KR101678936B1 - 근거리 무선 통신을 이용한 운동 생성 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

근거리 무선 통신을 이용한 운동 생성 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 근거리 무선 통신을 활용한 운동 생성 장치 및 그 동작 방법을 제공한다. 이 운동 생성 장치는 NFC 태그 회로부, 상기 NFC 태그 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 태그 안테나, 및 상기 NFC 태그 회로부의 데이터에 따라 소정의 방향의 자기 모멘트를 가지는 운동체 자석을 포함하는 운동체 모듈; 및 NFC 리더(NFC reader) 회로부, 상기 NFC 리더 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 리더 안테나, 상기 NFC 리더 회로부에서 상기 NFC 태그 회로부의 데이터를 제공받는 유도 코일 제어부, 및 상기 유도 코일 제어부의 제어 신호에 따라 자기장을 생성하는 고정체 유도 코일을 포함하는 고정체를 포함한다. 상기 운동체 자석은 상기 고정체 유도 코일과 자기적으로 상호작용에 의하여 자기력을 제공받고, 상기 운동체 자석이 탑재된 상기 운동체 모듈은 상기 자기력에 의하여 운동한다.

Description

근거리 무선 통신을 이용한 운동 생성 장치 및 그 동작 방법{Motion Generation Apparatus using Near Field Communication And The Operating Method Of The Same}
본 발명은 근거리 무선 통신(near-field communication, NFC)을 이용하여 움직임을 생성하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로, NFC 태그를 탑재한 운동체와 NFC 리더를 탑재한 고정체로 구성되며, 운동체와 고정체는 서로 물리적으로 완전히 분리된 상태에서 고정체가 운동체의 움직임을 생성할 수 있는 방법과 그 구성에 관한 것이다.
오늘날 근거리 무선 통신(NFC, Near Field Communication)은 보편적으로 널리 사용되는 기술이다. 주로 개인 인증, 결재 등에 활용된다.
NFC(Near Field Communication)는 RFID의 하나로 13.56Mhz 주파수 대역을 사용하는 비접촉식근거리 무선통신 모듈로 10cm의 가까운 거리에서 단말기 간 데이터를 전송하는 기술로 결제뿐만 아니라 마켓, 여행정보, 교통, 출입통제, 잠금장치 등에서 광범위하게 활용되고 있습니다.
오늘날 정보 통신기기의 발달로 인해 생체 신호는 인간-기계 인터페이스의 좋은 소재로 각광받고 있다. 생체 신호는 인간의 생리학적 정보를 포함한다. 따라서, 생체 신호는 인간-기계 인터페이스 수단으로서 매우 중요한 연구 개발 대상이 되어왔다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 생체 신호와 근거리 무선 통신을 이용하여 NFC 테크 모듈에 운동을 제공하는 방법이 제안된다.
특허문헌: 한국 공개특허공보 제10-2010-0067588호(공개일:2010.06.21)
특허문헌: 한국 공개특허공보 제10-2015-0013915호(공개일:2015.02.05)
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 근거리 무선 통신을 이용하여 독립된 전원 공급 없이 이동 물체의 움직임을 유발하는 기술적 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 근거리 무선 통신을 활용한 운동 생성 장치는 NFC 태그 회로부, 상기 NFC 태그 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 태그 안테나, 및 상기 NFC 태그 회로부의 데이터에 따라 소정의 방향의 자기 모멘트를 가지는 운동체 자석을 포함하는 운동체 모듈; 및 NFC 리더(NFC reader) 회로부, 상기 NFC 리더 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 리더 안테나, 상기 NFC 리더 회로부에서 상기 NFC 태그 회로부의 데이터를 제공받는 유도 코일 제어부, 및 상기 유도 코일 제어부의 제어 신호에 따라 자기장을 생성하는 고정체 유도 코일을 포함하는 고정체를 포함한다. 상기 운동체 자석은 상기 고정체 유도 코일과 자기적으로 상호작용에 의하여 자기력을 제공받고, 상기 운동체 자석이 탑재된 상기 운동체 모듈은 상기 자기력에 의하여 운동한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 운동체 자석은 영구 자석 또는 전자석일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 운동체 모듈은 상기 고정체에 탄성체를 통하여 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 회전 몸체를 더 포함할 수 있다. 복수의 운동체 모듈은 상기 회전 몸체의 원주면을 따라 일정한 간격으로 복수의 위치에 장착될 수 있다. 상기 운동체 자석의 자화 방향은 상기 NFC 태그 데이터에 따라 설정될 수 있다. 상기 회전 몸체는 상기 고정체에 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 회전 몸체를 더 포함하할 수 있다. 복수의 운동체 모듈은 상기 회전 몸체의 원주면을 따라 일정한 간격으로 복수의 위치에 장착되고, 상기 운동체 자석의 자화 방향은 상기 NFC 태그 데이터에 따라 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 근거리 무선 통신을 활용한 운동체 모듈은 NFC 태그 회로부; 상기 NFC 태그 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 태그 안테나; 및 상기 NFC 태그 회로부의 데이터에 따라 소정의 방향의 자기 모멘트를 가지는 운동체 자석을 포함한다. 고정체는 NFC 리더(NFC reader) 회로부, 상기 NFC 리더 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 리더 안테나, 상기 NFC 리더 회로부에서 상기 NFC 태그 회로부의 데이터를 제공받는 유도 코일 제어부, 및 상기 유도 코일 제어부의 제어 신호에 따라 자기장을 생성하는 고정체 유도 코일을 포함한다. 상기 운동체 자석은 상기 고정체 유도 코일과 자기적으로 상호작용에 의하여 자기력을 제공받는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 근거리 무선 통신을 활용한 고정체는 NFC 리더(NFC reader) 회로부; 상기 NFC 리더 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 리더 안테나; 상기 NFC 리더 회로부에서 상기 NFC 태그 회로부의 데이터를 제공받는 유도 코일 제어부; 및 상기 유도 코일 제어부의 제어 신호에 따라 자기장을 생성하는 고정체 유도 코일을 포함한다. 운동체 모듈은 NFC 태그 회로부, 상기 NFC 태그 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 태그 안테나, 및 상기 NFC 태그 회로부의 데이터에 따라 소정의 방향의 자기 모멘트를 가지는 운동체 자석을 포함한다. 상기 운동체 자석은 상기 고정체 유도 코일과 자기적으로 상호작용에 의하여 자기력을 제공받는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운동 생성 장치는 NFC 태그 회로부, 상기 NFC 태그 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 태그 안테나, 및 상기 NFC 태그 회로부의 데이터에 따라 소정의 방향의 자기 모멘트를 가지는 운동체 자석을 포함하는 운동체 모듈; 및 NFC 리더(NFC reader) 회로부, 상기 NFC 리더 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 리더 안테나, 상기 NFC 리더 회로부에서 상기 NFC 태그 회로부의 데이터를 제공받는 유도 코일 제어부, 및 상기 유도 코일 제어부의 제어 신호에 따라 자기장을 생성하는 고정체 유도 코일을 포함하는 고정체를 포함한다. 상기 운동 생성 장치의 동작 방법은 상기 고정체는 NFC 통신으로 상기 운동체의 NFC 태그 회로부에 저장된 데이터에 판독하는 단계; 및 상기 운동체의 NFC 태그 회로부에 저장된 데이터에 대응하여 상기 유도 코일 제어부를 동작시키여 상기 운동체 모듈의 상기 운동체 자석와 상기 고정체의 상기 고정체 유도 코일사이에 인력 또는 척력이 작용하도록 상기 고정체 유도 코일에 전류를 인가하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운동 생성 장치는 운동할 수 있는 물체에 별도의 전원을 공급하지 않고 근거리 무선 통신을 이용하여 움직임을 유발할 수 있다. 간단한 움직임의 경우, 이러한 움직임은 별도의 전원을 필요로 하는 일반적인 모터를 대처할 수 있다. 상기 운동 생성 장치는 진동을 발생시키거나, 회전 또는 병진 운동을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운동 생성 장치는 운동체와 고정체를 구비한다. 상기 운동체는 NFC 수신기 (NFC 태그 안테나 와 NFC 태그 회로부) 및 운동체 자석을 포함하고, 상기 고정체는 NFC 송신기( NFC 리더 안테나와 NFC 리더 회로부), 고정체 유도 코일, 그리고 상기 고정체 유도 코일을 제어하는 유도 코일 제어부를 포함한다. 상기 운동체 자석은 영구자석일 수 있으며, 상기 고정체 유도 코일은 전자석으로 동작하는 유도 코일일 수 있다. 상기 NFC 수신기에는 운동체 자석의 극성에 관한 데이터가 기록되어 있고, 운동체 데이터에 따라 상기 영구자석의 극성이 결정되어 있다. 상기 NFC 송신기는 상기 NFC 수신기와 통신하여 상기 운동체 데이터를 검출하여 그 값을 상기 유도 코일 제어부에 전달한다. 상기 유도 코일 제어부는 상기 운동체 데이터에 따라 상기 고정체 유도 코일에 전류를 제공한다. 이에 따라, 상기 고정체 유도 코일은 상기 운동체에 구비된 영구 자석의 극성과 다른 극성의 자기장을 발생할 수 있다. 이 경우, 상기 고정체 유도 코일은 상기 영구 자석에 인력을 제공할 수 있다. 한편, 상기 고정체 유도 코일은 상기 운동체에 구비된 영구 자석의 극성과 같은 극성의 자기장을 발생시킬 수 있다. 이 경우, 상기 고정체 유도 코일은 상기 영구 자석에 척력을 제공할 수 있다. 상기 유도 코일 제어부는 NFC 통신에 의한 데이터에 따라 상기 고정체 유도 코일을 통해 운동체의 움직임을 제어할 수 있다.
NFC 기술에 사용되는 NFC-태그와 NFC-리더는 아주 소형의 단일 소자로 시중에서 저렴한 가격으로 구입할 수 있다. NFC-태그는 소형이면서 무엇보다 별도의 전원을 필요로 하지 않는다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 생성 장치(NFC 모터)가 경제적으로 구현되기 적합하다. 또한, 상기 운동 생성 장치는 생체 신호(예를 들어 뇌파)를 운동으로 표시하는 표시수단으로 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운동 생성 장치는 외부 전원의 전력 공급 없이 운동체에 진동 운동, 회전 운동, 그리고 병진 운동을 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 생성 장치를 설명하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 운동 생성 장치의 자기력을 나타내는 개념도이다.
도 3은 도 1의 운동 생성 장치의 자기력을 나타내는 개념도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 운동 생성 장치를 설명하는 도면이다.
도 4b는 도 4a의 운동 생성 장치의 운동을 표시하는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 운동 생성 장치를 설명하는 도면이다.
도 5b는 도 5a의 운동 생성 장치를 설명하는 개념도이다.
도 6은 회전 몸체가 회전 운동할 때, 반시계 방향으로 회전을 유발하는 유도 코일 제어부의 구동 상태를 나타낸다.
도 7은 운동체가 회전 운동할 때, 시계 방향으로 회전을 유발하는 유도 코일 제어부의 구동 상태를 나타낸다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 움직임 생성 장치를 설명하는 도면들이다.
생체 신호(예를 들어, 안전도, 뇌전도)를 계측하고, 상기 생체 신호는 유선 또는 무선으로 고정체에 제공되고, 상기 고정체는 운동 가능한 운동체를 NFC 기술 및 자기력을 통하여 제어할 수 있다. 이러한 방법을 이용하면, 생체신호 계측 장치는 고정체를 이용하여 운동체에 운동을 제공하고, 상기 운동체를 생체 신호의 표시수단으로 사용할 수 있다.
구체적으로, 뇌전도를 측정할 수 있는 헤드셋을 착용한 사용자의 뇌전도 신호는 집중력을 나타내는 운동체의 운동으로 표시될 수 있다. 높은 집중력을 가진 경우, 회전 운동하는 운동체는 고속으로 회전하도록 제어되고, 낮은 집중력을 가진 경우 회전 운동하는 운동체는 저속으로 회전하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 운동체와 고정체는 NFC 방식으로 통신하고, 상기 고정체는 자기장을 생성하는 고정체 유도 코일을 포함하고, 상기 운동체는 상기 고정체 유도 코일과 자기적으로 상호 작용하는 자석을 포함할 수 있다. 상기 고정체는 집중도에 따라 상기 운동체의 운동 특성을 제어할 수 있다. 상기 운동 생성 장치는 인간의 생체 신호에 따른 표시 장치로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 운동 생성 장치는 뇌파 장난감일 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 생성 장치를 설명하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 운동 생성 장치의 자기력을 나타내는 개념도이다.
도 3은 도 1의 운동 생성 장치의 자기력을 나타내는 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 운동 생성 장치(100)는 운동체 모듈(110) 및 고정체(120)를 포함한다. 상기 운동체 모듈(110)은 NFC 태그 회로부(116), 상기 NFC 태그 회로부(116)와 전기적으로 연결된 NFC 태그 안테나(114), 및 상기 NFC 태그 회로부(116)의 데이터에 따라 소정의 방향의 자기 모멘트(극성)를 가지는 운동체 자석(112)을 포함한다. 상기 고정체(120)는 NFC 리더(NFC reader) 회로부(126), 상기 NFC 리더 회로부(126)와 전기적으로 연결된 NFC 리더 안테나(124), 상기 NFC 리더 회로부(126)에서 상기 NFC 태그 회로부(116)의 데이터를 제공받는 유도 코일 제어부(128), 및 상기 유도 코일 제어부(128)의 제어 신호에 따라 자기장을 생성하는 고정체 유도 코일(122)을 포함하는 고정체를 포함한다. 상기 운동체 자석(112)은 상기 고정체 유도 코일(122)과 자기적으로 상호작용에 의하여 자기력을 제공받는다. 상기 운동체 자석(112)이 탑재된 상기 운동체 모듈(110)은 상기 자기력에 의하여 운동한다.
생체 신호 측정부(130)는 뇌전도, 안전도 등을 측정하는 헤드셋 또는 맥파를 측정하는 밴드일 수 있다. 상기 생체 신호 측정부는 측정된 생체 신호를 유선 또는 무선으로 상기 고정체(120)에 제공할 수 있다. 상기 고정체(120)는 움직이지 않도록 고정되고 생체 신호에 따라 상기 운동체 모듈(110)에 운동을 제공할 수 있다.
상기 운동체 모듈(110) 또는 복수의 운동체 모듈이 탑재된 운동체는 상기 고정체(120)에 대해 상대적 움직임을 생성한다. 상기 운동체 모듈(110)은 운동체 자석(112), NFC 태그 안테나(114) 그리고 NFC 태그 회로부(116)를 포함할 수 있다.
상기 운동체 자석(112)은 영구자석 또는 전자석일 수 있다. 영구 자석의 경우, 상기 영구 자석의 극성(또는 자기 모메트의 방향)은 상기 NFC 태그 회로부(116)의 저장된 데이터에 의하여 정해질 수 있다. 영구 자석의 경우, 상기 운동체 자석(112)은 얇은 디스크 형상일 수 있다. 상기 운동체 자석(112)은 상기 NFC 태그 안테나(114)가 배치되는 인쇄회로기판 또는 운동체 모듈을 장착하는 운동체 몸체에 고정될 수 있다.
상기 운동체 자석(112)이 전자석의 경우, 상기 전자석에 공급되는 전력은 상기 NFC 태그 회로부(116)에서 제공될 수 있다. 상기 전자석에 의한 극성의 방향은 상기 NFC 태그 회로부(116)의 저장된 데이터에 의하여 정해질 수 있다. NFC 태그 회로부(116)와 상기 운동체 자석(112) 사이에는 운동체 코일 제어부(미도시)가 별도로 구비될 수 있다. 상기 운동체 코일 제어부는 상기 NFC 태그 회로부(116)의 저장된 데이터에 따라 소정의 극성을 가지도록 상기 전자석에 전류를 제공할 수 있다. 상기 운동체 자석(전자석)은 상기 NFC 태그 안테나(114)가 배치되는 인쇄회로기판에 같이 패터닝될 수 있다.
상기 NFC 태그 안테나(114)는 복수의 턴을 가진 사각 루프 형태의 안테나일 수 있다. 상기 NFC 태그 안테나(114)는 유연성 인쇄회로 기판에 패터닝될 수 있다. 상기 NFC 태그 안테나(114)는 상기 NFC 리더 안테나(124)와 서로 통신할 수 있다. 상기 NFC 태그 안테나(114)는 상기 운동체 자석과 공간적으로 중첩되도록 배치되거나 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 NFC 태그 안테나(114)는 상기 운동체 자석과 공간적으로 중첩되도록 배치된 경우, 상기 NFC 리더 안테나(124)와 상기 고정체 유도 코일(122)은 동시에 동작하지 않도록 설정될 수 있다.
상기 NFC 태그 회로부(116)는 집적 회로 형태이고, 메모리를 가지고 있으며, 상기 메모리는 상기 운동체 자석(112)의 극성에 관한 정보를 가진다. 따라서, 상기 NFC 리더 회로부(126)가 NFC 통신을 통하여 상기 NFC 태그 회로부(116)의 데이터를 읽어내는 경우, 상기 운동체 자석(112)의 극성이 판독된다. 상기 운동체 자석(112)의 극성은 상기 운동체 모듈(110) 또는 운동체에 움직임을 제공하기 위하여 사용될 수 있다.
고정체(120)는 고정체 유도 코일(122), NFC 리더 안테나(124), NFC 리더 회로부(126), 전원(127) 그리고 유도 코일 제어부(128)를 포함할 수 있다. 상기 NFC 리더 회로부(126)와 유도 코일 제어부(128) 사이에는 SPI(Serial Peripheral Interface) 또는 I2C(Inter Integrated Circuit) 등의 통신선이 구비될 수 있다.
고정체 유도 코일(122)은 상기 운동체 자석(112)에 자기력을 제공하는 수단일 수 있다. 상기 고정체 유도 코일(122)은 강한 힘을 제공하기 위하여 복수의 턴을 가질 수 있고, 상기 운동체 자석(112)과 자속을 증가시키 위하여 넓은 면적을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 고정체 유도 코일(122)은 통상적인 NFC 수신기의 면적을 최대한 활용하도록 넓은 면적을 가질 수 있다. 상기 고정체 유도 코일(122)은 강한 자기장을 형성하기 위하여 복수의 턴을 가지는 것이 바람직할 수 있다. 상기 고정체 유도 코일(122)은 NFC 리더 안테나(124)가 형성되는 인쇄회로기판에 같이 형성되거나 별개의 인쇄회로기판에 따로 형성될 수 있다. 상기 고정체 유도 코일(122)은 상기 NFC 리더 안테나(124)와 공간적으로 중첩되게 배치되거나 이격되어 배치될 수 있다.
상기 NFC 리더 안테나(124)는 상기 NFC 태그 안테나(114)와 NFC 통신을 할 수 있다. 상기 NFC 리더 안테나(124)는 인쇄회로 기판에 패터닝을 통하여 형성될 수 있다. 상기 NFC 리더 안테나(124)는 13.56 MHz 대역을 이용하여 상기 NFC 태그 안테나(114)와 통신할 수 있다.
상기 NFC 리더 회로부(126)는 집적 회로 형태로 구현되고, 상기 NFC 태그 회로부의 데이터를 판독할 수 있다. 상기 NFC 리더 회로부는 통상적인 NFC 리더의 기능을 수행할 수 있다.
고정체 전원(127)은 상기 NFC 리더 회로부(126)에 전력을 공급하고, 상기 유도 코일 제어부(128)에 전력을 공급할 수 있다.
상기 유도 코일 제어부(128)는 상기 NFC 리더 회로부(126)로부터 상기 운동체 자석(112)의 극성에 대한 정보를 수신할 수 있다. 상기 유도 코일 제어부(128)는 상기 운동체 자석(112)의 극성에 따라 상기 고정체 유도 코일(122)을 통하여 척력 또는 인력을 제공할 지 결정하고, 자기력에 필요한 직류 전류 또는 펄스 형태의 직류 전류를 상기 고정체 유도 코일(122)에 제공할 수 있다. 상기 유도 코일 제어부(128)는 전류 세기 및 방향을 제어할 수 있다.
상기 고정체 유도 코일(122)은 인쇄회로기판에 패터닝될 수 있다. 상기 고정체 유도 코일(122)은 상기 운동체 자석(112)과의 자속을 증가시키도록 넓은 면적을 가질 수 있다. 상기 고정체 유도 코일(122)은 상기 NFC 리더 안테나(124)가 배치된 인쇄회로기판에 같이 패터닝되거나 별도의 인쇄회로기판에 패터닝될 수 있다. 상기 고정체 유도 코일(122)의 극성과 상기 운동체 자석(112)의 극성이 동일한 경우, 척력이 발생한다. 한편, 상기 고정체 유도 코일(122)의 극성과 상기 운동체 자석(112)의 극성이 반대인 경우, 인력이 발생한다.
도 2를 참조하면, NFC 리더 회로부(126)가 수신한 데이터가 미리 설정된 값과 일치하여, 운동체 모듈(110)과 고정체(120) 사이에 인력이 발생하는 경우, 자기력선과 자기력의 방향이 표시된다. 상기 유도 코일 제어부(128)는 운동체 모듈(110)에 고정된 운동체 자석(112)의 극성(S극)에 대해 인력이 생기도록 고정체(120)에 고정된 고정체 유도 코일(122)에서 N극이 생기도록 전류를 흘린다. 운동의 특성에 따라 고정체 유도 코일(122)에 흘리는 전류의 세기는 다를 수 있다. 상기 고정체 유도 코일(122)에 흐르는 전류는 상기 고정체(120)에 구비된 별도의 전력 공급원(미도시)에서 제공될 수 있다.
도 3을 참조하면, 운동체 모듈(110)과 고정체(120) 사이에 척력이 발생하는 경우, 자기력선과 자기력의 방향이 표시된다. 척력으로 인해 운동체 모듈(110)의 위치가 초기 위치에서 고정체(120)에서 더 멀어지도록 움직인다. NFC 리더 회로부(126)가 판독한 데이터가 미리 설정된 값과 다를 경우, 운동체 모듈(110)과 고정체(120) 사이에 척력이 발생하도록 유도 코일 제어부(128)가 고정체 유도 코일(122)에 전류를 흘린다. 이때는 고정체 유도 코일의 자기장 극성이 S극이 된다. 상기 고정체(120)의 유도 코일 제어부(128)에 의해 상기 운동체 모듈(110)은 상하 운동을 반복하는 진동 운동을 할 수 있다.
상기 운동체 모듈(110)의 무게 중심은 상기 운동체 자석(112)의 중심과 일치하고, 상기 운동체 자석(112)의 중심은 상기 고정체 유도 코일(122)의 중심축 상에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 고정체 유도 코일(122)의 극성에 따라, 상기 운동체 모듈(110)은 상하 운동을 수행할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 운동 생성 장치를 설명하는 도면이다.
도 4b는 도 4a의 운동 생성 장치의 운동을 표시하는 도면이다.
도 1, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 운동 생성 장치(200)는 운동체 모듈(110) 및 고정체(120)를 포함한다. 상기 운동체 모듈(110)은 NFC 태그 회로부(116), 상기 NFC 태그 회로부(116)와 전기적으로 연결된 NFC 태그 안테나(114), 및 상기 NFC 태그 회로부(116)의 데이터에 따라 소정의 방향의 자기 모멘트(극성)를 가지는 운동체 자석(112)을 포함한다. 상기 고정체(120)는 NFC 리더(NFC reader) 회로부(126), 상기 NFC 리더 회로부(126)와 전기적으로 연결된 NFC 리더 안테나(124), 상기 NFC 리더 회로부(126)에서 상기 NFC 태그 회로부(116)의 데이터를 제공받는 유도 코일 제어부(128), 및 상기 유도 코일 제어부(128)의 제어 신호에 따라 자기장을 생성하는 고정체 유도 코일(122)을 포함하는 고정체를 포함한다. 상기 운동체 자석(112)은 상기 고정체 유도 코일(122)과 자기적으로 상호작용에 의하여 자기력을 제공받는다. 상기 운동체 자석(112)이 탑재된 상기 운동체 모듈(110)은 상기 자기력에 의하여 운동한다.
운동체 모듈(110)이 진동 운동하는 상태를 표시한다. 운동체 모듈(110)은 수평 방향으로 연장되는 탄성체(202)의 일단에 고정된다. 상기 탄성체(202)의 타단은 상기 고정체(120)에 수직으로 연장되고 상기 고정체에 고정된 지지대(201)에 고정된다. 상기 탄성체는 일정한 고유 진동수를 가질 수 있다.
상기 고정체 유도 코일(122)과 상기 운동체 모듈(110)의 운동체 자석(112) 사이의 상호 작용에 따라, 상기 운동체 모듈(110)은 상하 진동 운동을 수행할 수 있다.
상기 운동체 모듈(110)이 상기 고정체(120)의 상호 작용 영역 내에 머물 수 있는 구조인 경우, 상기 운동체 모듈(110)은 진동 운동을 수행할 수 있다. 상기 운동체 모듈(110)이 복수 개인 경우, 상기 운동체 모듈은 일련의 연속 운동을 유도할 수 있다.
한편, 상기 운동체 모듈(110)은 상기 고정체 유도 코일(122)의 스위칭 주파수와 공명을 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 운동체 모듈(110)은 상기 고정체 유도 코일(122) 사이의 상호 작용이 작은 경우에도, 상기 운동체 모듈(110)의 큰 운동을 유발할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 운동 생성 장치를 설명하는 도면이다.
도 5b는 도 5a의 운동 생성 장치의 운동을 설명하는 개념도이다.
도 1, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 운동 생성 장치(300)는 운동체 모듈(110a~110d) 및 고정체(120)를 포함한다. 상기 운동체 모듈(110a~110d)은 NFC 태그 회로부(116), 상기 NFC 태그 회로부(116)와 전기적으로 연결된 NFC 태그 안테나(114), 및 상기 NFC 태그 회로부(116)의 데이터에 따라 소정의 방향의 자기 모멘트(극성)를 가지는 운동체 자석(112)을 포함한다. 상기 고정체(120)는 NFC 리더(NFC reader) 회로부(126), 상기 NFC 리더 회로부(126)와 전기적으로 연결된 NFC 리더 안테나(124), 상기 NFC 리더 회로부(126)에서 상기 NFC 태그 회로부(116)의 데이터를 제공받는 유도 코일 제어부(128), 및 상기 유도 코일 제어부(128)의 제어 신호에 따라 자기장을 생성하는 고정체 유도 코일(122)을 포함하는 고정체를 포함한다. 상기 운동체 자석(112)은 상기 고정체 유도 코일(122)과 자기적으로 상호작용에 의하여 자기력을 제공받는다. 상기 운동체 자석(112)이 탑재된 상기 운동체 모듈들(110a~110d)은 상기 자기력에 의하여 운동한다.
회전 몸체(311)는 회전축(302)를 중심으로 회전 운동을 수행한다. 회전 몸체(311)는 원통 형상일 수 있다. 복수의 운동체 모듈(110a~110d)은 상기 회전 몸체(311)의 원주면을 따라 일정한 간격으로 복수의 위치에 장착된다. 상기 운동체 자석(112)의 자화 방향은 상기 NFC 태그 데이터에 따라 설정되고, 상기 회전 몸체(311)는 상기 회전축(302)을 중심으로 회전할 수 있도록 장착된다. 한 쌍의 지지부(301)는 판 형태의 고정체(120)에서 수직 방향으로 연장될 수 있다. 상기 회전 몸체의 회전축(302)의 양단은 상기 지지부(301)에 각각 회전할 수 있도록 고정될 수 있다.
상기 회전 몸체(311)는 상기 회전축에 대해 자유로이 회전 운동할 수 있다. 복수의 운동체 모듈(110a~110d)은 상기 회전 몸체(311)에 장착된다. 운동체 모듈(110a~110d) 각각은 독립된 NFC 태그 안테나(114), NFC 태그 회로부(116), 그에 따른 고유값 그리고 설정된 운동체 자석(112)의 극성을 가진다. 제1 운동체 모듈(110a)은 고유값 0을 가지며, 운동체 자석의 극성은 상기 NFC 태그 데이터에 따라 S이다. 제2 운동체 모듈(110b)은 고유값 1과 운동체 자석의 극성은 상기 NFC 태그 데이터에 따라 N 극이다. 제3 운동체 모듈(110c)은 고유값 2와 운동체 자석의 극성은 상기 NFC 태그 데이터에 따라 S극일 수 있다. 제4 운동체 모듈(110d)은 고유값 3과 운동체 자석의 극성은 상기 NFC 태그 데이터에 따라 N극이다.
고정체(120)에 구비된 NFC 리더 회로부(126)는 통신이 수행되는 NFC 태그 회로부(116)의 NFC 태그 데이터에 따른 자기 극성에 대응하여 고정체 유도 코일(122)을 통해 적절한 자기 극성을 생성한다. 상기 고정체 유도 코일(122)에 의한 자기 극성에 따라 상기 회전 몸체(311)는 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전 운동한다.
도 6은 회전 몸체가 회전 운동할 때, 반시계 방향으로 회전을 유발하는 유도 코일 제어부의 구동 상태를 나타낸다.
도 7은 운동체가 회전 운동할 때, 시계 방향으로 회전을 유발하는 유도 코일 제어부의 구동 상태를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 상기 회전 몸체(311)가 반시계 방향으로 회전하도록 유도하는 고정체 유도 코일(122)의 극성 계열이 표시된다. 고정체의 NFC 리더 회로부(126)가 확보한 데이터에 따라 유도 코일 제어부(128)가 생성하는 고정체 유도 코일(122)의 자기 극성이 달라진다. 고유 번호 0번인 제1 운동체 모듈(110a)가 검출되면, 고정체(120)는 N극의 자기 극성을 생성하여 인력을 유지하다가 S극으로 변경하여 척력을 생성한다. 이 척력으로 인해 제1 운동체 모듈(110a)은 상기 고정체(120)에서 멀어지는 힘을 받아 상기 회전 몸체(311)가 회전한다.
상기 회전 몸체(311)의 회전으로 고유 번호 1번의 제2 운동체 모듈(110b)이 검출되면, 고정체(120)는 고정체 유도 코일의 자극 극성을 S극을 유지하다가 N극으로 전환하여 제1 운동체 모듈(110a)이 척력을 받도록 한다. 만약, 고유번호 0번 (제2 운동체 모듈) 다음에 고유 번호 3번의 제4 운동체 모듈(110d)이 검출되면, 고정체는 고정체 유도 코일의 자기 극성을 즉시 N극으로 변환하여 회전 방향을 바로 잡는다. 운동체 모듈의 순번에 따라 연속적으로 운동체 모듈의 고유값을 검출할 수 있도록, 고정체는 고정체 유도 코일의 자기극성을 적절하게 변환한다.
도 7을 참조하면, 상기 회전 몸체(311)가 시계 방향으로 회전하도록 유도하는 고정체 유도 코일(122)의 극성 계열이 표시된다. 도 6에서 설명한 것과 유사한 방식으로 작용하여 회전 몸체가 시계 방향으로 회전하도록 운동체 모듈(110a~110d)의 고유값이 0,3,2,1,0 순으로 검출되도록 고정체(200)는 고정체 유도 코일의 자기 극성을 생성한다. 제어 시간과 생성되는 자기장의 세기에 따라 회전 속도가 달라진다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 움직임 생성 장치를 설명하는 도면이다.
도 1, 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 7, 및 도 8을 참조하면, 상기 운동 생성 장치(400)는 운동체 모듈(110a~110d) 및 고정체(120a)를 포함한다. 상기 각 운동체 모듈(110)은 NFC 태그 회로부(116), 상기 NFC 태그 회로부(116)와 전기적으로 연결된 NFC 태그 안테나(114), 및 상기 NFC 태그 회로부(116)의 데이터에 따라 소정의 방향의 자기 모멘트(극성 또는 자화 방향)를 가지는 운동체 자석(112)을 각각 포함한다. 상기 고정체(120a)는 NFC 리더(NFC reader) 회로부(126), 상기 NFC 리더 회로부(126)와 전기적으로 연결된 NFC 리더 안테나(124), 상기 NFC 리더 회로부(126)에서 상기 NFC 태그 회로부(116)의 데이터를 제공받는 유도 코일 제어부(128), 및 상기 유도 코일 제어부(128)의 제어 신호에 따라 자기장을 생성하는 고정체 유도 코일(122)을 포함한다. 상기 각 운동체 자석(112)은 상기 고정체 유도 코일(122)과 자기적으로 상호작용에 의하여 자기력을 제공받는다. 상기 각 운동체 자석(112)이 탑재된 상기 운동체 모듈(110a~110d)은 상기 자기력에 의하여 운동한다.
도 8을 참조하면, 도 5a에서 회전축을 제거하여, 회전 몸체(311)가 고정체(120a) 상에서 굴러갈 수 있도록 구성되었다. 상기 회전 몸체(311)의 운동 범위를 포함하도록 고정체 유도 코일(122) 크기와 NFC 리더 안테나의 크기는 충분히 클 수 있다. 또한, 고정체 유도 코일(122)과 NFC 리더 안테나(124)는 중첩되도록 배치될 수 있다.
상기 회전 몸체(311)는 고정체 유도 코일의 극성에 따라 좌 또는 우로 굴러가는 회전 및 병진 운동을 수행할 수 있다. 상기 회전 몸체(311)는 직접적인 전력 공급 없이 움직일 수 있다.
도 9은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 움직임 생성 장치를 설명하는 도면이다.
도 1 및 도 9을 참조하면, 상기 운동 생성 장치(500)는 운동체 모듈(110a~110f) 및 고정체(120a)를 포함한다. 상기 운동체 모듈(110a~110f)은 NFC 태그 회로부(116), 상기 NFC 태그 회로부(116)와 전기적으로 연결된 NFC 태그 안테나(114), 및 상기 NFC 태그 회로부(116)의 데이터에 따라 소정의 방향의 자기 모멘트(극성 또는 자화 방향)를 가지는 운동체 자석(112)을 각각 포함한다. 상기 고정체(120a)는 NFC 리더(NFC reader) 회로부(126), 상기 NFC 리더 회로부(126)와 전기적으로 연결된 NFC 리더 안테나(124), 상기 NFC 리더 회로부(126)에서 상기 NFC 태그 회로부(116)의 데이터를 제공받는 유도 코일 제어부(128), 및 상기 유도 코일 제어부(128)의 제어 신호에 따라 자기장을 생성하는 고정체 유도 코일(122)을 포함한다. 상기 운동체 자석(112)은 상기 고정체 유도 코일(122)과 자기적 상호작용에 의하여 자기력을 제공받는다. 상기 운동체 자석(112)이 탑재된 상기 운동체 모듈(110)은 상기 자기력에 의하여 운동한다.
6개의 운동체 모듈(110a~110f)은 주사위 형태의 운동체(511)의 6면에 각각 장착될 수 있다. 운동체 모듈(110a~110f) 각각은 운동체 자석 및 그 극성을 가질 수 있다. 상기 고정체(120a)와 접촉하면서 마주보는 상기 운동체의 면에 배치된 운동체 자석의 극성은 고정체의 NFC 리더 회로부에 의하여 판독될 수 있다. 상기 운동체는 소정의 숫자를 가진 면이 상부에 표시되도록 자기력을 받아 회전할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
110: 운동체 모듈
112: 운동체 자석
114: NFC 태그 안테나
116: NFC 태그 회로부
120 : 고정체
122: 고정체 유도 코일
124: NFC 리더 안테나
126: NFC 리더 회로부
128: 유도 코일 제어부

Claims (8)

  1. NFC 태그 회로부, 상기 NFC 태그 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 태그 안테나, 및 상기 NFC 태그 회로부의 NFC 태그 데이터에 따라 소정의 방향의 자기 모멘트를 가지는 운동체 자석을 포함하는 운동체 모듈; 및
    NFC 리더(NFC reader) 회로부, 상기 NFC 리더 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 리더 안테나, 상기 NFC 리더 회로부에서 상기 NFC 태그 회로부의 상기 NFC 태그 데이터를 제공받는 유도 코일 제어부, 및 상기 유도 코일 제어부의 상기 NFC 태그 데이터에 기반한 제어 신호에 따라 자기장을 생성하는 고정체 유도 코일을 포함하는 고정체를 포함하고,
    상기 운동체 자석은 상기 고정체 유도 코일과 자기적으로 상호작용에 의하여 자기력을 제공받고,
    상기 운동체 자석이 탑재된 상기 운동체 모듈 전체가 상기 자기력에 의하여 상기 고정체에 대해 상대적으로 운동하는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신을 활용한 운동 생성 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 운동체 자석은 영구 자석인 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신을 활용한 운동 생성 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 운동체 모듈은 상기 고정체에 탄성체를 통하여 고정되는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신을 활용한 운동 생성 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    회전 몸체를 더 포함하고,
    복수의 운동체 모듈은 상기 회전 몸체의 원주면을 따라 일정한 간격으로 복수의 위치에 장착되고,
    상기 운동체 자석의 자화 방향은 상기 NFC 태그 데이터에 따라 설정되고,
    상기 회전 몸체는 상기 고정체에 구비된 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 고정되는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신을 활용한 운동 생성 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    회전 몸체를 더 포함하고,
    복수의 운동체 모듈은 상기 회전 몸체의 원주면을 따라 일정한 간격으로 복수의 위치에 장착되고,
    상기 운동체 자석의 자화 방향은 상기 NFC 태그 데이터에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신을 활용한 운동 생성 장치.
  6. NFC 태그 회로부;
    상기 NFC 태그 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 태그 안테나; 및
    상기 NFC 태그 회로부의 NFC 태그 데이터에 따라 소정의 방향의 자기 모멘트를 가지는 운동체 자석을 포함하는 운동체 모듈을 포함하고,
    고정체는 NFC 리더(NFC reader) 회로부, 상기 NFC 리더 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 리더 안테나, 상기 NFC 리더 회로부에서 상기 NFC 태그 회로부의 상기 NFC 태그 데이터를 제공받는 유도 코일 제어부, 및 상기 유도 코일 제어부의 상기 NFC 태그 데이터에 기반한 제어 신호에 따라 자기장을 생성하는 고정체 유도 코일을 포함하고,
    상기 운동체 자석은 상기 고정체 유도 코일과 자기적으로 상호작용에 의하여 자기력을 제공받아 상기 운동체 모듈 전체가 상기 고정체에 대해 상대적으로 움직이는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신을 활용한 운동체 모듈.
  7. NFC 리더(NFC reader) 회로부;
    상기 NFC 리더 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 리더 안테나;
    상기 NFC 리더 회로부에서 NFC 태그 회로부의 NFC 태그 데이터를 제공받는 유도 코일 제어부; 및
    상기 유도 코일 제어부의 상기 NFC 태그 데이터에 기반한 제어 신호에 따라 자기장을 생성하는 고정체 유도 코일을 포함하고,
    운동체 모듈은:
    상기 NFC 태그 회로부;
    상기 NFC 태그 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 태그 안테나; 및
    상기 NFC 태그 회로부의 상기 NFC 태그 데이터에 따라 소정의 방향의 자기 모멘트를 가지는 운동체 자석을 포함하고,
    상기 운동체 자석은 상기 고정체 유도 코일과 자기적으로 상호작용에 의하여 자기력을 제공받아 상기 운동체 모듈 전체가 상기 고정체에 대해 상대적으로 움직이는 것을 특징으로 하는 근거리 무선 통신을 활용한 고정체.
  8. NFC 태그 회로부, 상기 NFC 태그 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 태그 안테나, 및 상기 NFC 태그 회로부의 NFC 태그 데이터에 따라 소정의 방향의 자기 모멘트를 가지는 운동체 자석을 포함하는 운동체 모듈; 및 NFC 리더(NFC reader) 회로부, 상기 NFC 리더 회로부와 전기적으로 연결된 NFC 리더 안테나, 상기 NFC 리더 회로부에서 상기 NFC 태그 회로부의 상기 NFC 태그 데이터를 제공받는 유도 코일 제어부, 및 상기 유도 코일 제어부의 상기 NFC 태그 데이터에 기반한 제어 신호에 따라 자기장을 생성하는 고정체 유도 코일을 포함하는 고정체를 포함하는 운동 생성 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 고정체는 NFC 통신으로 상기 운동체의 NFC 태그 회로부에 저장된 데이터에 판독하는 단계; 및
    상기 운동체의 NFC 태그 회로부에 저장된 상기 NFC 태그 데이터에 대응하여 상기 유도 코일 제어부를 동작시키여 상기 운동체 모듈의 상기 운동체 자석와 상기 고정체의 상기 고정체 유도 코일사이에 인력 또는 척력이 작용하도록 상기 고정체 유도 코일에 전류를 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는운동 생성 장치의 동작 방법.
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