KR101965888B1

KR101965888B1 - 에너지 하베스팅 기능을 갖는 밀리터리용 스마트 밴드

Info

Publication number: KR101965888B1
Application number: KR1020180106204A
Authority: KR
Inventors: 이종덕
Original assignee: 디오테크놀로지주식회사
Priority date: 2018-09-05
Filing date: 2018-09-05
Publication date: 2019-04-04

Abstract

본 발명에 따른 에너지 하베스팅 기능을 갖는 밀리터리용 스마트밴드는 충전할 수 없는 여건에서 스마트밴드의 착용자가 걷거나 훈련 또는 임무 수행시 자연스럽게 발생되는 진동을 이용하여 에너지를 수확하는 에너지 하베스팅 모듈이 구성되어 스마트밴드의 충전주기를 대폭확대 하도록 보조전원 역할을 담당하도록 구성된다.
본 발명의 밀리터리용 스마트밴드의 디스플레이부에는 어플리케이션을 활용하여 주요 임무표시, 위치정보송신, 위급상황 송신, 기지정된 위급 상황 메시지송신, 임무수행시간기록 등을 고비용의 무전기나 기타 밀리터리용 통신기기를 이용하지 않고도 구현하도록 하여, 부가적인 편의를 제공할 수 있게 된다.

Description

에너지 하베스팅 기능을 갖는 밀리터리용 스마트 밴드{The smartband for military having energy harvesting function}

본 발명은 에너지 하베스팅 모듈, 전원공급 모듈 및 디스플레이 모듈을 갖는 군인용 또는 유사(경찰, 서바이벌 게임, 오지탐험 등) 용도로서 상세하게는 임무 수신, 위급상황 송수신, 특별지정 메시지 수신, 위치파악, 지도수신, 사진 송ㆍ수신, 시간기록 등을 각 군인 또는 유사 관련인이 수행할 수 있도록 구성된 스마트밴드에 관련된 것이다.

웨어러블 디바이스는 최근 활성화 되고 있는 스마트 글라스 스마트밴드, 스마트시계, 스마트이어폰, 스마트반지 중 스마트위치와 스마트밴드가 가장 호응을 얻고 있다.

스마트밴드는 일반적으로 전원부,디스플레이,센서부,중앙처리부(메인보드),통신부 등으로 구성된다.

그러나 빈번한 통신과 디자인적 제한으로 바테리의 크기와 용량제한 등으로 빈번한 충전과 충전하지 못하는 산악, 야지, 장기간의 실외활동 등에서는 사용시간이 제한되고 일정시간 후 웨어러블 기기는 사용할 수 없게 된다.

이러한 취약점은 웨어러블기기의 사용이 제한되거나 사용자의 불편을 초래하게 한다.

그리고 일반적 스마트 웨어러블 기기는 생활방수가 일반적이고 배터리 용량이 100mA/h에서 200mA/h가 일반적이다. 이는 사용시간이 평균 24시간 정도이고 매일 충전해야 하는 번거러움이 있다

최근에는 최첨단 군사장비 개발도 점차 각 군인 개별로 스마트 웨어러블 기기를 착용하여 실시간 정보통신 임무부를 위한 정보 통신기기 전투능력 향상을 위하여 근력보조기구, 웨어러블 기기가 검토되고 있다

그러나, 이러한 스마트 웨어러블 기기를 운영하는 것은 배터리 전원이다. 특히 작전중이거나 장기 충전하지 못하는 상황에서 에너지 문제는 기기 사용을 못하게 되는 문제가 있다.

한편, 활발히 연구되고 있는 에너지 하베스팅 기술은 미래에 웨어러블 기기나 소형기기, 센서 등에 적용해야 할 미래적 기술이며 근래에는 일부장치에 적용하여 사용되고 있다.

에너지 하베스팅은 압전, 열전, 무선주파수, 전자기력 등 종류가 다양하며 최근 온도차이로 인한 에너지를 전기적 에너지로 전환하거나 진동에너지를 전기에너지로 전환하는 압전 및 전자기력 에너지 하베스팅 등이 일부 소형 전력기기에 부분적으로 적용하여 무충전 자가발전이기에 관심이 집중되고 있다.

특허문헌 1 : 국내특허공개문헌 제10-2010-0072198호(2010.06.30)

본 발명의 목적은 진동에너지를 전기에너지로 전환할 수 있는 일렉트로 마그네틱 발전기(Electro Magnetic Generator:EMG) 방식의 에너지 하베스팅 모듈과 대용량 재충전가능 전원모듈, 티타늄 등 강하고 가벼운 재질로 된 디스플레이 커버를 포함하며, 군인이나 서바이벌 게이머, 산악인, 탐험가 등을 위한 스마트밴드와 이와 연관된 어플리케이션을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 험한 사용환경에서 사용할 수 있도록 완전방수기능과 일반사용자보다는 극한환경이나 장기 실외근무자나 활동가에게 최적화된 기능모듈을 보유한 스마트밴드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제에 제한되지 않으며 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제를 도출될 수 있다.

상기 발명의 목적을 달성하기 위하여 열악한 환경과 야지에서 스마트밴드를 충전할 수 없는 상황에서 장기간 사용을 위한 대용량 배터리모듈의 전기와 에너지 하베스팅모듈을 통해 자가발전으로 발생된 전기는 연결단자를 통하여 스위칭모듈의 회로에 전달하고 충전모듈을 통하여 배터리를 충전하게 된다.

상기 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 밀리터리용 스마트밴드에 있어서, 자가발전하여 전력을 생산하는 에너지 하베스팅 모듈(100); 외부전원을 공급하기 위한 배터리모듈(300); 및 디스플레이부(230)가 탑재되며, 상기 배터리모듈(300)을 통해 외부에서 공급되는 전원 또는 상기 에너지 하베스팅모듈(100)을 통해 공급되는 자가전원을 스위칭하면서 충전모듈(260)에 전원을 충전하는 스위칭모듈(250)이 구성된 밴드본체모듈;을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 밀리터리용 스마트밴드에 있어서, 자가발전하여 전력을 생산하는 에너지 하베스팅 모듈(100); 및 디스플레이부(230)가 탑재되며, 상기 에너지 하베스팅모듈(100)을 통해 공급되는 자가전원으로 충전모듈(260)에 전원을 충전하는 밴드본체모듈;을 포함하여 구성된다.

상기 밴드본체모듈(200)에는 파워온(power on)을 하거나 모드변환을 할 수 있는 스위치버튼(210)과 위급상황시 위치정보를 설정하거나 설정된 위치정보를 삭제할수 있는 위급버튼(220)이 포함되며, 상기 디스플레이부(230)의 상단에 위치하여 디스플레이부(230)를 보호하는 디스플레이 커버(400)가 장착된다.

상기 위급버튼(220)은 밴드본체모듈의 SOS모듈(240g)과 연결되며, 상기 위급버튼(220)은 위급버튼(220)을 누름으로서 미리 설정된 방식에 의하여 위급상황 발생시 착용자의 위치정보와 SOS모듈(240g)에 저장하고 있는 기설정된 정보가 기설정된 수신자에게 전송되도록 구성된다.

상기 충전모듈(260)로 입력되는 배터리모듈(300)을 통한 외부 전원의 입력 DC전압값과 에너지 하베스팅 모듈(100)에 의해 입력되는 자가전원의 DC전압값의 전압차를 비교하는 비교기(250a); 상기 비교기(250a)를 통해 각각의 전압값을 비교하여, 비교기가 + 전압을 출력하는 경우는 P채널이 닫히고 N-채널이 오픈되면서 배터리모듈(300)에서 전원이 충전모듈(260)으로 충전되도록 하며, 비교기(250a)가 - 전압을 출력하는 경우는 N-채널이 닫히고 P-채널이 오픈되면서 에너지 하베스팅 모듈(100)에서 전원이 충전모듈(260)으로 충전되도록 구성된다.

상기 에너지 하베스팅 모듈은, 중심이 편심되어, 상기 밴드형 웨어러블 디바이스의 착용자의 손목의 움직임이나 기기의 기계적인 진동에 따라 발생되는 회전력을 생산하는 편심진동자; 상기 편심진동자를 통하여 회전을 발생시키는 입력치차; 소차, 대차를 교차로 연속되게 기어결합된 구조로서 상기 입력치차와 기어결합되면서, 상기 입력치차의 회전수보다 크게 증가되는 회전수를 갖는 최종대차가 구성된 기어 트레인부; 상기 기어 트레인부에 의해 증가된 회전력을 전달받아 전자기 유도 방식(Electro Magnetic Generator)방식으로 전기에너지를 생산하는 발전모듈; 및 상기 편심진동자와 기어 트레인부 및 발전모듈을 안착시켜 지지하고 보호하는 하우징부;를 포함하여 구성된다.

상기 기어 트레인부는, 상기 편심진동자의 회전에 따라 회전하는 입력치차와 맞물리는 기어트레인부(130)의 제1소차(130a)는 제1대차(130b)와 일치되도록 구성되며, 입력치차(120)의 치차수는 상기 제1소차(130a)의 치차수보다 많게 구성되도록 하여, 제1소차의 회전수가 커지도록 구성된다.

상기 제1소차(130a)와 일체화된 제1대차(130b)는 제1소차(130a)의 회전수와 일치하며 제2소차(130c)와 맞물리도록 구성되며, 상기 제1대차(130b)가 1회전하는 경우, 제2소차(130c)는 회전수가 커지도록 치차수를 적게 구성하며, 상기 제2소차(130c)는 제2대차(130d)와 일체화되도록 구성하며, 상기 제2대차(130d)는 연속되는 제3소차(130e)와 연결되는 방식으로 결합구성하면서, 기어트레인부의 최종단에 구성되는 최종대차의 회전수는 계속적으로 증가하도록 치차수가 조절된다.

상기 발전모듈에는 기어트레인부의 최종 대차와 연결되는 로터가 구성되어, 상기 로터의 회전력을 기반으로 발전모듈은 전자기 유도 방식으로 전기를 생성시켜 발전하도록 구성된다.

상기 최종대차의 하부에는 상기 최종대차의 움직임에 따라 가속된 회전력은 스프링이 압축과 팽창을 반복하게 되면서 계속적인 회전력을 발생하는 스파이얼 스프링; 및 상기 스파이얼 스프링의 시점점과 끝점을 지지되도록 고정하여, 스파이얼 스프링의 이탈이나 벌어짐을 방지하는 지지부;가 포함되면서, 상기 최종대차의 회전방향에 따라 압축과 팽창을 일정시간 계속 반복하게 되면서 상기 발전모듈의 로터를 가속하도록 구성된다.

상기 발전모듈에는, 외곽에 구성되는 각편이 상하 동수, 동각도로 같이 맞물리며 동간극을 유지하도록 구성된 상부스테이터; 외곽에 구성되는 각편이 상하 동수, 동각도로 같이 맞물리며 동간극을 유지하도록 구성된 하부스테이터; N극과 S극의 수는 상부스테이터와 하부스테이터의 각편수의 합과 동일하게 구성되며, 원형모양에서 부채꼴 형태로 N극과 S극이 반복적으로 교차되면서 배치된 영구자석 Poles; 권선코일이 감겨지는 발전권선부; 상기 발전 권선부와 연결되어 발전된 교류 전압을 외부기기의 전원으로 인출하는 인출부;를 포함하여 구성되며, 상기 상부스테이터, 하부스테이터, 영구자석 Poles, 발전권선부는 상기 로터가 관통되어 체결되면서 일체화된다.

본 발명인 에너지 하베스팅 기능을 갖는 밀리터리용 스마트 밴드를 통해 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.

본 발명의 밀리터리용 스마트밴드는 착용자의 움직임에서 발생하는 진동 에너지를 전기에너지로 전환하는 에너지 하베스팅 모듈을 설치하여 웨어러블 기기의 전원공급 확대 및 충전할 수 없는 야전상황에서 스마트밴드의 사용시간 확대를 가져오게 되어, 비상시 위치정보, 위급상황 등을 송수신할 수 있도록 한다.

또한, 배터리모듈과 에너지 하베스팅 모듈의 충전 전환용 스위칭모듈을 구성하면서 최적회로로서 일반상황에서는 배터리모듈의 저장된 전기 에너지를 활용하고, 에너지 하베스팅 모듈에서 생산되는 전원은 비상시에 사용하도록 구성되어 사용자의 스마트밴드의 사용시간 연장으로 웨어러블기기의 전원취약점을 극복하게 된다.

즉, 본 발명에 따르면 대용량 배터리모듈은 별도로 추가 설치함으로서 장기간 사용가능하도록 하면서, 사용자의 움직임(진동 에너지)을 전기에너지를 변환하는 EMG 방식의 발전모듈이 구성된 에너지 하베스팅모듈을 장착하여 전원충전 불능시 계속하여 스마트밴드 기기를 사용가능하도록 한다.

또한, 본 발명의 밀리터리용 스마트 밴드는 열악한 환경과 야지에서 스마트밴드를 충전할 수 없는 상황에서도, 장기간 사용을 위한 대용량 배터리모듈과 함께 에너지하베스팅 모듈로 전원을 충전하도록 함으로써, 전원의 사용시간을 해결하면서 야전에서 군인들의 무전기나 기타통신기기의 보조수단으로 매우 효율적일 수 있다.

또한, 본 발명의 경우 디스플레이 커버는 험한 환경에서 티타늄 등 강한 소재로 구성되어 디스플레이부를 보호하는 기능과 스마트밴드의 디스플레이부의 내용의 노출을 차단하면서 외부로 발산되는 조명을 차단한다.

또한, 본 발명의 스마트밴드의 어플리케이션은 일시적으로 통신을 차단하는 기능과 내용삭제 또는 포맷기능을 포함하여 적에게 노출시 상대방에게 추가정보 노출을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 스마트밴드에는 어플리케이션에는 사진촬영 기능을 포함하면서 야전 현장을 정확히 관리자나 동료에게 전달할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 어플리케이션을 장착한 밀리터리용 스마트밴드간의 통신으로 팀 또는 상하계급의 군인간 명확하고 일치된 행동이나 명령을 행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의해 제시되는 밀리터리용 스마트 밴드의 형상을 나타낸 구조도면이다.
도 2 는 본 발명에 의한 밀리터리용 스마트밴드의 밴드본체모듈에 구성된 디스플레이 커버의 외형구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 밀리터리용 스마트밴드의 에너지 하베스팅 모듈에 대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 에너지 하베스팅 모듈에 따른 편심된 편심진동자와 압력치차의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 에너지 하베스팅 모듈에 있어서 전자기 유도 방식의 발전모듈을 구체적으로 나타낸 분해도이다.
도 6은 본 발명의 에너지 하베스팅 모듈에 따른 기어 트레인부에서 최종 대차에 장착되는 스파이얼 스프링의 상세도이다.
도 7은 본 발명의 에너지 하베스팅 모듈의 발전모듈의 작동상태에 따른 실험데이터이다.
도 8은 본 발명의 에너지 하베스팅 모듈에 따라 실험적으로 실시한 발전모듈의 회전속도와 전력밀도 관련 실험 그래프이다.
도 9는 본 발명에 의한 밀리터리용 스마트 밴드의 전체적인 각각의 구체적 모듈의 연결도이다.
도 10은 본 발명에 의한 밀리터리용 스마트밴드의 밴드본체모듈의 내부구성도이다.
도 11은 본 발명에 의한 밀리터리용 스마트밴드의 배터리모듈을 통한 일반충전과 진동에 의한 에너지 하베스팅 모듈에 의한 충전에 대한 스위칭모듈의 전환 회로도이다.
도 12는 본 발명에 의한 밀리터리용 스마트밴드의 에너지 하베스팅모듈과 배터리모듈의 전원 충전을 방식에 대한 흐름도이다
도 13은 본 발명에 의한 밀리터리용 스마트밴드의 임무수신, 공유, 보고 등 운영기능에 대한 흐름도 이다.
도 14는 본 발명에 의한 밀리터리용 스마트밴드의 착용자가 위급상황 발생시 정보보호, 자기위치 전송등 위급상황에 대한 사용상태도이다.

이하 본 발명인 에너지 하베스팅 기능을 갖는 밀리터리용 스마트 밴드에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 밀리터리용 스마트 밴드는 대용량 배터리모듈, 자가발전하는 에너지 하베스팅 모듈과 디스플레이부, GPS모듈, 센서모듈 등을 포함하는 밴드본체모듈이 구성된다.

또한 스마트밴드에는 스마트밴드를 운영하는 애플리케이션, 상기 각각의 모듈을 통합하여 제어하는 팜 웨어(FIRM WARE) 프로그램을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 팜웨어 프로그램과 애플리케이션이 설치된 스마트밴드는 다른 형태의 웨어러블 디바이스 일 수 있다.

또한, 상기 각 모듈의 효율적 관리와 배터리모듈(300)과 에너지 하베스팅 모듈(100)의 전원충전 전환용 스위칭모듈과 프로그램이 포함될 수 있다.

또한, 본 발명의 통신은 위성과 근거리 무선통신(BLE, BECON 등)을 포함할 수 있으며, 상기 팜웨어 프로그램에 저장된 이력과 통신내역, 저장된 자료를 필요에 의해 일시적으로 삭제 또는 포맷(Format)하는 기능을 포함할 수 있다.

또한, 험한 환경과 노출방지 등을 위한 디스플레이 커버가 부착된 구조가 포함될 수 있다.

본 발명의 밀리터리용 스마트밴드의 구조는 배터리모듈, 에너지 하베스팅모듈, 밴드본체모듈을 각각 구조적으로 분리되면서, 내부 회로로 연결되는 구조가 될수 있다.

본 발명의 스마트밴드를 운영하기 위한 프로그램은 진동모드, 전체내용 삭제모드, 사용불능모드, 통신 노출방지를 위한 일시 차단모드, 위치추적, 전송모드, 명령선택 송,수신모드. 사진촬영 및 전송모드, 작전시간 모드 등을 포함하여 구성될 수 있다.

도 1은 본 발명에 의해 제시되는 밀리터리용 스마트 밴드의 형상을 나타낸 구조도면이다.

본 발명의 스마트밴드는 배터리가 내장된 에너지 하베스팅 모듈(100)과 디스플레이부를 갖춘 밴드본체모듈(200)이 구성된 스마트밴드와, 또 다른 실시예로서 보다 용량이 큰 배터리모듈(300), 에너지 하베스팅 모듈(100) 및 밴드 본체모듈(200)이 구성되는 스마트 밴드로 각각 실시화될 수 있다.

다시말해, 도시된 바처럼, 배터리모듈(300), 에너지 하베스팅 모듈(100) 및 디스플레이부를 갖춘 밴드 본체모듈(200)의 조합순서는 사용자의 편의성에 의하여 전부를 통합하여 구성할 수도 있고, 에너지 하베스팅 모듈(100)과 밴드본체모듈(200)만으로 구성될 수 있다.

배터리모듈(300)에 의한 외부전원 충전은 스마트밴드의 착용자가 충전 여건이 되었을 때 사용된다.

에너지 하베스팅 모듈(100)은 스마트밴드 착용자의 손목 움직임에 따른 진동에 의하여 전기를 생성하는 구성이며, 구체적으로는 진동에너지를 전기에너지로 변환시키는 일렉트로 마그넥틱 발전모듈(Electro Magnetic Generator: EMG)를 포함하여 구성된다.

다시말해, 본 발명인 밀리터리용 스마트 밴드의 에너지 하베스팅 모듈(100)은 전원 충전 불가시 착용자의 손목의 진동에 의하여 전원을 충전할 수 있는 EMG(Electro Magnetic Generator)방식이 적용된다.

에너지 하베스팅 모듈(100)은 본 발명인 밀리터리용 스마트 밴드의 전원공급을 목적으로 하며, 또한 배터리 모듈(300)의 용량 소진시 전력 생산과 군작전이나 야지에서의 스마트밴드를 충전할 수 없는 상황에서 착용자의 움직임(진동)으로 전력을 생산하여 충전할 수 있으며, 이는 본 발명의 특성상 일반적인 종래 스마트밴드와는 개선된 부분이라고 할 수 있다.

도시된 도면의 좌측의 제1실시예는 에너지 하베스팅모듈(100)과 밴드본체모듈(200)이 구성된 스마트밴드를 도시한다.

또한, 우측의 제2실시예는 배터리 모듈(300), 에너지 하베스팅 모듈(100)과 밴드본체모듈(200)이 구성된 2개의 형상을 갖는 스마트 밴드를 나타낸 것이다.

본 발명에 의한 스마트 밴드에 구성된 밴드본체모듈(200)은 파워온(power on)을 하거나 모드변환을 할 수 있는 스위치버튼(210)과 위급상황시 위치 정보를 설정하거나 설정된 위치정보를 삭제할수 있는 위급버튼(220)이 포함되며, 디스플레이부(230)는 상단에 위치하고 이를 보호하는 디스플레이 커버(400)가 장착된다.

에너지 하베스팅모듈(100)은 밴드착용자의 움직임에 따라 발생되는 진동에너지를 전기에너지로 전환하는 EMG(Electro Magnetic Generator)방식의 발전모듈(140)이 구성된다. 보다 자세한 작동원리는 후술하도록 한다.

밴드본체모듈(200)은 통신모듈(240a), 조명모듈(240b), 카메라모듈(240c), 진동모듈(240d), GPS모듈(240e), 센서모듈(240f), SOS모듈(240g), 파워모듈(240h) 등을 포함하는 메인보드(240)와, 이를 표시하는 디스플레이부(230)가 구성된다.

스마트 밴드의 디스플레이 커버(400)에는 디스플레이부(230)를 보호하는 커버로서 티타늄, 엔지니어링 플라스틱재료로 구성된다.

상기 배터리모듈(300)을 통해 외부의 전원을 밴드본체모듈(200)로 공급하게 되며, 상기 에너지 하베스팅모듈(100)을 통해서도 전원을 밴드본체모듈(200)로 공급하게 된다.

상기 밴드본체모듈(200)은 배터리모듈(300)을 통해 외부에서 공급되는 전원 또는 에너지 하베스팅모듈(100)을 통해 공급되는 자가전원을 스위칭모듈(250)을 통해 스위칭하면서 충전모듈(260)에 전원을 충전하게 된다.

상기 스위치버튼(210)은 파워모듈(240h)과 연결되며, 상기 위급버튼(220)은 SOS모듈(240g)과 연결된다.

밴드본체모듈(200)의 스위칭 모듈(250)의 작동원리에 대해서는 후술하기로 한다.

또한, 본 발명의 스마트 밴드에는 손목에 장착할 수 있는 밴드홀더(500)와 밴드홀더(500)에 끼워져 손목에 스마트밴드를 고정시키는 후크(600)가 구성된다.

후크(600)는 사용상 여러 형태로 변환될 수 있으며, 밴드홀더(500)의 재질은 실리콘(Silicon), 고무(Rubber), Steel 등으로 형성될 수 있다.

도 2 는 본 발명에 의한 밀리터리용 스마트밴드의 밴드본체모듈에 구성된 디스플레이 커버의 외형구성도이다.

도시된 바를 참조하면, 디스플레이 커버(400)는 기본적으로는 군인이나 서바이벌게임 등의 사용자 등의 험하고 활동적인 상황을 감안하여 엔지니어링 플라스틱, 티타늄, 스틸 등으로 디스플레이부(230)를 보호하도록 구성된다.

디스플레이 커버(400)는 폴더(Folder)방식과 슬라이드(Slide) 방식으로 밴드본체모듈(200)의 디스플레이부(230)에 장착되어 디스플레이부(230)를 물리적으로, 그리고 정보노출에 대한 보완목적으로 이용되며, 필요시 개방하여 정보를 파악할수 있다. 디스플레이 커버(400)는 90도나 180도 개방할수 있도록 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 밀리터리용 스마트밴드의 에너지 하베스팅 모듈에 대한 도면이며, 도시된 바는 본 실시에 따른 예시중 하나이며 구성이나 형태가 달라질 수 있다.

도시된 바의 주요 구성을 보면, 밀리터리용 스마트밴드의 착용자의 움직임에 따른 진동에너지를 회전에너지로 전환하기 위하여 에너지 하베스팅 모듈(100)에는 편심진동자(110)가 구성되며, 편심진동자(110)가 기울어졌을때 회전하며, 기어트레인부(130)을 거치면서 종단에서는 매우 빠른 속도로 회전하며, 이 회전력은 발전모듈(140, Electro Magnetic Generator)을 회전시켜 전기를 발생하게 한다.

보다 자세하게 설명하면, 에너지 하베스팅 모듈(100)의 상단에는 무게가 바깥쪽으로 편심되어 배치된 편심진동자(110)가 위치하여, 밴드 착용자의 손목의 상하좌우 움직임에 따라 발생하는 진동에 의하여 회전한다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 모듈(100)은 크게 중심이 편심된 편심진동자(110)와 편심진동자(110)를 통하여 발생되는 회전수를 크게 증가시키기 위하여 소차, 대차를 교차 연결한 기어 트레인부(130)를 구성한다.

즉, 편심진동자(110)가 움직이면 편심진동자(110)의 회전이 발생하고, 이에 따라 편심진동자(110)에서 발생되는 회전수를 대폭 증대되도록 기어 트레인부(130)가 구성된다.

또한, 기어트레인부(130)에 편심진동자(110)의 회전력을 전달하는 입력치차(120)가 구성된다.

기어트레인부(130)의 최종 대차(130f)와 연결되는 로터(140a)를 포함하여, 로터(140a)의 회전력을 기반으로 전자기 유도를 생성시켜 발전을 하는 전자기 유도 방식의 발전모듈(140) 및 이러한 모든 구성을 지지하고 보호하는 하우징부(150)로 크게 구성된다.

정리하면, 에너지 하베스팅 모듈(100)의 구조는 하우징부(150)가 구성되며 입력치차(120) 회전력을 증가시켜 전력을 생산하는 발전모듈(EMG, 140)과 이렇게 생산된 자가 전력을 스마트밴드의 밴드본체모듈(200)의 충전모듈(260)에 충전시켜 보조전원으로 활용되도록, 에너지 하베스팅 모듈(100)에서 생산된 전력을 밴드본체모듈(200)로 전달하는 인출부(140h)와 인출부(140h)에서 송신되는 전력을 공급받는 FPCB(Flexible Print Cirkit Board)나 전력 Wire 를 포함하는 스위칭모듈(250)에 의하여 배터리모듈(300)을 통한 외부전원 충전이 없을시 충전모듈(260)에 전원을 충전하게 된다.

편심진동자(110)의 회전에 따라 회전하는 입력치차(120)와 맞물리는 기어트레인부(130)의 제1소차(130a)는 제1대차(130b)와 일치된 것으로서, 치차수가 많은 입력치차(120)에 의해 제1소차(130a)는 가능한한 치차수가 적게 구성되어 많은 수의 회전수를 획득하게 한다.

제1소차(130a)와 일체화된 제1대차(130b)는 제1소차(130a)의 회전수와 일치하며 제2소차(130c)와 맞물리게 된다.

이때, 제1대차(130b)가 1회전하는 경우, 제2소차(130c)는 기어수와 역 비례하여 많은 회전수를 획득하게 된다.

제2소차(130c)는 제2대차(130d)와 일체화되며, 제2대차(130d)는 또한 제3소차(130e)와 연결된다.

제2대차(130d)가 1회전 하는 경우 제3소차(130e)가 최대한 많은 회전을 할 수 있도록 치차수를 구성하게 된다.

기어트레인부(130)의 최종단에는 최종대차(130f)가 구성되며, 최종적으로 최종대차(130f)에 회전력이 전달되는 과정에서 회전속도는 치차수와 관련하게 된다.

예를 들면, 대차의 기어수가 30개이고 이에 맞물리는 소차의 기어수가 5개라면 대차가 1회전시 소차는 6회전을 할 수있다. 이런 원리에 의하여 편심진동자(110)의 회전에 의하여 대차와 소차구조를 반복하여 배치하면 종단에 가서는 높은 회전력을 얻을수 있다.

즉, 본 발명의 에너지 하베스팅 모듈(100)의 치차(기어)는 소차와 대차를 일체와시켜 소차가 1회전시 높은 기어수의 대차도 같이 1회전하고, 상기 대차는 다른 소차에 맞물리게 하여 기어수에 따라 또 다른 소차를 높은 회전을 하도록 구성되는 것이다.

기어트레인부(130)는 이러한 소차, 대차의 기어비를 이용하고 반복되는 소차, 대차의 단계는 5단 또는 그 이상으로 하도록 구성하여 회전력을 최대화하도록 구성될 수 있다.

상기 최종대차(130f)의 하단에는 스파이얼 스프링(130g)가 장착될 수 있다.

상기와 같은 구조의 소차와 대차를 연속적으로 구성하여 최종에서는 최종대차(130f)의 하부에 장착된 스파이얼 스프링(130g)이 최종대차(130f)의 움직임에 스프링이 압축과 팽창을 반복하게 되면서 계속적인 회전력을 발생하게 된다,

즉, 본 발명의 에너지 하베스팅 모듈의 기어트레인부(130)의 구조가 허용하는 범위에서 최대한의 속도로 전자기 유도 방식의 발전모듈(140)에 구성된 로터(140a)를 회전시킬수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

기어트레인부(130)의 소차, 대차의 재질은 스테인레스 스틸, 티타늄 등 강도가 강하고 내마모성이 있는 재질로 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 에너지 하베스팅 모듈에 따른 편심된 편심진동자와 압력치차의 구성도이다. 도시된 바를 참조하면, 편심되고 무게중심(110a)이 편심진동자(110)의 바깥부에 양쪽으로 배분되어 손목의 움직임이나 기계적인 움직임에 따라 편심진동자(110)가 움직이면서 편심진동자와 일체화시킨 입력치차(120)를 회전시킨다

편심진동자(110)의 재질은 스테인레스 스틸 등 녹이 슬지 않는 재질로 구성되는 것이 바람직하며, 입력치차(120) 또한 동일한 재질 또는 티타늄(Titanium)등 녹이 슬지 않고 강도가 강한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.

입력치차(120)와 편심진동자(110)의 중심부에는 각각 홈을 형성하고, 상기 홈을 통해 입력치차(120)와 편심진동자(110)를 연결하는 결합부(C)가 구성된다.

상기 결합부(C)는 편심진동자(110) 회전시 입력치차(120)가 헛돌지 않도록, 결합부(C)의 각각의 끝단을 입력치차(120)와 편심진동자(110)의 중심부에 톱니방식 등을 이용하여 끼우고 압착시키고, 빠지지 않도록 끼움공차를 조정하여 결합된다.

도 5는 본 발명의 에너지 하베스팅 모듈에 있어서 전자기 유도 방식의 발전모듈을 구체적으로 나타낸 분해도이다.

도시된 바처럼, 발전모듈(140)에는 기어트레인부(130)의 최종 대차(130f)와 연결되는 로터(140a)가 구성된다.

에너지 하베스팅 모듈(100)의 발전모듈(140)의 로터(140a)의 구성은 Coil Stator Permanent Magnetic Rotor로 구성되며, 로터(140a)에 입력되는 회전력이 클수록 보다 높은 전력생산을 기대할 수 있다.

발전모듈(140)에는 상부스테이터(Top Stator, 140b), 영구자석 Poles (140c), 발전권선부(140d), 비자성 물질로 구성되는 하부판(140e), 부싱(140f) 및 하부스테이터(Bottom Stator, 140g) 등이 부품이 구성되며, 상기 부품들은 로터(140a)가 관통하면서 모두 체결되어 일체화된다.

상부, 하부 스테이터(140b, 140g)의 외곽에 구성되는 각편은 상하 동수, 동각도로 같이 맞물리며 동간극을 유지하도록 구성되며, 상부스테이터(140b)와 하부스테이터(140g)의 각편의 수는 7-8개로 각각 구성됨이 바람직하다.

영구자석 poles(140c)의 N극과 S극의 수는 상부스테이터와 하부스테이터의 각편수의 합과 동일하게 구성되며, 원형모양에서 부채꼴 형태로 N극과 S극이 반복적으로 교차되면서 배치된다.

영구자석은 네오디움, 샤마륨, 이트륨 등이 사용될수 있으며 자성이 2500-5000 Gauss범위 내에서 높은 것이 권장된다.

발전권선부(140d)는 권선코일의 굵기, 횟수 등이 최적화될 수 있도록 권선되어야하며 함칭 등으로 절연상태를 유지하여야 한다.

발전 권선부(140d)는 발전된 교류 전압을 인출하는 인출부(140h)가 연결되어 있다.

본 발명의 에너지 하베스팅 모듈(100)은 밴드형 웨어러블 디바이스나 산업용 기계, IOT기기 등에 부착 및 장착이 되면서, 상기 인출부(140h)를 통해 생성된 전압이 밴드형 웨어러블 디바이스나 산업용 기계, IOT기기 등의 보조용 전원 역할을 하게 된다.

또한, 비자성 물질의 하부판(140e)은 절연판으로 파이버(fiber)등의 재질로 구성될수 있다.

또한 부싱(140f)은 폴리머 재질 등으로 가볍고 절연 등을 감안하여 구성되는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 에너지 하베스팅 모듈에 따른 기어 트레인부에서 최종 대차에 장착되는 스파이얼 스프링의 상세도이다.

도시된 바처럼, 편심진동자(110)에 의한 회전력이 대차, 소차 등의 기어를 반복하면서 가속된 회전력은 최종대차(130f)에 장착된 스파이얼 스프링(130g)을 압축하게 된다.

스파이얼 스프링(130g)의 시점점(S)과 끝점(E)이 고정되어 있어 최종대차(130f)의 회전방향에 따라 압축과 팽창을 일정시간 계속 반복하게 되면서 발전모듈(140)의 로터(140e)를 가속하게 한다

또한, 스파이얼 스프링(130g)은 지지부(130h)에 의해 지지되도록 구성되면서, 스파이얼 스프링(130g)의 이탈이나 벌어짐을 방지하게 된다.

도 7은 본 발명의 에너지 하베스팅 모듈의 발전모듈의 작동상태에 따른 실험데이터이다.

도시된 바를 참조하면, 영구자석 Poles(140c)의 N극과 S극의 수와 상부스테이터(140b)와 하부스테이터(140g)의 각편의 수의 합이 서로 동일하고, 영구자석 Poles(140c)의 N극과 S극이 동일하게 교차로 설치된 경우에, 영구자석 Poles(140c)가 1회전하였을때 나타나는 전압 시그널을 도시한 것이다.

즉, 영구자석 Poles(140c)에 구성되는 다수의 영구 자석수 (Poles)가 교차하면서 생성되는 조정 주파수의 실험그래프이다

영구자석 Poles(140c)의 간격이 좁고 영구자석수가 많을수록 파형의 간격은 좁아지게 되는데, 이는 발전모듈의 효율 증대에 영향을 미친다.

도 8은 본 발명의 에너지 하베스팅 모듈에 따라 실험적으로 실시한 발전모듈의 회전속도와 전력밀도 관련 실험 그래프이다.

도시한 바는 실험적으로 실시한 회전속도와 전력밀도와의 상관관계 그래프로서, 발전모듈의 로터(140a)의 회전속도가 높을수로 전력밀도가 높아짐을 알수 있다.

이것은 본 발명의 발전 모듈의 영구자석 Poles(140c)의 회전속도가 전력밀도에 직접적으로 상관이 있음을 의미하며, 결국 본 발명의 에너지하베스팅 모듈(100)을 통해 발전모듈의 회전력을 향상시키는 경우에 전력발전은 더 가중되고 있음을 알 수 있다.

도 9는 본 발명에 의한 밀리터리용 스마트 밴드의 전체적인 각각의 구체적 모듈의 연결도이다.

도시된 바에 참조하면, 스마트 밴드는 디스플레이부(230)가 탑재된 밴드본체모듈(200), 자가 발전을 통해 전력을 생산하는 에너지 하베스팅모듈(100), 외부전원을 공급하는 배터리모듈(300)이 구성된다.

상기 배터리모듈(300)은 Micro USB, 또는 2개 내지 3개의 핀방식으로 외부 전원을 충전모듈(509)에 공급하게 된다.

스위칭모듈(250)은 배터리모듈(300)과 에너지하베스팅 모듈(100)의 각각의 전압의 전압차에 의해 어느쪽의 전원을 충전할지를 선택하게 하는 역할을 하게 된다.

다시말해, 배터리모듈(300)을 통한 충전과 에너지 하베스팅 모듈(100)에 의한 충전이 충전모듈(260)에 동시에 이루어지지 않도록, 스위치 모듈(250)이 입력전압 비교에 의하여 입력 전원을 선택하게 된다. 이에 대해선 후술하기로 한다.

메인보드(240)는 상기 각각의 세부 모듈을 통합하고 스마트 밴드의 운영프로그램이 내장되고 제어한다.

상기 메인보드(240)는 운영체제(OS)를 탑재하고, 통신모듈(240a), 조명모듈(240b), 카메라모듈(240c), 진동모듈(240d), GPS모듈(240e), 센서모듈(240f), SOS모듈(240g), 파워모듈(240h)을 통합하여 프로그래밍 되어지며, 필요시에는 추가적인 기능을 통합할 수 있을 것이다.

메인보드(240)를 좀더 구체적으로 설명하면, 다음과 같으며, 스마트밴드의 착용자의 요구에 의하여 본 메인보드(240)의 세부적 모듈 구성은 선택적으로 구성될 수도 있다.

사용자가 조명이 없는 경우 보다 선명히 볼수 있도록 또는 필요시 조명을 사용할 수 있도록 하는 조명모듈(240b)이 구성된다.

6축 또는 3축의 자이로 센서, Heart Sensor(HR) 등으로 구성되는 센서모듈(240f)이 구성되며, 센서모듈(240f)은 속도와 가속도계 또는 심박센서가 통합하여 구성될 수 있으며 이는 착용자가 거리, 고도 및 신체 이상 정보를 알 수 있도록 구성된다.

또한, 기기간에 BT방식 등으로 동료 간에 메시지를 전달할 수 있는 통신모듈(240a)이 구성되며, 통신모듈(240a)에 의하여 수신되는 정보는 디스플레이모듈(230)에 의하여 착용자에게 정보를 보여주게 된다. 또는 진동모듈(240d)에 의해 진동에 의하여 착용자에게 수신 정보를 알 수 있게 한다.

GPS를 수신할 수 있는 GPS모듈(240e), 자기 위급 상황을 위치정보와 상황 메시지를 전달할 수 있는 SOS모듈(240g)이 구성된다.

또한, SOS모듈(240g)과 연결되는 위급버튼(220)이 장착되는데, 위급버튼(220)은 위급모드를 선택하여 위치정보나 수신자를 설정하거나 설정된 위치정보를 삭제할수 있는 기능 등을 가지고 있다. 따라서, 미리 설정된 방식에 의하여 위급상황 발생시 위급버튼(220)을 누름으로서 자기 위치정보가 설정된 수신자에게 정보를 전송하게 된다.

위급상황시 위급버튼(220)을 통해 SOS모듈(240g)에 저장하고 있는 민감한 정보나 임무수신, 송신정보는 완전 삭제할 수 있도록 구성되며 이는 위급버튼(220)의 정해진 방식에 의하여 실행될 수 있다.

또한, 무음이나 메시지 수신 등에 알림을 담당하는 역할을 하는 진동모듈(240d)로 세부적으로 구성된다.

또한, 필요시 전장정보나 상황을 촬영할 수 있는 카메라모듈(240c)이 구성되며, 카메라 모듈(240c)은 임무상 사진 촬영을 할 수 있도록 구성되며 해상도는 선택사항 일 수 있다.

또한, 파워모듈(240h)은 스마트 밴드의 구동 전원의 on/off 하는 기능을 수행하며, 전원 on/off를 하거나 구동모드변환(잠금모드, 비행모드 등)을 할 수 있는 스위치버튼(210)이 파워모듈(240h)과 연결되어 구성된다.

도 10은 본 발명에 의한 밀리터리용 스마트밴드의 밴드본체모듈의 내부구성도이다.

도시된 바처럼, 각각의 모듈의 기능적 특성은 도 9를 참조하여 설명하였으며 회로 구성의 효율성이나 각각의 모듈의 선택구성에 따라 밴드본체모듈(200)의 배치도는 달리할 수 있다.

기본적으로, 밴드본체모듈(200)은 방수, 방진, 방염에 부합되도록 구성되며, 밴드본체모듈(200)은 외부로 위급버튼(220)과 동작전원을 on/off 하거나 모드를 변환할 수 있는 파워 스위치버튼(210)가 외부에 노출되도록 구성된다.

도 11은 본 발명에 의한 밀리터리용 스마트밴드의 배터리모듈을 통한 일반충전과 진동에 의한 에너지 하베스팅 모듈에 의한 충전에 대한 스위칭모듈의 전환 회로도이다.

도시된 바처럼, 배터리모듈(300)을 통한 외부전원과 진동편심자에 의한 에너지 하베스팅 모듈(100)로부터 자가전원은 동시에 충전모듈(260)에 충전될 수 없도록 구성된다.

기본적 개념으로, 충전모듈(260)에 배터리모듈(300)을 통한 외부전원을 충전하는 경우에는 에너지 하베스팅 모듈(100)에 의한 전원은 충전모듈(260)에 충전되지 않도록 하는게 하는 회로이며, 반대로 배터리모듈(300)을 통한 외부전원의 충전이 없을시에는 에너지 하베스팅 모듈(300)에 의하여 전원이 충전되도록 하는 것이다.

본 스위칭모듈(250)의 내부회로는 파워 관리를 위한 PWM Control Block과 에너지 하베스팅 모듈(100)에 의한 전원의 전압을 승압하는 Boosting Block이 구성된다.

보다 자세하게, 스위칭모듈의 내부회로의 동작원리는 다음과 같다.

도 12는 본 발명에 의한 밀리터리용 스마트밴드의 에너지 하베스팅모듈과 배터리모듈의 전원 충전을 방식에 대한 흐름도이며, 도시된 바를 참조하면, 충전모듈(260)로 입력되는 배터리모듈(300)을 통한 외부 전원의 입력 DC전압값과 에너지 하베스팅 모듈(100)에 의해 입력되는 DC전압값의 전압차를 비교하여 어느쪽의 전원을 선택하는지를 결정하는 충전 흐름도이다.

비교기(250a)를 통해 이를 비교하여, 비교기가 + 전압을 출력하는 경우는 배터리모듈(300)에서 인가되는 DC전압이 에너지 하베스팅 모듈(100)에서 인가되는 DC전압보다 큰 경우로서, P채널이 닫히고 N-채널이 오픈되면서 배터리모듈(300)에서 전원이 충전모듈(260)으로 충전되게 된다.

반대로, 비교기(250a)가 - 전압을 출력하는 경우는 배터리모듈(300)에서 인가되는 DC전압이 에너지 하베스팅 모듈(100)에서 인가되는 DC전압보다 작은 경우로서, N-채널이 닫히고 P-채널이 오픈되면서 에너지 하베스팅 모듈(100)에서 전원이 충전모듈(260)으로 충전되게 된다.

도 13은 본 발명에 의한 밀리터리용 스마트밴드의 임무수신, 공유, 보고 등 운영기능에 대한 흐름도 이다.

본 발명에 의한 밀리터리 스마트밴드의 대표적인 기능의 순서도이며, 밴드 착용자, 관리자(명령자) 및 팀원간의 임무수신, 임무공유, 임무결과보고 등의 스마트밴드에 설치되는 어플리케이션 기능에 대한 순서도의 예시이다.

상기 기능은 스마트밴드의 디스플레이부(230)를 통해 기능화되며, 통신모듈(240a)이나 센서모듈(240f), 카메라모듈(240c) 등을 통해 문자수신, 그림(지도포함)수신, 수신된 명령 등을 표시하게 된다.

또한, 스마트밴드는 완전방수 가능하며, 개인별로 군인에게 지급되거나 팀별 (팀, 분대, 소대별)로 지급될 수 있다.

본 발명의 밀리터리용 스마트밴드는 군인뿐 아니라, 경찰의 무전기사용이 어려운상황, 서바이벌게임, 팀단위 오지체험, 등산 등에도 물론 사용될 수 있다.

도시된 바의 본 발명의 밀리터리용 스마트밴드의 기능을 순서도를 통해 나타낸 예시도로서, 필요시 본 발명의 다양한 기능을 추가할 수 있다.

도 14는 본 발명에 의한 밀리터리용 스마트밴드의 착용자가 위급상황 발생시 정보보호, 자기위치 전송등 위급상황에 대한 사용상태도이다.

본 발명에 의한 스마트밴드의 착용자가 위급상황 발생시 SOS 모듈(240g)에 연결되는 위급버튼(220)에 의하여 도시된 전개도에 의해 요구되는 기능이 전개된다.

보다 자세히 서술하면 스마트밴드 착용자가 임무중 관리자또는 상급자에게 자신의 위급상황발생을 전달해야 하는 경우, 스마트 밴드의 위급버튼(220)을 사용하여 위치정보 및 상황을 전달하고 적이나 상대방에게 임무나 자기 정보를 노출하지 않기 위하여 밴드에 표시되는 정보의 삭제 필요성을 판단하게 된다

앞서 기술한 바처럼, 위급버튼(220)은 SOS모듈(240g)과 연결되며, 위급버튼(220)은 위급모드를 선택하여 위치정보나 수신자를 설정하거나 설정된 위치정보를 삭제할수 있는 기능 등을 가지고 있다.

따라서, 미리 설정된 방식에 의하여 위급상황 발생시 위급버튼(220)을 누름으로서 자기 위치정보가 설정된 수신자인 관리자에게 정보를 전송하게 된다.

또한, 위급상황시 위급버튼(220)을 통해 SOS모듈(240g)에 저장하고 있는 민감한 정보나 임무수신, 송신정보는 완전 삭제할 수 있도록 구성되며 이는 위급버튼(220)의 정해진 방식에 의하여 실행될 수 있다.

이러한 경우에도 스마트밴드의 착용자의 위치정보는 게속 작동할수 있으며, 다만 임무나 송신정보, 민감한 정보는 삭제되거나 포맷되도록 구성된다.

위급상황이 해제되는 경우 위급상황이 복구되었음을 명령자나 관리자에게 상황을 전달할 수 있다.

스마트밴드 착용자의 자기 위치정보에는 착용자의 고유 식별 번호(ID)가 포함될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 관리 범위에 속하는 것이다.

100: 에너지 하베스팅 모듈 110: 편심진동자
120: 입력치차 130: 기어 트레인부
130a: 제1소차 130b: 제1대차
130c: 제2소차 130d: 제2대차
130e: 제3소차 130f: 최종 대차
130g: 스파이얼 스프링 130h: 지지부
140: 발전모듈 140a: 로터
140b: 상부스테이터 140c: 영구자석 Poles
140d: 발전권선부 140e: 하부판
140f: 부싱 140g: 하부스테이터
140h: 인출부 150: 하우징부
200: 밴드 본체모듈 210: 스위치버튼
220: 위급버튼 230: 디스플레이부
240: 메인보드 240a: 통신모듈
240b: 조명모듈 240c: 카메라모듈
240d: 진동모듈 240e: GPS모듈
240f: 센서모듈 240g: SOS모듈
240h: 파워모듈
250: 스위칭모듈 260: 충전모듈
300: 배터리모듈 400: 디스플레이 커버
500: 밴드홀더 600: 후크

Claims

밀리터리용 스마트밴드에 있어서,
자가발전하여 전력을 생산하는 에너지 하베스팅 모듈(100);
외부전원을 공급하기 위한 배터리모듈(300); 및
디스플레이부(230)가 탑재되며, 상기 배터리모듈(300)을 통해 외부에서 공급되는 전원 또는 상기 에너지 하베스팅모듈(100)을 통해 공급되는 자가전원을 스위칭하면서 충전모듈(260)에 전원을 충전하는 스위칭모듈(250)이 구성된 밴드본체모듈;을 포함하여 구성되며,
상기 밴드본체모듈(200)에는 파워온(power on)을 하거나 모드변환을 할 수 있는 스위치버튼(210)과 위급상황시 위치정보를 설정하거나 설정된 위치정보를 삭제할수 있는 위급버튼(220)이 포함되며,
상기 디스플레이부(230)의 상단에 위치하여 디스플레이부(230)를 보호하는 디스플레이 커버(400)가 장착된 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 기능을 갖는 밀리터리용 스마트 밴드.
제 1항에 있어서,
상기 위급버튼(220)은 밴드본체모듈의 SOS모듈(240g)과 연결되며, 상기 위급버튼(220)은 위급버튼(220)을 누름으로서 미리 설정된 방식에 의하여 위급상황 발생시 착용자의 위치정보와 SOS모듈(240g)에 저장하고 있는 기설정된 정보가 기설정된 수신자에게 전송되도록 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 기능을 갖는 밀리터리용 스마트 밴드.
제 1항에 있어서,
상기 충전모듈(260)로 입력되는 배터리모듈(300)을 통한 외부 전원의 입력 DC전압값과 에너지 하베스팅 모듈(100)에 의해 입력되는 자가전원의 DC전압값의 전압차를 비교하는 비교기(250a);
상기 비교기(250a)를 통해 각각의 전압값을 비교하여, 비교기가 + 전압을 출력하는 경우는 P채널이 닫히고 N-채널이 오픈되면서 배터리모듈(300)에서 전원이 충전모듈(260)으로 충전되도록 하며,
비교기(250a)가 - 전압을 출력하는 경우는 N-채널이 닫히고 P-채널이 오픈되면서 에너지 하베스팅 모듈(100)에서 전원이 충전모듈(260)으로 충전되도록 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 기능을 갖는 밀리터리용 스마트 밴드.
제 1항에 있어서,
상기 에너지 하베스팅 모듈은,
중심이 편심되어, 밴드형 웨어러블 디바이스의 착용자의 손목의 움직임이나 기기의 기계적인 진동에 따라 발생되는 회전력을 생산하는 편심진동자;
상기 편심진동자를 통하여 회전을 발생시키는 입력치차;
소차, 대차를 교차로 연속되게 기어결합된 구조로서 상기 입력치차와 기어결합되면서, 상기 입력치차의 회전수보다 크게 증가되는 회전수를 갖는 최종대차가 구성된 기어 트레인부;
상기 기어 트레인부에 의해 증가된 회전력을 전달받아 전자기 유도 방식(Electro Magnetic Generator)방식으로 전기에너지를 생산하는 발전모듈; 및
상기 편심진동자와 기어 트레인부 및 발전모듈을 안착시켜 지지하고 보호하는 하우징부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 기능을 갖는 밀리터리용 스마트 밴드.
제 4항에 있어서, 상기 기어 트레인부는,
상기 편심진동자의 회전에 따라 회전하는 입력치차와 맞물리는 기어트레인부(130)의 제1소차(130a)는 제1대차(130b)와 일치되도록 구성되며,
입력치차(120)의 치차수는 상기 제1소차(130a)의 치차수보다 많게 구성되도록 하여, 제1소차의 회전수가 커지도록 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 기능을 갖는 밀리터리용 스마트 밴드.
제 5항에 있어서,
상기 제1소차(130a)와 일체화된 제1대차(130b)는 제1소차(130a)의 회전수와 일치하며 제2소차(130c)와 맞물리도록 구성되며,
상기 제1대차(130b)가 1회전하는 경우, 제2소차(130c)는 회전수가 커지도록 치차수를 적게 구성하며,
상기 제2소차(130c)는 제2대차(130d)와 일체화되도록 구성하며, 상기 제2대차(130d)는 연속되는 제3소차(130e)와 연결되는 방식으로 결합구성하면서,
기어트레인부의 최종단에 구성되는 최종대차의 회전수는 계속적으로 증가하도록 치차수가 조절된 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 기능을 갖는 밀리터리용 스마트 밴드.
제 6항에 있어서,
상기 발전모듈에는 기어트레인부의 최종 대차와 연결되는 로터가 구성되어, 상기 로터의 회전력을 기반으로 발전모듈은 전자기 유도 방식으로 전기를 생성시켜 발전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 기능을 갖는 밀리터리용 스마트 밴드.
제 6항에 있어서,
상기 최종대차의 하부에는 상기 최종대차의 움직임에 따라 가속된 회전력은 스프링이 압축과 팽창을 반복하게 되면서 계속적인 회전력을 발생하는 스파이얼 스프링; 및
상기 스파이얼 스프링의 시점점과 끝점을 지지되도록 고정하여, 스파이얼 스프링의 이탈이나 벌어짐을 방지하는 지지부;가 포함되면서,
상기 최종대차의 회전방향에 따라 압축과 팽창을 일정시간 계속 반복하게 되면서 상기 발전모듈의 로터를 가속하도록 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 기능을 갖는 밀리터리용 스마트 밴드.
제 7항에 있어서, 상기 발전모듈에는,
외곽에 구성되는 각편이 상하 동수, 동각도로 같이 맞물리며 동간극을 유지하도록 구성된 상부스테이터;
외곽에 구성되는 각편이 상하 동수, 동각도로 같이 맞물리며 동간극을 유지하도록 구성된 하부스테이터;
N극과 S극의 수는 상부스테이터와 하부스테이터의 각편수의 합과 동일하게 구성되며, 원형모양에서 부채꼴 형태로 N극과 S극이 반복적으로 교차되면서 배치된 영구자석 Poles;
권선코일이 감겨지는 발전권선부;
상기 발전 권선부와 연결되어 발전된 교류 전압을 외부기기의 전원으로 인출하는 인출부;를 포함하여 구성되며,
상기 상부스테이터, 하부스테이터, 영구자석 Poles, 발전권선부는 상기 로터가 관통되어 체결되면서 일체화되는 것을 특징으로 하는 에너지 하베스팅 기능을 갖는 밀리터리용 스마트 밴드.
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