KR101714119B1 - 압전 타입 스위치 - Google Patents

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KR101714119B1 KR1020140139148A KR20140139148A KR101714119B1 KR 101714119 B1 KR101714119 B1 KR 101714119B1 KR 1020140139148 A KR1020140139148 A KR 1020140139148A KR 20140139148 A KR20140139148 A KR 20140139148A KR 101714119 B1 KR101714119 B1 KR 101714119B1
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Abstract

일 실시예에 따른 압전 타입 스위치는, 외력을 전달하는 누름 부재, 상기 누름 부재의 하부에 배치되어, 일단은 고정되고 타단은 상기 외력에 의해 탄성 변형되는 변형 플레이트, 상기 변형 플레이트 상에 부착되어, 전기에너지를 발생시키는 압전소자 및 상기 누름 부재 및 상기 변형 플레이트 사이에 배치되어, 상기 누름 부재로부터 전달된 외력에 의해 상기 변형 플레이트를 타격하는 타격 부재를 포함할 수 있다.

Description

압전 타입 스위치{PIEZOELECTRIC TYPE SWITCH}
본 발명은 압전 타입 스위치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스위치에 압전 소자를 구비하여 스위치에 외력을 가함으로써 전기에너지를 효율적으로 수확할 수 있는 압전 타입 스위치에 관한 것이다.
최근 산업화가 가속되고 삶의 질이 향상되면서, 전기 에너지 사용은 점진적으로 늘어나고 있다. 그러나 원자력 발전과 같은 종래의 발전 방식의 문제점이 대두되면서 새로운 발전 방식의 요구가 꾸준히 늘어나고 있으며, 이로 인해 신재생 에너지로서 풍력 발전과 태양광 발전 등에 심도 있는 연구가 이루어지고 있다. 또한 압전 발전 방식 역시 연구가 진행 중에 있으며 실제로 다수의 분야에 적용되고 있다.
압전 발전 방식은 진동이나 소리 등 기계적 에너지를 압전소자를 통하여 전기 에너지로 변환하는 기술이다. 여기서, 압전소자를 통해 전기에너지를 생성하기 위해서는 진동과 같은 외력이 지속적으로 압전소자에 가해져야 한다.
이에, 지속적인 유체의 흐름이 있는 선박과 같은 장치 또는 외부 진동이 발생하는 철도나 자동차 등에 압전소자를 장착하여 전기 에너지를 발생시키는 방안이 고려되고 있는 실정이다.
그러나, 이 경우 외부의 진동 등에 의해 발생되는 기계 에너지가 일정하지 않기 때문에 일정한 발전을 위해서는 여러 형태와 다양한 크기의 진동을 기계적으로 저장해서 일정하게 진동을 유발시켜 발전할 수 있는 소형 발전 시스템이 필요하다.
예를 들어, 2012년 8월 31일에 출원된 선행문헌 KR2014-7001443호에서는 전자기기 등에 이용되는 압전 장치에 대하여 개시된다.
일 실시예에 따른 목적은 스위치에 압전소자를 이용하여 보다 많은 전기에너지를 수확할 수 있는 압전 타입 스위치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 소형화되고, 비교적 간단한 구조를 구비하여 제작이 용이하고, 제작 비용을 절감할 수 있는 압전 타입 스위치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 다양한 전자 기기의 송신부로 이용될 수 있는 압전 타입 스위치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 일상적인 외력에 의해 자가 발전이 가능한 압전 타입 스위치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 압전 타입 스위치는 외력을 전달하는 누름 부재, 상기 누름 부재의 하부에 배치되어, 일단은 고정되고 타단은 상기 외력에 의해 탄성 변형되는 변형 플레이트, 상기 변형 플레이트 상에 부착되어, 전기에너지를 발생시키는 압전소자 및 상기 누름 부재 및 상기 변형 플레이트 사이에 배치되어, 상기 누름 부재로부터 전달된 외력에 의해 상기 변형 플레이트를 타격하는 타격 부재를 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 타격 부재는, 외주면에 홈이 형성되고, 상기 누름 부재와 맞물려 회전 가능한 회전 축 및 상기 회전 축으로부터 방사상으로 연장되고, 상기 변형 플레이트를 타격하는 복수 개의 타격 날개를 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 타격 부재는, 상기 누름 부재에 연결된 제1 부분 및 상기 제1 부분에 힌지 연결되고, 상기 변형 플레이트의 타단 상부에 위치된 제2 부분을 포함하고, 외력에 의해 상기 제1 부분 및 제2 부분 사이의 각도가 변화될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 타격 부재는, 상기 누름 부재의 하부에 연결된 제1 톱니 요소; 및 상기 제1 톱니 요소와 맞물려 회전 가능한 제2 톱니 요소를 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 타격 부재는 상기 누름 부재의 일 측에 톱니 형상으로 마련되고, 상기 톱니 형상은 상기 변형 플레이트의 타단을 타격할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 타격 부재는, 상기 누름 부재에 연결되고, 상기 변형 플레이트의 타단 상부에 나란히 배치된 상판, 상기 상판에 대하여 이격되어, 상기 변형 플레이트의 타단 하부에 배치된 하판 및 상기 상판의 일단과 상기 하판의 일단을 연결하는 연결판을 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 타격 부재는 상기 하판 또는 상기 변형 플레이트의 하부에 구비된 자석 요소를 더 포함하고, 상기 자석 요소에 의해 상기 타격 부재와 상기 변형 플레이트가 탈착할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 누름 부재의 하부에는 외력에 대한 반발력을 제공하는 탄성 부재가 배치될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 실시예에 따른 압전 타입 스위치는 외력을 전달하는 누름 부재, 상기 누름 부재의 하부에 배치되어, 상기 누름 부재의 단부와 맞닿을 수 있는 지지 부재 및 상기 지지 부재의 상단에 부착되는 압전소자를 포함하고, 상기 압전소자는 상기 누름 부재와 상기 지지 부재의 충돌에 의해 전기에너지를 발생시킬 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 누름 부재 및 상기 지지 부재에 구비된 자력 부재를 더 포함하고, 상기 자력 부재는, 상기 누름 부재에 상기 압전소자를 향하도록 구비된 제1 자석 요소 및 상기 지지 부재에 상기 제1 자석 요소와 마주보도록 구비된 제2 자석 요소를 포함하고, 상기 제1 자석 요소 및 상기 제2 자석 요소는 상기 외력에 의해 탈착할 수 있다.
일 실시예에 따른 압전 타입 스위치에 의하면, 스위치에 압전소자를 이용하여 보다 많은 전기에너지를 수확할 수 있다.
일 실시예에 따른 압전 타입 스위치에 의하면, 비교적 간단한 구조를 구비하여 제작이 용이하고, 제작 비용을 절감할 수 있다.
일 실시예에 따른 압전 타입 스위치에 의하면, 다양한 전자 기기의 송신부로 이용될 수 있다.
일 실시예에 따른 압전 타입 스위치에 의하면, 일상적인 외력에 의해 자가 발전이 가능하다.
도 1은 제1 실시예에 따른 압전 타입 스위치를 도시한다.
도 2(a) 및 (b)는 제2 실시예에 따른 압전 타입 스위치를 도시한다.
도 3(a) 및 (b)는 제3 실시예에 따른 압전 타입 스위치를 도시한다.
도 4(a), (b), (c) 및 (d)는 제3 실시예에 따른 압전 타입 스위치의 작동을 도시한다.
도 5는 제4 실시예에 따른 압전 타입 스위치를 도시한다.
도 6는 제5 실시예에 따른 압전 타입 스위치를 도시한다.
도 7(a) 및 (b)는 제6 실시예에 따른 압전 타입 스위치를 도시한다.
도 8은 제7 실시예에 따른 압전 타입 스위치를 도시한다.
도 9(a) 및 (b)는 제7 실시예에 따른 압전 타입 스위치의 작동을 도시한다.
도 10은 제8 실시예에 따른 압전 타입 스위치를 도시한다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 제1 실시예에 따른 압전 타입 스위치를 도시한다.
도 1을 참조하여, 제1 실시예에 따른 압전 타입 스위치(10)은 프레임(100), 누름 부재(110), 변형 플레이트(120), 압전소자(130) 및 타격 부재(140)를 포함할 수 있다.
상기 프레임(100)은 예를 들어 직육면체 형상으로 마련될 수 있다.
상기 프레임(100)의 상면에는 누름 부재(110)가 관통될 수 있다.
상기 누름 부재(110)는 버튼 형상으로 마련될 수 있다.
도면에는 누름 부재(110)가 길쭉한 막대 형상으로 도시되었으나, 누름 부재(110)의 형상은 이에 국한되지 않고, 다양한 형상으로 마련될 수 있다.
상기 누름 부재(110)에 의해서 외력이 전달될 수 있다.
예를 들어, 사용자가 누름 부재(110)를 위에서 아래로 수직 방향으로 누를 경우, 누름 부재(110)가 수직 방향으로 이동되면서, 변형 플레이트(120), 압전소자(130) 및 타격 부재(140)에 외력을 전달할 수 있다.
또한, 누름 부재(110)의 일부에는 홈이 패여 있다.
이때, 홈은 회전 축(144)에 형성된 홈과 기어처럼 맞물려 회전할 수 있다.
또한, 홈이 비스듬하게 형성되어, 누름 부재(110)가 아래 방향으로 이동하면, 누름 부재(110)의 홈과 회전 축(144)의 홈이 맞물려 회전하고, 누름 부재(110)가 위로 이동하면, 누름 부재(110)의 홈과 회전 축(144)의 홈이 맞물리지 않을 수 있다.
상기 누름 부재(110)의 하부에는 변형 플레이트(120)가 배치될 수 있다.
예를 들어, 누름 부재(110)의 하부 일 측에 변형 플레이트(120)가 배치될 수 있으며, 누름 부재(110)에 의해 외력을 전달받을 수 있는 위치라면 어디든지 배치될 수 있다.
상기 변형 플레이트(120)는 외팔보 지지대와 같이, 일단은 고정되고 타단은 고정되지 않을 수 있다.
상기 변형 플레이트(120)의 일단에는 변형 플레이트를 고정하기 위해 받침대(F)가 배치될 수 있다. 상기 받침대(F)의 상단에 변형 플레이트(120)의 일단이 고정될 수 있다.
변형 플레이트(120)의 타단에 외력이 전달될 경우, 변형 플레이트(120)는 탄성 변형될 수 있다. 이에 의해 변형 플레이트(120)에 장착된 압전소자(130) 또한 변형될 수 있다.
상기 변형 플레이트(120)의 일 측에는 압전소자(130)가 부착될 수 있다.
상기 압전소자(130)는 변형 플레이트(120)의 상부 또는 하부에 부착될 수 있다.
상기 압전소자(130)는 기계 진동을 받을 때 전하를 발생하거나 전하가 가해질 때 기계 진동을 발생시키는 역할을 할 수 있으며, 기본적으로 발전량이 우수한 세라믹(ceramic) 압전소자를 비롯하여 물리적 유연성이 뛰어난 폴리머(polymer)나 폴리머와 세라믹이 혼합된 하이브리드 압전소자(130)가 사용될 수 있다. 따라서 뛰어난 물리적 유연성으로 인해 내구성을 가지며, 이에 따라 발전에 용이하다.
또한, 압전소자(130)의 종류로는 PVDF, 바륨 티타네이트, PMN-PT 단결정, PZT 결정 또는 PZT 섬유 등을 포함할 수 있다. 그 외에 NKN계, BZT-BCT계, BNT계, BSNN, BNBN계 등의 무연(Lead-free) 압전 소재, PLZT, P(VDF-TrFE), 수정, 전기석, 로셸염, 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민 등을 사용할 수 있다.
다만, 압전소자(130)의 종류 및 재질이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1실시예에 따른 압전 타입 스위치(10)에 가해지는 외력에 의해 충분한 발전량을 발생시킬 수 있다면 다른 재질 등이 사용될 수 있음은 당연하다.
또한, 압전소자(130)는 도선(미도시)에 의해 정류부(미도시)와 연결되며, 따라서 압전소자(130)의 진동 및 타격에 의해 발생되는 전기에너지는 도선을 따라 정류부로 이송되어 정류될 수 있다.
상기 압전소자(130)의 개수가 많아질수록 더 많은 전기에너지의 수확할 수 있다. 즉, 변형 플레이트(120)에 부착된 압전소자(130)의 개수가 많아질수록 제 1 실시예에 따른 압전 타입 스위치(10)으로부터 더 큰 전기에너지를 얻을 수 있다.
또한, 상기 누름 부재(110) 및 변형 플레이트(120) 사이에는 타격 부재(140)가 구비될 수 있다.
상기 타격 부재(140)는 회전 축(142) 및 타격 날개(144)를 포함할 수 있다.
상기 회전 축(142)은 원통 형상으로 마련될 수 있으며, 외주면에 홈이 형상될 수 있다.
전술된 것과 같이, 회전 축(142)에 구비된 홈은 누름 부재(110)의 홈과 맞물려 회전할 수 있다.
또한, 홈이 비스듬하게 형성되어, 누름 부재(110)가 아래 방향으로 이동하면, 누름 부재(110)의 홈과 회전 축(144)의 홈이 맞물려 회전하고, 누름 부재(110)가 위로 이동하면, 누름 부재(110)의 홈과 회전 축(144)의 홈이 맞물리지 않을 수 있다.
그러므로, 누름 부재(110)가 아래 방향으로 이동할 때에만, 타격 부재(140)가 변형 플레이트(120)를 타격하고, 누름 부재(110)가 위로 이동할 때에는, 타격 부재(140)가 변형 플레이트(120)를 타격하지 않을 수 있다.
상기 타격 날개(144)는 회전 축(142)의 외주부에 방사상으로 구비될 수 있다.
예를 들어, 타격 날개(144)는 회전 축(142)의 단부에 복수 개로 마련될 수 있으며, 복수 개의 타격 날개(144)는 각각 90도 간격으로 배치될 수 있다.
또한, 복수 개의 타격 날개(144)는 회전 축(142)의 길이방향을 따라 이격되게 배치될 수 있다.
구체적으로, 네 개의 타격 날개(144)는 회전 축(142)의 단부에 구비되고, 이에 추가적으로, 네 개의 타격 날개(144)가 회전 축(142)의 단부로부터 이격된 위치에 구비될 수 있다.
그러나, 복수 개의 타격 날개(144)의 개수 및 배치는 이에 국한되지 아니하며, 변형 플레이트(120)를 효율적으로 타격할 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.
이와 같이 구비된 타격 부재(140)는 누름 부재(110)에 의해 회전될 수 있다.
구체적으로, 누름 부재(110)에 외력이 가해지면, 누름 부재(110)는 위에서 아래로 수직 방향으로 이동될 수 있다. 이때, 누름 부재(110)의 톱니 형상과 회전 축(142)의 톱니 형상이 서로 맞물려 회전하면서, 회전 축(142)뿐만 아니라, 회전 축(142)에 구비된 타격 날개(144)가 함께 회전할 수 있다.
이와 같이 타격 부재(140)가 회전하면서 타격 날개(144)의 단부가 변형 플레이트(120)의 타단을 타격할 수 있다.
예를 들어, 타격 날개(144)의 전방에서 보았을 때, 타격 부재(140)가 시계 방향으로 회전하는 경우, 변형 플레이트(120)는 아래에서 위로 변형될 수 있고, 타격 부재(140)가 반시계 방향으로 회전하는 경우, 변형 플레이트(120)는 위에서 아래로 변형될 수 있다.
이와 같이 변형 플레이트(120)의 변형이 이루어지면서, 압전소자(130)에도 외력이 전달되어, 압전소자(130)를 진동 또는 타격하게 될 수 있다. 이에 의해 압전소자(130)를 통해서 전기에너지를 수확할 수 있다.
또한, 누름 부재(110)의 하부에는 탄성 부재(150)가 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 탄성 부재(150)가 누름 부재(110)의 하부에 마련되는 경우, 탄성 부재(150)는 압축 스프링으로 마련될 수 있다.
또한, 도면에 구체적으로 도시되지는 않았으나, 탄성 부재(150)가 누름 부재(110)의 상부에 마련되는 경우, 탄성 부재(150)는 인장 스프링으로 마련될 수 있다.
구체적으로, 탄성 부재(150)가 누름 부재(110)의 하부에 마련된 경우, 누름 부재(110)가 아래 방향으로 눌러지면 탄성 부재(150)가 압축될 수 있다. 이때, 탄성 부재(150)가 외력에 대한 반발력을 누름 부재(110)에 전달하여, 누름 부재(110)가 원상태로 복귀할 수 있다.
한편, 이하에서는 제2 내지 8 실시예에 따른 압전 타입 스위치에 대하여 설명하되, 전술한 제 1 실시예의 압전 타입 스위치(10)과 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 2(a) 및 (b)는 제2 실시예에 따른 압전 타입 스위치를 도시한다.
도 2(a) 및 (b)를 참조하여, 제2 실시예에 따른 압전 타입 스위치(20)은 프레임(200), 누름 부재(210), 변형 플레이트(220), 압전소자(230) 및 타격 부재(240)를 포함할 수 있다.
상기 누름 부재(210)의 일단은 상기 변형 플레이트(220)의 일단 상에 위치되고, 상기 누름 부재(210)의 타단은 상기 변형 플레이트(220)의 타단 상에 위치될 수 있다.
또한, 누름 부재(210)는 프레임(200)을 관통하여 시소 운동을 할 수 있다.
예를 들어, 누름 부재(210)의 중앙 부분을 기준으로 하고, 누름 부재(210)의 타단에 외력을 가하게 되면, 외력을 가한 누름 부재(210)의 타단은 아래로 이동되고, 누름 부재(210)의 일단은 위로 이동될 수 있다.
이와 마찬가지로, 누름 부재(210)의 타단이 위로 이동되면, 누름 부재(210)의 일단은 아래로 이동될 수 있다.
또한, 누름 부재(210)와 변형 플레이트(220) 사이에는 타격 부재(240)가 구비될 수 있다.
이때, 타격 부재(240)는 막대 형상으로 마련될 수 있으며, 변형 플레이트(220)를 직접적으로 타격할 수 있다.
상기 타격 부재(240)의 일단은 누름 부재(210)의 타단에 연결되고, 타격 부재(240)의 타단은 변형 플레이트(220)의 타단 상부에 위치될 수 배치될 수 있다.
예를 들어, 누름 부재(210)에 외력이 가해지면, 누름 부재(210)에 연결된 타격 부재(240)가 변형 플레이트(220)의 타단에 외력을 전달할 수 있다.
구체적으로, 누름 부재(210)의 타단에 외력이 가해지면, 누름 부재(210)의 타단이 아래로 이동되도록, 누름 부재(210)가 기울어지게 될 수 있다. 이에 의해, 타격 부재(240)가 변형 플레이트(220)를 누르면서 변형 플레이트(220)를 변형시킬 수 있다.
더 나아가, 누름 부재(210)의 타단에 반복적으로 외력이 가해지게 되면, 타격 부재(240)가 변형 플레이트(220)를 빠르게 타격할 수 있다.
또한, 누름 부재(210)의 일단 하부 또는 누름 부재(210)의 타단 하부에는 탄성 부재(250)가 구비될 수 있다.
이때, 누름 부재(210)의 일단 하부에는 인장 스프링이 마련될 수 있고, 누름 부재(210)의 타단 하부에는 압축 스프링이 마련될 수 있다.
도 2(a)에 도시된 바와 같이, 누름 부재(210)의 일단 하부에 탄성 부재(250)가 구비된 경우, 누름 부재(210)의 타단에 수직 방향으로 외력이 가해지면, 탄성 부재(250)는 인장되고, 외력에 대한 반발력이 누름 부재(210)의 일단에 전달되어, 탄성 부재(250) 및 누름 부재(210)를 원상태로 복귀시킬 수 있다. 결국, 탄성 부재(250)에 의해 누름 부재(210)의 일단은 아래로 이동하고, 누름 부재(210)의 타단은 위로 이동하여, 누름 부재(210)가 평형을 이룰 수 있다.
도 2(b)에 도시된 바와 같이, 상기 탄성 부재(250)가 누름 부재(210)의 타단 하부에 구비된 경우, 누름 부재(210)의 타단에 수직 방향으로 외력이 가해지면, 변형 플레이트(220)가 아래로 변형되어 탄성 부재(250)가 압축되고, 외력에 대한 반발력이 누름 부재(210)의 타단에 전달되어, 탄성 부재(250) 및 누름 부재(210)를 원상태로 복귀시킬 수 있다. 결국, 탄성 부재(250)에 의해 누름 부재(210)의 타단은 위로 이동하고, 누름 부재(210)의 일단은 아래로 이동하여, 누름 부재(210)가 평형을 이룰 수 있다.
이와 같이 탄성 부재(250)에 의해 반복적으로 변형 플레이트(220)를 변형시킬 수 있으며, 변형 플레이트(220)에 전달된 외력에 의해 압전소자(230)가 진동 또는 타격되어 전기에너지를 수확할 수 있다.
도 3(a) 및 (b)는 제3 실시예에 따른 압전 타입 스위치가 작동되는 모습을 도시하고, 도 4(a), (b), (c) 및 (d)는 제3 실시예에 따른 압전 타입 스위치의 작동을 도시한다.
도 3(a) 및 (b)를 참조하여, 제3 실시예에 따른 압전 타입 스위치(30)은 프레임(300), 누름 부재(310), 변형 플레이트(320), 압전소자(330) 및 타격 부재(340)를 포함할 수 있다.
상기 누름 부재(310)는 누름 부재(310)의 단부에 가해진 외력에 의해 시소 운동을 할 수 있다.
상기 누름 부재(310)에는 타격 부재(340)가 구비될 수 있다.
상기 타격 부재(340)는 누름 부재(310)에 연결된 제1 부분(342) 및 제1 부분(342)에 힌지 연결된 제2 부분(344)를 포함할 수 있다.
상기 제1 부분(342)은 누름 부재(310)의 타단에 연결되어 변형 플레이트(320)의 타단을 향하여 연장될 수 있다.
상기 제2 부분(344)은 제1 부분(342)의 단부에 힌지 연결되어, 변형 플레이트(320)의 타단 상에 변형 플레이트(320)와 나란히 배치될 수 있다.
이때, 제1 부분(342)과 제2 부분(344) 사이의 각도는 변형 플레이트(320)의 변형에 의해 변화될 수 있다.
또한, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 탄성 부재(350)가 누름 부재(310)의 일단 하부에 배치되거나, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 탄성 부재(350)가 누름 부재(310)의 타단 하부에 배치되어, 누름 부재(310)를 원상태로 복귀시킬 수 있다.
도 4(a), (b), (c) 및 (d)를 참조하여, 누름 부재(310)에 가해진 외력에 의해 압전소자(330)에서 전기에너지가 수확되는 과정을 알 수 있다.
우선, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 제1 부분(342)과 제2 부분(344)은 변형 플레이트(320)의 타단 상부에 위치될 수 있다.
누름 부재(310)의 타단에 수직 방향으로 외력이 가해지면, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 타격 부재(340)의 제2 부분(344)이 누름 부재(310)의 타단과 접촉하면서 변형 플레이트(320)의 변형에 의해 변형 플레이트(320)의 타단 하부에 위치될 수 있다.
구체적으로 도시되지는 않았으나, 제1 부분(342)과 제2 부분(344) 사이의 각도가 약간 작아지면서, 타격 부재(340)의 제2 부분(344)이 변형 플레이트(320)의 타단 하부에 위치될 수 있다.
이와 같이 타격 부재(340)의 제2 부분(344)이 변형 플레이트(320)의 하부로 내려가면서 변형 플레이트(320)가 변형되면서, 압전소자(330)가 진동 또는 타격되어, 1회의 발전을 할 수 있다.
이어서, 누름 부재(310)의 일단 하부에 구비된 탄성 부재(350)에 의해, 누름 부재(310)는 원상태로 복귀될 수 있다.
또는, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 탄성 부재(350)가 누름 부재(310)의 하부, 구체적으로 타격 부재(340)의 제2 부분(344) 하부에 배치되어, 누름 부재(310)를 원상태로 복귀시킬 수 있다.
구체적으로, 도 4(c)를 참조하여, 도 4(b)의 상태에서 누름 부재(310)의 일단 하부에서 인장된 탄성 부재(350)는 외력에 대한 반발력을 누름 부재(310)에 전달할 수 있다.
누름 부재(310)의 일단은 아래로 이동하고, 누름 부재(310)의 타단은 위로 이동하면서, 제2 부분(344)의 상부와 변형 플레이트(320)의 하부가 접촉하면서, 변형 플레이트(320)의 변형에 의해서 제2 부분(334)이 변형 플레이트(320)의 타단 상부에 위치될 수 있다.
이때, 제1 부분(342)과 제2 부분(344) 사이의 각도가 커지면서, 변형 플레이트(320)의 변형에 의해서 제2 부분(344)이 변형 플레이트(320)의 타단 상부에 위치될 수 있다.
이와 같이 제3 실시예에 따른 압전 타입 스위치(30)은 원상태로 복귀될 수 있다.
도 5는 제4 실시예에 따른 압전 타입 스위치를 도시한다.
도 5를 참조하여, 제4 실시예에 따른 압전 타입 스위치(40)은 프레임(400), 누름 부재(410), 변형 플레이트(420), 압전소자(430) 및 타격 부재(440)를 포함할 수 있다.
상기 누름 부재(410)와 변형 플레이트(420) 사이에는 타격 부재(440)가 배치될 수 있다.
상기 타격 부재(440)는 제1 톱니 요소(442) 및 제2 톱니 요소(444)를 포함할 수 있다.
상기 제1 톱니 요소(442)는 누름 부재(410)의 하부에 연결될 수 있다. 예를 들어, 누름 부재(410)의 타단 하부에 연결될 수 있다.
제1 톱니 요소(442)에는 일 측에 톱니 형상이 구비될 수 있다.
제2 톱니 요소(444)는 원통형상으로 마련되고, 외주면에는 톱니 형상이 구비될 수 있다.
이러한 구조에 의해, 제2 톱니 요소(444)는 제1 톱니 요소(442)와 맞물려 회전할 수 있다.
이때, 제1 톱니 요소(442)와 제2 톱니 요소(444)의 맞물림을 원활하게 하기 위해, 제1 톱니 요소(442)는 약간 비스듬하게 연장되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 톱니 요소(442)는 호의 형상으로 마련될 수 있다.
제2 톱니 요소(444)가 제1 톱니 요소(442)와 맞물려 회전하면서, 제2 톱니 요소(444)는 변형 플레이트(420)의 타단과 접촉할 수 있다.
예를 들어, 누름 부재(410)의 타단에 외력이 가해지면, 제1 톱니 요소(442)가 아래로 이동하면서, 제2 톱니 요소(444)를 반시계 방향으로 회전시킬 수 있다. 제2 톱니 요소(444)와 접촉된 변형 플레이트(420)는 아래에서 위로 변형될 수 있다.
반면, 누름 부재(410)의 일단에 외력이 가해지면, 제1 톱니 요소(442)가 위로 이동하면서, 제2 톱니 요소(444)를 시계 방향으로 회전시킬 수 있다. 제2 톱니 요소(444)와 접촉된 변형 플레이트(420)는 위에서 아래로 변형될 수 있다.
이때, 누름 부재(410)의 일단 하부에 탄성 부재(440)가 배치될 수 있다.
또한, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 누름 부재(410)의 타단 하부, 구체적으로 제1 톱니 요소(442)의 하부에 탄성 부재(450)가 배치될 수 있다.
상기 탄성 부재(450)는 누름 부재(410)의 타단에 가해진 외력에 대하여 반발력을 제공할 수 있다.
구체적으로, 누름 부재(410)의 타단에 외력이 가해지면, 누름 부재(410)의 일단이 위로 이동하면서, 탄성 부재(450)가 인장되고, 누름 부재(410)의 일단이 아래로 이동하는 방향으로 반발력을 제공할 수 있다.
이에 의해서, 누름 부재(410)의 일단은 다시 아래로 이동하고, 누름 부재(410)의 타단은 다시 위로 이동하여, 누름 부재(410)가 평형 상태가 될 수 있다.
이때, 제1 톱니 요소(442)가 위로 올라가면서, 제2 톱니 요소(444)를 시계방향으로 회전시키고, 변형 플레이트(420)가 원상태로 복귀될 수 있다.
이와 같이 변형 플레이트(420)를 반복적으로 변형시킴으로써, 압전소자(430)를 진동 또는 타격하여 전기에너지를 수확할 수 있다.
도 6은 제5 실시예에 따른 압전 타입 스위치를 도시한다.
제5 실시예에 따른 압전 타입 스위치(50)은 프레임(500), 누름 부재(510), 변형 플레이트(520), 압전소자(530) 및 타격 부재(540)를 포함할 수 있다.
상기 누름 부재(510)는 막대 형상으로 마련될 수 있으며, 누름 부재(510)의 일 측면에 타격 부재(540)가 구비될 수 있다.
이때, 타격 부재(540)는 톱니 형상으로 마련될 수 있다.
예를 들어, 타격 부재(540)는 변형 플레이트(520)의 타단을 향하여 형성될 수 있으며, 톱니의 상면은 누름 부재(510)로부터 아래로 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 변형 플레이트(520)는 누름 부재(510)의 하부에 배치되며, 타격 부재(540)와 접촉할 수 있도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 누름 부재(510)에 수직방향으로 외력이 가해지면, 누름 부재(510)가 아래로 이동하게 되고, 누름 부재(510)에 구비된 타격 부재(540)가 변형 플레이트(520)의 타단을 타격할 수 있다.
또한, 누름 부재(510)의 하부에는 탄성 부재(540)가 구비되어, 누름 부재(510)가 하부로 이동하게 되면, 탄성 부재(540)가 압축하게 되고, 외력에 대한 반발력을 누름 부재(510)에 제공할 수 있다.
이에 의해, 누름 부재(510)의 톱니 형상이 변형 플레이트(520)를 타격 또는 진동하게 되고, 변형 플레이트(520)에 부착된 압전소자(530) 또한 타격 또는 진동되어 전기에너지를 수확할 수 있다.
도 7(a) 및 (b)는 제6 실시예에 따른 압전 타입 스위치를 도시한다.
도 7(a) 및 (b)를 참조하여, 제6 실시예에 따른 압전 타입 스위치(60)은 프레임(600), 누름 부재(610), 변형 플레이트(620), 압전소자(630) 및 타격 부재(640)를 포함할 수 있다.
상기 누름 부재(610)의 하부에는 타격 부재(640)가 부착될 수 있다.
상기 타격 부재(640)는 누름 부재(610)의 타단에 부착되는 상판(642), 상기 상판(642)에 대하여 하부에 이격 배치된 하판(644) 및 상기 상판(642)의 일단 및 상기 하판(644)의 일단을 연결하는 연결판(646)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 타격 부재(640)는 변형 플레이트(620)의 타단을 향하여 개방된 'ㄷ'자 형상으로 마련될 수 있다.
이와 같이 구성된 타격 부재(640)는 누름 부재(610)에 가해지는 외력의 방향에 따라 이동될 수 있다.
또한, 변형 플레이트(620)의 타단은 상판(642) 및 하판(644) 사이에 위치되어, 상판(642) 및 하판(644) 사이에서 변형될 수 있다.
게다가, 타격 부재(640)는 변형 플레이트(620)의 타단과 마주보도록 타격 부재(640)의 하판(644) 상에 장착된 자석 요소(648)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 변형 플레이트(620)는 예를 들어, SUS 재질로 마련될 수 있고, 타격 부재(640)의 하판(644) 상에 장착된 자석 요소(648)와 인력에 의해 자기적으로 결합할 수 있다.
도 7(a)에 도시된 바와 같이, 평상 시에, 타격 부재(640)의 하판(644) 상에 장착된 자석 요소(648)는 변형 플레이트(620)와 자기적으로 결합되어, 외부에 노출되지 않을 수 있다.
그러나, 누름 부재(610)에 외력을 가하게 되면, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 타격 부재(640)의 하판(644) 상에 장착된 자석 요소(648)가 변형 플레이트(620)로부터 탈착될 수 있다.
또는, 도면에 구체적으로 도시되지는 않았으나, 변형 플레이트(620)의 타단에는 타격 부재(640)의 하판(644)에 장착된 자석 요소(648)와 마주보도록 추가적인 자석 요소가 부착될 수 있다.
이에 의해 변형 플레이트(620) 및 압전소자(630)의 변위량 및 변형 속도가 변화될 수 있다. 결국, 압전소자(630)에 의해 수확되는 전기에너지의 양 또한 변화될 수 있다.
또한, 자석 요소(648)의 사양에 따라서는 압전소자(630)에 의해 수확되는 전기에너지의 양 또한 변화될 수 있다.
상기 타격 부재(640)의 하판(644)의 하부에는 탄성 부재(650)가 배치될 수 있다. 상기 탄성 부재(650)는 타격 부재(640)에 외력에 대한 반발력을 제공할 수 있다.
구체적으로, 누름 부재(610)에 외력이 가해지면, 타격 부재(640)의 하판(644) 하부에 배치된 탄성 부재(650)는 압축되고, 타격 부재(640)의 하판(644)에 외력에 의한 반발력을 제공할 수 있다. 이에 의해, 타격 부재(640)가 다시 상부로 이동되고, 타격 부재(640)의 하판(644)에 장착된 자석 요소(648)가 변형 플레이트(620)의 타단에 자기적으로 결합될 수 있다.
이와 같이, 타격 부재(640)에 구비된 자석 요소(648)와 변형 플레이트(620)의 자기적 결합이 외력에 의해 제거되면서 발생되는 충격에 의해 압전소자(630)로부터 전기에너지를 수확할 수 있다.
도 8은 제7 실시예에 따른 압전 타입 스위치를 도시하고, 도 9(a) 및 (b)는 제7 실시예에 따른 압전 타입 스위치의 작동을 도시한다.
도 8을 참조하여, 제7 실시예에 따른 압전 타입 스위치(70)은 프레임(700), 누름 부재(710), 지지 부재(730), 압전소자(720) 및 자력 부재(740)를 포함할 수 있다.
상기 압전소자(720)는 지지 부재(730)의 상부에 부착될 수 있다.
이때, 상기 압전소자(720)는 시중에서 저렴하게 구입할 수 있는 원형 PZT를 활용할 수 있어, 제작 비용을 절감하는 데 크게 기여할 수 있다.
또한, 압전소자(720) 및 지지 부재(730)에서 누름 부재(710)와 접촉하는 부분은 경사지게 형성될 수 있다.
구체적으로, 누름 부재(710)가 외력에 의해 시소 운동을 하게 되므로, 누름 부재(710)의 일단에 외력이 가해지면, 누름 부재(710)의 타단은 위로 이동하게 되고, 누름 부재(710)의 타단에 외력이 가해지면, 누름 부재(710)의 일단은 위로 이동하게 될 수 있다.
누름 부재(710)의 일단이 눌러졌을 때, 누름 부재(710)의 기울기와 평행하도록 압전소자(720) 및 지지 부재(730)는 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 누름 부재(710)의 일단 하부에 배치된 압전소자(720) 및 지지 부재(730)는 누름 부재(710)의 타단 하부에 배치된 압전소자(720) 및 지지 부재(730)와는 대칭되게 형성될 수 있다.
상기 자력 부재(740)는 누름 부재(710) 및 지지 부재(730)에 구비될 수 있다.
상기 자력 부재(740)는 누름 부재(710)의 양단에 압전소자(720)와 마주보도록 장착된 제1 자석 요소(742) 및 지지 부재(730)의 상단에 제1 자석 요소(742)와 마주보도록 장착된 제2 자석 요소(744)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 9(a)를 참조하여, 누름 부재(710)의 일단 하부에 배치된 제1 자석 요소(742)는 누름 부재(710)의 일단 하부에 배치된 지지 부재(730)에 장착된 제2 자석 요소(744)와 자기적으로 결합할 수 있다.
또한, 도 9(b)를 참조하여, 누름 부재(710)의 타단 하부에 배치된 제1 자석 요소(742)는 누름 부재(710)의 타단 하부에 배치된 지지 부재(730)에 장착된 제2 자석 요소(744)와 자기적으로 결합할 수 있다.
이와 같이 외력이 누름 부재(710)의 어느 쪽에 가해지는지에 따라 전기에너지가 수확되는 압전소자(720)가 달라질 수 있고, 자력 부재(740) 간의 인력에 발생되는 충격에 의해 압전소자(720)에서 전기에너지를 수확할 수 있다.
도 10은 제8 실시예에 따른 압전 타입 스위치를 도시한다.
도 10을 참조하여, 제8 실시예에 따른 압전 타입 스위치(80)는 프레임(800), 누름 부재(810) 및 압전소자(820)를 포함할 수 있다.
상기 프레임(800)은 누름 부재(810) 및 압전소자(820)를 지지할 수 있는 구조로 마련될 수 있으며, 예를 들어, 외형이 원통형으로 마련될 수 있다.
상기 누름 부재(810)의 일부는 프레임(800)으로부터 돌출될 수 있다.
이때, 상기 누름 부재(810)의 단부에는 압전소자(820)가 배치되어, 누름 부재(810)를 누르면 누름 부재(810)의 단부가 압전소자(820)에 압력을 가할 수 있다.
게다가, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 압전소자(820)의 하부 또는 누름 부재(810)의 하부에는 탄성 부재(미도시)가 배치될 수 있다.
상기 탄성 부재는 누름 부재(810)에 가해진 외력에 대한 반발력을 제공할 수 있다.
예를 들어, 압전소자(820) 하부에 탄성 부재가 배치된 경우, 누름 부재(810)에 외력이 가해지면, 압전소자(820)가 압축되고 이에 의해 탄성 부재가 압축될 수 있다. 이후, 탄성 부재의 반발력에 의해 압전소자(820) 및 누름 부재(810)는 원상 복귀될 수 있다.
또한, 압전소자(820)가 자체적으로 복원력을 구비할 경우, 제8 실시예에 따른 압전 타입 스위치(80)에 별도의 탄성 부재가 구비되지 않을 수 있다.
이와 같이 일 실시예에 따른 압전 타입 스위치는 압전소자를 이용하여 보다 많은 전기에너지를 수확할 수 있고, 소형화되고, 비교적 간단한 구조를 구비하여 제작이 용이하며, 제작 비용을 절감할 수 있으며, 다양한 전자 기기의 송신부로 이용될 수 있다. 게다가, 일상적인 외력에 의해 자가 발전이 가능하다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80: 압전 타입 스위치
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800: 프레임
110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810: 누름 부재
120, 220, 320, 420, 520, 620: 변형 플레이트
130, 230, 330, 430, 530, 630, 720, 820: 압전소자
140, 240, 340, 440, 540, 640: 타격 부재
250, 350, 450, 550, 650: 탄성 부재
730: 지지 부재
740: 자력 부재

Claims (10)

  1. 프레임에 탄성 지지되어, 외력을 전달하는 누름 부재;
    상기 누름 부재의 하부에 배치되어, 일단은 고정되고 타단은 상기 외력에 의해 탄성 변형되는 변형 플레이트;
    상기 변형 플레이트 상에 부착되어, 전기에너지를 발생시키는 압전소자; 및
    상기 누름 부재 및 상기 변형 플레이트 사이에 배치되어, 상기 누름 부재로부터 전달된 외력에 의해 상기 변형 플레이트를 타격하는 타격 부재;
    를 포함하고,
    상기 타격 부재는,
    일단이 상기 누름 부재의 하단에 연결되어 상기 변형 플레이트의 타단 상부 외측을 향하여 하부로 연장되는 제1 부분; 및
    일단은 상기 제1 부분의 타단에 힌지 연결되고, 타단은 상기 외력에 의해 상기 변형 플레이트를 타격하도록 상기 변형 플레이트의 타단 상부를 향하여 연장되는 제2 부분;
    을 포함하며,
    상기 누름 부재에 외력이 전달되기 전에 상기 제2 부분은 상기 변형 플레이트의 타단 상부에 상기 변형 플레이트와 나란히 이격 배치되고, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분의 힌지 연결 부분은 상기 변형 플레이트의 타단 상부 외측에 위치되며,
    상기 누름 부재에 전달되는 외력에 의해 상기 제2 부분이 상기 변형 플레이트를 변형시키면서 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분의 힌지 연결 부분이 상기 변형 플레이트의 타단 하부 외측으로 이동되고, 상기 누름 부재의 원상 복귀에 의해 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분의 사이 각도가 커지면서 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분의 힌지 연결 부분이 상기 변형 플레이트의 타단 상부 외측으로 원상 복귀되며,
    상기 누름 부재는 상기 프레임의 상부에 상기 변형 플레이트와 나란히 장착되고, 상기 누름 부재에 가해지는 외력에 의해 상기 누름 부재는 상기 프레임을 관통하여 시소 운동하는 압전 타입 스위치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 누름 부재의 하부에는 외력에 대한 반발력을 제공하는 탄성 부재가 배치되는 압전 타입 스위치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 변형 플레이트의 일단이 고정된 지지대를 더 포함하고,
    상기 탄성 부재는 상기 지지대 및 상기 누름 부재의 단부 사이에 연결되어 상기 누름 부재의 원상 복귀를 유도하는 압전 타입 스위치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 상기 제2 부분 하부에 배치되어, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이의 각도 변화 또는 상기 제1 부분과 상기 제2 부분의 원상 복귀를 유도하는 압전 타입 스위치.
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