KR101730155B1

KR101730155B1 - 스마트 윈도우 제어 장치

Info

Publication number: KR101730155B1
Application number: KR1020160094093A
Authority: KR
Inventors: 허창수; 김광수
Original assignee: 경운대학교 산학협력단; 허창수
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2017-04-26

Abstract

본 발명은 가동형 창문에 장착되고 무선 전력 수신 기능을 갖는 스마트 윈도우 제어 장치에 관한 것으로, 온도를 감지하는 제1 온도 센서; 전자 유도기전력을 수신하고, 수신된 전자 유도기전력으로 제1 직류 전압을 생성하는 무선 전력 수신부; 상기 무선 전력 수신부로부터 상기 제1 직류 전압을 인가받아 제2 직류 전압으로 승압하는 제1 승압부; 상기 제2 직류 전압을 인가받아 교류 전압으로 변환하는 제1 변환부; 상기 교류 전압의 인가에 따라 광투과도가 가변되는 제1 가변유리부; 상기 제1 온도 센서가 감지한 온도에 따라 상기 제1 변환부를 제어하는 제1 제어부를 포함한다.

Description

스마트 윈도우 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING SMART WINDOW}

본 발명은 스마트 윈도우 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는, 가동형 창문에 장착되고 무선 전력 수신 기능을 갖는 스마트 윈도우 제어 장치에 관한 것이다.

최근 인위적으로 가시광선 전파장에 대한 투과율을 조절할 수 있는 유리 제작의 필요성이 대두되어 스마트 윈도우라는 신소재 유리가 주목받고 있다. 특히, 고분자 분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal ; PDLC) 또는 분극 입자 배향형 소자(Suspeneded Particle Device ; SPD)의 투과도를 제어하는 능동형(Active) 스마트 윈도우를 이용하여 건물의 냉·난방 에너지를 절감하고, 부가적으로 종래의 기계식 블라인드를 대체할 수 있다. 상술한 PDLC 또는 SPD를 이용한 스마트 윈도우는 첨단 건물의 경우 창문 전체에 적용되거나 회사 내부 보안이 필요한 장소에 적용되고 있는 바, 그 사용 범위가 점점 확장되어 자동차 유리에 선팅 필름 대신에 PDLC 또는 SPD를 사용하는 경우도 있다.

그러나, 스마트 윈도우를 구동하기 위해서는 별도의 외부 전원을 공급하여야 하는 바, 대한민국공개특허공보 제10-2012-0040541호에 개시된 바와 같이 태양광 등을 구동 전원으로 사용할 수 있는 기술이 개발되었으나 안정적으로 전원을 공급하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 스마트 윈도우를 구동하기 위하여 일반적으로 사용하는 전원인 220V를 구동 전원으로 사용하는 제어 회로를 사용하는 경우 제작 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 12V 직류 전원을 사용하는 자동차에는 장착하기 어려운 문제점이 있다.

아울러, 가동형 창문에는 스마트 윈도우를 구동하기 위한 전원을 공급하는데 어려움이 있으므로 스마트 윈도우를 장착할 수 없는 문제점이 있다.

대한민국공개특허공보 제10-2012-0040541호

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 스마트 윈도우를 구동하기 위한 전압을 생성하기 위한 입력 전압으로 저전압의 직류 전압을 채택함으로써 무선 전력 송신기에 의해 전송되는 전력으로도 구동이 가능하므로 가동형 창문에 구동 회로를 내장할 수 있을 뿐만 아니라 저전압 구동 회로가 적용된 자동차 창 등에도 사용할 수 있는 스마트 윈도우 제어 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 설정된 실내 온도에 따라 스마트 윈도우의 광투과도를 자동으로 조절함으로써, 냉·난방 에너지를 절감할 수 있는 스마트 윈도우 제어 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 개시된 기술은, 온도를 감지하는 제1 온도 센서; 전자 유도기전력을 수신하고, 수신된 전자 유도기전력으로 제1 직류 전압을 생성하는 무선 전력 수신부; 상기 무선 전력 수신부로부터 상기 제1 직류 전압을 인가받아 제2 직류 전압으로 승압하는 제1 승압부; 상기 제2 직류 전압을 인가받아 교류 전압으로 변환하는 제1 변환부; 상기 교류 전압의 인가에 따라 광투과도가 가변되는 제1 가변유리부; 상기 제1 온도 센서가 감지한 온도에 따라 상기 제1 변환부를 제어하는 제1 제어부를 포함한다.

또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위해 개시된 기술은, 주파수 2.4 GHz ISM 대역 통신 신호 또는 지그비 무선 신호를 송수신하는 제1 무선 송수신부를 더 포함하고, 상기 제1 제어부는, 상기 제1 무선 송수신부를 통하여 수신한 주파수 2.4 GHz ISM 대역 통신 신호 또는 지그비 무선 신호 내 제어 명령에 따라 상기 제1 변환부를 제어할 수 있다.

한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위해 개시된 기술은, 상기 무선 전력 수신부로 전자 유도기전력을 송신하는 무선 전력 송신부를 더 포함하고, 상기 무선 전력 송신부는, 전원을 공급하는 제1 전원부; 및 공진을 위한 코일 구조로서 에나멜 동선 코일을 구비하고, 상기 제1 전원부로부터 공급된 전원을 전자 유도기전력으로 변환하여 상기 무선 전력 수신부로 송신하는 송신 공진부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 무선 전력 수신부는, 공진을 위한 코일 구조로서 에나멜 동선 코일을 구비하고, 상기 송신 공진부로부터 상기 전자 유도기전력을 수신하여 전원을 생성하는 수신 공진부; 및 상기 수신 공진부에서 생성된 전원을 정류하여 상기 제1 직류 전압을 생성하는 정류부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위해 개시된 기술은, 상기 제1 무선 송수신부와 주파수 2.4 GHz ISM 대역 통신 신호 또는 지그비 무선 신호를 송수신하는 제2 무선 송수신부; 온도를 감지하는 제2 온도 센서; 전원으로부터 입력받은 전압을 승압하는 제2 승압부; 상기 제2 승압부에서 승압된 전압을 인가받아 교류 전압으로 변환하는 제2 변환부; 상기 제2 변환부에서 변환된 교류 전압에 따라 광투과도가 가변되는 제2 가변유리부; 및 상기 제2 온도 센서에서 감지한 온도에 따라 상기 제2 변환부를 제어하는 제2 제어부를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위해 개시된 기술은, 사용자 단말과 블루투스 신호를 송수신하는 제3 무선 송수신부를 더 포함하고, 상기 제2 제어부는, 상기 블루투스 신호 내 정보에 따라 상기 제1 변환부 또는 상기 제2 변환부를 제어하는 제어 명령을 생성하며, 생성한 제어 명령 중 상기 제1 변환부를 제어하는 제어 명령을 상기 제2 무선 송수신부를 통하여 상기 제1 무선 송수신부로 전송할 수 있다.

또한, 상기 제2 제어부는, 상기 제1 온도 센서에서 감지한 온도에 대한 정보를 상기 제2 무선 송수신부를 통하여 입력받고, 상기 제1 온도 센서 및 상기 제2 온도 센서에서 감지한 온도에 대한 정보를 포함하는 블루투스 신호를 상기 제3 무선 송수신부를 통하여 상기 사용자 단말로 전송할 수 있다.

한편, 상기 제1 승압부는, 상기 제2 직류 전압을 소정의 레벨로 조정하는 PWM 신호를 생성하는 제1 신호 처리부; 및 상기 무선 전력 수신부로부터 상기 제1 직류 전압을 인가받아 상기 PWM 신호에 따른 상기 제2 직류 전압으로 승압하고, 승압된 상기 제2 직류 전압을 상기 제1 변환부 및 상기 제1 신호 처리부로 출력하는 제1 DC-DC 컨버터를 포함하고, 상기 제1 신호 처리부는, 상기 제2 직류 전압을 피드백받아 상기 PWM 신호의 특성을 조정할 수 있다.

또한, 상기 PWM 신호는, 포토 커플러에 의해 광으로 전달될 수 있다.

한편, 상기 제1 변환부는, 출력 단자에 교류 전압의 인가를 차단하는 보호 회로를 구비하고, 상기 제1 신호 처리부는, 상기 제1 변환부에서 상기 제1 가변유리부로 인가되는 교류 전압이 기준 전압 이하로 감소함에 따라 상기 보호 회로를 활성화할 수 있다.

또한, 상기 제2 승압부는, 직류 전압을 소정의 레벨로 조정하는 PWM 신호를 생성하는 제2 신호 처리부; 및 전원으로부터 입력받은 전압을 인가받아 상기 제2 신호 처리부의 PWM 신호에 따라 승압하고, 승압된 전압을 상기 제2 변환부 및 상기 제2 신호 처리부로 출력하는 제2 DC-DC 컨버터를 포함하고, 상기 제2 신호 처리부는, 상기 제2 DC-DC 컨버터에서 출력한 전압을 피드백받아 PWM 신호의 특성을 조정할 수 있다.

한편, 상기 PWM 신호는, 포토 커플러에 의해 광으로 전달될 수 있다.

또한, 상기 제2 변환부는, 출력 단자에 교류 전압의 인가를 차단하는 보호 회로를 구비하고, 상기 제2 신호 처리부는, 상기 제2 변환부에서 상기 제2 가변유리부로 인가되는 교류 전압이 기준 전압 이하로 감소함에 따라 상기 보호 회로를 활성화할 수 있다.

개시된 기술의 실시예들은 다음의 장점을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에 따른 스마트 윈도우 제어 장치는 저전압인 직류 전압을 입력 전압으로 사용하고, 무선 전력 전송 기술을 적용함으로써 건물의 가동형 창문에 설치될 수 있을 뿐 아니라 차량의 창문에도 설치되어 광투과도를 자동으로 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 스마트 윈도우 제어 장치는 실내 온도에 대응하여 광투과도를 자동으로 조절함으로써 건물 또는 자동차 내 냉·난방을 위한 전력 소모를 약 25% 내지 40% 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 제어 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 제어 장치 중 슬레이브 제어 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제1 승압부의 상세 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 제어 장치 중 무선 전력 전송부의 상세 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 제어 장치 중 마스터 제어 장치의 상세 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6은 도 5에 도시된 제2 승압부의 상세 구성을 나타낸 블록도이다.

개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

'제1', '제2' 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 제어 장치를 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 제어 장치 중 슬레이브 제어 장치(100)를 나타낸 블록도이며, 도 3은 도 2에 도시된 제1 승압부(130)의 상세 구성을 나타낸 블록도로서, 본 발명의 스마트 윈도우 제어 장치 중 슬레이브 제어 장치(100)는, 제1 온도 센서(110), 무선 전력 수신부(120), 제1 승압부(130), 제1 변환부(140), 제1 가변유리부(150), 제1 제어부(160) 및 제1 무선 송수신부(170)를 포함할 수 있다.

슬레이브 제어 장치(100)는, 제1 무선 송수신부(170)를 통하여 마스터 제어 장치(300)와 무선으로, 바람직하게는 주파수 2.4GHz ISM(Industrial, Scientific and Medical) 대역 통신 방식 또는 지그비(Zigbee) 방식으로 통신할 수 있는 장치로, 창틀 내부 등에 장착되어 마스터 제어 장치(300)에 의한 통합 제어를 받을 수 있다.

제1 온도 센서(110)는, 실내 온도를 감지하고, 감지된 온도를 제1 제어부(160)로 전달한다.

무선 전력 수신부(120)는, 무선 전력 송신부(200)로부터 전원이 변환된 형태인 무선 전력 전송 표준 WPC(Wireless Power Consortium) 방식으로 전자 유도기전력을 수신하고, 수신된 전자 유도기전력을 이용하여 제1 직류 전압을 생성한다. 이때, 무선 전력 수신부(120)는, 수신 공진부(121) 및 정류부(122)를 포함한다. 일례로, 무선 전력 수신부(120)는, 전자 유도기전력의 형태로 직류인 12V, 1A의 전력을 수신할 수 있으며, 이에 따라, 제1 직류 전압, 즉, 12V의 직류 전압을 생성할 수 있다.

수신 공진부(121)는, 무선 전력 송신부(200)로부터 전자 유도기전력을 수신하고, 수신된 전자 유도기전력을 이용하여 교류 형태의 전원을 생성하게 된다. 이때, 수신 공진부(121)는, 공진을 위한 코일 구조로서 패턴 코일(Pattern coil) 또는 에나멜 동선 코일을 포함할 수 있으나 송수신 전력의 전류 레벨을 증가시키기 위하여 에나멜 동선 코일을 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 수신 공진부(121)는, 단일의 구성요소일 수도 있으나 복수개의 구성요소일 수도 있으며 그 개수에 한정되지 않는다.

정류부(122)는, 수신 공진부(121)로부터 입력받은 교류 전원을 무선 전력 전송 표준 WPC(Wireless Power Consortium) 방식으로 직류 전원으로 변환할 수 있다. 여기서, 정류부(122)는, 수신 공진부(121)로부터 입력받은 교류 전원에 대한 전원안정화 동작을 수행하게 된다.

이때, 무선 전력 수신부(120)에 있어서, 앞서 언급한 바와 같이 수신 공진부(121)를 복수개 구비하고, 수신 공진부(121)의 각각은 5V형 전력모듈로, 적어도 3개의 수신 공진부(121)를 직렬로 연결하며, 정류부(122)는 각각의 수신 공진부(121)로부터 전원을 입력받아 12V의 레벨을 갖는 제1 직류 전압을 생성할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 무선 전력 수신부(120)는 단일의 12V형 전력 모듈인 수신 공진부(121)를 구비할 수도 있다. 한편, 수신 공진부(121)에 있어서, 패턴 코일 대신에 에나멜 동선 코일을 적용함으로써 전송 전력의 전류 레벨을 증가시킬 수 있다.

또한, 무선 전력 수신부(120)를 적어도 3개의 수신 공진부(121)를 직렬로 연결하는 등 상술한 형태로 구성함으로써, 슬레이브 제어 장치(100)를 소형의 기구 케이스(약 85.5×170×35mm) 내에 내장되도록 제작할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

제1 승압부(130)는, 무선 전력 수신부(120)로부터 제1 직류 전압을 인가받아 제2 직류 전압으로 승압하고, 승압된 전압을 제1 변환부(140)로 인가한다. 이때, 제1 승압부(130)는, 제1 신호 처리부(131) 및 제1 DC-DC 컨버터(132)를 포함할 수 있다.

제1 신호 처리부(131)는, 마이컴 프로세서(Micom Processor)로, 제1 DC-DC 컨버터(132)에서 출력되는 제2 직류 전압을 입력받아 아날로그-디지털 변환을 수행하고, 변환된 값을 참조하여 결정된 특성, 즉, 소정의 주파수 및 듀티(Duty)를 갖는 PWM(Pulse-Width Modulation) 신호를 생성하고, 생성된 PWM 신호를 제1 DC-DC 컨버터(132)로 출력할 수 있다. 즉, 제1 신호 처리부(131)는, 제2 직류 전압(V2)의 레벨이 바람직한 범위인 약 20V 내지 95V 범위 내에 있는지 확인하고, 제1 DC-DC 컨버터(132)가 약 20V 내지 95V 범위 내의 원하는 전압(Vt)을 출력하도록 PWM 신호의 주파수 및 듀티를 조정할 수 있다. 예를 들면, 제1 신호 처리부(131)는, 하기 수학식 1에 따라 PWM 신호의 듀티(D, %)를 정할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

또한, 제1 DC-DC 컨버터(132)는, 승압형의 DC-DC 컨버터로서, 제1 신호 처리부(131)로부터 입력되는 PWM 신호의 제어에 따라 무선 전력 수신부(120)로부터 약 12V인 제1 직류 전압을 인가받아 약 20V 내지 95V의 범위 내 소정의 레벨을 갖는 제2 직류 전압으로 승압하고, 승압된 전압을 제1 신호 처리부(131)로 피드백하는 동시에 제1 변환부(140)로 인가할 수 있다.

이때, 고전압 쇼크(Shock)로 인한 제1 신호 처리부(131)의 리셋(Reset)을 방지하기 위하여 제1 신호 처리부(131)의 PWM 신호 출력 단자와 제1 DC-DC 컨버터(132) 내 파워 스위칭 소자, 즉, FET(Field Effect Transistor) 스위칭 브리지(Bridge) 간에 포토 커플러(Photo coupler) 회로를 구비하고, PWM 신호를 광신호 형태로 전송하는 것이 바람직하다.

제1 변환부(140)는, 제1 승압부(130)로부터 제2 직류 전압을 인가받아 교류 전압으로 변환하고, 변환된 교류 전압을 제1 가변유리부(150)로 인가한다. 즉, 제1 변환부(140)는, 제1 가변유리부(150)를 구성하는 PDLC 및 SPD는 직류 전압이 계속적으로 인가되는 경우에 PDLC 및 SPD 내 전해질이 직류 전압에 의하여 변형되어 파손될 수 있으므로, 이와 같은 파손을 방지하기 위하여 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 역할을 한다. 예를 들면, 제1 변환부(140)는, PDLC 및 SPD 내 전해질 변형을 방지하기 위해서 전압의 극성을 약 30Hz 내지 60Hz의 주파수로 바꾸어 주는 것이 바람직하다.

또한, 제1 변환부(140)는, 약 95V의 교류 전압을 인가하는 경우에 제1 가변유리부(150)의 PDLC 또는 SPD의 4㎡ 당 약 2.5A의 전류가 약 72㎲동안 유지될 수 있도록 승압하는 출력 회로(도시되지 않음)를 구비할 수 있다. 제1 가변유리부(150)의 PDLC 또는 SPD는 콘덴서형 부하이므로, 이전에 인가한 전압으로 인하여 PDLC 또는 SPD가 충전된 상태인 바, 제1 변환부(140)에서 인가되는 전압의 극성이 바뀌는 순간에 제1 변환부(140)의 출력 단자를 통하여 역전압이 유입될 수 있다. 따라서, 역전압 유입으로 인하여 제1 가변유리부(150)를 제어하는 데 전류가 많이 소모될 수 있으므로 상술한 바와 같이 출력 회로에 승압을 위한 회로를 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 제1 변환부(140)는, 제1 가변유리부(150)에 인가하는 출력 전압을 차단할 수 있는 보호 회로(도시되지 않음)를 더 구비할 수 있다. 이때, 제1 신호 처리부(131)는, 제1 변환부(140)에서 제1 가변유리부(150)에 인가하는 출력 전압을 계속적으로 모니터링 하면서 검사할 수 있고, 검사 결과 출력 전압이 미리 설정된 기준 전압 이하로 강하한 경우 출력 전압을 차단하도록 보호 회로를 제어할 수 있다. 즉, 스마트 윈도우의 사용 중 유리창의 손상 등으로 제1 가변유리부(150)가 파손된 경우에, 제1 변환부(140)의 출력 단자에 쇼트가 발생할 수 있는 바, 보호 회로를 이용하여 출력 전압을 차단할 수 있도록 한다.

제1 가변유리부(150)는, 제1 변환부(140)로부터 교류 전압을 인가받아 광투과도가 가변될 수 있다. 여기서, 제1 가변유리부(150)는, 전기변색(Electrochromic)을 이용하여 광투과도를 조절할 수 있는 유리를 구비하고, 유리로 인가되는 교류 전압에 의한 전류와 같은 외부 자극에 응답하여 광을 차단하거나 투과하게 된다. 전기변색 기술에는 PDLC를 이용하는 기술, SPD를 이용하는 기술, 진공 스퍼터 코팅 전기변색(Vacuum sputter coated electrochromic technology) 기술 등이 있으나 PDLC 또는 SPD를 사용하는 것이 바람직하다.

제1 제어부(160)는, 제1 온도 센서(110)가 감지한 온도에 따라 제1 변환부(140)를 제어하여 제1 가변유리부(150)의 광투과도를 조정한다. 예를 들면, 제1 제어부(160)는, 제1 온도 센서(110)가 감지한 온도를 미리 설정된 온도와 비교하고, 비교 결과에 따라 제1 변환부(140)에서 인가하는 교류 전압의 크기를 4단계로 조정하여 제1 가변유리부(150)의 광투과도를 4단계, 예를 들면, 광투과도 4%, 25%, 50% 및 75%로 자동조절할 수 있다. 제1 제어부(160)는, 위와 같은 광투과도 조절 기능을 통하여 건물 등의 냉·난방 전기료를 약 25% 내지 40% 절감할 수 있도록 한다. 이때, 제1 제어부(160)는, 제1 변환부(140)를 통하여 제1 가변유리부(150)의 광투과도를 조정하는 기능 자체를 활성화(ON)하거나 비활성화(OFF)할 수도 있다.

제1 무선 송수신부(170)는, 마스터 제어 장치(300)와 주파수 2.4 GHz ISM 대역 통신 신호 또는 지그비 무선 신호를 송수신할 수 있다. 이때, 제1 제어부(160)는, 제1 무선 송수신부(170)를 통하여 수신한 주파수 2.4 GHz ISM 대역 통신 신호 또는 지그비 무선 신호 내 마스터 제어 장치(300)의 제어 명령에 따라 제1 변환부(140)를 제어함으로써, 제1 가변유리부(150)의 광투과도를 조절할 수 있다.

여기서, 제1 무선 송수신부(170)는, 무선 주파수 ISM 대역 2.4GHz, 수신 감도 -50dBm(직접 연결), 송신 출력 0dBm(직접 연결), 통신 거리 10m 이내(외장 안테나 사용), 공급 전압 3.3V, UART 인터페이스 방식 및 통신 속도 9600bps의 사양을 구비하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 제어 장치 중 무선 전력 전송부(200)의 상세 구성을 나타낸 블록도로서, 무선 전력 전송부(200)는, 제1 전원부(210) 및 세 개의 송신 공진부(221, 222, 223)를 포함할 수 있다. 이때, 무선 전력 전송부(200)는, 하나의 송신 공진부(221)만을 포함할 수도 있으며 그 개수에 한정되지 않는다.

무선 전력 전송부(200)는, 무선 전력 수신부(120)로 무선 전력 전송 표준인 WPC 방식으로 전자 유도기전력을 송신함으로써, 창틀 내부에 배치된 슬레이브 제어 장치(100)에 무선 전력 전송의 형태로 전원을 공급한다. 여기서, 무선 전력 전송부(200)는, 12V 직류 전압에 최대 1A의 전력을 전송할 수 있는 것이 바람직하다.

제1 전원부(210)는, 무선 전력 전송부(200)의 외부에서 공급되는 전원을 입력받아 송신 공진부(221)로 전원을 공급한다.

송신 공진부(221)는, 공진을 위한 코일 구조로서 에나멜 동선 코일을 구비하고, 제1 전원부(210)로부터 공급된 전원을 전자 유도기전력으로 변환하여 무선 전력 수신부(120)로 송신한다. 이때, 송신 공진부(221)는, 12V 직류 전압에 최대 1A의 전력을 전송하기 위하여 각각 직류 전압 5V 및 1A의 전력을 송신할 수 있는 제1 송신 공진부(221), 제2 송신 공진부(222) 및 제3 송신 공진부(223)를 결합한 형태인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

또한, 송신 공진부(221)에 있어서, 패턴 코일 대신에 에나멜 동선 코일을 적용함으로써 전송 전력의 전류 레벨을 증가시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 제어 장치 중 마스터 제어 장치(300)의 상세 구성을 나타낸 블록도로서, 마스터 제어 장치(300)는, 제2 무선 송수신부(310), 제2 온도 센서(320), 제2 제어부(330), 제3 무선 송수신부(340), 제2 전원부(350), 제2 승압부(360), 제2 변환부(370) 및 제2 가변유리부(380)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 승압부(360), 제2 변환부(370) 및 제2 가변유리부(380)의 구성 및 동작은 슬레이브 제어장치(100)의 제1 승압부(130), 제1 변환부(140) 및 제1 가변유리부(150)의 구성 및 동작과 실질적으로 동일하므로 편의상 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같은 제2 승압부(360) 내 제2 신호 처리부(361) 및 제2 DC-DC 컨버터(362)에 대해서도 제1 승압부(130) 내 제1 신호 처리부(131) 및 제1 DC-DC 컨버터(132)와 그 구성 및 동작이 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 편의상 생략한다.

마스터 제어 장치(300)는, 제2 무선 송수신부(310)를 통하여 제1 무선 송수신부(170)와 주파수 2.4 GHz ISM 대역 통신 신호 또는 지그비 무선 신호를 송수신하고, 이를 통하여 제1 가변유리부(150) 또는 제2 가변유리부(380)의 광투과도를 조절하거나 이와 같은 조절 기능을 온/오프하는 명령을 전송할 수 있다. 또한, 마스터 제어 장치(300)는, 슬레이브 제어장치(100)를 매개하지 않고도 내장된 제2 온도 센서(320)에서 측정된 온도에 의하여 제2 가변유리부(380)의 광투과도를 조절하거나 이와 같은 조절 기능을 온/오프할 수 있다.

제2 온도 센서(320)는, 제1 온도 센서(110)와 마찬가지로 실내 온도를 감지한다. 제2 온도 센서(320)에서 감지된 온도를 제2 무선 송수신부(310)를 통하여 제1 무선 송수신부(170)로 전송하는 경우에 제1 온도 센서(110)를 제거함으로써 슬레이브 제어 장치(100)를 더욱 소형화할 수 있게 된다. 여기서, 제2 제어부(330)는, 제2 온도 센서(320)에서 감지한 온도에 대한 정보를 포함하는 블루투스 신호를 제3 무선 송수신부(340)를 통하여 사용자 단말(400)로 전송할 수 있다. 이후에, 사용자는, 사용자 단말(400)인 스마트폰 등에 설치된 애플리케이션을 통하여 제2 온도 센서(320)에서 감지한 온도를 모니터링할 수 있다.

제2 제어부(330)는, 제2 온도 센서(320)에서 감지한 온도에 따라 제1 변환부(140)를 제어하는 제어 명령을 생성하고, 생성한 제어 명령을 제2 무선 송수신부(310)를 통하여 제1 무선 송수신부(170)로 전송함으로써 슬레이브 제어장치(100)를 제어하여 광투과도를 조절할 수 있다. 또한, 제2 제어부(330)는, 제2 온도 센서(320)에서 감지한 온도에 따라 제2 변환부(370)를 제어하는 제어 명령을 생성하고, 이를 통하여 제2 가변유리부(580)가 광투과도를 조절할 수 있도록 할 수도 있으나 이에 한정되지 않는다.

제3 무선 송수신부(340)는, 사용자 단말(400)과 블루투스 신호를 송수신할 수 있다. 이때, 제2 제어부(330)는, 블루투스 신호 내 정보에 따라 제1 변환부(140) 또는 제2 변환부(370)를 제어하여 제1 가변유리부(150) 또는 제2 가변유리부(380)의 광투과도를 설정하는 제어 명령을 생성하고, 생성된 제어 명령을 제2 무선 송수신부(310)를 통하여 제1 무선 송수신부(170)로 전송할 수 있다.

여기서, 제3 무선 송수신부(340)는, 사용자 단말(400), 예를 들면, 스마트폰과 통신하기 위하여, 무선 주파수 ISM(Industrial Scientific and Medical) 대역 2.4GHz, 수신 감도 -50dBm(직접 연결), 송신 출력 0dBm(직접 연결), 통신 거리 10m 이내(외장 안테나 사용), 공급 전압 3.3V, UART 인터페이스 방식 및 통신 속도 9600bps의 사양을 구비하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

또한, 제2 전원부(350)는, 마스터 제어장치를 구동하기 위한 전원으로, 12V 직류 전압을 공급하는 배터리 등의 전원일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

이때, 사용자는, 사용자 단말(400)에 설치된 애플리케이션을 통하여 마스터 제어 장치(300)를 제어할 수 있으며, 애플리케이션을 통하여 표시되는 실내 온도에 따라 임의의 광투과도를 설정하도록 마스터 제어 장치(300)를 제어할 수도 있다.

이러한 개시된 기술인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 개시된 기술의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 슬레이브 제어 장치
110: 제1 온도 센서
120: 무선 전력 수신부
130: 제1 승압부
140: 제1 변환부
150: 제1 가변유리부
160: 제1 제어부
170: 제1 무선 송수신부

Claims

온도를 감지하는 제1 온도 센서;
전자 유도기전력을 수신하고, 수신된 전자 유도기전력으로 제1 직류 전압을 생성하는 무선 전력 수신부;
상기 무선 전력 수신부로부터 상기 제1 직류 전압을 인가받아 제2 직류 전압으로 승압하는 제1 승압부;
상기 제2 직류 전압을 인가받아 교류 전압으로 변환하는 제1 변환부;
상기 교류 전압의 인가에 따라 광투과도가 가변되는 제1 가변유리부; 및
상기 제1 온도 센서가 감지한 온도에 따라 상기 제1 변환부를 제어하는 제1 제어부를 포함하고,
상기 제1 승압부는,
상기 제2 직류 전압을 소정의 레벨로 조정하는 PWM 신호를 생성하는 제1 신호 처리부; 및
상기 무선 전력 수신부로부터 상기 제1 직류 전압을 인가받아 상기 PWM 신호에 따른 상기 제2 직류 전압으로 승압하고, 승압된 상기 제2 직류 전압을 상기 제1 변환부 및 상기 제1 신호 처리부로 출력하는 제1 DC-DC 컨버터를 포함하고,
상기 제1 신호 처리부는, 상기 제2 직류 전압을 피드백받아 상기 PWM 신호의 특성을 조정하는 스마트 윈도우 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
주파수 2.4 GHz ISM 대역 통신 신호 또는 지그비 무선 신호를 송수신하는 제1 무선 송수신부를 더 포함하고,
상기 제1 제어부는, 상기 제1 무선 송수신부를 통하여 수신한 주파수 2.4 GHz ISM 대역 통신 신호 또는 지그비 무선 신호 내 제어 명령에 따라 상기 제1 변환부를 제어하는 스마트 윈도우 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 무선 전력 수신부로 전자 유도기전력을 송신하는 무선 전력 송신부를 더 포함하고,
상기 무선 전력 송신부는,
전원을 공급하는 제1 전원부; 및
공진을 위한 코일 구조로서 에나멜 동선 코일을 구비하고, 상기 제1 전원부로부터 공급된 전원을 전자 유도기전력으로 변환하여 상기 무선 전력 수신부로 송신하는 송신 공진부를 포함하는 스마트 윈도우 제어 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 무선 전력 수신부는,
공진을 위한 코일 구조로서 에나멜 동선 코일을 구비하고, 상기 송신 공진부로부터 상기 전자 유도기전력을 수신하여 전원을 생성하는 수신 공진부; 및
상기 수신 공진부에서 생성된 전원을 정류하여 상기 제1 직류 전압을 생성하는 정류부를 포함하는 스마트 윈도우 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 무선 송수신부와 주파수 2.4 GHz ISM 대역 통신 신호 또는 지그비 무선 신호를 송수신하는 제2 무선 송수신부;
온도를 감지하는 제2 온도 센서;
전원으로부터 입력받은 전압을 승압하는 제2 승압부;
상기 제2 승압부에서 승압된 전압을 인가받아 교류 전압으로 변환하는 제2 변환부;
상기 제2 변환부에서 변환된 교류 전압에 따라 광투과도가 가변되는 제2 가변유리부; 및
상기 제2 온도 센서에서 감지한 온도에 따라 상기 제2 변환부를 제어하는 제2 제어부를 더 포함하는 스마트 윈도우 제어 장치.
청구항 5에 있어서,
사용자 단말과 블루투스 신호를 송수신하는 제3 무선 송수신부를 더 포함하고,
상기 제2 제어부는, 상기 블루투스 신호 내 정보에 따라 상기 제1 변환부 또는 상기 제2 변환부를 제어하는 제어 명령을 생성하며, 생성한 제어 명령 중 상기 제1 변환부를 제어하는 제어 명령을 상기 제2 무선 송수신부를 통하여 상기 제1 무선 송수신부로 전송하는 스마트 윈도우 제어 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제2 제어부는, 상기 제1 온도 센서에서 감지한 온도에 대한 정보를 상기 제2 무선 송수신부를 통하여 입력받고, 상기 제1 온도 센서 및 상기 제2 온도 센서에서 감지한 온도에 대한 정보를 포함하는 블루투스 신호를 상기 제3 무선 송수신부를 통하여 상기 사용자 단말로 전송하는 스마트 윈도우 제어 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 PWM 신호는, 포토 커플러에 의해 광으로 전달되는 스마트 윈도우 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 변환부는,
출력 단자에 교류 전압의 인가를 차단하는 보호 회로를 구비하고,
상기 제1 신호 처리부는, 상기 제1 변환부에서 상기 제1 가변유리부로 인가되는 교류 전압이 기준 전압 이하로 감소함에 따라 상기 보호 회로를 활성화하는 스마트 윈도우 제어 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 승압부는,
상기 제2 변환부로 인가되는 전압을 소정의 레벨로 조정하는 PWM 신호를 생성하는 제2 신호 처리부; 및
전원으로부터 입력받은 전압을 인가받아 상기 제2 신호 처리부의 PWM 신호에 따라 승압하고, 승압된 전압을 상기 제2 변환부 및 상기 제2 신호 처리부로 출력하는 제2 DC-DC 컨버터를 포함하고,
상기 제2 신호 처리부는, 상기 제2 DC-DC 컨버터에서 출력한 전압을 피드백받아 PWM 신호의 특성을 조정하는 스마트 윈도우 제어 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 제2 신호 처리부에서 생성되는 PWM 신호는, 포토 커플러에 의해 광으로 전달되는 스마트 윈도우 제어 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 제2 변환부는,
출력 단자에 교류 전압의 인가를 차단하는 보호 회로를 구비하고,
상기 제2 신호 처리부는, 상기 제2 변환부에서 상기 제2 가변유리부로 인가되는 교류 전압이 기준 전압 이하로 감소함에 따라 상기 보호 회로를 활성화하는 스마트 윈도우 제어 장치.