KR101199435B1 - 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치 및 그 방법 - Google Patents

소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치 및 그 방법에 관한 것으로, 진동모터 장치에 의해 자기 반력으로 인한 진동을 발생시키는 동시에, 진동으로 전기에너지의 자가발전이 일어나 에너지를 재충전하는 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치 및 그 방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치 및 그 방법은, 소형 진동모터 장치에서 인가되는 전기를 운동에너지로 변환시켜 진동을 발생시키는 액츄에이터 수단; 을 포함하며, 상기 액츄에이터 수단에서 발생되는 운동에너지에 의해 형상변화를 일으켜 기전압을 재생하는 에너지 자가 발전수단; 및 상기 진동을 발생시키는 동시에, 상기 자가발전하는 동시에, 충전하는 에너지 충전수단; 을 이루는 구조이다.

Description

소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치 및 그 방법{Small size vibration motor energy nonutility generation and the method}
본 발명은 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진동모터 장치에 의해 자기 반력으로 인한 진동을 발생시키는 동시에, 진동으로 전기에너지의 자가발전이 일어나 에너지를 재충전하는 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 터치 스크린은 외부에서 스크린을 직접 접촉함으로써 터치 스크린내 포인터의 위치와 기능을 조작할 수 있다.
햅틱 피드백(haptic feedback)이란 물체를 만질때, 사람의 핑커팁(손가락 끝 또는 스타일러스 펜)으로 느낄 수 있는 촉각적 감각으로서, 피부가 물체 표면에 닿아서 느끼는 촉감 피드백(Tactile feedback)과 관절과 근육의 움직임이 방해될 때 느껴지는 근감각 힘 피드백(Kinesthetic force feedback)을 포괄하는 개념이다.
햅틱을 이용한 햅틱 장치는 가상의 물체(예를 들어, 윈도우 화면의 버튼 표시)를 사람이 만졌을 때, 실제의 물체(실제의 버튼)를 만지는 것과 같은 응답성으로 동적 특성(버튼을 누를 때 손가락으로 전달되는 진동, 촉감과 동작음 등)을 재생할 수 있는 것이 가장 이상적이라 할 수 있다. 이러한 햅틱 장치의 성능 향상을 위해 지금까지는 모터와 링크 메카니즘을 이용한 메카트로닉스 장비 등이 사용되었다.
한편, 최근에 개발되고 있는 햅틱 장치는 액츄에이터로 구성되어 강한 힘 또는 가속도를 제공할 수 있어 모바일 핸드폰 등에 탑재 시 진동에 대한 에너지 소모가 가속화되어 모바일 핸드폰의 사용에 제한을 받는 문제점이 발생한다.
상기 모바일 핸드폰 등에 탑재된 진동을 발생하는 액츄에이터는 진동에너지를 소비만 하게 되는 구조로 되어 있다.
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 진동모터 장치에 의해 자기 반력으로 인한 진동을 발생시키는 동시에, 진동으로 전기에너지의 자가발전이 일어나 에너지를 재충전함에 주기적인 전기에너지를 생성과 충전으로 에너지 소모가 감소되며, 충전된 에너지를 재사용으로 에너지 효율이 높아지는 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치는, 소형 진동모터 장치에서 인가되는 전기를 운동에너지로 변환시켜 진동을 발생시키는 액츄에이터 수단; 을 포함하며, 상기 액츄에이터 수단에서 발생되는 운동에너지에 의해 형상변화를 일으켜 기전압을 재생하는 에너지 자가 발전수단; 및 상기 진동을 발생시키는 동시에, 상기 자가발전하는 동시에, 충전하는 에너지 충전수단; 을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 에너지 자가 발전수단은, 진동 발생에 의해 압전물질이 형상변화를 일으켜 전기에너지를 생성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 에너지 자가 발전수단은, 액츄에이터 수단의 외부 표면에 부착되어 형상변화에 의해 전기 에너지를 발생하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 에너지 자가 발전수단은, 액츄에이터 수단의 내부에 부착되어 형상변화에 의해 전기 에너지를 발생하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 에너지 자가 발전수단은, 액츄에이터 수단이 장착되는 모바일 기기 내부의 소정 위치에 부착되어 형상변화에 의해 전기 에너지를 발생하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 액츄에이터 수단에 의해 전기 에너지 소비가 일어나는 동시에 에너지 자가 발전수단으로 소비한 전기 에너지를 충전하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전 방법은, 외부로부터 인가되는 전기를 액츄에이터 수단을 통해 자기장으로 변환시켜 자기반력을 발생시키는 단계; 및 상기 액츄에이터 수단의 자기반력으로 인한 진동으로 압전물질이 형상변화를 일으켜 전기에너지를 생성하는 단계; 상기 자기반력을 전기에너지로 자가발전하는 동시에, 충전하는 에너지 충전 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 액츄에이터 수단을 통해 기계적 반력으로 변환하여 관성진동하는 상하이동으로 인한 진동을 전기에너지로 자가발전하여 에너지를 에너지 충전수단으로 전달하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 진동모터 장치에 의해 자기 반력으로 인한 진동을 발생시키는 동시에, 진동으로 전기에너지의 자가발전이 일어나 에너지를 재충전함에 주기적인 전기에너지를 생성과 충전으로 에너지 소모가 감소되는 효과가 있다.
또한, 에너지 충전수단으로 충전된 에너지를 재사용으로 모바일 핸드폰의 에너지 효율이 높아지는 효과가 있으므로 매우 유용한 발명인 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치에 관한 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치에 관한 구조도.
도 3은 본 발명에 따른 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치에 관한 구조 조정 실시예를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치를 이용한 에너지 자가 발전 방법의 전체 흐름도.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
소형 진동모터 장치에서 인가되는 전기를 운동에너지로 변환시켜 진동을 발생시키는 액츄에이터 수단; 을 포함하며,
상기 액츄에이터 수단에서 발생되는 운동에너지에 의해 형상변화를 일으켜 기전압을 재생하는 에너지 자가 발전수단; 및
상기 진동을 발생시키는 동시에, 상기 자가발전하는 동시에, 충전하는 에너지 충전수단; 을 특징으로 하는 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치를 제공함으로써 달성하였다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의하여 상세하게 설명한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치에 관한 개략적인 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치는 액츄에이터 수단(100)에 의해 자기 반력으로 인한 진동을 발생시키는 동시에, 진동으로 전기에너지의 자가발전이 일어나 에너지를 재충전함에 주기적인 전기에너지를 생성과 충전으로 에너지 소모가 감소되며, 충전된 에너지를 재사용으로 에너지 효율이 높아지는 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 소형 진동모터 장치는 액츄에이터 수단(100), 에너지 자가 발전수단(200), 에너지 충전수단(300)을 포함하여 구성된다.
우선, 액츄에이터 수단(100)은 외부로부터 인가되는 전기를 자기장으로 변환시켜 자기 반력을 발생시키는 구성요소이다.
즉, 상기 액츄에이터 수단(100)은 외부에서 전기에너지를 공급받을시 자력을 발생하는 구성요소로서, 자성체로 이루어진다. 예컨대, 액츄에이터 수단(100)은 일반적인 솔레노이드코일로 구성될 수 있다.
이러한 액츄에이터 수단(100)은 솔레노이드 코일이 배치되는 제1 자력발생부(110)인 것을 특징으로 한다. 여기서, 액츄에이터 수단(100)의 솔레노이드 코일은 외부로부터 전원을 인가받아 전자석 기능을 한다.
한편, 에너지 자기 발전수단(200)은, 상기 액츄에이터 수단(100)에서 발생되는 자기반력에 의해 형상변화를 일으키는 압전물질의 압전층(220)을 이용하여 에너지를 생성하는 것이다.
상기 에너지 자기 발전수단(200)은 액츄에이터 수단(200)의 제1 자력발생부(110)에 자기적으로 인접하게 설치되는 제2 자력발생부(210)와, 액츄에이터 수단의 자기반력에 의해 형상변화를 일으키는 압전층(220)(피에조,Piezo)과, 제1 자력발생부(110)와 제2 자력발생부(210)를 사이에 두고 배치되는 탄성부(230)가 압전층(220)에 연결되어, 자기 반력을 센싱하고, 인가되는 전기를 기계적 반력으로 변환한다.
상기 탄성부(230)는 액츄에이터 수단와 에너지 자기 발전수단(200)에 이격되어 고정설치되며, 상하방향으로의 탄성력을 제공하게 된다. 예컨대, 상기 탄성부는 본 실시예의 진동발생모듈을 수용하는 케이싱(미도시) 등에 고정이 되도록 설치될 수 있다.
여기서, 상기 탄성부(230)는 굽힘 탄성이 좋은 금속재(강재) 또는 합성수지재의 탄성빔(Elastic Beams)으로, 액츄에이터 수단(100)에서 발생하는 자기 반력을 더욱 크게 하는 관성진동을 제공할 수 있다.
아울러, 상기 액츄에이터 수단(100) 및 에너지 자가 발전수단(200)은 빔타입인 것을 특징으로 한다.
상기 에너지 자가 발전수단(200)의 압전층(220)인 피에조 압전 물질(Piezo-electronic Ceramic)을 이용하여, 액츄에이터 수단(100)에서의 진동을 센싱한다.
상기 에너지 자가 발전수단(200)은 진동 발생에 의해 압전층(220)이 형상변화를 일으켜 전기에너지를 생성하는 것이다.
상기 에너지 자가 발전수단(200)의 제2 자력발생부(210)는 영구자석인 것을 특징으로 하고, 압전층(220)은 Pb(ZrTi)O3와 같은 물질로 이루어져 있다. 따라서 전기가 가해지면 진동이 발생하게 된다. 이를 위해 압전층(220)의 양단에는 전극이 연결되어 있다.
이러한, 상기 압전층(220)은 자기반력으로 인한 관성 진동을 발생시키는 동시에, 상기 자기반력을 전기에너지로 자가발전하게 된다.
상기 전기에너지로 생성에 의해 동시에 에너지 충전수단(300)에 의해 충전한다.
즉, 상기 에너지 충전수단(300)은 외부로부터 인가되는 전기에 의해 액츄에이터 수단(100)과 연계되는 에너지 자가 발전수단(200)에 구비된 압전층(220)이 관성진동을 하게되는 동시에 진동을 에너지로 재생성하여 에너지 충전수단(300)에 에너지를 충전한다.
정리하면, 소형 진동모터 장치에 있어서, 외부로부터 인가되는 전기를 자기장으로 변환시켜 자기 반력을 발생시키는 액츄에이터 수단(100)에서 기계적 반력으로 변환하여 관성 진동을 발생시키는 압전층(220)의 진동을 에너지 자가 발전수단(200)에서 에너지화함과 동시에 에너지를 에너지 충전수단(300)에 의해 충전부로 전달하여 축적한다.
이때, 상기 에너지 충전수단(300)은 모바일 핸드폰의 충전지에 충전될 수 있으며, 별도의 충전부를 두어 생성된 에너지를 축적할 수 있다.
상기 에너지 충전수단(300)으로 충전된 에너지는 다시 액츄에이터 수단(100)으로 전기를 인가하여 모바일 휴대폰의 에너지 효율을 극대화한다.
여기서, 본 발명의 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치는 모바일 휴대폰 및 PMP, 타블렛PC 등 적용이 가능하다.
이러한, 진동모터 장치에 의한 에너지 자가 발전수단은 도 3에 도시한 바와 같이 액츄에이터 수단(100)의 외부 표면 또는 액츄에이터 수단(100)의 내부에 부착하거나, 액츄에이터 수단(100)이 장착되는 모바일 기기 내부의 소정 위치에 부착되어 형상변화에 의해 전기 에너지를 발생한다.
아울러, 상기 액츄에이터 수단(100)에 의해 전기 에너지 소비가 일어나는 동시에 에너지 자가 발전수단으로 소비한 전기 에너지를 충전한다.
한편, 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전 방법으로 도 4에 도시한 바와 같이, 외부로부터 인가되는 전기를 액츄에이터 수단(100)을 통해 자기장으로 변환시켜 자기반력을 발생된다.(S110)
상기 액츄에이터 수단(100)은 솔레노이드코일로 구성되어 외부에서 전기에너지를 공급받아 자력을 발생한다.
그리고, 상기 액츄에이터 수단(100)의 자기반력으로 인한 진동으로 압전층(220)이 형상변화를 일으켜 전기에너지를 생성한다.(S120)
상기 전기에너지를 생성하게 되는 에너지 자기 발전수단(200)은 액츄에이터 수단(100)에서 발생되는 자기반력에 의해 형상변화를 일으키는 압전물질의 압전층(220)을 이용하여 에너지를 생성하는 것이다.
상기 자기반력을 전기에너지로 자가발전하는 동시에, 충전하는 에너지 충전한다.(S130)
이러한, 상기 자기반력으로 인한 압전층(220)이 관성 진동을 발생시키는 동시에, 상기 자기반력을 전기에너지로 자가발전하게 된다.
상기 전기에너지로 생성에 의해 동시에 에너지 충전수단(300)에 의해 충전한다.
여기서, 액츄에이터 수단(100)에 전원이 인가되어 자기력이 발생된다. 이때 코일에 전원이 인가되면, 코일이 전자석으로 바뀌면서 제1 자력발생부(110)에 자기적으로 인접하게 설치되어 고정되는 제2 자력발생부(210)에 대해 인력 또는 척력을 유발하여 탄성부(230)을 통해 제2 자력발생부(210)이 상하이동을 하며 진동을 일으키고, 액츄에이터 수단(100)의 전극에 전원이 인가되어 압전층(220)이 진동하여 액츄에이터 수단(100)의 자기 반력이 합쳐진 관성진동으로 인한 진동을 에너지 자가 발전수단(200)에 의해 에너지화하며 에너지 충전수단(300)에 의해 에너지를 충전한다.
아울러, 상기 액츄에이터 수단(100)을 통해 기계적 반력으로 변환하여 관성진동하는 상하이동으로 인한 진동을 전기에너지로 자가발전하여 에너지를 에너지 충전수단(300)으로 전달하여 다시 액츄에이터 수단(100)에 의해 진동으로 에너지를 사용한다.
이와 같이, 본 발명의 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치 및 그 방법은 액츄에이터 수단(100)에 의해 자기 반력으로 인한 진동을 발생시키는 동시에, 진동으로 전기에너지의 자가발전이 일어나 에너지를 재충전함에 주기적인 전기에너지를 생성과 충전으로 에너지 소모가 감소되며, 충전된 에너지를 재사용으로 에너지 효율이 높일 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 액츄에이터 수단 110 : 제1 자력발생부
200 : 에너지 자가 발전수단 210 : 제2 자력발생부
220 : 압전층 230 : 탄성부
300:에너지 충전수단

Claims (8)

  1. 소형 진동모터 장치로부터 인가되는 전기를 운동에너지로 변환시켜 진동을 발생시키는 액츄에이터 수단; 을 포함하며,
    상기 액츄에이터 수단에서 발생되는 진동에 의해 압전층이 형상변화를 일으켜 전기에너지를 생성하는 에너지 자가 발전수단; 및
    상기 진동을 발생시키는 동시에, 상기 자가발전하는 동시에, 충전하는 에너지 충전수단; 을 특징으로 하는 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 자가 발전수단은,
    액츄에이터 수단의 외부 표면에 부착되어 형상변화에 의해 전기 에너지를 발생하는 것을 특징으로 하는 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 자가 발전수단은,
    액츄에이터 수단의 내부에 부착되어 형상변화에 의해 전기 에너지를 발생하는 것을 특징으로 하는 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 자가 발전수단은,
    액츄에이터 수단이 장착되는 모바일 기기 내부의 소정 위치에 부착되어 형상변화에 의해 전기 에너지를 발생하는 것을 특징으로 하는 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액츄에이터 수단에 의해 전기 에너지 소비가 일어나는 동시에 에너지 자가 발전수단으로 소비한 전기 에너지를 충전하는 것을 특징으로 하는 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전장치.
  7. 외부로부터 인가되는 전기를 액츄에이터 수단을 통해 자기장으로 변환시켜 자기반력을 발생시키는 단계; 및
    상기 액츄에이터 수단의 자기반력으로 인한 진동으로 압전층이 형상변화를 일으켜 전기에너지를 생성하는 단계;
    상기 자기반력을 전기에너지로 자가발전하는 동시에, 충전하는 에너지 충전 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 액츄에이터 수단을 통해 기계적 반력으로 변환하여 관성진동하는 상하이동으로 인한 진동을 전기에너지로 자가발전하여 에너지를 에너지 충전수단으로 전달하는 것을 특징으로 하는 소형 진동모터 장치의 에너지 자가발전 방법.
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