KR101104229B1 - 휴대 단말기용 전원 공급 장치 - Google Patents

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KR101104229B1
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최병열
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주식회사 이노칩테크놀로지
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Abstract

본 발명은 휴대 단말기용 전원 공급 장치에 관한 것으로, 배터리와, 배터리 외측에 마련된 프레임과, 배터리와 프레임 사이에 마련된 복수의 압전 제너레이터를 포함하고, 압전 제너레이터는 일 단부 및 타 단부가 배터리 및 프레임에 각각 고정되고, 그 사이에 경사부가 마련된 베이스와, 경사부의 상면 및 하면에 마련된 압전체를 포함하는 휴대 단말기용 전원 공급 장치가 제시된다.

Description

휴대 단말기용 전원 공급 장치{Electric power supplying equipment for mobile terminal}
본 발명은 휴대 단말기용 전원 공급 장치에 관한 것으로, 특히 압전 소자를 이용하여 휴대 단말기 내부에 마련된 전원 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰, PDA, PMP 등의 휴대 단말기는 이들의 동작에 필요한 전기 에너지를 공급하기 위한 충전형의 배터리를 구비한다. 배터리는 휴대 단말기의 사용에 따라 방전하므로 충전된 새로운 배터리로 교환해주거나 외부의 전원과 연결하여 배터리를 충전해야 한다. 그런데, 사용자가 휴대 단말기의 디스플레이에 표시된 낮은 레벨의 배터리 전원 표시를 확인하지 못하거나 새로운 충전된 배터리를 예비적으로 휴대하고 있지 않아 배터리의 소진에 미처 대처하지 못하는 경우 휴대 단말기를 필요할 때 사용하지 못하는 불편을 감수하여야 한다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 별도의 외함체 내부에 압전 소자를 구비하고, 슬라이딩 볼을 설치하여 볼이 압전 소자를 때릴 때 발생하는 기전력으로 휴대 단말기를 사용하거나 배터리를 충전하는 기술이 제시되었다. 그러나, 소형의 케이스 내부에 많은 슬라이딩 볼을 설치할 수 없어서 휴대 단말기의 배터리를 충전시킬 만큼 큰 전류를 얻을 수 없는 단점이 있다.
또한, 끝단에 무게추가 부착된 캔틸레버(cantilever)의 상하에 압전 소자를 접착한 캔틸레버 방식의 발전 장치가 제시되어 있다. 그런데, 캔틸레버 방식의 발전 장치는 외부의 기계적 에너지를 효과적으로 전달하면서도 과도한 충격이 전달되는 것을 방지할 수 있는 구조가 요구된다. 특히, 휴대 단말기는 큰 충격이 인가되는 경우가 잦기 때문에 높은 내충격성이 요구된다. 그러나, 캔틸레버 방식은 운동 에너지 전달 과정에서 충격이 압전 소자에 직접 전달되어 압전 소자의 파손 위험이 크기 때문에 휴대 단말기 내부에 장착하는데 한계가 있다. 그리고, 캔틸레버 방식은 X축, Y축 및 Z축의 3축을 모두 이용하는 운동 전달 방식을 적용하는데, 이는 팔 전체를 흔들어 충전을 하게　된다. 그러나, 이는 지속 시간, 가속도, 주파수 등 인위적인 운동 에너지 발생에 어려움이 있고, 그에 실제 전기 에너지의 발생량이 미약하다는 문제점이 있다.
본 발명은 압전체를 이용하여 휴대 단말기 내부에 장착되며, 휴대 단말기의 사용 시간을 증가시키거나 배터리의 방전 시 긴급 충전이 가능한 휴대 단말기용 전원 공급 장치를 제공한다.
본 발명은 운동 에너지의 전달에 의한 압전체의 파손을 방지할 수 있는 휴대 단말기용 전원 공급 장치를 제공한다.
본 발명은 손목 운동 특히 손목 회전(rotation)에 의한 X축 및 Y축 방향의 운동 에너지를 이용함으로써 압전체의 출력을 증가시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있는 휴대 단말기용 전원 공급 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 휴대 단말기용 전원 공급 장치는 배터리; 상기 배터리 외측에 마련된 프레임; 및 상기 배터리와 상기 프레임 사이에 마련된 복수의 압전 제너레이터를 포함하고, 상기 압전 제너레이터는 일 단부 및 타 단부가 상기 배터리 및 상기 프레임에 각각 고정되고, 그 사이에 경사부가 마련된 베이스와, 상기 경사부의 상면 및 하면에 마련된 압전체를 포함한다.
상기 압전 제너레이터는 상기 배터리의 외측에 직접 고정된다.
상기 프레임은 상기 배터리 외측에 마련되어 상기 배터리를 수용되는 제 1 프레임; 상기 제 1 프레임의 외측에 마련되어 상기 제 1 프레임과 일축 방향으로 이격된 제 2 프레임; 및 상기 제 2 프레임의 외측에 마련되어 상기 제 2 프레임과 상기 일축 방향과 교차하는 타축 방향으로 이격된 제 3 프레임을 포함한다.
상기 제 1 프레임과 제 2 프레임 사이에 적어도 두 압전 제너레이터가 마련된 제 1 압전 블럭; 및 상기 제 2 프레임과 제 3 프레임 사이에 적어도 두 압전 제너레이터가 마련된 제 2 압전 블럭을 포함한다.
상기 제 1 압전 블럭은 일축 또는 이와 교차하는 타축의 어느 한 축으로 상기 배터리가 운동할 때 전기 에너지를 발생하고, 상기 제 2 압전 블럭은 상기 제 1 압전 블럭의 운동 축과 교차되는 축으로 상기 배터리가 운동할 때 전기 에너지를 발생한다.
사용자의 손목 회전에 의해 상기 배터리가 일축 또는 이와 교차하는 타축의 어느 한 축으로 운동하고, 그에 따라 상기 압전 제너레이터가 굽힘 변형을 받게 되어 전기 에너지가 발생한다.
상기 베이스는 탄성 재질의 물질로 제작되고, 상기 베이스 및 압전체의 두께는 상기 배터리의 무게 및 운동량의 적어도 어느 하나에 따라 조절된다.
상기 압전 제너레이터 외측의 상기 배터리와 상기 프레임 사이에 마련된 완충 수단을 더 포함한다.
상기 압전 제너레이터에서 발생된 전기 에너지를 정류하는 정류부; 상기 정류부에 의해 정류된 전기 에너지를 충전하는 충전부; 및 상기 배터리 및 충전부의 전기 에너지를 휴대 단말기의 각 구성 요소에 공급 및 제어하는 전원 제어부를 더 포함한다.
본 발명은 휴대용 단말기 내부에 압전체를 이용하여 긴급 충전이 가능한 전원 공급 장치가 내장된다. 즉, 전원 공급 장치는 배터리와 압전 제너레이터를 포함하며, 압전 제너레이터는 배터리 외곽에 마련되어 배터리의 운동에 의해 진동하여 전기 에너지를 발생시킨다. 또한, 압전 제너레이터는 예컨데 에스컬레이터 형상의 베이스와 그 상부 및 하부에 마련된 압전체를 포함한다.
본 발명에 따른 전원 공급 장치는 휴대 단말기 내에 일체형으로 마련되므로 별도의 보조 장치가 필요하지 않고 반영구적이다.
또한, 본 발명에 따른 전원 공급 장치를 내장하는 휴대 단말기는 손목의 운동 회전에 의한 X축 및 Y축 방향의 운동 에너지를 이용하기 때문에 압전체의 물리적인 변형을 증폭하여 생성되는 전기 에너지의 양을 증대시킬 수 있고, 그에 따라 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 압전체에 인가되는 가속도, 주파수 및 변형 지속 시간이 증가되어 전기 에너지의 양을 증대시킬 수 있다.
그리고, 압전 제너레이터의 일 단 및 타 단을 배터리와 주변 구성 요소에 각각 고정하고 X축 및 Y축의 2축 운동에 의한 운동 에너지가 압전체에 효율적으로 집중되도록 함으로써 종래의 3축 발전보다 출력 효율이 높아 휴대 단말기의 비상 전원으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 휴대 단말기의 구성을 설명하기 위한 블럭도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대 단말기용 전원 공급 장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대 단말기용 전원 공급 장치의 발전부의 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 발전부가 수용되는 휴대 단말기의 후면 개략도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치의 압전 제너레이터의 구조도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 내장한 휴대 단말기의 운동 에너지 인가 방식을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대 단말기용 전원 공급 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 휴대 단말기의 일 예를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명이 적용되는 휴대 단말기는 제어부(110), 무선 통신 모듈(120), 조작부(130), 영상 입력부(140), 음향 입력부(150), 디스플레이부(160), 음향 출력부(170), 인터페이스(180), 메모리(190) 및 전원 공급 장치(200)를 포함한다. 또한, 센싱 유닛(195) 및 방송 수신 모듈(196)을 더 포함한다.
제어부(110)는 휴대 단말기의 전반적인 동작을 제어한다. 즉, 음성 통화, 데이터 통신, 화상 통화 등을 위한 제어 및 처리를 수행한다.
무선 통신 모듈(120)은 안테나를 통하여 이동 통신 기지국과 무선 신호를 송신 및 수신한다. 예를 들어 제어부(110)의 제어에 따라 음성 데이터, 문자 데이터, 영상 데이터 및 제어 데이터의 송수신을 담당한다. 이를 위해 무선 통신 모듈(120)은 송신할 신호를 변조하여 송신하는 송신부(122)와, 수신되는 신호를 복조하는 수신부(124)를 포함한다.
조작부(130)는 사용자가 휴대 단말기의 동작 제어를 위하여 입력하는 키 입력 데이터를 제어부(110)에 제공한다. 조작부(130)는 예를 들어 돔 스위치(dome switch), 정전 또는 정압 방식의 터치 패드, 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.
영상 입력부(140)는 화상 통화 모드 또는 촬영 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지 영상 또는 동영상 등의 화상 프레임을 처리한다. 그리고, 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(160)에 표시 가능한 영상 데이터로 변환되어 디스플레이부(160)로 출력된다. 영상 입력부(140)에서 처리된 화상 프레임은 제어부(110)의 제어에 의해 메모리(190)에 저장되거나 무선 통신 모듈(120)를 통하여 외부로 전송될 수도 있다.
음향 입력부(150)는 통화 모드 또는 녹음 모드, 음성 인식 모드 등에서 마이크로폰(Microphone)에 의해 외부의 음향 신호를 입력받아 전기적인 음성 데이터로 처리한다. 그리고, 처리된 음성 데이터는 통화 모드인 경우 무선 통신 모듈(120)을 통하여 이동 통신 기지국으로 송신 가능한 형태로 변환되어 무선 통신 모듈(120)로 출력된다. 녹음 모드인 경우 처리된 음성 데이터는 메모리(190)에 저장되도록 출력된다. 음향 입력부(150)는 외부의 음향 신호를 입력받는 과정에서 발생되는 잡음(noise)를 제거하기 위한 다양한 잡음 제거 알고리즘이 구현될 수 있다.
디스플레이부(160)는 휴대 단말기에서 처리되는 정보를 표시 출력한다. 예를 들어 휴대 단말기가 통화 모드인 경우 제어부(110)의 제어에 의해 통화와 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시 출력한다. 또한, 휴대 단말기가 화상 통화 모드 또는 촬영 모드인 경우 제어부(110)의 제어에 의해 촬영된 영상 또는 UI, GUI를 표시 출력한다. 디스플레이부(160)는 터치 스크린을 포함하여 구성되는 경우 출력 장치 이외에 입력 장치로 사용된다.
음향 출력부(170)는 호신호 수신, 통화 모드 또는 녹음 모드, 음성 인식 모드, 방송 수신 모드 등에서 제어부(110)의 제어에 의해 무선 통신 모듈(120)로부터 수신된 음향 데이터 또는 메모리(190)에 저장된 음향 데이터를 변환하여 외부로 출력한다. 또한, 음향 출력부(170)는 휴대 단말기에서 수행되는 기능(예를 들어, 호신호 수신음, 메시지 수신음 등)과 관련된 음향 신호를 출력한다.
인터페이스(180)는 휴대 단말기 이외 유/무선 헤드셋, 외부 충전기, 유/무선 데이터 포트, 카드 소켓(예를 들어, 메모리 카드(Memory card), SIM/UIM card) 등을 휴대 단말기에 연결되는 모든 외부기기와의 인터페이스 역할을 한다. 이와 같은 인터페이스(180)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나 전원을 공급받아 휴대 단말기 내부의 각 구성 요소에 전달하거나 휴대 단말기 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다.
메모리(190)는 제어부(110)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 폰북, 메시지, 정지 영상, 동영상 등)의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다. 또한, 메모리(190)에는 본 발명과 관련된 휴대 단말기의 동작을 제어하는 프로그램이 저장된다. 이러한 메모리(190)는 일반적으로 알려진 하드 디스크, 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 플래시 메모리, 램, 롬 등의 개념을 포함한다.
센싱 유닛(195)은 휴대 단말기의 개폐 상태, 휴대 단말기의 위치, 사용자 접촉 유무 등과 같이 휴대 단말기의 현 상태를 감지하여 휴대 단말기의 동작을 제어하기 위한 센싱 신호를 발생시킨다. 예를 들어 휴대 단말기가 슬라이드 폰 형태인 경우 슬라이드 폰의 개폐 여부를 센싱하여 제어부(110)로 센싱 결과를 출력하여 단말기의 동작이 제어되도록 한다. 또한, 전원 공급부(200)의 전원 공급 여부, 인터 페이스(180)의 외부 기기 결합 여부 등과 관련된 센싱 기능을 담당한다.
방송 수신 모듈(196)은 위성 또는 지상파 등을 통하여 전송된 방송 신호를 수신하여 음향 출력부(170), 디스플레이부(160)에 출력 가능한 방송 데이터 형태로 변환하여 제어부(110)에 출력한다. 또한, 방송 수신 모듈(196)은 방송과 관련된 부가 데이터(예를 들면, EPG(Electric Program Guide), 채널 리스트 등)를 수신한다. 방송 수신 모듈(196)에서 변환된 방송 데이터 및 부가 데이터는 메모리(190)에 저장될 수도 있다.
전원 공급 장치(200)는 제어부(110)의 제어에 의해 휴대 단말기의 각 구성 요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다. 전원 공급 장치(200)는 배터리와, 본 발명에 따른 배터리를 질량체로 이용하는 압전체를 이용한 발전 장치를 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 전원 공급 장치(200)는 발전 장치를 이용하여 휴대 단말기의 사용 시간을 증가시키거나 배터리(210)의 방전 시 긴급 충전이 가능하다. 본 발명에 따른 발전 장치를 포함하는 전원 공급 장치(200)는 도 2 및 도 3을 이용하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대 단말기용 전원 공급 장치의 구성도이고, 도 3은 전원 공급 장치의 발전부의 구성도이다. 또한, 도 4는 전원 공급 장치의 발전부가 수용되는 휴대 단말기의 후면 개략도이고, 도 5는 압전 제너레이터의 구성도이다.
도 2 내지 도 5을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대 단말기의 전원 공급 장치(200)는 배터리(210)와, 배터리(210)의 측면에 마련된 압전 제너레이터(220)와, 압전 제너레이터(220)와 연결되어 압전 제너레이터(220)에서 발생된 전하를 정류하는 정류부(230)와, 정류된 전하를 저장하는 충전부(240)와, 배터리(210) 및 충전부(240)를 제어하여 이들에 저장된 전하를 휴대 단말기의 각 구성 요소들에 공급 및 제어하는 전원 제어부(250)를 포함한다. 여기서, 압전 제너레이터(220), 정류부(230), 충전부(240) 및 전원 제어부(250)는 발전부를 이루고, 배터리(210)는 압전 제너레이터(220)에 진동을 인가하는 질량체로 작용한다. 또한, 배터리(210) 및 압전 제너레이터(220)는 프레임(310) 내에 수용되는데, 프레임(310)은 배터리(210)를 수용하는 제 1 프레임(312)과, 제 1 프레임(312)과 압전 제너레이터(220)의 일부를 수용하는 제 2 프레임(314)과, 제 2 프레임(314)과 압전 제너레이터(220)의 일부를 수용하는 제 3 프레임(316)을 포함한다.
배터리(210)는 휴대 단말기 내에 장착되어 휴대 단말기의 동작에 필요한 전원을 공급한다. 이러한 배터리(210)는 휴대 단말기 내에 착탈 가능할 수도 있고, 휴대 단말기 내에 고정될 수도 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 카메라(330)가 마련될 수 있는 휴대 단말기의 케이스(320)의 후면으로부터 내부에는 회로 기판 상에 구현되는 내부 구성 요소들과 분리된 공간이 마련되고, 그 공간 내에 프레임(310)이 마련되는데, 프레임(310)의 중앙에는 제 1 프레임(312)이 마련되어 제 1 프레임(312) 내에 배터리(210)가 수용된다. 제 1 프레임(312)은 배터리(210)가 삽입되어 고정될 수 있도록 배터리(210)의 외형과 동일한 형상 및 크기로 제작된다. 이때, 배터리(210)는 제 1 프레임(312) 내에 고정되어 휴대 단말기와 일체로 제작될 수도 있고, 제 1 프레임(312)에 착탈 가능하게 마련될 수도 있다. 따라서, 배터리(210)는 제 1 프레임(312) 내에 고정되어 외부로부터 공급되는 전원에 의해 충전될 수 있고, 제 1 프레임(312)으로부터 분리하여 외부에서 충전된 새로운 배터리(210)로 교환할 수도 있다. 물론, 배터리(210)가 휴대 단말기와 일체로 제작되는 경우 제 1 프레임(312)이 마련되지 않을 수도 있다. 즉, 제 1 프레임(312)이 마련되지 않고 배터리(210)의 측면에 압전 제너레이터(220)가 연결될 수도 있다. 한편, 본 발명에 따른 배터리(210)는 방전되어 비상 전원이 필요한 경우 압전 제너레이터(220)에 진동을 인가하는 질량체로서 작용할 수 있다. 즉, 사용자의 손목 회전에 따라 배터리(210)가 X 방향 및 Y 방향으로 움직여 압전 제너레이터(220)에 기계적인 힘을 인가하게 되고, 그에 따라 압전 제너레이터(220)가 소정의 전원을 생성하게 된다. 이때, 배터리(210)는 제 1 프레임(312)과 함께 움직이게 된다.
압전 제너레이터(220)는 도 3에 도시된 바와 같이 배터리(210)의 측면에 마련된다. 압전 제너레이터(220)는 도 5(a) 및 도 5(b)에 도시된 바와 같이 베이스(222)와, 베이스(222)의 상부면 및 하부면에 형성된 압전체(224)를 포함한다. 베이스(222)는 단차를 가지는 일 단부 및 타 단부가 평행하게 배치되고 일 단부와 타 단부 사이에 경사면이 형성된 예컨데 에스컬레이터 형상으로 제작된다. 베이스(222)는 일 단부 및 타 단부가 배터리(210) 또는 배터리(210)가 수용된 제 1 프레임(312) 사이 및 제 2 프레임(314)과 제 3 프레임(316) 사이에 고정되고, 이들 사이의 공간에 경사부가 마련된다. 베이스(222)는 탄성을 가진 재질로 제작되어 X축 및 Y축의 2축 방향으로 진동이 발생하면 도 4(c)에 도시된 바와 같이 반복적인 굽힘 변형이 발생하게 된다. 이러한 베이스(222)로는 예를 들어 고탄성의 SUS를 이용할 수 있다. 또한, 압전체(224)는 베이스(222)의 경사면 상부 및 하부에 에폭시를 이용하여 접착된다. 압전체(224)는 압전층과 내부 전극층이 복수 반복 적층되고, 내부 전극층은 압전체(224) 외부의 외부 전극과 연결되어 베이스(222)의 굽힘 방향으로 분극이 형성된다. 압전체(224)의 압전층은 압전 특성을 가지는 물질을 이용할 수 있는데, 예를 들어 크리스탈, 압전 세라믹 및 압전 복합 소재의 적어도 어느 하나 이상을 이용할 수 있다. 예를 들어, 압전체는 Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Zn,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋Pb(Ni,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3＋PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3＋실리콘 폴리머 및 Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머 중의 적어도 어느 하나 이상으로 제조될 수 있다.
압전 제너레이터(220)는 배터리(210)를 질량체로 이용하고, 배터리(210)의 운동에 의해 베이스(222)의 경사면이 배터리(210)와 주변 구성 요소 사이에서 X 방향 또는 Y 방향으로 반복적인 굽힘 변형을 받게 되고, 그에 따라 압전체(224)에 압축 응력과 인장 응력이 교대로 인가되어 전하 및 전압의 적어도 어느 하나의 전기 에너지를 발생시키게 된다. 여기서, 베이스(222)와 압전체(224)의 두께는 배터리(210)의 무게 및 형태에 따라 결정된다. 즉, 배터리(210)의 무게가 무거울수록 압전 제너레이터(220)에 인가되는 진동이 커지므로, 그에 따라 베이스(222) 및 압전체(224)의 두께는 두꺼워질 수 있다. 반면, 배터리(210)의 무게가 가벼우면 압전 제너레이터(220)에 인가되는 진동이 작고, 그에 따라 베이스(222) 및 압전체(224)의 두께는 얇을 수 있다. 또한, 배터리(210)와 주변 구성 요소 사이에는 스프링 등의 완충 수단(226)이 마련된다. 완충 수단(226)은 압전 제너레이터(220)의 외측에 마련되어 프레임들(312, 314, 316) 사이의 이격 공간을 유지하기 위하여 마련된다. 즉, 사용자의 배터리(210)의 운동에 의해 압전 제너레이터(220)가 굽힘 변형을 받게 되는데, 압전 제너레이터(220)의 과도한 굽힘 변형 시 프레임들(312, 314, 316)이 서로 충돌할 수 있고, 그에 따라 압전 제너레이터(220)가 파손될 수 있기 때문에 배터리(210)와 제 2 프레임(314) 또는 프레임들(312, 314, 316) 사이의 간격을 유지하기 위해 완충 수단(226)이 마련된다.
한편, 압전 제너레이터(220)는 배터리(210)와 프레임(310) 사이에 마련될 수 있다. 즉, 배터리(210)를 수용하는 제 1 프레임(312)과 Y축 방향으로 소정 간격 이격되어 제 2 프레임(314)이 마련되고, 제 2 프레임(314)과 제 1 프레임(312) 사이에 압전 제너레이터(220a, 220b)가 마련된다. 이때, 제 2 프레임(314)은 X축 방향으로 제 1 프레임(312)과 밀착될 수도 있으나, 제 1 프레임(312)의 Y축 방향으로의 움직임에 방해를 받지 않고 제 1 프레임(312)이 이탈되지 않을 정도의 간격을 유지할 수도 있다. 또한, 제 2 프레임(314)과 X축 방향으로 소정 간격 이격되어 제 3 프레임(316)이 마련되고, 제 3 프레임(316)과 제 2 프레임(314) 사이에 압전 제너레이터(220c, 220c)가 마련된다. 이때, 제 3 프레임(316)은 Y축 방향으로 제 2 프레임(314)과 밀착될 수도 있으나, 제 2 프레임(314)의 X축 방향으로의 움직임에 방해를 받지 않고 제 2 프레임(314)이 이탈되지 않을 정도의 간격을 유지할 수도 있다. 이렇게 제 2 프레임(314)에 의해 제 1 압전 블럭(220A)이 마련되고, 제 3 프레임(316)에 의해 제 2 압전 블럭(220B)이 마련된다. 따라서, 배터리(210) 또는 배터리(210)가 수용된 제 1 프레임(312)이 상하 방향, 즉 Y 방향으로 움직이면 제 2 프레임(314) 내의 압전 제너레이터(220a, 220b)에 의해 전기 에너지가 발생되고, 배터리(210)가 제 2 프레임(314)과 함께 좌우 방항, 즉 X 방향으로 움직이면 제 3 프레임(316) 내의 압전 제너레이터(220c, 220d)에 의해 전기 에너지가 발생된다. 이렇게 제 1 및 제 2 압전 블럭(220A 및 220B)을 별도로 구성하고, 압전 제너레이터(220)를 마련하면 다른 축 구동에 제한을 주지 않지 않게 된다. 즉, Y축 구동 시 X축에 마련된 압전 제너레이터(220a, 220b)가 Y축 구동에 제한을 주지 않게 되고, 반면에 X축 구동 시 Y 축에 마련된 압전 제너레이터(220c, 220d)가 X 축 구동에 제한을 주지 않게 된다.
정류부(230)는 압전 제너레이터(220)에서 발생된 일정하지 않은 전류 및 전압의 적어도 어느 하나의 전기 에너지를 받아서 충전 가능한 정전류 및 정전압으로 변환하고, 충전부(240)는 이를 충전한다. 즉, 압전 제너레이터(220)에서 발생된 전류 및 전압의 적어도 어느 하나는 그 크기나 주파수가 일정하지 않기 때문에 정류부(230)는 이를 충전이 용이한 형태로 변환한다.
전원 제어부(250)는 배터리(210)의 전원을 이용하거나 압전 제너레이터(220)로부터 발생된 전기 에너지를 휴대 단말기의 각 구성 요소에 전달한다. 즉, 전원 제어부(250)는 배터리(210)가 충전 상태인 경우 배터리(210)의 전원을 이용하도록 하고, 배터리(210)가 방전되는 경우 압전 제너레이터(220)에 의해 발생된 전기를 이용하도록 한다. 또한, 전원 제어부(250)는 배터리(210)가 완전 방전하지 않았으나 압전 제너레이터(220)에 의해 전기 에너지가 발생되면 이 전기 에너지를 휴대 단말기의 대기 전력으로 소모할지 충전부(240)에 충전할지를 제어하여 대기 전력의 소모를 줄이도록 한다. 그리고, 전원 제어부(250)는 배터리(210)가 완전히 방전된 경우 휴대 단말기의 부팅 및 긴급 통화가 가능할 정도로 충전되도록 한다. 즉, 전원 제어부(250)는 압전 제너레이터(220)로부터 발생된 전기 에너지가 휴대 단말기의 부팅 및 긴급 통화가 가능한 일정 레벨 이상으로 충전부(240)에 충전되었는지를 확인하고 일정 레벨 이하이면 예를 들어 휴대 단말기의 부팅을 방지하게 된다.
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원 공급 장치를 내장한 휴대 단말기의 운동 에너지 인가 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 휴대용 단말기 내부에 압전 제너레이터(220) 및 질량체인 배터리(210)를 운동 에너지가 X 방향 및 Y 방향으로 집중되도록 배치하고, 압전 제너레이터(220)는 2점 지지 구조를 채택하되 변형에 필요한 최소한의 공간을 활용하기 위해 에스컬레이터 모양으로 굴절시켜 구성한다. 이러한 압전 제너레이터(220)의 진동 인가 방법은 도 6에 도시된 바와 같이 휴대 단말기를 손가락으로 쥐고, 팔꿈치를 고정한 채 문고리를 돌리듯이 손목을 좌우로 반복 회전하면 된다. 이렇게 하면 운동이 용이하기 때문에 반복 회전을 오랫동안 지속할 수 있고, 빠르고 순간적인 진동을 인가할 수 있게 된다. 즉, 압전 제너레이터가 도 5에 도시된 바와 같이 상하 변형, 즉 굽힘 변형을 반복적으로 일으키면서 기존에 비해 전하 및 전압의 발생량이 증대되고, 충전에 필요한 시간이 단축된다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대 단말기의 전원 공급 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
제어부는 전원 공급 장치의 전원 제어부를 제어하여 전원 제어부가 배터리의 충전량을 지속적으로 확인하도록 하고, 그 내용을 전달받아 디스플레이를 통해 사용자에게 표시한다(S110). 예를 들어, 디스플레이의 상단에 배터리 충전량에 따른 레벨 표시를 하게 된다.
배터리의 충전량이 소정 레벨 이하이거나 배터리가 완전히 방전하게 되면 전원 제어부는 이러한 내용을 제어부에 전달하고 제어부는 디스플레이를 통해 사용자에게 표시한다(S120).
사용자는 디스플레이를 통해 확인한 내용에 따라 새롭게 충전된 배터리로 교환하거나, 휴대 단말기를 외부의 전원 장치에 연결하여 배터리를 충전하게 된다(S130 및 S140).
그러나, 배터리를 충전할 상황이 아니고 휴대 단말기를 긴급하게 사용해야 하는 경우 사용자는 휴대 단말기를 손으로 쥐고 문고리를 돌리듯 손목을 좌우로 반복 회전하게 된다(S150). 이러한 반복 회전에 따라 배터리가 상하 방향으로 운동하게 되고, 그에 따라 압전 제너레이터가 지속적인 굽힘 변형을 받게 된다. 굽힘 변형에 의해 압전 제너레이터에 압축 응력과 인장 응력이 교대로 인가되어 전기 에너지를 발생시키게 되고, 이렇게 발생된 전기 에너지는 정류 및 충전되어 정류부 및 충전부에 저장된다.
전원 제어부는 정류 및 충전부에 저장된 전하량을 확인하고 휴대 단말기의 부팅 및 소정 시간 이용 가능한 소정 레벨 이상으로 충전되었는지 지속적으로 확인한다(S160). 사용자는 디스플레이를 통해 충전량을 확인하여 손목 회전 운동을 계속하거나 휴대 단말기를 긴급 사용하게 된다(S170).
210 : 배터리 220 : 압전 제너레이터
230 : 정류부 240 : 충전부
250 : 전원 제어부 222 : 베이스
224 : 압전체 226 : 완충 수단
310 : 프레임

Claims (10)

  1. 배터리;
    상기 배터리 외측에 마련된 프레임; 및
    상기 배터리와 상기 프레임 사이에 마련된 복수의 압전 제너레이터를 포함하고,
    상기 압전 제너레이터는 일 단부 및 타 단부가 상기 배터리 및 상기 프레임에 각각 고정되고, 그 사이에 경사부가 마련된 베이스와,
    상기 경사부의 상면 및 하면에 마련된 압전체를 포함하는 휴대 단말기용 전원 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 압전 제너레이터는 상기 배터리의 외측에 직접 고정되는 휴대 단말기용 전원 공급 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임은 상기 배터리 외측에 마련되어 상기 배터리를 수용되는 제 1 프레임;
    상기 제 1 프레임의 외측에 마련되어 상기 제 1 프레임과 일축 방향으로 이격된 제 2 프레임; 및
    상기 제 2 프레임의 외측에 마련되어 상기 제 2 프레임과 상기 일축 방향과 교차하는 타축 방향으로 이격된 제 3 프레임을 포함하는 휴대 단말기용 전원 공급 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 프레임과 제 2 프레임 사이에 적어도 두 압전 제너레이터가 마련된 제 1 압전 블럭; 및
    상기 제 2 프레임과 제 3 프레임 사이에 적어도 두 압전 제너레이터가 마련된 제 2 압전 블럭을 포함하는 휴대 단말기용 전원 공급 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 압전 블럭은 일축 또는 이와 교차하는 타축의 어느 한 축으로 상기 배터리가 운동할 때 전기 에너지를 발생하고, 상기 제 2 압전 블럭은 상기 제 1 압전 블럭의 운동 축과 교차되는 축으로 상기 배터리가 운동할 때 전기 에너지를 발생하는 휴대 단말기용 전원 공급 장치.
  6. 제 2 항 또는 제 5 항에 있어서, 사용자의 손목 회전에 의해 상기 배터리가 일축 또는 이와 교차하는 타축의 어느 한 축으로 운동하고, 그에 따라 상기 압전 제너레이터가 굽힘 변형을 받게 되어 전기 에너지가 발생하는 휴대 단말기용 전원 공급 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스는 탄성 재질의 물질로 제작되는 휴대 단말기용 전원 공급 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 베이스 및 압전체의 두께는 상기 배터리의 무게 및 운동량의 적어도 어느 하나에 따라 조절되는 휴대 단말기용 전원 공급 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 압전 제너레이터 외측의 상기 배터리와 상기 프레임 사이에 마련된 완충 수단을 더 포함하는 휴대 단말기용 전원 공급 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 압전 제너레이터에서 발생된 전기 에너지를 정류하는 정류부;
    상기 정류부에 의해 정류된 전기 에너지를 충전하는 충전부; 및
    상기 배터리 및 충전부의 전기 에너지를 휴대 단말기의 각 구성 요소에 공급 및 제어하는 전원 제어부를 더 포함하는 휴대 단말기용 전원 공급 장치.
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