용 전자기기의 성능은 계속 진화하고 있으나 배터

리의 발전 속도는 상대적으로 더딘 편이여서 배터리 소모량을 따라가기에는 아직

까지 역부족인 실정임

ㅇ 따라서 배터리 충전을 보조적으로 도와줄 수 있는 보조 배터리 시스템 시장이 동

반 성장하고 있는데, 2014년 기준, 모바일용 액세서리 시장에서 충전기 및 보조배

터리가 차지하는 비율은 총 26.3%로 타 액세서리 제품에 비해 가장 높은 점유율을

나타내고 있음

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ㅇ 글로벌 시장조사 전문기관 Transparency에 따르면, 2015년 기준 휴대용 배터리 시

장규모는 약 90억 달러에서 2022년 약 361억 달러 규모로, 연평균성장률 22%를 유

지하며 지속적인 성장을 기록할 것으로 전망함

ㅇ 또한 휴대용 전자기기 중 스마트폰 보조 충전을 위한 시스템 중 유선충전방식 대

비 훨씬 편리한 무선충전 시장도 확대되고 있음

ㅇ 시장 조사 기관 IHS에 따르면 무선충전기 출하량은 2014년 5,000만대에서 2024년

20억대로 10년만에 40배 수준의 성장이 예상되고 있으며, 시장규모는 2014년 1,500

만 달러에서 2024년 약 150억 달러 규모에 달할 것으로 전망되고 있음

[그림 4] 세계 무선 충전 시장 전망 (단위: 10억 달러)

(출처 : IHS)

ㅇ 대상기술은 휴대기기 내부에 진동에너지 하베스팅 기능을 부가하여 휴대기기를 지

니고 있는 동안의 버려지는 진동에너지를 회수하여 충전하는 방식으로, 주위에 버

려지는 진동으로부터 에너지를 수확하여 전기에너지로 변화하고 이를 저장하여 사

용하는 에너지 하베스팅 시장에 포함됨

ㅇ 에너지 하베스팅은 늘어나는 소형·무선 전자기기의 전원공급 문제를 해결할 수 있

는 대안으로 꼽히며, 휴대용 전자기기에 적용되어 자가 발전을 구현할 수 있는 시

스템으로 주목받고 있음

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ㅇ BCC리서치에 따르면 소형 자가 발전을 포함한 세계 에너지 하베스팅 시장 규모는 2014년

10억 달러에서 오는 2019년 61억 달러에 이를 것으로 예상함

ㅇ 또한 IDTechEx에 따르면 세계 에너지 수확 및 저장 시장은 2012년 706백만 달러

에서 2025년에 9,659백만 달러 규모로 성장할 것으로 전망되며, 이 중 무게, 움직

임, 진동 등에서 발생하는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 압전 발전 기술을

이용한 에너지 수확 및 저장은 전체 시장에서 23%를 차지하고 있음

[그림 5] 세계 에너지 수확 및 저장 시장전망

(출처 : IDTechEx, Piezoelectric energy harvesting: Developments,

challenges, future, Energy harvesting journal, 2013)

ㅇ 국내 에너지 수확 및 저장 관련 시장은 2020년 약 8,296억 원에 이를 것으로 전망됨

ㅇ 이와 같은 시장전망은 기존 휴대용 전자기기에 기본적으로 적용되는 리튬배터리의

용량, 수명, 충전 속도에 대한 기술적 애로사항이 당분간 해소되지 않기 때문인 것

으로 분석되며, 이러한 요인에 의해 보조 충전 시스템에 대한 수요도 안정적인 성

장세를 유지할 것으로 전망됨

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3. 기술 유용성

① 혁신성

ㅇ 모바일 및 웨어러블 기기의 발전에 따라 현재 배터리 기술의 사용, 시간, 크기 등

의 문제점을 극복할 수 있는 새로운 전원 기술의 필요성이 증대되고 있음

ㅇ 주위에 버려지는 진동, 압력, 열 등으로부터 에너지를 수확하여 전기에너지로 변환

하고 이를 저장하여 사용할 수 있는 자가 발전 에너지 수확 및 저장 기술의 중요

성이 대두됨

ㅇ 자가 발전 에너지 수확 및 저장 기술은 아직 도입단계로서 기술선점에 많은 기회

가 내재된 기술이므로 발전 가능성이 높은 분야임

ㅇ 에너지를 수확하는 하베스팅 기술은 휴대용 전자기기의 새로운 개념 전원 기술로

서 Bio electronics/Wearable electronics/Smart wear/U-health/국방 산업 등 다양

한 분야의 발전을 촉진시킬 것으로 예상됨

ㅇ Bio electronics 산업 분야로의 활용은 반영구적 특성 및 초소형화를 통해 배터리

교환 등에 의한 신체 침습이 최소화되어야 하는 생체 센서, 약물 전달 시스템과

같은 바이오칩에 대한 실용적 전원 공급원을 구성하는데 사용할 수 있을 것으로

예상됨

ㅇ Wearable electronics/Smart wear 산업 분야로의 활용으로 디지털 기능이 섬유패

션 제품과 융합된 Wearable computer/Smart wear 제품들의 보조 전원 장치 및

독립 전원장치를 구성하는 데 응용되어 기존의 휴대용 전원 장치 시장을 상당부분

보완하거나 대체 할 수 있을 것으로 판단됨

ㅇ U-health 산업 분야로의 활용으로 USN 및 다양한 무선기반 기술이 발전하기 위해

서는주변 에너지를 이용한 자가 유지 및 자가 발전 기술이 필수적으로 요구되며,

그린 IT에 대한 사회적 수요로 인해 다양한 분야로 활용이 가능함

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ㅇ 국방 산업으로의 활용으로 미래병사 체계의 핵심 기술인 군용전원 재생에너지 분

야에 활용, 차세대 무기체계의 주요 및 보조 동력 공급원을 구성하여 경제성, 효율

성을 높일 것으로 예상됨

ㅇ 이와 같이 자가 발전 에너지 수확 및 저장 기술은 다양한 산업 분야로 적용 제품

확대가 가능함

② 기술수명

ㅇ 대상기술이 속하는 휴대기기 자가 충전 시스템 시장은 도입기 단계로 기존 배터리

의 획기적인 성능 향상을 통해 배터리 수명이 길어지기 전까지 배터리를 보조할

수 있는 보조 충전 시스템의 수요는 계속 존재할 것으로 예상됨

[그림 6] product life cycle

③ 파급성

ㅇ 본 대상기술은 신체 활동을 에너지로 전환하는 기술을 이용한 휴대용 자가 발전

시스템으로, 전자기기를 작동할 수 있는 최소한의 동력을 얻을 수 있어 휴대용 전

원공급 장치에 적용이 가능함

ㅇ 스마트폰, 태블릿PC 등과 같은 휴대용 전자기기 외에도 안경, 시계, 밴드, 헤드셋,

헬멧 등과 같은 다양한 웨어러블 스마트 디바이스 제품군으로 적용이 가능함

④ 고객에게 미치는 영향

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ㅇ 기존 휴대용 전자기기 보조 충전을 위한 제품들은 보조배터리처럼 따로 소지하여

야 하는 불편함이 있으나 대상기술은 휴대기기에 내장된 형태의 자가 충전 시스템

을 제공함으로써 편리하게 사용이 가능함

⑤ 연구개발지원

ㅇ 정부는 자가 발전 시스템과 관련하여 소재부터 응용제품에 이르기까지 자가 발전

기술 개발에 대한 지원이 계속해서 증가하고 있음

[그림 7] 자가 발전 관련 정부 과제 지원 현황

(출처 : NTIS)

4. 기술 경쟁성

① 차별성

ㅇ 본 대상기술은 휴대기기 내장형 리니어 발전기에 관한 것으로서, 외부의 전원이

공급되지 않아도 자가 충전이 가능한 기술임

ㅇ 스마트폰의 발전으로 기존의 전화통신 기능 외에 인터넷, e-banking 및 각종 엔터

테인먼트 기능까지 더해지면서 다양한 기능을 구현하기 위한 에너지원으로 배터리

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의 크기 및 용량도 점차 확대되고 있음

ㅇ 그러나, 스마트폰의 배터리 용량이 기존의 배터리에 비해 비약적으로 증가했음에

도 불구하고 다양한 기능을 사용자가 활용함에 따라 충전 후 배터리 사용시간은

점차 짧아지고 있어, 스마트폰의 고유기능인 통신기능으로서의 역할을 하지 못하

는 불편이 발생하는 경우가 있음

ㅇ 이에 따라, 스마트폰 배터리의 자가 충전에 대한 개발의 필요성이 요구되고 있으

며, 현재 태양열 패널을 단 스마트폰용 태양열 충전 케이스, 배터리에 로터리 발전

기를 응용하여 배터리를 손가락에 끼워 회전시키면서 자가 충전 시키는 회전형 배

터리, 라디오파를 응용하여 자가 충전하는 라디오파 자가 충전 방식 등이 개발되

어 있음

ㅇ 그러나, 태양열 충전 케이스는 충전시간이 매우 길며, 태양열 기판이 비교적 고가

이고 무겁다는 문제점이 있고, 회전형 배터리 방식의 경우 손가락으로 돌리는 방

식으로 회전 속도 한계로 인한 충전효율이 낮으며, 라디오파 자가 충전 방식은 충

전시간이 길고 순간 충전이 불가능하다는 문제점이 있음

ㅇ 본 대상기술은 영구자석과 코어로 구성된 운동자와 솔레노이드를 이용하여 유도

기전력을 발생시켜 배터리를 충전하되, 복수 개의 운동자로 구성하여 다수의 공진

주파수를 가지는 다자유도 시스템을 생성시키고, 이에 따라, 사용자의 각자에 따른

다른 입력 가진주파수에서 공진현상을 유도하여 유도 기전력의 발생량을 극대화시

켜 배터리를 충전시킬 수 있음

ㅇ 운동자와 탄성부재의 강성에 의한 고유진동수와 외부의 흔들림에 의한 가진 진동

수가 일치되도록 설계되기 때문에 발전량을 극대화 시킬 수 있으며, 운동자를 복

수 개로 구성하여 흔들었을 때의 여러 입력 주파수 또는 일반적인 보행시의 입력

주파수에서 공진현상을 일으킬 수 있도록 설계함으로써 발전량을 극대화 시킬 수

있는 장점이 있음

ㅇ 또한, 구조가 복잡하지 않으므로 제작이 용이하며, 사용자의 walking motion아너

shaking motion시 각 모드에 따라 공진주파수를 일치시키는 것이 가능하므로, 상

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시 발전을 시킬 수 있고 발전량도 극대화 되는 효과가 있음

② 모방용이성(리버스 엔지니어링을 통한 모방 가능성 및 기술의 복잡성)

ㅇ 본 대상기술 개발의 수준은 기존 경쟁기술 대비 차별성이 있고, 특허권에 의해 보

호받고 있어 모방이 어려운 것을 판단되며, 본 기술의 모방을 위해서는 실험적 설

계변수의 개별 확인이 필요하여 많은 시간과 비용이 발생할 것으로 사료됨

③ 회피비용(대상기술과 유사한 기술을 개발하는데 소요되는 비용)

ㅇ 본 특허는 안전한 권리범위로 무효화 가능성이 낮으면서, 제3자가 실시하기에는

권리범위 모두를 실시해야 시스템 구현이 가능한 바, 회피설계 가능성도 낮은 것

으로 인정됨

ㅇ 또한, 현재 본 기술에서 제안되고 있는 휴대기기 내장형 리니어 발전기 기술의 개

발에만 상당한 수준의 개발 비용이 투입되었으며, 이와 유사한 적용을 위한 연구

개발에는 상당한 설계연구 및 비용이 소요될 것으로 판단됨

④ 대체기술 존재 여부

ㅇ 자가 발전 제품은 소형 발전기가 내장되어 있어서 배터리가 달아도 직접 충전하여

사용할 수 있는 제품으로, 소형 전자기기 충전과 관련된 연구는 무선이나 태양광

위주로 이루어져 왔으나 무선충전은 충전할 수 있는 거리가 아직은 짧고 인체에

해로운 전자파가 나올 수 있다는 점이, 태양광충전은 현대인은 실내 활동이 많다

는 점이 한계점이 거론되고 있음

ㅇ 또한 현재 상용화된 제품들의 경우 휴대용으로 내장이 불가능한 단점이 있어 내장

형 자가 발전 시스템인 본 대상기술과는 차이가 존재함

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[그림 8] 휴대 전자기기 자가 충전 상용화 제품

⑤ 경쟁자에게 미치는 영향

ㅇ 배터리 보조 충전을 위한 다양한 제품들이 시장에 상용화되어 있으나 아직까지 시

장을 선도할 만한 기술은 없는 실정임

ㅇ 따라서 본 대상기술이 실제 시제품 제작을 통한 상용화 검증 단계를 거쳐 기존 자

가 충전 제품보다 높은 효율성을 가지는 것이 입증된다면 시장 진입 시 내장형 시

스템에 따른 편리함으로 인해 기존 제품의 경쟁 제품으로 시장 확대를 기대할 수

있음

5. 산업특성

① 산업특성

ㅇ 자가 발전 시스템의 상위분야인 에너지 하베스팅 기술은 석탄과 석유등의 화석 연

료의 고갈로 인해 새로운 에너지원이 필요해짐에 따라, 새로운 에너지기술 개발

및 USN, 휴대 전자 기기의 마이크로전원 등을 목적으로 개발되고 있음

ㅇ 그러나 이와 같이 화석 연료를 대체하고자 하는 에너지 하베스팅 기술의 경우, 에

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너지원인 진동, 움직임, 열 등 입력 에너지의 파워가 상대적으로 적어 실질적인 에

너지원으로 사용하기 다소 부족한 실정임

ㅇ 현재 에너지 하베스팅 기술은 주로 마이크로 파워 기술 중심으로 개발이 이루어지

고있으며, 대학이나 연구소 위주의 prototype 기술 개발 단계로 상용화된 제품의

출시가 아직 이루어지지 않음

ㅇ 국내 기업들도 연구 개발을 진행하고 있으나, 해외 기업에 비해 상용화된 제품이

많지 않음

ㅇ 최근 나노 기술을 활용하여 열전 및 압전 소자의 효율을 크게 향상시킨 새로운 연

구결과가 발표되어 열전, 압전 에너지 하베스팅 기술이 진일보 되고 있음

ㅇ 에너지 하베스팅 기술은 후방 산업인 열전, 압전 소재 기술에 기술 의존성이 높으

며, 이들 소재에 대한 기술 발전이 에너지 하베스팅 기술 발전으로 직접적으로 연

결됨에 따라 소재 업체와 에너지 하베스팅 소자 업체가 동일한 경우가 많음

후방산업 에너지 하베스팅 소자 전방산업

열전 소재, 압전 소재, 마찰

소재, 전자회로

압전 에너지 하베스팅 소자,

진동 에너지 하베스팅 소자,

열전 에너지 하베스팅 소자

자동차, 교통, USN, 스마트 디

바이스, 웨어러블 디바이스

[표 4] 에너지 하베스팅 연관 산업구조

② 산업성장성

ㅇ 에너지 하베스팅 산업은 스마트그리드 및 유비쿼터스의 발전과 맞물려 에너지 산

업에서 커다란 비중을 차지할 것으로 전망되고 있음

ㅇ 현재까지 에너지 하베스팅에 대한 소재 원천 기술에 연구가 집중된 반면 상용화를

위한 기업의 적극적인 투자가 부족하고 기대에 미치지 못한 출력으로 적용분야가

한정되어 국내외 에너지 하베스팅 산업은 크게 활성화 되지 못하고 있음

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ㅇ 그러나 최근 에너지 하베스팅 소재 기술 발전으로 점진적으로 그 출력 에너지는

기대 이상으로 증가하고 있고 전자기술의 소형화, 집적화, 배터리의 사이즈 및 용

량의 한계로 인해 향후 에너지 하베스팅에 대한 수요는 급증할 것으로 예상됨

ㅇ 향후 사물인터넷 및 웨어러블 전자기기 등을 비롯한 에너지 하베스팅 기술의 응

용・확대를 통한 연관 산업의 활성화가 크게 기대됨

ㅇ 단기적으로 에너지 하베스팅은 배터리 충전 및 교체가 어렵거나 유선 연결이 어려

운 분야를 중심으로 적용 범위가 확장 될 것으로 보이며, 전자기기에는 보조전원

개념으로 기존 배터리와 상호보완적인 관계로 성장할 가능성이 높음

ㅇ 전자・IT산업의 발전과 함께 다양한 기술 대안이 등장하고 기업들의 참여가 촉진

되면 미래에는 스마트 의류, 헬스케어, 환경, 자동차, 국방 등의 분야로 확산 가능

할 것으로 전망됨

[그림 9] 에너지 하베스팅 적용 분야

(출처 : 2014년 에너지 하베스팅 산업화 동향, 세라미스트, 2014)

③ 경기변동의 특성

ㅇ 대상기술은 스마트폰, 태블릿PC 등과 휴대용 전자기기에 내장되는 부품재로 완제

품 산업의 변동과 매우 밀접한 관계에 있으며, 세계 경제의 변동에도 영향을 받을

수 있음

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ㅇ 또한 휴대용 전자기기의 내수 판매 역시 국내 경기에 영향을 받을 수 있으나, 휴

대용 전자기기가 점차 필수 소비재화 되는 경향으로 인하여 경기 변동에 대한 탄

력성이 점차 낮아지는 추세임

6. 시장특성

① 시장구조

ㅇ 해외에서는 소형 자가 발전 시장에서 미국 트레몬트일렉트릭, 리니어테크놀로지,

맥심, TI 등이 적극적으로 시장에 대응하고 있으며, 국내에서는 주로 기술 중심의

선행 연구가 이뤄지다가 최근 들어 제품 상용화에 관심이 높아지는 추세임

ㅇ 시장은 아직 초기 형성 단계로 기술적인 측면에서 진입 장벽이 다소 높은 분야라

할 수 있으며, 한편으로는 우수한 기술력을 통해 시장 선점이 가능한 분야임

② 시장수요

ㅇ 휴대용 전자기기 에너지 부품은 전자기기의 기능 증가로 인한 필요 전력의 증가

속도에 비해 에너지 저장장치의 용량 증가 속도는 이에 부합하지 못하므로 사용시

간 저하 등의 사용자 불만이 가중되고 있음

ㅇ 이에 따라 배터리 충전을 보조할 수 있는 보조배터리, 무선충전기, 자가 발전기 등

의 제품 수요가 확대되고 있으며, 이들 제품에 대한 사용 편익성을 높이기 위해

소형화와 가격 등에서 경쟁력을 갖춘 제품을 선호하는 추세임

ㅇ 또한 웨어러블 스마트 디바이스 시장이 열리면서 신체 활동을 에너지로 전환하는

자가 발전 기술이 신시장으로 떠오르고 있으며, 별도의 의도적 운동 없이 자연스

러운 움직임을 전력으로 바꾸고, 이를 에너지원으로 해당 기기를 작동하는 무자각

자가 발전 기술에 대한 관심이 높아지고 있음

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③ 규제 및 지원

ㅇ 전 세계적으로 정부 차원의 에너지 수확기술에 대한 연구가 진행 중임

- EU : FP(Framework Programme) 7NMP(Nanoscience, nanotechnologies, materials

& new production technology)를 통해 2011년부터 2014년까지 투자하여 나노과학,

나노기술, 소재 및 신 생산기술 등을 대상으로 열전소자연구 진행

- 일본 : NEDO 프로젝트/나노구조의 열전소자 개발과 JST(Japan Science and

Technology Agency: 일본과학기술진흥기구) 프로젝트/고효율 열전소자 및 시스템

개발 등을 통해 열전소자를 지속적으로 개발 중이며, 2011년부터 개시된 New

NEDO 프로젝트는 철강의 폐열 회수를 위한 열전발전 기술개발을 목표로 2015년

까지 수행

- 미국 : DARPA 주관 하에 학계와 국방 관련 기업 및 민간 기업에서는 압전형 발

전 소자를 중점적으로 연구가 진행 중이며, 이외에 미 공군, 에너지성(DOE)등에서

에너지 생산-저장이 동시에 가능한 혼합형 전지를 연구 중

ㅇ 국외의 경우 자동차, 군용 전원 등 다양한 분야의 R&D 투자를 지원 중임

- 미국 : 관련 기술의 확보를 위해 다양한 기관에서 연구 개발 사업을 수행 중

- EU : FP7의 NMP를 통해 총 2,170만 유로를 투자하고 있으며, 주요 연구 분야는

Nanohightech(‘14년 11월)가 저렴한 비용으로 산업 프로세스의 자동차 분야에 적

용하기 위한 superlattices 개발을 수행 중

- 영국 : 영국 국방과학연구소(Defence Science and Technology Laboratory, DSTL)과

영국 엔지니어링·물리과학연구위원회(Engineering and Physical Sciences Research

Council, EPSRC)의 ‘battery free soldier’ 연구의 일환으로 Leeds 대를 중심으로

150만 달러 규모의 에너지 하베스팅 관련 연구가 진행 중이며, 행진하는 군들로부

터 동력에너지를 획득, 저장 하는 시스템 개발 중

ㅇ 국내의 경우 ‘녹색기술 연구개발 종합대책’(‘09) 등을 통해 에너지의 효율적인 생산

및 활용을 위한 정책이 지속적으로 추진되고 있으며, 에너지 수확 및 저장은 에너

지 효율화의 하위 주제로 연구 중임

ㅇ 범부처 : ‘부처협력 시범과제(‘14)’로 산업부와 국토교통부가 도로교통 미활용에너

지 이용을 위해 연 15억 원 규모의 압전에너지 하베스터 개발 및 실증 추진 중임

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7. 경쟁특성

① 기업간 경쟁강도

ㅇ 휴대용 전자기기 배터리의 보조 충전을 위한 보조배터리 제품의 경우 샤오미, 삼

성전자, LG전자 등 스마트폰 제조업체들이 경쟁하고 있으나 중국 샤오미의 독점

현상이 높게 나타나고 있음

ㅇ 또한 무선충전기 제품의 경우 스마트폰 제조업체 뿐만 아니라 중소기업들도 시장

에 진출하여 치열한 경쟁을 벌이고 있음

ㅇ 그러나 휴대용 전자기기 자가 발전 시스템은 주로 중소기업 및 벤처기업을 중심으

로 시장이 형성되어 있으며, 시장을 선도하는 기술력을 갖춘 기업이 부재한 상황

임에 따라 시장의 경쟁강도 및 진입장벽이 높은 편은 아님

② 제품의 경쟁성

ㅇ 기존 휴대용 전자기기 배터리 충전을 위한 자가 발전 시스템의 경우 휴대용으로

내장이 불가능하고, 충전시간이 길며, 충전 효율이 낮은 문제점을 갖고 있음

ㅇ 대상기술은 휴대기기 내에 탑재할 수 있을 만큼 사이즈가 소형이므로 보조 배터리

처럼 따로 소지하여야 하는 불편함을 해소할 수 있고, 사용자의 일반적인 활동으로

부터 얻을 수 있는 휴먼에너지를 활용하여 핸드폰 배터리를 상시 충전할 수 있음

ㅇ 또한 긴급 상황 시 사용자의 손을 이용한 쉐이킹 모션으로 충분한 전기에너지를

생성하여 핸드폰 배터리를 충전할 수 있음에 따라 기존 자기 충전 제품과의 경쟁

에서 우위성을 나타낼 수 있을 것으로 보임

8. 사업화 가능성

① 사업화 기간 및 비용 적절성

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ㅇ 본 기술의 사업화 예상 기간을 2년이며, 소요 비용은 연간 약 1억원, 총 2억원 정

도가 소요될 것으로 판단됨

개발내용추진일정

비고1 년 차 2 년 차

1. 시제품 단계

2. 실용화 단계

3. 시장개척 단계

[표 1] 단계별 사업화 계획 추진일정

ㅇ 사업화 단계는 총 3단계로 시제품 단계 1.5년, 실용화 단계 1년, 시장개척단계 1년

으로 예상됨

② 기술이전(또는 출자) 가능성

ㅇ 대상기술과 유사한 기능을 보이는 자가 충전 관련 제품들이 이미 시장에 출시되어

있으나, 기존 제품과 다르게 휴대기기 내부에 발전기를 내장시켜 별도의 보조 기

기를 구비하지 않아도 된다는 점과 구조가 복잡하지 않으므로 제작이 용이한 점

등 기존 제품과 차별성을 나타내고 있음

ㅇ 따라서 대상기술의 자가 충전 효율성만 입증된다면 기술이전 가능성을 높을 것으

로 보여짐

③ 사업화 실현 가능성

ㅇ 본 기술의 유용성에 대한 여러 가지 실험적 확인을 마친 상태임

ㅇ 따라서 상기의 사항을 종합해 볼 때, 본 기술의 완성도는 비교적 양호한 수준으로

서 추가로 확보되어야 할 기술의 실현가능성 역시 양호한 것으로 볼 수 있고, 기

술적 검증의 어려움 역시 크지 않을 것으로 보이는 등 사업화 실현 가능성은 양호

한 수준으로 판단됨