KR102609798B1

KR102609798B1 - 에너지 하베스팅 장치 및 전자식 잠금 시스템

Info

Publication number: KR102609798B1
Application number: KR1020207027133A
Authority: KR
Inventors: 요한 본 마턴
Original assignee: 아싸 아브로이 에이비
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2023-12-05
Also published as: US20210079690A1; KR20200125643A; US11965359B2; WO2019166387A1; EP3533955B1; CN112714817B; EP3533955A1; CN112714817A

Abstract

전자식 잠금 시스템(116)용 에너지 하베스팅 장치(12)로서, 에너지 하베스팅 장치(12)는: 발전기(34)를 구동하고 종동 부재 회전축(74)을 중심으로 회전하도록 배치된 종동 부재(32); 구동 부재(30)가 종동 부재(32)와 체결되지 않는 시작 위치(70) 및 구동 부재(30)가 종동 부재(32)와 구동 가능하게 체결될 수 있는 해제 위치(112) 사이에서 이동 가능한 구동 부재(30); 시작 위치(70)를 향하여 구동 부재(30)에 힘을 가하도록 배치되고 시작 위치(70)로부터의 구동 부재(30)의 변위로부터의 기계적 에너지를 저장하도록 배치된 하베스팅 탄성 요소(40); 및 해제 위치(112)로부터 시작 위치(70)로의 구동 부재(30)의 복귀 이동을 위해 하베스팅 탄성 요소(40)에 저장된 기계적 에너지를 해제하도록 배치된 해제 기구(42)를 포함한다. 또한, 전자식 잠금 시스템(116)이 제공된다.

Description

에너지 하베스팅 장치 및 전자식 잠금 시스템

본 발명은 일반적으로 에너지 하베스팅 장치에 관한 것이다. 특히, 전자식 잠금 시스템용 에너지 하베스팅 장치 및 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 전자식 잠금 시스템이 제공된다.

다양한 유형의 전자식 잠금 시스템이 알려져 있다. 순전히 기계식인 잠금 장치를 사용하는 대신에, 일부 잠금 시스템들은 도어 뒤의 영역에 접근할 수 있도록 예컨데 도어를 잠금 해제하는 잠금 부재(예를 들면, 잠금 볼트(lock bolt))의 전자식 구동 장치를 포함한다.

또한, 도어를 잠금 해제하는 전통적인 키를 사용하는 대신에, 도어 뒤의 영역에 사람이 접근할 수 있게 승인하는 다양한 유형의 전자 통신 방법들이 알려져있다. 예를 들면, 무선 주파수 인식(Radio Frequency Identification; RFID) 시스템의 리더(reader)가 도어에 설치되고 식별 대상 물체에 태그(tag)가 구비되거나 부착된 경우에 RFID 시스템이 사용될 수 있다.

전자식 잠금 시스템에 전력을 공급하기 위해, 소위 "자체 구동식(self-powered)" 전자식 잠금 시스템이 제안되었으며, 여기서 전기는 도어 핸들의 기계적 작동에 의해 생성되고 전자식 잠금 시스템에 전력을 공급하는데 사용된다. 이 개념은 에너지 하베스팅(energy harvesting)이라고도 알려져 있다.

US 2014/0225375 A1은 도어 핸들용 전력 공급 장치를 개시한다. 도어 핸들을 회전시켜 래치(latch)를 이동시키면, 도어 핸들의 회전 샤프트가 구동되어 구동 기어를 회전시킨다. 구동 기어의 회전은 전기적 잠금을 위한 전력을 생성하기 위해 발전기 샤프트의 회전에 전달된다.

본 발명의 목적은 발전기를 구동하는 종동 부재의 비교적 빠른 속도를 가능하게 하는, 전자식 잠금 시스템용 에너지 하베스팅 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 간단하고 (예를 들면, 부품이 몇 개 없고), 콤팩트하고, 신뢰할 수 있고/있거나 저렴한 디자인을 갖는, 전자식 잠금 시스템용 에너지 하베스팅 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 효율이 높고 기계적 손실이 적은, 전자식 잠금 시스템용 에너지 하베스팅 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 사용자 경험(user experience)을 향상시킬 수 있는, 전자식 잠금 시스템용 에너지 하베스팅 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전술한 목적들 중 일부 또는 전부를 해결하는, 전자식 잠금 시스템용 에너지 하베스팅 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전술한 목적들 중 하나, 일부 또는 전부를 해결하는, 잠금 장치를 포함하는 전자식 잠금 시스템을 제공하는 것이다.

하나의 양태에 따르면, 전자식 잠금 시스템용 에너지 하베스팅 장치가 제공되고, 상기 에너지 하베스팅 장치는: 발전기를 구동하고, 종동 부재 회전축을 중심으로 회전하도록 배치된 종동 부재; 구동 부재가 상기 종동 부재와 체결되지 않는 시작 위치(starting position) 및 구동 부재가 상기 종동 부재와 구동 가능하게 체결될 수 있는 해제 위치(releasing position) 사이에서 이동 가능한 구동 부재; 상기 시작 위치를 향하여 상기 구동 부재에 힘을 가하도록 배치되고, 상기 시작 위치로부터의 상기 구동 부재의 변위로부터 기계적 에너지를 저장하도록 배치된 하베스팅 탄성 요소(harvesting elastic element); 및 상기 해제 위치로부터 상기 시작 위치로의 상기 구동 부재의 복귀 이동을 위해 상기 하베스팅 탄성 요소에 저장된 기계적 에너지를 해제하도록 배치된 해제 기구(release mechanism)를 포함한다.

상기 구동 부재는 외력 또는 토크에 의해, 예를 들면 핸들의 수동 회전에 의해 상기 시작 위치로부터 상기 해제 위치로 이동할 수 있다. 그리고 상기 구동 부재는 특정 해제 위치에서 해제된다. 복귀 이동 동안, 상기 구동 부재는 상기 종동 부재를 구동하고 상기 발전기를 가속시키기 위해 가속한다. 상기 구동 부재가 해제 후에 상기 시작 위치로 복귀할 때, 상기 구동 부재는 상기 종동 부재를 통과하거나 "넘어간다". 상기 구동 부재가 상기 시작 위치에서 상기 종동 부재와 체결되지 않기 때문에, 상기 구동 부재가 해제되어 상기 시작 위치로 복귀했을 때 상기 종동 부재는 자유롭게 회전한다. 이에 따라, 구동 부재가 상기 시작 위치에서 상기 종동 부재와 체결되는 에너지 하베스팅 장치와는 대조적으로, 상기 시작 위치로부터 상기 해제 위치로의 변위 동안 상기 하베스팅 탄성 요소에 의해 저장된 모든 기계적 에너지는 해제될 수 있다. 이에 따라, 상기 에너지 하베스팅 장치는 상기 종동 부재를 빠른 속도로 가속하고, 최소한의 마찰 손실로 상기 종동 부재를 자유롭게 회전시킬 수 있다. 따라서, 상기 에너지 하베스팅 장치의 효율이 증가된다.

상기 하베스팅 탄성 요소는 스프링, 예를 들면 인장 스프링(extension spring)으로 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치는 예를 들면 핸들의 수동 회전에 의해 스프링을 제1 인장시키도록, 그리고 상기 발전기를 가속하기 위해 스프링을 해제하도록 구성될 수 있다.

상기 구동 부재와 상기 종동 부재가 주로 기어 휠(gear wheels)로 구성된 것으로 기술되어 있지만, 상기 구동 부재와 상기 종동 부재는 대안적인 방식들로, 예를 들면 마찰 수단(means of friction)에 의해 서로 체결되도록 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 상기 구동 부재와 상기 종동 부재는 마찰 휠(friction wheels)로 구성될 수 있다. 본 발명의 전반에 걸쳐서 상기 종동 부재는 대안적으로 플라이휠(flywheel)로 지칭될 수 있다.

그러나, 본 발명은 상기 구동 부재의 회전 운동에 제한되지 않는다. 상기 구동 부재는 상기 시작 위치와 상기 해제 위치 사이에서 예를 들면 대안적으로 선형으로 또는 실질적으로 선형으로 이동할 수 있다. 이 경우에, 상기 구동 부재는 종동 휠과 체결되는 랙(rack)으로 구성되거나 이 랙을 포함할 수 있다.

상기 구동 부재는 제1 방향으로 (예를 들면 회전방향으로 또는 선형적으로)상기 시작 위치로부터 상기 해제 위치로 이동할 수 있고, 상기 구동 부재는 상기 제1 방향과는 반대인 제2 방향으로 (예를 들면 회전방향으로 또는 선형적으로) 이동함으로써 해제 후에 상기 해제 위치로부터 상기 시작 위치로 복귀할 수 있다. 상기 제1 방향은 아웃바운드 이동(outbound movement) 또는 아웃바운드 변위(outbound displacement)로 지칭될 수 있고, 상기 제2 방향은 복귀 이동(returning movement) 또는 복귀 변위(returning displcement)로 지칭될 수 있다. 상기 구동 부재는 상기 구동 부재가 상기 종동 부재와 체결되지 않는 상기 시작 위치와 인접한 위치들에 있을 때를 제외하고 상기 아웃바운드 이동 중에 그리고 상기 복귀 이동 중에 상기 종동 부재와 구동 가능하게 체결된다.

상기 구동 부재는 상기 시작 위치와 상기 해제 위치 사이에서 구동 부재 회전축을 중심으로 회전 운동이 가능하다. 상기 구동 부재 회전축에 대한 상기 구동 부재의 반경은 종동 부재 회전축에 대한 상기 종동 부재의 반경의 3배 내지 7배와 같이, 5배와 같이, 2배 내지 10배일 수 있다.

상기 구동 부재가 구동 부재 회전축을 중심으로 회전 가능한 경우에, 상기 해제 위치는 대안적으로 해제 각도(releasing angle), 즉 구동 부재 회전축을 중심으로 한 상기 시작 위치와 상기 해제 위치 사이의 각도로 지칭될 수 있다. 상기 해제 각도는 구현 예들에 따라 달라질 수 있다. 상기 해제 각도는 (예를 들면 캐비넷 잠금 장치에서) 예를 들면 대략 80°일 수 있거나, (통상적인 도어 핸들에서) 대략 45°일 수 있다. 또한, 상기 구동 부재가 구동 부재 회전축을 중심으로 회전 가능할 때, 상기 시작 위치로부터의 아웃바운드 이동 및 복귀 이동은 둘 다 회전 이동(rotational movements)으로 구성된다.

상기 해제 기구는 상기 구동 부재를 해제하도록 구성된다. 상기 해제 기구는 상기 구동 부재의 특정 위치에서, 즉 상기 해제 위치에서 상기 구동 부재를 해제하도록 구성될 수 있다. 상기 구동 부재가 상기 시작 위치와 상기 해제 위치 사이에서 구동 부재 회전축을 중심으로 회전 가능한 경우, 상기 해제 기구는 상기 구동 부재의 특정 회전 위치에서, 즉 상기 해제 위치에서 상기 구동 부재를 해제하도록 구성될 수 있다.

상기 해제 기구는 예를 들면 상기 구동 부재와 연결된 해제 부재, 및 블록(block)과 같은 고정식 해제 부재 작동 수단(stationary release member activator)을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 구동 부재가 상기 시작 위치로부터 상기 해제 위치로 이동했으면, 상기 해제 부재 작동 수단이 상기 해제 부재를 작동시키도록 상기 해제 부재는 예를 들면 입력 부재에 고정된 구동 핀에 의해 상기 해제 부재 작동 수단과 접촉할 수 있다. 이 작동은 연장 위치(extended position)로부터 후퇴 위치(retracted position)로 상기 해제 부재를 미는 것으로 구성될 수 있다. 그 결과, 상기 구동 핀과 상기 해제 부재 사이의 체결이 해제되어 상기 해제 기구가 해제된다.

상기 구동 부재는 섹터 기어(sector gear), 또는 섹터를 따라 톱니를 포함하고 섹터 부근에는 톱니를 포함하지 않는 휠(wheel)로 구성될 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 상기 구동 부재는 평평할 수 있다. 상기 구동 부재는 구동 부재 회전축과 실질적으로 수직인, 또는 수직인 평면에서 가장 큰 치수를 가질 수 있다. 상기 구동 부재는 구동 톱니를 포함할 수 있고, 상기 종동 부재는 상기 구동 톱니와 맞물리는 종동 톱니를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치는, 상기 구동 톱니의 구동 탑 랜드(drive top land)(톱니 마루(tooth crest)로도 지칭됨)가 상기 종동 톱니의 종동 탑 랜드(driven top land)와 접촉할 때, 상기 종동 톱니가 상기 구동 톱니와 맞물리도록 위치하는 맞물림 위치(meshibg position) 및 상기 종동 부재가 상기 구동 부재로부터 편향되어 이격되는 편향 위치(deflected position) 사이에서 상기 종동 부재를 유연하게 지지하도록 배치된 지지 장치를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 종동 부재는 상기 시작 위치로부터 상기 해제 위치로의 이동 중에 상기 구동 부재가 통과할 수 있도록 편향될 수 있다. 상기 지지 장치는 대안적으로 가요성 마운트(flexible mount), 발전기 마운트(generator mount), 또는 연결 장치(linkage)로 지칭될 수 있다.

상기 구동 톱니가 상기 종동 톱니와 맞물리면, 상기 지지 장치는 편향되지 않는다. 그러나, 상기 구동 톱니가 상기 상기 종동 톱니와 맞물리지 않으면, 즉 상기 구동 톱니의 구동 탑 랜드가 상기 종동 톱니의 종동 탑 랜드와 맞물리지 않으면, 상기 지지 장치는 상기 구동 부재의 통과가 가능하도록 편향된다. 상기 구동 톱니와 상기 종동 톱니는 잠시 동안 상단에 올라갈 수 있지만, 상기 구동 부재가 약간 더 회전한 후에, 상기 종동 톱니는 미끄러져 떨어지고 상기 지지 장치에 의해 밀려서 상기 구동 톱니와 맞물리게 된다.

상기 에너지 하베스팅 장치는, 상기 구동 부재의 복귀 이동 중에 상기 구동 부재와 상기 종동 부재 사이의 역선(force line)을 따르는 상기 구동 부재로부터의 힘이 상기 맞물림 위치를 향하여 상기 지지 장치에 복원 모멘트(restoring moment) 또는 복원력(restoring force)을 발생시키도록 배치될 수 있다. 상기 역선은 대안적으로 작용선(line of action)으로 지칭될 수 있다. 상기 역선은 상기 구동 부재와 상기 종동 부재의 기초 원(base circle)에 접한다. 이에 따라, 상기 종동 부재는 상기 해제 위치로부터 상기 시작 위치로의 상기 구동 부재의 복귀 이동 중에 상기 구동 부재로부터의 힘에 의해 편향되는 것이 방지되고, 상기 지지 장치는 상기 맞물림 위치에 유지될 수 있다.

대안적으로, 또는 부가적으로, 상기 지지 장치는: 상기 종동 부재를 회전 가능하게 지지하고 상기 맞물림 위치와 상기 편향 위치 사이에서 이동 가능한 지지 부재; 및 상기 맞물림 위치를 향하여 상기 지지 부재에 힘을 가하도록 배치된 지지 탄성 요소(support elastic element)를 포함할 수 있다. 상기 지지 부재는 예를 들면 강성 아암(rigid arm)으로 구성될 수 있다.

상기 지지 부재의 대안적인 예로서, 상기 구동 톱니 및/또는 상기 종동 톱니는 맞물림을 용이하게 하기 위해 유연하게 만들어질 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 상기 구동 톱니 및/또는 상기 종동 톱니는 맞물림이 용이한 디자인을 가질 수 있다.

"하베스팅 탄성 요소(havesting elastic element)" 및 "지지 탄성 요소(support elastic element)"라는 용어들은 이 2개의 탄성 요소들을 구별하기 위해 선택된다. 본 발명의 전반에 걸쳐서, 상기 하베스팅 탄성 요소는 대안적으로 제1 탄성 요소로 지칭될 수 있고, 상기 지지 탄성 요소는 대안적으로 제2 탄성 요소로 지칭될 수 있다.

상기 지지 부재는 상기 맞물림 위치와 상기 편향 위치 사이에서 지지 부재 회전축을 중심으로 회전 가능하다. 이에 따라 상기 지지 부재는 상기 편향 위치로 피벗(pivot) 또는 스윙(swing)할 수 있다. 하나의 대안적인 예로서, 상기 지지 부재는 상기 맞물림 위치와 상기 편향 위치 사이에서 선형으로, 또는 실질적으로 선형으로 이동하도록 배치될 수 있다.

상기 하베스팅 탄성 요소는 시작 위치에서 예압될 수 있다. 이 경우에, 상기 시작 위치로부터 상기 해제 위치로의 상기 구동 부재의 변위로부터의 모든 기계적 에너지가 해제될 수 있더라도, 상기 하베스팅 탄성 요소가 상기 시작 위치에서 예압될 때 상기 하베스팅 탄성 요소에 저장된 모든 기계적 에너지가 해제되지는 않는다.

대안적인 예로서, 상기 하베스팅 탄성 요소는 상기 구동 부재가 상기 시작 위치에 있을 때 중립 상태(neutral state)를 취할 수 있다. 이 경우에, 구동 부재 정지부(drive member stop)는 생략될 수 있다.

본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치는 상기 종동 부재에 의해 구동되는 발전기를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 발전기는 본 발명에 따른 편향 지지 장치(deflecting support device)에 의해 지지될 수 있다.

본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치는 인장 부재(tensioning menber)를 더 포함할 수 있고, 상기 해제 기구는, 상기 해제 위치에 상기 구동 부재를 유지하도록 배치되고 상기 인장 부재에 의해 작동됨으로써 상기 해제 위치로부터의 상기 구동 부재의 복귀 이동을 위해 상기 하베스팅 탄성 요소에 저장된 기계적 에너지를 해제하도록 배치된 유지 및 해제 기구(hold and release mechanism)로 구성될 수 있다. 상기 인장 부재는 대안적으로 입력 부재로 지칭될 수 있다. 상기 인장 부재는 핸들에 연결되거나 핸들과 일체로 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 핸들은 예를 들면 핸들 레버(handle lever) 또는 손잡이(knob)로 구성될 수 있다. 상기 인장 부재는 예를 들면 인장 아암(tensioning arm)으로 구성될 수 있다.

상기 유지 및 해제 기구는: 상기 구동 부재가 로커 아암에 의해 상기 해제 위치에 유지될 수 있는 연장 위치(extended position) 및 상기 구동 부재가 상기 해제 위치로부터 해제되는 후퇴 위치(retracted position) 사이에서 로커 회전축을 중심으로 회전 운동이 가능한 로커 아암(rocker arm); 및 상기 연장 위치를 향하여 상기 로커 아암에 힘을 가하도록 배치된 로커 탄성 요소(rocker elastic element)를 포함할 수 있다. 상기 로커 탄성 요소는 스프링, 예를 들면 압축 스프링으로 구성될 수 있다.

상기 구동 부재는 구동 구조물(drive structure)을 포함하고, 상기 인장 부재는: 상기 인장 부재의 이동에 의해 상기 구동 부재를 상기 시작 위치로부터 상기 해제 위치로 이동시키기 위해 상기 구동 부재의 상기 구동 구조물을 체결하도록 배치된 구동 구조물 체결부(drive structure engaging part); 및 상기 연장 위치로부터 상기 후퇴 위치로 상기 로커 아암을 이동시키기 위해 상기 로커 아암을 체결하도록 배치된 로커 아암 체결부(rocker arm engaging part)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 로커 아암은 상기 구동 구조물에 의해 체결되도록 배치된 로커 아암 체결 가능 프로파일(rocker arm engageable profile)을 포함할 수 있다. 상기 구동 구조물이 상기 로커 아암 체결 가능 프로파일과 체결될 때, 상기 로커 아암은 상기 해제 위치에 상기 구동 부재를 유지할 수 있다. 상기 로커 아암 체결 가능 프로파일은 예를 들면 상기 로커 아암의 후크(hook) 또는 리세스(recess)로 구성될 수 있다.

본 발명의 전반에 걸쳐서, 상기 구동 구조물은 핀(pin)으로 구성될 수 있다. 상기 핀은 상기 구동 부재의 평면과 실질적으로 수직으로, 또는 수직으로 연장될 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 상기 핀은 상기 구동 부재 회전축과 실질적으로 평행하게, 또는 평행하게 연장될 수 있다.

상기 인장 부재와 상기 유지 및 해제 기구는, 제1 방향으로의 상기 인장 부재의 아웃바운드 회전(outbound rotation)의 말단 근처의, 또는 말단의 상기 해제 위치에 상기 구동 부재가 위치하도록 그리고 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로의 상기 인장 부재의 복귀 회전 동안 상기 인장 부재가 상기 유지 및 해제 기구를 해제 작동시키도록 구성될 수 있다. 아웃바운드 위치(outbound position)의 말단 근처는 제1 방향으로의 상기 인장 부재의 아웃바운드 회전의 각도 범위의 적어도 95%와 같이, 적어도 90%일 수 있다.

추가의 양태에 따르면, 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 잠금 장치가 제공된다. 상기 잠금 장치는 입력 부재 및 상기 입력 부재에 연결되거나 상기 입력 부재와 일체로 형성된 핸들을 포함할 수 있다. 상기 입력 부재는 핸들 샤프트 및/또는 인장 부재로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 에너지 하베스팅 장치는 상기 핸들의 회전으로부터의 에너지를 전기 에너지로 전환하도록 구성될 수 있다.

대안적으로, 또는 부가적으로, 상기 잠금 장치는 출력 부재 및 상기 출력 부재에 연결되거나 상기 출력 부재와 일체로 형성된 래치(latch)를 더 포함할 수 있다. 상기 출력 부재는 래치 샤프트로 구성될 수 있다.

추가의 양태에 따르면, 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 전자식 잠금 시스템이 제공된다.

추가의 양태에 따르면, 본 발명에 따른 잠금 장치를 포함하는 전자식 잠금 시스템이 제공된다.

추가의 양태에 따르면, 전자식 잠금 시스템의 에너지 하베스팅 장치를 작동시키는 방법이 제공되고, 상기 방법은: 시작 위치를 향하여 구동 부재에 힘을 가하도록 배치되고 시작 위치로부터의 상기 구동 부재의 변위로부터 기계적 에너지를 저장하도록 배치된 하베스팅 탄성 요소로부터의 힘에 대항하여, 상기 구동 부재가 종동 부재와 체결되지 않는 시작 위치로부터 상기 구동 부재가 종동 부재와 구동 가능하게 체결될 수 있는 해제 위치로 발전기용 구동 부재를 직접적으로 또는 간접적으로 수동으로 이동시키는 단계; 및 상기 해제 위치로부터 상기 시작 위치로의 상기 구동 부재의 복귀 이동을 위해 상기 하베스팅 탄성 요소에 저장된 기계적 에너지를 해제시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 추가의 상세들, 장점들 및 양태들은 도면들과 함께 제공된 다음의 실시예들로부터 명확해질 것이다.
도 1은 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 잠금 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2a 내지 2e는 서로 다른 상태에 있는 추가의 에너지 하베스팅 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 3a 내지 3e는 서로 다른 상태에 있는 추가의 에너지 하베스팅 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명에 개시된 실시예들이 적용될 수 있는 환경을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하에, 전자식 잠금 시스템용 에너지 하베스팅 장치 및 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 전자식 잠금 시스템이 기술될 것이다. 동일하거나 유사한 구조적인 특징들을 나타내는데 동일한 참조번호가 사용될 것이다.

도 1은 전자식 잠금 시스템을 위한 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치(12)의 일례를 포함하는 잠금 장치(10)의 일례의 사시도를 개략적으로 나타낸다. 이 예의 잠금 장치(10)는, 여기서 핸들 샤프트로 구성된 입력 부재(14) 및 여기서 입력 부재(14)에 견고하게 연결되고 입력 부재(14)를 수동 조작하기 위한 손잡이로 구성된 핸들(16)을 포함한다. 입력 부재(14)는 입력 회전축(18)을 중심으로 회전하도록 배치된다. 도 1의 잠금 장치(10)는 예를 들면 캐비닛 잠금 장치에 사용될 수 있다.

도 1의 예의 잠금 장치(10)는, 여기서 래치 샤프트로 구성된 출력 부재(20) 및 출력 부재(20)에 견고하게 연결된 래치(22)를 더 포함한다. 출력 부재(20)는 출력 회전축(24)을 중심으로 회전하도록 배치된다. 도 1의 예에서, 출력 회전축(24)은 입력 회전축(18)과 동심이지만, 이 관계는 예를 들면 경사 또는 오프셋(offset) 관계를 포함하여 서로 다를 수 있다. 출력 부재(20)는 베어링 장치(26)에 의해 출력 회전축(24)을 중심으로 회전하도록 지지된다.

이 예의 에너지 하베스팅 장치(12)는 입력 회전축(18)을 중심으로 제1 방향(28)으로의 입력 부재(14)의 회전으로부터 에너지를 수집하도록 구성된다. 본 발명은 도 1의 에너지 하베스팅 장치(12)의 유형에 제한되지 않는다.

도 1의 예의 에너지 하베스팅 장치(12)는 구동 부재(30), 종동 부재(32), 발전기(34), 구동 핀(36), 구동 부재 정지부(38), 하베스팅 탄성 요소(40) 및 해제 기구(42)를 포함한다. 여기서 구동 부재(30)는 입력 회전축(18)을 중심으로 입력 부재(14)에 대해 회전하도록 배치된 강성 피스(rigid piece)로 구성된다. 구동 부재(30)는 여기서 기어 휠로 구현된 종동 부재(32)의 종동 톱니(46)를 구동하기 위한 구동 톱니(44)를 포함한다. 종동 부재(32)는 발전기(34)를 구동시키도록 배치된다. 이 예에서, 종동 부재(32)는 발전기(34)의 샤프트(48)에 결합된다. 구동 핀(36)은 입력 부재(14)에 고정된다.

하베스팅 탄성 요소(40)는 여기서 인장 스프링(tension spring)으로 구현된다. 도 1에 도시된 에너지 하베스팅 장치(12)의 상태에서, 즉 구동 부재(30)의 시작 위치에서, 하베스팅 탄성 요소(40)는 인장, 즉 예압되고, 구동 부재 정지부(38)에 대해 입력 회전축(18)을 중심으로 제1 방향(28)과는 반대인 제2 방향(50)으로 구동 부재(30)에 회전력을 가한다. 구동 부재(30)가 입력 회전축(18)을 중심으로 제1 회전 방향(28)으로의 회전에 의해 변위됨에 따라 하베스팅 탄성 요소(40)의 장력이 증가된다.

도 1의 구동 부재 정지부(38)는 정지 핀으로 예시되어 있다. 그러나 구동 부재 정지부(38)는 대안적인 정지 구조들로 구성될 수 있다. 추가의 대안으로서, 구동 부재 정지부(38)는 제거될 수 있고 구동 부재(30)는 하베스팅 탄성 요소(40)의 휴지 위치(즉, 미부하 상태(unloaded state))에 의해 도 1에 도시된 위치에 위치할 수 있다.

도 1의 예의 해제 기구(42)는 구동 부재(30)에 연결된 해제 부재(52) 및 여기서는 블록으로 예시된 고정식 해제 부재 작동 수단(54)을 포함한다. 해제 부재(52)는 (도 1에 도시된) 연장 위치와 후퇴 위치 사이에서 힌지를 중심으로 회전 가능하다. 그러나, 도 1의 해제 기구(42)는 본 발명에 따른 해제 기구의 하나의 예일 뿐이다.

도 1의 예의 잠금 장치(10)는 전달 장치(56)를 더 포함한다. 전달 장치(56)는 예를 들면 허락된 액세스 제어 절차에 기초하여, 입력 회전축(18)을 중심으로 하는 입력 부재(14)의 회전에 의해 출력 부재(20)가 출력 회전축(24)을 중심으로 회전할 수 없는 잠금 상태 및 입력 회전축(18)을 중심으로 하는 입력 부재(14)의 회전에 의해 출력 부재(20)가 출력 회전축(24)을 중심으로 회전할 수 있는 잠금 해제 상태로부터 선택적으로 이동할 수 있다. 전달 장치(56)는 에너지 하베스팅 장치(12)에 의해, 예를 들면 커패시터(capacitor) 또는 수퍼커패시터(supercapacitor)와 같은 전력 저장 장치(미도시)를 통해 직접적으로 또는 간접적으로 전력을 공급받는다.

도 1의 예에서, 전달 장치(56)는 차단 장치(58)로 구성된다. (도 1에 도시된 바와 같이) 전달 장치(56)의 잠금 상태는 차단 장치(58)의 차단 상태로 구성되고, 전달 장치(56)의 잠금 해제 상태는 차단 장치(58)의 차단 해제 상태로 구성된다.

다양한 유형의 대안적인 전달 장치들이 존재한다. 또한, 본 발명에 따른 차단 장치는 도 1의 유형으로 제한되지 않는다. 오히려, 도 1의 차단 장치(58)는 단지 본 발명에 따른 차단 장치의 수 많은 예들 중 하나를 구성할 뿐이다. 도 1에서, 차단 장치(58)는 차단 상태를 취하기 위해 출력 부재(20)의 리세스(recess; 60) 내로 이동하고 차단 해제 상태를 취하기 위해 리세스(60) 밖으로 이동하도록 배치된다. 차단 장치(58)의 이동은 화살표(62)로 도시되어 있다. 차단 상태와 차단 해제 상태 사이에서 차단 장치(58)를 구동시키기 위해 액추에이터(미도시)가 사용될 수 있다.

도 1의 예에서, 입력 부재(14)는 체결 구조물(64)을 포함하고, 출력 부재(20)는 체결 구조물(64)에 의해 체결되도록 배치된 체결 가능 구조물(66)을 포함한다. 도 1에서, 체결 구조물(64)은 입력 부재(14)의 말단에 배치되고, 체결 가능 구조물(66)은 출력 부재(20)의 선단에 배치된다. 그러나, 체결 구조물(64) 및/또는 체결 가능 구조물(66)은 대안적인 위치들에 배치될 수 있고, 예를 들면 반드시 말단/선단일 필요는 없다. 또한, 도 1에서, 입력 부재(14)는 체결 구조물(64) 및 체결 가능 구조물(66)이 잘 보이도록 출력 부재(20)로부터 이격되어 있다.

체결 구조물(64)은 여기서 2개의 체결 돌출부로서 예시되고, 체결 가능 구조물(66)은 여기서 2개의 체결 가능 돌출부로서 예시된다. 각각의 체결 돌출부는 입력 회전축(18)에 대해 반경방향으로 연장되는 핀으로 구성된다. 각각의 체결 가능 돌출부는 출력 회전축(24)에 평행하게 연장되는 정지부로 구성된다.

체결 구조물(64) 및 체결 가능 구조물(66)은 체결 가능 구조물(66)이 체결되기 전에 체결 구조물(64)이 입력 회전축(18)을 중심으로 회전할 수 있는 각도 클리어런스(angular clearance; 68) 또는 섹터(sector)를 정의한다. 도 1의 예에서, 각도 클리어런스(68)는 90°이다. 그러나, 각도 클리어런스(68)는 더 크거나 더 작게 만들어질 수 있다.

도 1에서, 입력 부재(14)는 시작 위치 또는 중립 위치에 위치한다. 도 1은 기준의 목적으로 수직축(Z) 및 2개의 수평축들(X, Y)을 추가로 나타낸다. 도 1에서, 잠금 장치(10)는 일반적으로 수평으로 배향된다. 그러나, 잠금 장치(10)는 공간에서 임의로 배향될 수 있다.

이하에 도 1의 잠금 장치(10)를 작동시키는 방법의 일 예가 기술될 것이다. 차단 장치(58)가 차단 상태에 위치할 때, 출력 부재(20)는 출력 회전축(24)을 중심으로 회전하는 것이 차단된다. 그러나, 차단 장치(58)가 차단 상태에 위치할 때 예를 들면 체결 구조물(64)이 각도 클리어런스(68)를 통해 회전하도록, 입력 부재(14)는 입력 회전축(18)을 중심으로 90° 회전할 수 있다. 그러므로 입력 부재(14)는 항상 90° 회전할 수 있고, 이 회전으로부터의 에너지는 차단 장치(58)에 의해 취해진 상태에 관계없이 항상 에너지 하베스팅 장치(12)에 의해 수집될 수 있다.

또한, 구동 부재(30)가 도시된 시작 위치에 있을 때, 구동 부재(30)는 종동 부재(32)와 체결되지 않는다. 더 구체적으로, 구동 부재(30)의 시작 위치에서, 종동 부재(32)가 종동 부재 회전축(미도시)을 중심으로 자유롭게 회전하도록 구동 톱니(44)는 종동 톱니(46)로부터 멀어진다.

입력 부재(14)를 입력 회전축(18)을 중심으로 제1 방향(28)으로 수동으로 회전시키면, 예를 들면 핸들(16)을 손으로 잡고 회전시키면, 구동 핀(36)이 연장 위치에 있는 해제 부재(52)를 밀어서, 구동 부재(30)가 시작 위치로부터 입력 회전축(18)을 중심으로 제1 방향(28)으로 회전한다. 구동 부재(30)의 회전은 하베스팅 탄성 요소(40)에 의해 반작용 힘을 받는다.

구동 부재(30)가 초기에 입력 회전축(18)을 중심으로 제1 방향(28)으로 회전함에 따라, 구동 톱니(44), 종동 톱니(46) 및 종동 부재(32)를 통해 발전기(34)가 구동된다. 이 초기 회전 동안 발전기(34)에 의해 생성된 에너지는, 예를 들면 BLE 통신(BLE communication)에 의해 (도 4에 기술된) 액세스 제어 장치(access control device)의 액세스 제어 절차(access control procedure)를 각성시키고 수행하는데 사용될 수 있다. 구동 부재(30)는 구동 부재(30)가 종동 부재(32)와 체결되지 않는 시작 위치와 구동 부재(30)가 종동 부재(32)와 구동 가능하게 체결될 수 있는 해제 위치 사이에서 이동 가능하다.

입력 부재(14)가 입력 회전축(18)을 중심으로 제1 방향(28)으로 예를 들면 시작 위치로부터 해제 위치로 대략 80° 더 회전했으면, 해제 부재(52)는 해제 부재 작동 수단(54)과 접촉하게 되고, 해제 부재 작동 수단(54)은 연장 위치로부터 후퇴 위치로 해제 부재(52)를 민다. 결과적으로, 구동 핀(36)과 해제 부재(52) 사이의 체결이 해제되어 해제 기구(42)가 해제된다. 따라서, 이 예에서, 해제 각도는 대략 80°이다. 그러나, 해제 각도는 원하는 사용자 경험 및/또는 수집될 에너지의 양에 따라 임의로 설정될 수 있다. 예를 들어, 도어 핸들에서 해제 각도는 대략 45°로 설정될 수 있다.

해제시, 하베스팅 탄성 요소(40)는 입력 회전축(18)을 중심으로 제2 방향(50)으로 회전하도록, 즉 종동 부재(32)의 비교적 빠른 회전을 발생시키는 복귀 이동이 발생하도록 구동 부재(30)를 당긴다. 그리고나서, 구동 부재(30)는 구동 부재(30)가 종동 부재(32)와 다시 체결되지 않는 시작 위치에서 구동 부재 정지부(38)에 의해 (또는 하베스팅 탄성 요소(40)가 휴지 위치를 취할 때) 정지된다. 이에 따라, 종동 부재(32)는 회전이 사라질 때까지 자유롭게 회전한다. 따라서, 에너지 하베스팅 장치(12)에 의해 비교적 많은 양의 에너지가 수집된다.

액세스 제어 절차의 결과 액세스가 허락되면, 차단 장치(58)는 예를 들면 해제 기구(42)의 해제에 의해 수집된 에너지 또는 해제 기구(42)의 하나 이상의 조기 해제에 의해 수집된 에너지에 의해 차단 상태로부터 차단 해제 상태로 이동한다. 해제 기구(42)의 해제 동안 에너지 하베스팅 장치(12)에 의해 수집된 에너지는 차단 장치(58)를 차단 상태로부터 차단 해제 상태로 이동시키고 차단 상태로 다시 이동시키기에 충분할 수 있다. 수집된 에너지의 일부는 또한 저장되어 차단 상태로부터 차단 해제 상태로의, 그리고 다시 차단 상태로의 차단 장치(58)의 하나 이상의 후속 이동을 위해 사용될 수 있다.

캐비닛 잠금 장치의 경우, 해제 기구(42)의 해제 동안 에너지 하베스팅 장치(12)에 의해 수집된 에너지는 차단 장치(58)를 차단 상태로부터 차단 해제 상태로 그리고 다시 차단 상태로 이동시키는데 필요한 것보다 약간 더 많을 수 있다. 한 변형 예에 따르면, 예를 들면 캐비닛 잠금 장치에서, 초과 에너지는 저장되어 액세스 제어 장치를 각성시키는데, 그리고 후속 이동(subsequent passage) 동안 차단 장치(58)를 차단 해제하는데 사용될 수 있다. 후속 이동 동안 수집된 에너지는 후속 이동 이후에 차단 장치(58)를 차단하는데 사용될 수 있다.

도어 핸들과 같은 일부 구현 예의 경우, 비교적 큰 전력 저장 장치가 사용될 수 있다. 이 경우에 에너지 하베스팅 장치(12)는 전력 저장 장치가 실질적으로 완전히 충전된 상태를 유지하도록 전력 저장 장치를 반복적으로 충전할 수 있다. 이 경우에, 차단 장치(58)는 핸들(16)의 회전 전에 차단 상태로부터 차단 해제 상태로 이동할 수 있다. 이에 따라 수집된 에너지는 차후의 이동을 위해 사용될 수 있다.

입력 부재(14)가 입력 회전축(18)을 중심으로 제1 방향(28)으로 90° 회전했으면, 입력 부재(14)의 체결 구조물(64)은 출력 부재(20)의 체결 가능 구조물(66)과 체결되기 시작한다. 즉, 체결 구조물(64)은 체결 가능 구조물(66)과 접촉하게 된다. 차단 장치(58)는 이제 차단 해제 상태를 취하기 때문에, 입력 부재(14)가 입력 회전축(18)을 중심으로 제1 방향(28)으로, 예를 들면 90° 내지 180° 추가 회전하면, 출력 부재(20) 및 결과적으로 래치(22)가 회전하게 된다. 이러한 방식으로, 잠금 장치(10)는 잠금 해제될 수 있다.

잠금 장치(10)가 다시 잠기면, 입력 부재(14)는 입력 회전축(18)을 중심으로 제2 방향(50)으로 회전한다. 예를 들면 시작 위치로부터 180°에서 시작 위치로부터 90°까지의 초기 복귀 회전 동안에, 입력 부재(14)의 체결 구조물(64)은 각도 클리어런스(68)를 통해 이동한다. 예를 들면 시작 위치로부터 90°에서 시작 위치로부터 180°까지의 후속 복귀 회전 동안에, 출력 부재(20) 및 결과적으로 래치(22)는 입력 부재(14)와 함께 회전한다. 시작 위치로 복귀하기 직전에, 구동 핀(36)은 구동 부재(30)가 다시 회전할 수 있도록 해제 부재(52) 위로 올라간다. 다시 말해, 에너지 하베스팅 장치(12)가 리셋(reset)된다. 래치(22)가 예를 들면 래치(22) 또는 입력 부재(14)의 위치를 나타내는 값을 판독하는 위치 센서(미도시)에 의해 다시 잠긴 것으로 판정되면, 차단 장치(58)는 차단 해제 상태로부터 차단 상태로 다시 이동한다. 차단 장치(58)가 예를 들면 리세스(60)와 맞물리기 위한 스프링 장착 액추에이터 핀을 포함하는 경우, 출력 부재(20)가 차단 장치(58)와 회전방향으로 정렬될 때 액추에이터 핀이 리세스(60) 안으로 "점프(jump)"하도록, 차단 해제 상태로부터 차단 상태로의 차단 장치(58)의 이동은 조기에 작동될 수 있다.

도 2a 내지 2e는 서로 다른 상태에 있는 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치(12)의 추가의 예를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 에너지 하베스팅 장치(12)와의 주요 차이점들이 기술된다.

도 2a는 시작 위치(70)에 있는 구동 부재(30)를 도시한다. 도 2a에서, 에너지 하베스팅 장치(12)의 모든 부품들은 휴지 상태이다. 도 2a의 구동 부재(30)는 도 1과 연계되어 기술된 것과 동일한 방식으로 입력 부재(14) 및/또는 핸들(16)에 의해 구동될 수 있다. 도 2a의 에너지 하베스팅 장치(12)는 또한 해제 기구(미도시)를 포함한다. 해제 기구는 도 1의 유형이거나 본 발명에 따른 임의의 다른 유형일 수 있다.

도 2a의 예에서, 구동 부재(30)는 도 2a의 시작 위치(70)와 해제 위치 사이에서 구동 부재 회전축(72)을 중심으로 회전 가능하다. 이 예에서, 구동 부재 회전축(72)은 도 1에 따른 입력 부재(14)의 입력 회전축(18)과 동심이다. 본 발명에 따른 시작 위치(70)와 해제 위치 사이에서의 구동 부재(30)의 이동은 회전 운동으로 제한되지 않는다. 선형 또는 실질적으로 선형인 이동이 대안적으로 채용될 수 있다. 이 경우, 구동 부재는 랙을 포함하거나 랙으로 구성될 수 있다. 또한, 구동 부재 회전축(72)은 입력 부재(14)의 입력 회전축(18)과 동심일 필요가 없다.

도 2a의 종동 부재(32)는 종동 부재 회전축(74)을 중심으로 회전 가능하다. 구동 부재 회전축(72)에 대한 구동 부재(30)의 반경(즉, 구동 부재 회전축(72)과 구동 톱니(44) 사이의 거리)은 종동 부재 회전축(74)에 대한 종동 부재(32)의 반경(즉, 종동 부재 회전축(74)와 종동 톱니(46) 사이의 거리)의 대략 5배이다. 그러나, 본 발명은 이러한 반경들의 특정 관계에 제한되지 않는다.

도 2a의 예에서, 구동 부재(30)는 섹터 기어(sector gear)로 구성된다. 이 예에서 (구동 부재 회전축(72)에 대한) 섹터 기어의 연장 각도는 대략 60°이다.

도 2a에서 볼 수 있는 것처럼, 구동 부재(30)는 시작 위치(70)에서 종동 부재(32)와 체결되지 않는다. 구동 부재(30)와 종동 부재(32)가 분리되어 있지만, 구동 부재(30)는 종동 부재 (32)에 다소 가깝다. 이 예에서, 구동 부재(30)는 구동 부재 회전축(72)에 대해 대략 10°의 각도 거리만큼 종동 부재(32)로부터 분리되어 있다. 이 각도 거리는 1° 내지 10°와 같이, 1° 내지 20°일 수 있다.

이 예의 하베스팅 탄성 요소(40)는 예압된 인장 스프링(tension spring)으로 구성된다. 따라서 하베스팅 탄성 요소(40)는 구동 부재 정지부(38) 측에 대항하여 구동 부재(30)를 당겨서 도 2a에 따른 시작 위치(70)에 구동 부재(30)를 유지시킨다. 그러나, 하베스팅 탄성 요소(40)는 구동 부재(30)의 시작 위치(70)에서 예압될 필요는 없다.

도 2a의 예에 따른 에너지 하베스팅 장치(12)는 지지 장치(76)를 더 포함한다. 지지 장치(76)는 맞물림 위치와 편향 위치 사이에서 종동 부재(32)를 유연하게지지하도록 배치된다. 도 2a에서, 지지 장치(76)는 맞물림 위치에 있다. 맞물림 위치에서, 종동 부재(32)는 구동 부재(30)가 시작 위치(70)로부터 약간 회전했을 때 종동 톱니(46)가 구동 톱니(44)에 의해 체결될 수 있도록 위치한다.

도 2a의 예의 지지 장치(76)는, 종동 부재 회전축(74)을 중심으로 종동 부재(32)를 회전 가능하게 지지하기 위해, 여기서 강성 아암(rigid arm)으로 구현된 지지 부재(78)를 포함한다. 지지 부재(78)는 지지 부재 회전축(80)을 중심으로 회전 가능하게 힌지 연결된다. 따라서, 지지 부재(78)는 맞물림 위치와 편향 위치 사이에서 지지 부재 회전축(80)을 중심으로 회전 가능하다.

이 예의 지지 장치(76)는 여기서 지지 부재 정지 핀으로 구현된 지지 부재 정지부(84)를 향하여 지지 부재(78)에 힘을 가하도록 배치된 여기서 인장 스프링으로 구현된 지지 탄성 요소(82)를 더 포함한다. 따라서, 지지 부재 정지부(84)는 지지 부재(78) 및 결과적으로 또한 지지 장치(76)의 맞물림 위치를 정의한다.

이하에 도 2a 내지 2e를 참조하여 에너지 하베스팅 장치(12)의 작동의 일 예가 기술될 것이다. 입력 부재(14)가 입력 회전축(18)을 중심으로 제1 방향(28)으로 회전할 때, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 핸들(16)을 수동으로 회전시킴으로써, 외부 토크가 구동 부재(30)에 적용된다. 이에 따라 구동 부재(30)는 도 2b에 도시된 바와 같이 구동 부재 회전축(72)을 중심으로 제1 방향(28)으로 회전하기 시작한다. 이 회전은 아웃바운드 회전(outbound rotation), 아웃바운드 이동(outbound movement) 또는 아웃바운드 변위(outbound displacement)로 지칭될 수 있다. 도 2b에서, 구동 톱니(44)는 종동 톱니(46)와 맞물린다. 따라서, 지지 장치(76)는 맞물림 위치에 유지된다. 구동 부재(30)가 구동 부재 회전축(72)을 중심으로 제1 방향(28)으로 회전함에 따라, 하베스팅 탄성 요소(40)는 더 인장된다.

그러나, 구동 부재(30)가 시작 위치(70)로부터 이동하기 시작하면, 구동 톱니(44)의 구동 탑 랜드(drive top land)(미도시)가 종동 톱니(46)의 종동 탑 랜드(driven top land)(미도시)와 접촉할 위험이 있다. 탑 랜드들 사이의 이러한 충돌은 구동 부재(30)의 회전을 차단할 수 있다. 이것이 발생하면, 구동 부재(30)의 회전은 구동 탑 랜드로 하여금 종동 탑 랜드를 밀게 하여, 지지 장치(76)가 맞물림 위치로부터 멀어지게, 즉 편향 위치로 이동하게 할 수 있다. 지지 장치(76)가 편향 위치를 취할 때, 구동 부재(30)는 계속 회전할 수 있다. 지지 부재(78) 상의 지지 탄성 요소(82)로부터의 힘으로 인해, 종동 톱니(46)는 구동 톱니(44)에 대항하여 밀린다. 따라서 구동 톱니(44)와 종동 톱니(46)는 구동 부재(30)가 계속 회전함에 따라 결국 맞물림 상태를 취할 것이고, 지지 장치(76)는 맞물림 위치를 취할 것이다.

도 2b에 따른 구동 부재 회전축(72)을 중심으로 제1 방향(28)으로 구동 부재(30)가 회전하는 동안의 종동 부재(32)의 회전으로부터의 에너지는 발전기(34)에 의해 수집된다. 이 에너지는 저전력 블루투스(BLE; Bluetooth Low Energy)와 같은 액세스 제어 장치를 각성시키는데 사용될 수 있다.

도 2c는 구동 부재(30)가 구동 부재 회전축(72)을 중심으로 제1 방향(28)으로 더 회전한 상태에서의 에너지 하베스팅 장치(12)를 도시한다. 도 2c에서, 구동 부재(30)는 해제 위치에 가깝다. 도 2a 내지 2e의 해제 위치는 시작 위치(70)로부터 대략 45°, 또는 다른 임의의 각도에 있을 수 있다.

도 2d는 해제 기구(42)의 해제 직후 상태의 에너지 하베스팅 장치(12)를 도시한다. 구동 부재(30) 및 종동 부재(32)는 이제 하베스팅 탄성 요소(40)로부터의 힘에 의해 구동되어 빠르게 가속된다. 구동 부재(30)는 이제 구동 부재 회전축(72)을 중심으로 제2 방향(50)으로 회전한다. 구동 부재(30)가 해제 후 종동 부재(32)를 구동함에 따라, 구동 부재(30)는 종동 부재(32)보다 낮은 회전 속도를 가지며, 이 경우에는 대략 5배 더 낮다. 이것은 에너지 하베스팅 장치(12)의 효율을 증가시킨다. 기어비는 사용되는 발전기(34)에 따라 최적화될 수 있다.

도 2d는 구동 부재(30)의 복귀 회전 동안의 구동 부재(30)와 종동 부재(32) 사이의 역선(force line)(85)을 따르는 구동 부재(30)로부터의 힘이 맞물림 위치를 향하는 지지 장치(76) 상에 (도 2d의 지지 부재 회전축(20)에 대해 시계 방향으로) 복원 모멘트를 생성하는 것을 추가로 도시한다. 이에 따라, 복귀 회전 중의 구동 부재(30)로부터의 힘에 의해 종동 부재(32)가 편향되는 것이 방지된다.

도 2e는 구동 부재(30)가 시작 위치(70)로 복귀한 상태의 에너지 하베스팅 장치(12)를 도시한다. 구동 부재(30)가 종동 부재(32)를 지나 이동하기 때문에 운동 에너지 손실(kinetic loss)이 감소될 수 있다. 구동 톱니(44)는 종동 톱니(46)와의 체결이 해제되어 더 이상 상호 작용하지 않는다. 따라서, 종동 부재(32)는 회전이 사라질 때까지 자유롭게 회전할 수 있다. 구동 부재(30)에 의한 복귀 회전은 구동 부재 정지부(38)에 의해 제한된다.

도 3a 내지 3e는 서로 다른 상태에 있는 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치(12)의 추가적인 예를 개략적으로 나타낸다. 도 1 및 2와의 주요 차이점이 기술될 것이다. 도 3a 내지 3e에 따른 에너지 하베스팅 장치(12)는 또한 도 2a 내지 2e에 따른 지지 장치(76)를 포함할 수 있다.

도 3a를 참조하면, 이 예의 에너지 하베스팅 장치(12)는 여기서 인장 아암(tensioning arm)으로 구현된 인장 부재(14)를 포함한다. 인장 부재(14)는 핸들(16)에 연결되어 입력 부재를 구성할 수 있다. 도 3a에서, 해제 기구(42)는 유지 및 해제 기구(86), 즉 구동 부재(30)를 유지하도록 구성되고 구동 부재(30)를 해제하도록 구성된 기구로 구성된다. 유지 및 해제 기구(86)는 해제 위치에 구동 부재(30)를 유지하도록 배치된다. 유지 및 해제 기구(86)는 또한, 인장 부재(14)에 의해 작동될 때, 해제 위치로부터 구동 부재(30)의 복귀 이동을 위해 하베스팅 탄성 요소(40)에 저장된 기계적 에너지를 해제하도록 배치된다.

도 3a의 예의 유지 및 해제 기구(86)는 로커 아암(88)을 포함한다. 로커 아암(88)은 후퇴 위치(92)와 연장 위치 사이에서 로커 회전축(90)을 중심으로 회전하도록 힌지 연결된다. 도 3a에서, 로커 아암(88)은 후퇴 위치(92)에 있다. 이 예의 유지 및 해제 기구(86)는 여기서 압축 스프링으로 구현된 로커 탄성 요소(94)를 더 포함한다. 로커 탄성 요소(94)는 도 3a에 따른 후퇴 위치(92)로부터 연장 위치를 향하여 로커 아암(88)을 민다. 이 예의 유지 및 해제 기구(86)는 로커 아암(88)을 정지시키기 위한 선택적인 로커 아암 정지부(96)를 더 포함한다. 따라서 로커 아암 정지부(96)는 로커 아암(88)의 연장된 위치를 정의한다.

도 3의 예에서, 구동 부재(30)는 구동 구조물(98)을 포함하고, 인장 부재(14)는 구동 구조물 체결부(100)를 포함한다. 구동 구조물 체결부(100)는 구동 구조물(98)과 체결되도록 배치되고, 입력 회전축(18)을 중심으로 인장 부재(14)를 회전시켜 구동 부재(30)를 시작 위치(70)로부터 해제 위치로 이동시키도록 배치된다. 또한, 도 3a 내지 3e의 예에서, 입력 회전축(18)은 구동 부재 회전축(72)과 동심이다.

도 3a에서, 구동 구조물(98)은 구동 부재(30)로부터 연장된 핀으로 구성되고, 구동 구조물 체결부(100)는 인장 부재(14)의 단부로 구성된다. 그러나, 구동 구조물(98) 및 구동 구조물 체결부(100)는 인장 부재(14)의 회전을 구동 부재(30)의 회전에 또는 대안적인 변형예들의 구동 부재(30)의 병진 이동에 전달하기 위한 임의의 유형일 수 있다.

도 3a의 예의 인장 부재(14)는 구동 구조물(98)를 수용하기 위해 여기서는 리세스로서 구현된 로커 아암 체결 가능 프로파일(rocker arm engageable profile)(102)을 포함한다. 인장 부재(14)는 여기서 로커 아암(88)의 단부로 구성된 로커 아암(88)의 로커 아암 체결 가능부(106)를 체결하기 위해 로커 아암 체결부(104)를 더 포함한다. 이 예에서, 로커 아암 체결부(104)는 인장 부재(14)의 단부로 구성되고, 로커 아암 체결 가능부(106)는 로커 아암(88)의 단부로 구성된다. 로커 아암 체결부(104)와 로커 아암 체결 가능부(106) 사이의 체결은 로커 탄성 요소(94)를 압축시키고, 로커 아암(88)이 후퇴 위치(92)에 유지되도록 한다.

이하에 도 3a 내지 3e의 에너지 하베스팅 장치(12)의 작동의 일 예가 기술될 것이다. 도 3a는 시작 위치(70)에 있는 구동 부재(30)를 도시한다. 도 3a에서, 모든 부품들은 휴지 상태에 있다. 인장 부재(14)의 로커 아암 체결부(104)는 로커 아암(88)의 로커 아암 체결 가능부(106)와 접촉한다. 인장 부재(14)의 구동 구조물 체결부(100)는 구동 부재(30)의 구동 구조물(98)과 접촉하고, 하베스팅 탄성 요소(40)을 인장할 준비가 되어 있다.

도 3b는 인장 부재(14)에 외부 토크를 가함으로써, 예를 들어 핸들(16)을 수동 회전시킴으로써, 인장 부재(14)가 입력 회전축(18)을 중심으로 제1 방향(28)으로 회전하는 것을 도시한다. 구동 구조물 체결부(100)가 구동 구조물(98)과 체결되기 때문에, 인장 부재(14)의 이러한 회전은 구동 부재 회전축(72)을 중심으로 (그리고 동심의 입력 회전축(18)을 중심으로) 제1 방향(28)으로 구동 부재(30)를 회전시킨다. 결과적으로, 하베스팅 탄성 요소(40)가 인장된다.

인장 부재(14)의 이 아웃바운드 회전 동안, 로커 탄성 요소(94)로부터의 힘에 의해 로커 아암(88)은 초기에 로커 아암 회전축(90)을 중심으로 제1 회전 방향(108)으로 회전한다. 로커 아암 체결 가능부(106)가 로커 아암 정지부(96)와 접촉할 때, 인장 부재(14)의 추가 회전으로 인해 로커 아암 체결부(104)와 로커 아암 체결 가능부(106) 사이의 체결이 해제된다. 이에 따라 로커 아암(88)은 도 3b에 도시 된 것처럼 연장 위치(110)에서 정지된다.

도 3c는 인장 부재(14)가 입력 회전축(18)을 중심으로 추가로 회전된 에너지 하베스팅 장치(12)의 상태를 도시한다. 하베스팅 탄성 요소(40)는 구동 구조물 체결부(100)와 구동 구조물(98) 사이의 체결로 인한 구동 부재(30)의 추가 회전에 의해 더 인장되어, 더 많은 기계적 에너지가 하베스팅 탄성 요소(40)에 저장되었다. 구동 부재(30)는 해제 위치(112)로 이동하였다.

도 3c의 인장 부재(14)의 회전 위치에서, 구동 구조물(98)은 로커 아암 체결 가능 프로파일(102)에 수용되고 결합된다. 이에 따라, 유지 및 해제 기구(86)는 해제 위치(112)에 구동 부재(30)를 유지한다. 이 상태는 또한 인장 부재(14)의 추가 회전을 차단할 수 있다. 인장 부재(14)는 이제 구동 부재(30)가 해제 위치(112)에 머무르는 동안 제2 방향(50)으로 회전될 수 있다. 도 3a 및 3c의 상태들 사이의 입력 회전축(18)을 중심으로 한 제1 방향(28)으로의 구동 부재(30)의 각도 거리는 대략 45°이지만 더 크거나 더 작을 수 있다.

도 3d는 인장 부재(14)가 복귀 이동을, 즉 입력 회전축(18)을 중심으로 제2 방향(50)으로의 인장 부재(14)의 회전을 개시한 에너지 하베스팅 장치(12)의 상태를 도시한다. 복귀 이동 동안, 인장 부재(14)는 구동 부재(30)가 해제 위치(112)에 유지되는 동안 회전한다. 따라서, 도 3a 내지 3e의 해제 위치(112)는 도 1 및 2와 비교하여 "이동"하였다. 즉, 핸들(16)의 다른 회전 위치에서 트리거되도록 해제가 설정된다.

인장 부재(14)의 복귀 이동이 계속됨에 따라, 로커 아암 체결부(104)는 로커 아암 체결 가능부(106)와 체결되거나 이를 작동시킨다. 도 3e는, 인장 부재(14)가 추가 회전함에 따라, 로커 아암 체결부(104)와 로커 아암 체결 가능부(106) 사이의 체결로 인하여 로커 아암(88)이 로커 탄성 요소(94)의 압축에 대항하여 로커 회전축(90)을 중심으로 제2 방향(114)으로 회전하게 되는 것을 도시한다. 로커 아암(88)의 이러한 회전으로 인해, 로커 아암 체결 가능 프로파일(102)은 구동 구조물(98)로부터 멀어지고 이들 사이의 체결이 해제된다. 그 결과, 구동 부재(30)는 해제되고 시작 위치로 다시 회전한다. 도 1 및 2와 마찬가지로, 구동 부재(30)의 복귀 이동으로부터의 에너지는 발전기(34)에 의해 수집될 수 있다.

따라서, 도 1 및 2와 대조적으로, 도 3a 내지 3e에 따른 에너지 하베스팅 장치(12)는 인장 부재(14)의 복귀 이동 동안에 그리고 인장 부재(14)에 연결된 핸들(16)의 복귀 이동 동안에 해제를 발생시킨다. 이에 따라 조작자는 개방 운동의 하부에서 해제를 느끼지 않는다. 대신 복귀 이동 중에 해제가 느껴진다. 이것은 사용자 경험을 향상시킬 수 있다. 따라서 에너지 하베스팅 이동(아웃바운드 이동)은 도 2 및 3과 동일하지만 해제가 발생하는 각도는 다르다. 이것은 사용자에게 좋은 느낌을 준다.

도 3c의 단부 위치와 구동 부재(30)의 해제가 작동되는 위치 사이에서의 인장 부재(14)의 복귀 이동의 각도 거리는 30° 내지 50°과 같이, 대략 40°와 같이, 예를 들면 20° 내지 60°일 수 있다. 구현에 따라 다른 각도 거리들도 가능하다.

도 4는 본 발명에 개시된 실시예들이 적용될 수 있는 환경을 개략적으로 나타낸다. 더 구체적으로, 도 4는 본 발명에 따른 잠금 장치(10) 및 에너지 하베스팅 장치(12) 그리고 전자식 액세스 제어 장치(118)를 포함하는 전자식 잠금 시스템(116)을 도시한다.

물리적 공간(120)으로의 액세스(access)는 이동 가능한 액세스 부재(122)에 의해 제한된다. 이동 가능한 액세스 부재(122)는 제한된 물리적 공간(120)과 액세스 가능한 물리적 공간(124) 사이에 위치한다. 액세스 가능한 물리적 공간(124)은 그 자체로 제한된 물리적 공간일 수 있지만, 액세스 가능한 물리적 공간(124)은 액세스 부재(122)와 관련하여 액세스가 가능하다는 것에 유의해야 한다. 이동 가능한 액세스 부재(122)는 도어(door), 게이트(gate), 해치(hatch), 캐비닛 도어(cabinet door), 메일박스 도어(mailbox door), 서랍, 창 등일 수 있다.

액세스 제어 장치(118)는 잠금 장치(10)의 에너지 하베스팅 장치(12)에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 전자식 액세스 제어 장치(118)는 전달 장치(56)에 연결되며, 이는 잠금 상태 또는 잠금 해제 상태로 설정되도록 액세스 제어 장치(118)에 의해 제어될 수 있다.

액세스 제어 장치(118)는 복수의 안테나(130a, 130b)를 사용하여 무선 인터페이스(128)를 통해 휴대용 키 디바이스(126)와 통신한다. 휴대용 키 디바이스(126)는, 사용자가 휴대할 수 있고 무선 인터페이스(128)를 통한 인증에 사용될 수 있는 임의의 적합한 디바이스이다. 휴대용 키 디바이스(126)는 전형적으로 사용자가 휴대하거나 착용하며, 휴대 전화, 스마트 폰, 열쇠 고리, 웨어러블 기기, 스마트 폰 케이스, RFID(Radio Frequency Identification) 카드 등으로 구현될 수 있다. 도 4에서 2개의 안테나(130a, 130b)를 볼 수 있다. 그러나, 액세스 제어 장치(118)와 관련하여 단지 하나의 안테나 또는 2개 보다 많은 안테나가 제공될 수 있다. 무선 통신을 사용하여, 휴대용 키 디바이스(126)의 인증 및 권한은 액세스 제어 절차에서 예를 들면 도전 및 응답 방식(challenge and response scheme)을 사용하여 체크될 수 있으며, 그 후에 액세스 제어 장치(118)가 액세스를 허락 또는 거부한다.

액세스 제어 절차의 결과 액세스가 허락되면, 액세스 제어 장치(118)는 잠금 해제 신호를 전달 장치(56)에 전송함으로써, 전달 장치(56)가 잠금 상태에서 잠금 해제 상태로 이동된다. 이 실시 예에서, 이 잠금 해제 신호는 예를 들면 직렬 인터페이스(예를 들면, RS485, RS232), 유니버셜 직렬 버스(USB; Universal Serial Bus), 이더넷(Ethernet) 또는 심지어 (예를 들면, 전달 장치(56)와의) 간단한 전기적 연결 수단을 이용한 유선 통신을 통한 신호, 또는 대안적으로 무선 인터페이스를 이용한 신호를 의미(imply)할 수 있다.

전달 장치(56)가 잠금 해제 상태에 있을 때, 출력 부재(20)는 입력 회전축(18)을 중심으로 한 입력 부재(14)의 회전에 의해 출력 회전축(24)을 중심으로 회전될 수 있다. 이러한 방식으로 출력 부재(20)에 연결된 래치(22)를 회전시킴으로써, 액세스 부재(122)가 개방될 수 있다.

액세스 제어 절차의 결과 액세스가 거부되면, 액세스 제어 장치(118)는 잠금 해제 신호를 전달 장치(56)에 전송하지 않는다. 이러한 방식으로, 제한된 물리적 공간(120)으로의 액세스는 액세스 제어 장치(118)에 의해 제어될 수 있다.

본 발명은 예시적인 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 본 발명은 전술한 것에 제한되지 않음을 이해할 것이다. 예를 들어, 부품의 치수는 필요에 따라 변할 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위에 의해서만 제한될 수 있는 것으로 의도된다.

Claims

잠금 장치(10)로서,
- 핸들(16); 및
- 전자식 잠금 시스템(116)용 에너지 하베스팅 장치(12)를 포함하고,
에너지 하베스팅 장치(12)는:
- 발전기(34)를 구동하고, 종동 부재 회전축(74)을 중심으로 회전하도록 배치된 종동 부재(32);
- 구동 부재(30)가 종동 부재(32)와 체결되지 않는 시작 위치(70)와 구동 부재(30)가 종동 부재(32)와 구동 가능하게 체결될 수 있는 해제 위치(112) 사이에서 이동 가능한 구동 부재(30);
- 시작 위치(70)를 향하여 구동 부재(30)에 힘을 가하도록 배치되고, 시작 위치(70)로부터의 구동 부재(30)의 변위로부터의 기계적 에너지를 저장하도록 배치된 하베스팅 탄성 요소(40); 및
- 해제 위치(12)로부터 시작 위치(70)까지의 구동 부재(30)의 복귀 이동을 위해 하베스팅 탄성 요소(40)에 저장된 기계적 에너지를 해제하도록 배치된 해제 기구(42)를 포함하고,
구동 부재(30)는 핸들(16)의 수동 회전에 의해 시작 위치(70)로부터 해제 위치(112)로 이동하도록 배치되는 잠금 장치(10).
제1항에 있어서,
구동 부재(30)는 시작 위치(70)와 해제 위치(112) 사이에서 구동 부재 회전축(72)을 중심으로 회전 운동이 가능한 잠금 장치(10).
제2항에 있어서,
구동 부재(30)는 섹터 기어, 또는 섹터를 따라 톱니를 포함하고 섹터 부근에는 톱니를 포함하지 않는 휠로 구성되는 잠금 장치(10).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
구동 부재(30)는 구동 톱니(44)를 포함하고, 종동 부재(32)는 구동 톱니(44)와 맞물리는 종동 톱니(46)를 포함하는 잠금 장치(10).
제4항에 있어서,
구동 톱니(44)의 구동 탑 랜드가 종동 톱니(46)의 종동 탑 랜드와 접촉할 때, 종동 톱니(46)가 구동 톱니(44)와 맞물리도록 위치하는 맞물림 위치 및 종동 부재(32)가 구동 부재(30)로부터 편향되어 이격되는 편향 위치 사이에서 종동 부재(32)를 유연하게 지지하도록 배치된 지지 장치(76)를 더 포함하는 잠금 장치(10).
제5항에 있어서,
구동 부재(30)의 복귀 이동 중에 구동 톱니(44)와 종동 톱니(46) 사이에서 역선(85)을 따르는 구동 부재(30)로부터의 힘이 맞물림 위치를 향하여 지지 장치(76)에 복원 모멘트 또는 복원력을 생성하도록 배치되는 잠금 장치(10).
제5항에 있어서,
지지 장치(76)는:
- 종동 부재(32)를 회전 가능하게 지지하고, 맞물림 위치와 편향 위치 사이에서 이동 가능한 지지 부재(78); 및
- 맞물림 위치를 향하여 지지 부재(78)에 힘을 가하도록 배치된 지지 탄성 요소(82)를 포함하는 잠금 장치(10).
제7항에 있어서,
지지 부재(78)는 맞물림 위치와 편향 위치 사이에서 지지 부재 회전축(80)을 중심으로 회전 운동이 가능한 잠금 장치(10).
제1항에 있어서,
하베스팅 탄성 요소(40)는 시작 위치(70)에서 예압되는 잠금 장치(10).
제1항에 있어서,
에너지 하베스팅 장치(12)는 종동 부재(32)에 의해 구동되도록 배치된 발전기(34)를 더 포함하는 잠금 장치(10).
제1항에 있어서,
에너지 하베스팅 장치(12)는 인장 부재(14)를 더 포함하고,
해제 기구(42)는, 해제 위치(112)에 구동 부재(30)를 유지하도록 배치되고 인장 부재(14)에 의해 작동됨으로써 해제 위치(112)로부터의 구동 부재(30)의 복귀 이동을 위해 하베스팅 탄성 요소(40)에 저장된 기계적 에너지를 해제하도록 배치된 유지 및 해제 기구(86)로 구성되는 잠금 장치(10).
제11항에 있어서,
유지 및 해제 기구(86)는:
- 구동 부재(30)가 로커 아암(88)에 의해 해제 위치(112)에 유지될 수 있는 연장 위치(110) 및 구동 부재(30)가 해제 위치(112)로부터 해제되는 후퇴 위치(92) 사이에서 로커 회전축(90)을 중심으로 회전 운동이 가능한 로커 아암(88); 및
- 연장 위치(110)를 향하여 로커 아암(88)에 힘을 가하도록 배치된 로커 탄성 요소(94)를 포함하는 잠금 장치(10).
제12항에 있어서,
구동 부재(30)는 구동 구조물(98)을 포함하고,
인장 부재(14)는:
- 인장 부재(14)의 이동에 의해 구동 부재(30)를 시작 위치(70)로부터 해제 위치(112)로 이동시키기 위해 구동 부재(30)의 구동 구조물(98)을 체결하도록 배치된 구동 구조물 체결부(100); 및
- 연장 위치(110)로부터 후퇴 위치(92)로 로커 아암(88)을 이동시키기 위해 로커 아암(88)을 체결하도록 배치된 로커 아암 체결부(104)를 포함하는 잠금 장치(10).
제11항에 있어서,
인장 부재(14)와 유지 및 해제 기구(86)는, 제1 방향(28)으로의 인장 부재(14)의 아웃바운드 회전의 말단 근처의 해제 위치(112)에 구동 부재(30)가 위치하도록 그리고 인장 부재(14)가 작동하여 제1 방향(28)과 반대인 제2 방향(50)으로의 인장 부재(14)의 복귀 회전 동안 유지 및 해제 기구(86)를 해제하도록 구성되는 잠금 장치(10).
제1항에 따른 잠금 장치(10)를 포함하는 전자식 잠금 시스템(116).