KR102613332B1 - 해제 기구, 에너지 하베스팅 장치 및 전자식 잠금 시스템 - Google Patents

Abstract

전자 잠금 시스템(78)용 에너지 하베스팅 장치(10)를 위한 해제 기구(12)로서, 상기 해제 기구(12)는 구동 디바이스(18); 하베스팅 탄성 요소(30); 적어도 하나의 자석(36); 입력 디바이스(38); 및 걸림 프로파일(52);를 포함하고; 상기 입력 디바이스(38)는 상기 구동 디바이스(18)가 하베스팅 경로(58)를 따라 상기 입력 디바이스(38)의 이동에 의해 시작 위치(32)로부터 변위될 수 있도록 자기력에 의해 상기 구동 디바이스(18)와 맞물리도록 배치되고; 상기 걸림 프로파일(52)은 상기 구동 디바이스(18)의 맞물림 위치(60)에서 상기 구동 디바이스(18)와 맞물리도록 배치되어, 상기 하베스팅 경로(58)를 따른 상기 입력 디바이스(38)의 추가 이동이 구동 디바이스면(26)과 입력 디바이스면(42) 사이의 상대적인 경사를 야기한다. 또한 에너지 하베스팅 장치(10) 및 전자 잠금 시스템(78)이 제공된다.

Description

해제 기구, 에너지 하베스팅 장치 및 전자식 잠금 시스템

본 발명은 일반적으로 해제 기구에 관한 것이다. 특히, 전자 잠금 시스템용 에너지 하베스팅 장치를 위한 해제 기구, 해제 기구를 포함하는 에너지 하베스팅 장치, 및 해제 기구 또는 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 전자 잠금 시스템이 제공된다.

디지털 도어 잠금 장치(DDL)와 같은 다양한 유형의 전자 잠금 시스템이 알려져 있다. 순전히 기계식 잠금 장치를 사용하는 대신, 일부 잠금 시스템들은 도어 뒤의 영역에 접근할 수 있도록 예를 들어 도어를 잠금 해제하는 잠금 부재(예: 잠금볼트)의 전자식 구동장치를 포함한다.

또한, 도어를 잠금 해제하는 전통적인 키를 사용하는 대신, 도어 뒤의 영역에 사람이 접근할 수 있게 승인하는 다양한 유형의 전자 통신 방법들이 알려져있다. 예를 들어, 무선 주파수 인식(Radio Frequency Identification; RFID) 시스템의 리더가 도어에 설치되고 식별 대상 물체에 태그가 구비되거나 부착되는 경우에 RFID 시스템이 사용될 수 있다.

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

운동 에너지 하베스팅의 사용은 전자 잠금 시스템에서 배터리를 대체하거나 배터리의 수명을 연장할 수 있다.

US 2012111072 A1은, 잠금장치의 사용자에 의해 생성된 기계적 전력을 수용하기 위한 동력 전달 기구; 기계 동력으로부터 전력을 생성하는 발전기; 전력에 의해 전원이 공급되고, 키와 결합 가능하고 키로부터 데이터를 판독하고, 데이터가 소정의 기준과 일치하면 개방 명령을 내리는 전자 회로; 전력에 의해 전원이 공급되고, 개방 명령을 수신하고, 잠금장치를 기계적으로 개방 가능한 상태로 설정하기 위한 액추에이터; 및 소정의 힘 임계 값이 초과될 때까지 기계적 장력이 상승하도록 동력 전달기구를 제어하여, 기계적 장력이 동력 전달기구에 의해 수신된 기계적 동력을 생성하는 작용으로 변환되는 임계 디바이스(threshold device)를 포함하는 전기 기계식 잠금장치를 개시하고 있다.

종래의 전자식 잠금 시스템용 에너지 하베스팅 장치들은 때때로 복잡하고 관련된 구성 부품의 마모를 유발한다. 또한 대다수의 종래의 에너지 하베스팅 장치는 소음도 크다.

US 2012111072 A1에서, 동력 전달 기구에서의 기계적 장력은 소정의 힘 임계 값을 초과할 때 작동으로 변환된다. 이 유형의 해제에는 해제 지점에서 상대적으로 높은 추가 힘이 필요하다. 이로 인해 사용자에게 핸들의 움직임의 이상함 및/또는 품질 저하를 느끼게 하는 원인이 된다. 또한 대다수의 종래의 에너지 하베스팅 장치는 해제에 대한 일관되지 않는 에너지 레벨을 갖는다.

본 개시의 일 목적은 전자 잠금 시스템용 에너지 하베스팅 장치를 위한 위치 제어 해제 기구를 제공하는 것이다.

본 개시의 다른 목적은 해제하는데 적은 양의 추가 힘이 요구되는 해제 기구를 제공하는 것이다.

본 개시의 또 다른 목적은 저소음의 해제 기구를 제공하는 것이다.

본 개시의 또 다른 목적은 예를 들어 부품수가 적은 단순한 디자인의 해제 기구를 제공하는 것이다.

본 개시의 또 다른 목적은 낮은 마찰 손실과 같은 고효율을 갖는 해제 기구를 제공하는 것이다.

본 개시의 또 다른 목적은 예를 들어 마모에 대한 감도가 낮은 내구성이 있는 해제 기구를 제공하는 것이다.

본 개시의 또 다른 목적은 저렴한 해제 기구를 제공하는 것이다.

본 개시의 또 다른 목적은 시간이 지남에 따라 핸들 또는 키에서 신뢰성이 있고 일관된 피드백을 제공하는 해제 기구를 제공하는 것이다.

본 개시의 또 다른 목적은 향상된 사용자 경험을 제공하는 해제 기구를 제공하는 것이다.

본 개시의 또 다른 목적은 전술한 목적들 중 일부 또는 전부를 해결하는 해제 기구를 제공하는 것이다.

본 개시의 또 다른 목적은 전술한 목적들 중 하나, 다수 또는 전부를 해결하는, 해제 기구를 포함하는 에너지 하베스팅 시스템을 제공하는 것이다.

본 개시의 또 다른 목적은 전술한 목적들 중 하나, 다수 또는 전부를 해결하는, 해제 기구를 포함하는 전자 잠금 시스템을 제공하는 것이다.

일 양태에 따르면, 전자 잠금 시스템용 에너지 하베스팅 장치를 위한 해제 기구가 제공되며, 상기 해제 기구는 전자기(electromagnetic) 발전기를 구동하기 위한 구동 디바이스 - 상기 구동 디바이스는 실질적으로 평면 또는 평면인 구동 디바이스면을 포함 함-; 시작 위치 측을 향하여 상기 구동 디바이스에 힘을 가하도록 배치되고, 하베스팅 경로를 따라 시작 위치부터의 상기 구동 디바이스의 변위로부터 기계적 에너지를 저장하도록 배치된 하베스팅 탄성 요소; 적어도 하나의 자석; 입력 디바이스 - 상기 입력 디바이스는 하베스팅 경로를 따라 이동 가능하며, 정합(mating) 인터페이스를 설정하기 위해 상기 구동 디바이스면과 정합하도록 배치되고 실질적으로 평면 또는 평면인 입력 디바이스면을 포함 함- ; 및 상기 정합 인터페이스에 대해 오프셋 배치된 걸림 프로파일;을 포함하고, 여기서 상기 입력 디바이스는 자석에 의해 생성되고 상기 구동 디바이스면과 상기 입력 디바이스면 사이에서 작용하는 자기력에 의해 상기 구동 디바이스와 맞물리도록 배치되어, 상기 구동 디바이스가 상기 하베스팅 경로를 따라 상기 입력 디바이스의 이동에 의해 상기 시작 위치로부터 변위될 수 있고; 그리고 여기서 상기 걸림 프로파일은 상기 구동 디바이스의 맞물림 위치에서 상기 구동 디바이스와 맞물리도록 배치되어, 상기 하베스팅 경로를 따른 상기 입력 디바이스의 추가 이동이 구동 디바이스면과 상기 입력 디바이스면 사이의 상대적인 경사를 야기한다.

상기 구동 디바이스면 및 상기 입력 디바이스면을 상대적으로 경사지게 또는 기울임으로써, 상기 정합 인터페이스에서 경사 하중이 설정된다. 상기 구동 디바이스면과 상기 입력 디바이스면 사이에서 발생하는 공기 틈은 상기 입력 디바이스가 상기 하베스팅 경로를 따라 더 이동함에 따라 자기력이 급격히 감소하게 한다. 이러한 자기력의 붕괴는 상기 구동 디바이스를 해제시킨다.

상기 구동 디바이스가 상기 걸림 프로파일에 의해 결합될 때 하베스팅 경로를 따른 입력 디바이스의 추가 이동은 상기 구동 디바이스면과 상기 입력 디바이스면 사이의 상대적인 경사를 야기하기 때문에, 해제에 필요한 추가 힘의 양이 실질적으로 감소된다. 또한 해제을 위해 극복될 마찰의 양은 종래 기술의 솔루션보다 실질적으로 낮다. 결과적으로, 해제 기구의 효율이 향상되고, 해제 기구의 마모가 감소되며, 사용자 경험이 개선된다.

또한, 상기 구동 디바이스면과 상기 입력 디바이스면이 서로에 대해 기울기 시작할 때의 자기력의 급격한 붕괴는 하베스팅 경로를 따라 입력 디바이스의 정해진 위치에서 구동 디바이스의 해제를 초래한다. 다시 말해서, 해제는 예를 들어 임계 값에 기초한 US 2012111072 A1의 동력 전달 기구와 대조적으로 위치 제어된다. 이러한 위치 제어 해제로 인해, 예를 들어, 온도 또는 생산 파라미터 확산으로 인한 자기장의 강도 변화는 해제 기구의 기능에 영향을 미치지 않을 것이다.

또한, 본 개시에 따른 해제 기구의 위치-기반 해제는 종래의 힘 기반 해제 기구와 비교하여 시간이 지남에 따라 더욱 일정하다. 본 개시에 따른 자석-기반 해제 기구는 또한 더 조용하고 마모에 덜 노출된다.

또한, 상기 입력 디바이스가 상기 구동 디바이스와 상기 걸림 프로파일 사이의 결합 후에 추가로 이동할 때 구동 디바이스는 항상 해제되기 때문에, 해제 기구는 본질적인 손상 보호, 즉 구동 디바이스에 적용될 수 있는 최대 힘의 제한을 포함한다.

본 개시 전반에 걸쳐, 상기 입력 디바이스는 상기 해제 기구를 포함하는 에너지 하베스팅 시스템을 포함하는 전자 잠금 시스템의 사용자와 같이 사용자에 의해 생성된 전력을 수신하도록 구성될 수 있다.

상기 구동 디바이스는 전자기 발전기의 로터를 직접적으로 또는 간접적으로 구동하도록 배치될 수 있다. 상기 로터는 종동 기어 휠 또는 종동 마찰 휠과 같은 종동 휠로 구성될 수 있다.

상기 하베스팅 탄성 요소는 압축 또는 팽창에 의해 하베스팅 경로를 따라 시작 위치로부터의 구동 디바이스의 변위로부터 기계적 에너지를 저장할 수 있다. 상기 구동 디바이스가 시작 위치에 있을 때 하베스팅 탄성 요소는 예압될 수 있다.

상기 하베스팅 탄성 요소는 예를 들어 코일 스프링과 같은 스프링으로 구성될 수 있다. 대안적인 하베스팅 탄성 요소들은 예를 들어 하나의 탄성 재료를 포함하여, 가능하다. 상기 하베스팅 탄성 요소는 대안적으로 탄성 요소로 지칭될 수 있다.

상기 자석은 영구 자석일 수 있다. 자석은 네오 디늄(Neodynium), 네오디뮴-철-붕소(NdFeB)와 같은 네오디뮴 합금(Neodymium alloy), 또는 비교적 높은 고유 보자성(intrinsic coercivity)을 갖는 다른 재료를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 본 개시에 따른 해제 기구는 하나 또는 다수의 자석을 포함할 수 있다.

상기 입력 디바이스는 해제 기구의 제1측에 배치되고 구동 장치는 해제 기구의 제2측에 배치된다고 말할 수 있다. 따라서, 본 개시 전반에 걸쳐, 상기 입력 디바이스는 대안적으로 제1 디바이스(primary device )로 지칭될 수 있고/있거나 구동 디바이스는 대안적으로 제2 디바이스(secondary device)로 지칭될 수 있다.

상기 해제 기구는 상기 구동 디바이스면과 상기 입력 디바이스면 사이의 상대적인 경사를 지지하도록 배치된 힌지를 포함할 수 있다. 이에 의해, 힌지 및 걸림 프로파일에 의해 레버리지(leverage)가 얻어질 수 있다. 이 레버리지에 의해 해제 기구를 동적으로 제어할 수 있다.

상기 힌지는 구동 디바이스에 제공될 수 있고 상기 구동 디바이스면의 경사를 지지한다. 대안적으로, 힌지는 상기 입력 디바이스에 제공될 수 있고 상기 입력 디바이스면의 경사를 지지할 수 있다. 예를 들어 상기 구동 디바이스면과 상기 입력 디바이스면 사이의 상대적인 경사를 가능하게 하는 상기 구동 디바이스 및/또는 상기 입력 디바이스에 하나 이상의 탄성 요소를 제공하는 것을 포함하여, 힌지에 대한 대체가 가능하다.

상기 힌지는 평면의 입력 디바이스면과 구동 디바이스면이 정합될 때 자석에 대해 실질적으로 중심에 있거나 중심에 있을 수 있다.

상기 해제 기구는 플레이트를 포함할 수 있고, 여기서 상기 플레이트는 상기 구동 디바이스면 또는 상기 입력 디바이스면을 포함한다. 상기 플레이트는 자기장에 반응하는 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 상기 플레이트는 예를 들어 강판일 수 있거나 강을 포함할 수 있다.

일 변형에 따르면, 상기 구동 디바이스는 플레이트를 포함하며, 선택적으로 힌지에 의해 지지된다. 이 경우, 상기 입력 디바이스는 자석을 포함할 수 있다. 대안적인 변형에 따르면, 상기 입력 디바이스는 선택적으로 힌지에 의해 지지되는 플레이트를 포함한다. 이 경우, 상기 구동 디바이스는 자석을 포함할 수 있다.

상기 구동 디바이스가 결합 위치에 있을 때, 상기 자기력은 상기 하베스팅 탄성 요소로부터의 힘보다 10 % 내지 30 % 더 클 수 있다. 이에 의해, 결합 위치에서 상기 걸림 프로파일과 접촉할 때, 상기 구동 디바이스가 즉시 해제되지 않는 것이 보장될 수 있다.

상기 입력 디바이스는 당기는 자기력에 의해 상기 구동 디바이스와 맞물리도록 배치될 수 있다. 그러나, 대안적으로 본 개시에 따른 해제 기구를 반발 자기력에 기초하여, 즉 상기 입력 디바이스가 반발 자기력에 의해 구동 디바이스와 맞물리도록 배치될 수 있다.

상기 정합 인터페이스는 상기 하베스팅 경로에 실질적으로 직교하거나 직교할 수 있다. 상기 정합 인터페이스는 상기 구동 디바이스면과 상기 입력 디바이스면 사이의 접촉 영역으로 구성될 수 있다.

상기 하베스팅 경로는 실질적으로 선형이거나 선형일 수 있다. 대안적으로, 상기 하베스팅 경로는 실질적으로 원형이거나 원형일 수 있다.

또 하나의 양태에 따르면, 본 개시에 따른 해제 기구를 포함하는 에너지 하베스팅 장치가 제공된다. 상기 에너지 하베스팅 장치는 상기 구동 디바이스에 의해 구동될 수 있는 전자기 발전기를 포함할 수 있다. 상기 전자기 발전기는 사용자에 의해 입력된 기계적 힘으로부터 상기 입력 디바이스로 전력을 생성하도록 배치될 수 있다. 상기 에너지 하베스팅 장치에는 표준 전자기 발전기가 사용될 수 있다. 상기 구동 디바이스는 전자기 발전기를 직접 또는 간접적으로 구동할 수 있다. 상기 에너지 하베스팅 장치는 상기 구동 디바이스와 상기 전자기 발전기 사이의,기어 트레인(gear train)과 같은, 변속기를 포함할 수 있다. 이는 소형 전자기 발전기에 적합할 수 있다.

상기 구동 디바이스는 상기 구동 디바이스가 시작 위치를 취할 때 전자기 발전기의 로터와 맞물리지 않도록 그리고 상기 구동 디바이스가 출발 위치로부터 하베스팅 경로를 따라 변위될 때 상기 구동 디바이스가 상기 로터와 맞물리기 시작하도록 배치될 수 있다. 이에 의해, 상기 전자기 발전기는 프리휠(freewheel)을 포함할 필요가 없다. 또한, 상기 전자기 발전기의 상기 로터는 해제 후 및 구동 디바이스가, 예를 들면 기능적으로 로터를 넘어서(beyound) 시작 위치로 복귀되었을 때 자유롭게 회전하도록 허용된다. 상기 구동 디바이스 및 상기 로터가 톱니를 포함하는 경우, 상기 로터 및/또는 상기 구동 디바이스는 톱니의 맞물림의 시작을 돕기 위해 탄성적으로 지지될 수 있다.

상기 에너지 하베스팅 장치는 예를 들어 다양한 도어 오프닝 솔루션와 같은 다양한 유형의 전자 잠금 시스템에서 사용될 수 있다. 상기 에너지 하베스팅 장치는 수동(manual) 이동(예를 들어, 핸들 이동, 도어 이동 또는 키 이동)을 하베스팅 경로를 따라 상기 입력 디바이스의 이동으로 전달하기 위해 기어 변속기와 같은 변속기를 포함할 수 있다.

상기 에너지 하베스팅 장치는 상기 입력 디바이스에 작동 가능하게 결합된 핸들을 더 포함 할 수 있다. 이에 의해, 상기 핸들의 수동 작동은 상기 해제 기구의 상기 입력 디바이스를 구동하는데 사용될 수 있다. 이 경우에, 상기 에너지 하베스팅 장치는 상기 입력 디바이스의 움직임에 핸들의 회전을 전달하기 위한, 예를 들어 기어 트레인과 같은, 변속기를 포함할 수 있다. 상기 기어 트레인은 해제 위치를 넘어서 입력 디바이스의 이동(선형 또는 회전)에 예를 들어 40 ° 내지 45 °의 상기 핸들의 회전을 전달하도록 배치될 수 있다.

대안적으로, 상기 에너지 하베스팅 장치는 상기 입력 디바이스에 작동 가능하게 결합된 접근 부재 힌지를 더 포함할 수 있다. 상기 접근 부재 힌지는 프레임에 대해 접근 부재를 지지하도록 배치될 수 있다. 이에 의해, 상기 접근 부재의 개방 또는 폐쇄 이동은 상기 해제 기구의 상기 입력 디바이스를 구동하는데 사용될 수 있다.

대안적으로, 상기 입력 디바이스는 키에 의해 작동되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 입력 디바이스는 키를 삽입함으로써 상기 하베스팅 경로를 따라 이동하도록 눌러질 수 있다. 일 변형에 따르면, 상기 입력 디바이스는 키에 의해 직접 접촉되도록 배치된다.

본 개시에 따른 에너지 하베스팅 장치의 추가의 비제한적인 적용 예는 도어 클로저 및 창문을 포함한다.

또 하나의 양태에 따르면, 본 개시에 따른 해제 기구 또는 본 개시에 따른 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 전자 잠금 시스템이 제공된다.

본 개시의 추가의 상세들, 장점들 및 양태들은 도면들과 함께 제공된 다음의 실시예로부터 명백해질 것이다.
도 1a-1d는 해제 기구의 일 예를 포함하는 일 예의 에너지 하베스팅 시스템을 개략적으로 나타내는 도면;
도 2a-2d는 해제 기구의 추가 예를 포함하는 에너지 하베스팅 시스템의 추가 예를 개략적으로 나타내는 도면;
도 3은 에너지 하베스팅 시스템의 추가 예, 해제 기구 및 키의 추가 예를 개략적으로 나타내는 도면;
도 4는 접근 부재 힌지를 포함하는 에너지 하베스팅 시스템의 추가 예를 개략적으로 나타내는 도면; 및
도 5는 본 명세서에 제시된 실시 예들이 적용될 수 있는 환경을 개략적으로 나타내는 도면이다.

이하, 전자 잠금 시스템용 에너지 하베스팅 장치를 위한 해제 기구, 해제 기구를 포함하는 에너지 하베스팅 장치, 및 해제 기구 또는 에너지 하베스팅 장치를 포함하는 전자 잠금 시스템이 기술될 것이다. 동일하거나 유사한 구조적인 특징을 나타내는데 동일한 참조 번호가 사용될 것이다.

도 1a-1d는 해제 기구(12)의 일 예를 포함하는 에너지 하베스팅 장치(10)의 일례를 개략적으로 도시한다. 이 예의 에너지 하베스팅 장치(10)는 수동 핸들(14) 및 전자기 발전기(16)를 더 포함한다. 도 1a-1d는 기준의 목적으로 데카르트 좌표계(Cartesian coordinate system)를 추가로 나타낸다. 그러나 에너지 하베스팅 장치(10)는 공간에서 임의로 배향될 수 있다.

도 1a를 참조하면, 해제 기구(12)는 구동 디바이스(18)를 포함한다. 구동 디바이스(18)는 전자기 발전기(16)를 구동시키도록 배치된다.

이 예의 구동 디바이스(18)는, 구동 부재(20), 힌지(22) 및 여기에서 강판으로 구성된 플레이트(24)를 포함한다. 플레이트(24)는 힌지(22)에 의해 구동 부재(20)에 회전되게 결합된다. 구동 디바이스(18)는 평면의 구동 디바이스면(26)을 더 포함하며, 이 예에서 플레이트(24)의 표면(도 1a에서 오른쪽을 향함)으로 구성된다.

이 예의 구동 디바이스(18)는, 여기에서 구동 부재(20) 상에 돌기로서 구현된 멈춤 부분(28)을 더 포함한다. 구동 디바이스(18)는 여기에서 구동 부재(20) 상에 구현된 구동 디바이스 톱니들(drive device teeth; 부호 미부여)을 포함한다.

해제 기구(12)는 여기서 코일 스프링으로서 구현된 하베스팅 탄성 요소(30)를 더 포함한다. 하베스팅 탄성 요소(30)는 구동 디바이스(18), 이 예에서 구동 부재(20), 및 에너지 하베스팅 장치(10)의 고정 구조물에 연결된다. 이 고정 구조물은 에너지 하베스팅 장치(10)와 관하여 고정적이지만, 공간에서 움직일 수 있다.

도 1a에 따라 하베스팅 탄성 요소(30)는 시작 위치(32)를 향하여 구동 디바이스(18)에 힘을 가하도록 배치된다. 시작 위치(32)에서, 하베스팅 탄성 요소(30)는 예압되어 구동 디바이스(18)를 시작 위치(32)에 유지한다. 에너지 하베스팅 장치(10)는 고정 멈춤 구조물(34; 에너지 하베스팅 장치(10)에 대해 고정)을 더 포함한다. 도 1a에 따른 구동 디바이스(18)의 시작 위치(32)에서, 구동 디바이스(18)의 멈춤 부분(28)은 멈춤 구조물(34)에 맞닿아 있다.

해제 기구(12)는 자석(36) 및 입력 디바이스(38)를 더 포함한다. 이 예에서, 입력 디바이스(38)는 자석(36) 및 자석(36)이 견고하게 연결된 입력 부재(40)를 포함한다. 입력 디바이스(38)는 평면의 입력 디바이스면(42)을 포함하며, 여기서 자석(36)의 표면으로 구성된다(도 1a에서 좌측을 향함). 이 예의 입력 디바이스(38)는 여기에서 입력 부재(40) 상에 구현된 입력 디바이스 톱니들(부호 미부여)을 더 포함한다.

도 1a의 예의 에너지 하베스팅 장치(10)는 입력 디바이스(38)의 선형 운동으로 핸들(14)의 회전을 전달하기 위한 변속기(44)를 더 포함한다. 변속기(44)는 이 예에서 제 1 기어 휠(46), 제 2 기어 휠(미도시), 제 3 기어 휠(48) 및 제 4 기어 휠(50)을 포함하는 기어 트레인(gear train)으로 구성된다. 핸들(14)은 제 1 기어 휠(46)에 견고하게 연결되고, 제 1 기어 휠(46)은(도 1a의 제 3 기어 휠(48) 뒤의) 제 2 기어 휠과 맞물리며, 제 2 기어 휠은 제 3 기어 휠(48)에 견고하게 연결되고, 제 3 기어 휠(48)은 제 4 기어 휠(50)과 맞물리고, 제 4 기어 휠(50)은 입력 부재(40)의 입력 디바이스 톱니와 맞물린다. 핸들(14)과 입력 디바이스(38) 사이의 변속기(44)는 핸들(14)을 입력 디바이스(38)에 작동가능하도록 결합시키기 위한 다양한 변속기 중 하나일 뿐이다.

도 1a에서, 입력 디바이스면(42)은 구동 디바이스면(26)과 정합(mates)되고 자석(36)과 플레이트(24) 사이의 정합 인터페이스가 설정된다. 구동 디바이스(18)의 힌지(22)는 입력 디바이스면(42)이 구동 디바이스면(26)과 정합될 때 자석(36)에 대해 중심에 있다. 자석(36)은 자석(36)으로부터의 끌어 당기는 자기력이 플레이트(24)에 작용함으로써 플레이트(24)와 맞물려서 유지된다. 정합 인터페이스는 구동 디바이스면(26)과 입력 디바이스면(42) 사이의 접촉 영역으로 구성된다.

도 1a로부터 알 수 있는 바와 같이, 플레이트(24)의 구동 디바이스면(26)은 자석(36)의 입력 디바이스면(42)보다 더 큰 높이(Z 방향으로 더 큰 치수)를 갖는다. 이에 의해, 플레이트(24)는 자석(36)의 양측면 상으로 돌출된다. 각각의 구동 디바이스면(26) 및 입력 디바이스면(42)은 예를 들어 직사각형 또는 정사각형(quadratic)와 같은 사각형일 수 있다.

도 1a의 예의 에너지 하베스팅 장치(10)는 걸림 프로파일(52)을 더 포함한다. 걸림 프로파일(52)은 여기서 멈춤 핀으로서 예시된 멈춤 부재를 구성한다. 걸림 프로파일(52)은 에너지 하베스팅 장치(10)에 대해 고정되어 있다. 그러나 걸림 프로파일(52)은 반드시 공간에 고정될 필요는 없다. 예를 들어, 에너지 하베스팅 장치(10)가 도어에 구현되면, 걸림 프로파일(52)도 도어와 함께 이동할 수 있다.

전자기 발전기(16)는 로터 회전축(56)을 중심으로 회전 가능한 종동 기어 휠(54)로서 구현된 로터를 포함한다. 구동 부재(20)의 구동 디바이스 톱니는 종동 기어 휠(54)의 톱니와 맞물리도록 그리고 구동 디바이스(18)의 선형 운동에 의해 종동 기어 휠(54)을 회전시키도록 배치된다. 그러나, 도 1a에서, 구동 부재(20)의 구동 디바이스 톱니는 전자기 발전기(16)의 기어 휠로부터 풀린다.

도 1a에서, 핸들(14), 변속기(44) 및 입력 디바이스(38)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 제1측의 구성 요소라고 말할 수 있다. 구동 디바이스(18) 및 전자기 발전기(16)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 제2 측의 구성 요소라고 말할 수 있다.

도 1a-1d를 참조하여, 에너지 하베스팅 장치(10)를 작동시키는 방법이 설명될 것이다. 도 1b에 도시된 바와 같이 사용자에 의해 핸들(14)이 제 1 방향으로 회전 될 때, 외부 힘이(변속기(44)로 인해) 입력 디바이스(38)에 가해지고 입력 디바이스(38)는 하베스팅 경로(58)를 따라 아웃바운드 방향(outbound direction)으로 선형으로 이동하기 시작한다.

입력 디바이스(38)는 입력 디바이스(38)의 자석(36)에 의해 생성되고 구동 디바이스(18)의 플레이트(24)에 작용하는 자기력에 의해 구동 디바이스(18)와 맞물리기 때문에, 구동 디바이스(18)는 하베스팅 경로(58)를 따라 입력 디바이스(38)의 이동에 의해 시작 위치(32)로부터 변위된다. 구동 디바이스(1)가 하베스팅 경로(58)를 따라 시작 위치(32)로부터 변위됨에 따라, 기계적 에너지는 하베스팅 탄성 요소(30)에 저장된다. 즉, 하베스팅 탄성 요소(30)가 더 인장된다(또는 하베스팅 탄성 요소(30)가 시작 위치(32)에서 예압되지 않은 경우에 인장되기 시작한다).

구동 디바이스(18)의 이러한 아웃 바운드 이동 동안, 구동 디바이스(18)는 또한 전자기 발전기(16)의 로터와 맞물리기 시작하여, 도 1b에 도시된 바와 같이 저속으로 회전한다. 보다 구체적으로, 구동 부재(20)의 구동 디바이스 톱니는 종동 기어 휠(54)의 톱니와 맞물린다. 이 단계에서 에너지 하베스팅은 낮다. 그러나, 종동 기어 휠(54)의 이러한 회전으로부터 하베스팅된 에너지는 예를 들어 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신에 의해 접근 제어 장치(도 5에 설명 됨)의 접근 제어 절차를 각성시키고 수행하는데 사용될 수 있다.

하베스팅 경로(58)를 따라 입력 디바이스(38) 및 구동 디바이스(18)의 아웃바운드 이동 동안, 입력 디바이스(38)와 구동 디바이스(18) 사이의 유지력은 완전히 자성(magnetic)이 된다. 도 1b의 구동 디바이스(18)의 위치에서, 걸림 프로파일(52)은 구동 디바이스(18)와 맞물리기 시작한다. 구동 디바이스(18)의 이 위치는 맞물림 위치(60)를 구성한다. 보다 구체적으로, 맞물림 위치(60)에서, 맞물림 인터페이스 외부로 돌출된 플레이트(24)의 일부는 걸림 프로파일(52)과 접촉하기 시작한다. 따라서, 걸림 프로파일(52)은 구동 디바이스면(26)과 입력 디바이스면(42) 사이의 정합 인터페이스에 대해 오프셋되어 배치된다. 도 1b에서 알 수 있는 바와 같이, 또한 정합 인터페이스는 하베스팅 경로(58)에 실질적으로 수직이다. 구동 디바이스(18)가 도 1b에 따른 맞물림 위치(60)를 취할 때, 자석(36)의 유지력은 하베스팅 탄성 요소(30)의 힘보다 대략 10% 내지 30% 더 크다.

도 1c는 입력 디바이스(38)가 에너지 하베스팅 경로(58)를 따라 약간 더 아웃바운드 이동을 하는 방법을 도시한다. 그러나, 플레이트(24)는 걸림 프로파일(52)에 의해 정지되기 때문에, 플레이트(24)는(도 1c에서 시계 방향으로) 경사지거나 기울기 시작한다. 따라서, 구동 디바이스면(26)과 입력 디바이스면(42) 사이의 상대적인 경사가 발생한다. 힌지(22)는 플레이트(24)의 구동 디바이스면(26)과 자석(36)의 입력 디바이스면(42) 사이의 상대적인 경사를 지지한다. 이 예에서, 걸림 프로파일(52) 및 힌지(22)에 의한 플레이트(24)의 걸림은 레버리지를 제공한다. 이 힌지(22)의 힘은 비교적 낮다.

자석(36)은 공기 틈에 민감하다. 따라서, 상대적인 경사로 인해, 자기력은 급격히 감소되고 해제 기구(12)는 해제된다. 즉, 하베스팅 탄성 요소(30)는 도 1d에 도시된 바와 같이 하베스팅 경로(58)를 따라 시작 위치(32)로 구동 디바이스(18)를 신속하게 복귀 운동으로 당기고, 비교적 많은 양의 에너지가 전자기 발전기(16)에 의해 하베스팅된다. 구동 디바이스(18)가 시작 위치(32)에서 전자기 발전기(16)의 종동 기어 휠(54)과 맞물리지 않기 때문에, 종동 기어 휠(54)은 해제로부터의 에너지가 사라질 때까지 회전하게 된다. 구동 부재(20)의 톱니와 종동 기어 휠(54) 사이의 기어비는 사용되는 전자기 발전기(16)의 유형에 따라 최적화될 수 있다.

구동 디바이스면(26)과 입력 디바이스면(42) 사이의 상대적인 경사에 의한 해제 기구(12)의 해제로 인해, 해제에 필요한 힘이 감소된다. 이러한 방식으로 급격히 감소하는 자기력으로 인한 구동 디바이스(18)의 해제는 또한 비교적 조용하다.

해제 후, 핸들(14)의 리턴 스프링은 핸들(14)과 입력 디바이스(38)를 시작 위치로 되돌리고 새로운 에너지 하베스팅 사이클이 반복될 수 있다.

도 2a-2d는 해제 기구(12)의 추가 예를 포함하는 추가 예의 하베스팅 장치(10)를 개략적으로 나타낸다. 도 1a-1d와의 차이에 대해 주로 설명한다.

도 2a-2d의 예에서, 입력 디바이스(38)와 구동 디바이스(18)는 모두 원형의 하베스팅 경로(58)를 따라 이동 가능하다. 도 2a를 참조하면, 구동 디바이스(18)는, 회전 기어(62) 주위에 피봇식(pivotally)으로 배치된, 여기서 섹터 기어로 구성된, 구동 부재(20)를 포함한다. 구동 디바이스(18)는 구동 부재(20)로부터 돌출된 구동 디바이스 연장부(64)를 더 포함한다. 플레이트(24)는 구동 디바이스 연장부(64)의 단부에 제공되는 힌지(22)에 의해 구동 디바이스(18)에 대해 회전지지된다.

입력 디바이스(38)는 회전축(62) 주위에 피봇식으로 배치된, 여기서 섹터형 부재로 구성된, 입력 부재(40)를 포함한다. 입력 디바이스(38)는 입력 부재(40)로부터 돌출된 입력 디바이스 연장부(66)를 더 포함한다. 자석(36)은 입력 디바이스 연장부(66)의 단부에 견고하게 연결된다.

변속기(44)는 또한 이 예에서 기어 트레인으로 구성되지만, 제 3 기어 휠 (48)과 제 4 기어 휠(50) 사이에 추가 기어 휠(68)을 포함한다.

도 2a의 구동 디바이스(18)의 시작 위치(32)에서, 구동 디바이스(18)의 측면은 하베스팅 탄성 요소(30)의 인장력에 의해 멈춤 구조물(34)에 대해 유지된다. 또한, 입력 디바이스(38)는 자석(36)에 의해 발생되고 구동 디바이스면(26)과 입력 디바이스면(42) 사이에서 작용하는 자기력에 의해 구동 디바이스(18)와 맞물린다.

핸들(14)을 수동으로 회전시킴으로써, 도 2b에 도시된 바와 같이, 입력 디바이스(38) 및 자기력에 의해 유지되는 구동 디바이스(18)는 원형의 하베스팅 경로(58)를 따라 아웃바운드 방향으로 회전한다. 시작 위치(32)로부터 구동 디바이스(18)의 아웃바운드 변위로부터의 에너지는 하베스팅 탄성 요소(30)에 의해 저장된다.

도 2b의 구동 디바이스(18)의 맞물림 위치(60)에서, 플레이트(24)는 걸림 프로파일(52)과 접촉하게 된다. 하베스팅 경로(58)를 따른 입력 디바이스(38)의 추가적인 아웃바운드 이동은 도 2c에 도시된 바와 같이, 힌지(22) 및 걸림 프로파일(52)에 의해 제공된 레버리지로 인해 구동 디바이스면(26)과 입력 디바이스면(42) 사이의 상대적인 경사를 야기한다. 결과적으로, 자기 유지력이 급격히 감소하여 해제 기구(12)를 해제시킨다. 하베스팅 탄성 요소(30)는 이제 도 2d에 도시된 바와 같이 운동 에너지가 전자기 발전기(16)에 의해 하베스팅되는 동안 원형의 하베스팅 경로(58)를 따라 복귀 운동을 하도록 구동 디바이스(18)를 당긴다. 구동 부재(20) 상의 구동 디바이스 톱니는 전자기 발전기(16)의 종동 기어 휠(54)을 지나 이동한다. 이로써 종동 기어 휠(54)은 속도가 사라질 때까지 자유롭게 회전할 수 있다.

해제 후, 핸들(14)의 리턴 스프링은 핸들(14)과 입력 디바이스(38)를 시작 위치로 되돌리고 새로운 에너지 하베스팅 사이클이 반복될 수 있다.

도 3은 추가 예의 에너지 하베스팅 장치(10)의 추가예, 해제 기구(12) 및 키(68)의 추가예를 개략적으로 도시한다. 도 1a-1d에 대한 차이점을 주로 설명한다.

도 1a 및 도 1d에 따른 변속기(44)에 의해 핸들(14)에 결합되는 대신에, 도 3의 예의 입력 디바이스(38)는 키의 삽입에 의해 직접 또는 간접적으로 작동될 수 있는 입력 부재(40)를 포함한다. 입력 부재(40)는 플레이트로 구성될 수 있다. 그 외에는, 도 3의 해제 기구(12)의 입력 디바이스(38)는 도 1a-1d의 해제 기구(12)의 입력 디바이스(38)와 동일한 기능을 갖는다.

도 4는 추가 예의 접근 부재 힌지(72)를 포함하는 에너지 하베스팅 장치(10)의 추가 예를 개략적으로 도시한다. 도 2a-2d와의 차이점을 주로 설명한다.

도 4의 접근 부재 힌지(72)는 제 1 힌지 부재(74) 및 제 2 힌지 부재(76)를 포함한다. 이 예의 제 2 힌지 부재(74)는 제 1 기어 휠(46)에 견고하게 연결된다.이에 의해, 도 4의 입력 디바이스(38)의 입력 부재(40)는 접근 부재 힌지(72)의 제 2 힌지 부재(76)에 간접적으로 연결된다. 따라서, 접근 부재 힌지(72)에 의해 지지되는 접근 부재를 개방함으로써, 입력 디바이스(38)가 작동된다. 도 4의 해제 기구(12)의 입력 디바이스(38)는 도 2a-2d의 해제 기구(12)의 입력 디바이스(38)와 동일한 기능을 갖는다.

도 5는 본 명세서에 제시된 실시 예들이 적용될 수 있는 환경을 개략적으로 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 5는 본 발명에 따른 에너지 하베스팅 장치(10)를 포함하는 전자 잠금 시스템(78) 및 전자 액세스 제어 장치(80)를 도시한다. 액세스 제어 장치(80)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 전자기 발전기(16)에 의해 전력을 공급받을 수 있다.

물리적 공간(82)으로의 접근은 선택적으로 잠금 해제 가능한 이동 가능한 접근 부재(84)에 의해 제한된다. 이동 가능한 접근 부재(84)는 제한된 물리적 공간 (82)과 접근 가능한 물리적 공간(86) 사이에 위치한다. 접근 가능한 물리적 공간 (86)은 그 자체로 제한된 물리적 공간일 수 있지만, 접근 부재(84)와 관련하여, 접근 가능한 물리적 공간(86)은 접근 가능함을 유의해야 한다. 이동 가능한 접근 부재(84)는 도어, 게이트, 해치, 캐비닛 도어, 서랍, 창 등일 수 있다.

전자 액세스 제어 장치(80)는 접근 부재(84)를 잠금 해제하도록 배치된다. 액세스 제어 장치(80)는 물리적 잠금 장치(88)에 연결되며, 이 물리적 잠금 장치는 잠금 해제 상태 또는 잠금 상태로 설정되도록 액세스 제어 장치(80)에 의해 제어될 수 있다.

액세스 제어 장치(80)는 복수의 안테나(94a-b)를 사용하는 무선 인터페이스 (92)를 통해 휴대용 키 장치(90)와 통신한다. 휴대용 키 장치(90)는 사용자에 의해 휴대 가능하며 무선 인터페이스(92)를 통한 인증에 사용될 수 있는 임의의 적합한 장치이다. 휴대용 키 장치(90)는 일반적으로 사용자에 의해 휴대 또는 착용되며, 휴대폰, 스마트폰, 키 포브(key fob), 웨어러블 장치, 스마트 폰 케이스, RFID (Radio Frequency Identification) 카드 등으로 구현될 수 있다. 도 5에서, 2 개 의 안테나(94a-b)를 볼 수 있다. 그러나, 액세스 제어 장치(80)와 관련하여 오직 하나의 안테나 또는 2 개 보다 많은 안테나가 제공될 수 있다. 무선 통신을 사용하여, 휴대용 키 장치(90)의 진위 및 권한은 예를 들어 도전 및 응답 방식(challenge and response scheme)을 사용하여 액세스 제어 절차에서 확인될 수 있고, 이후에 액세스 제어 장치(80)는 접근을 허락 또는 거부한다.

액세스 제어 절차에 의해 접근이 허락되면, 액세스 제어 장치(80)는 잠금 해제 신호를 잠금 장치(88)에 전송함으로써, 잠금 장치(88)는 잠금 해제 상태로 설정된다. 이 실시 예에서, 이 잠금 해제 신호는 예를 들어 직렬 인터페이스(예를 들면 RS485, RS232), 범용 직렬 버스(USB), 이더넷, 또는 심지어 (예를 들면 잠금 장치 88와의) 간단한 전기 연결수단을 사용한 유선통신을 통한 신호 또는 대안적으로 무선 인터페이스를 사용한 신호를 의미(imply)할 수 있다.

잠금 장치(88)가 잠금 해제 상태에 있을 때, 접근 부재(84)는 개방될 수 있고, 잠금 장치(88)가 잠금 상태에 있을 때, 접근 부재(84)는 개방될 수 없다. 이러한 방식으로, 제한된 물리적 공간(82)으로의 접근은 액세스 제어 장치(80)에 의해 제어될 수 있다.

본 발명은 예시적인 실시 예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 전술 한 것에 제한되지 않음을 이해할 것이다. 예를 들어, 부품의 크기는 필요에 따라 변할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (16)

1. 전자 잠금 시스템(78)용 에너지 하베스팅 장치(10)를 위한 해제 기구(12)로서,
   상기 해제 기구(12)는:
   - 전자기 발전기(16)를 구동하기 위한 구동 디바이스(18)- 상기 구동 디바이스(18)는 실질적으로 평면인 구동 디바이스면(26)을 포함 함-;
   - 시작 위치(32) 측을 향하여 상기 구동 디바이스(18)에 힘을 가하도록 배치되고, 하베스팅 경로(58)를 따라 상기 시작 위치(32)부터의 상기 구동 디바이스(18)의 변위로부터의 기계적 에너지를 저장하도록 배치된 하베스팅 탄성 요소(30);
   - 적어도 하나의 자석(36);
   - 입력 디바이스(38) - 상기 입력 디바이스(38)는 상기 하베스팅 경로(58)를 따라 이동 가능하며, 정합 인터페이스를 설정하기 위해 상기 구동 디바이스면(26)과 정합하도록 배치된 실질적으로 평면인 입력 디바이스면(42)을 포함 함- ; 및
   - 상기 정합 인터페이스에 대해 오프셋 배치된 걸림 프로파일(52);을 포함하고,
   상기 입력 디바이스(38)는 자석(36)에 의해 생성되고 상기 구동 디바이스면(26)과 상기 입력 디바이스면(42) 사이에서 작용하는 자기력에 의해 상기 구동 디바이스(18)와 맞물리도록 배치되어, 상기 구동 디바이스(18)가 상기 하베스팅 경로(58)를 따라 상기 입력 디바이스(38)의 이동에 의해 상기 시작 위치(32)로부터 변위될 수 있고; 그리고
   상기 걸림 프로파일(52)은 상기 구동 디바이스(18)의 맞물림 위치(60)에서 상기 구동 디바이스(18)와 맞물리도록 배치되어, 상기 하베스팅 경로(58)를 따른 상기 입력 디바이스(38)의 추가 이동이 상기 구동 디바이스면(26)과 상기 입력 디바이스면(42) 사이의 상대적인 경사를 야기하는, 해제 기구(12).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 해제 기구(12)는 상기 구동 디바이스면(26)과 상기 입력 디바이스면(42) 사이의 상기 상대적인 경사를 지지하도록 배치된 힌지(22)를 포함하는, 해제 기구(12).
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 힌지(22)는 상기 평면의 입력 디바이스면(42)과 상기 구동 디바이스면(26)이 정합될 때, 상기 자석(36)에 대하여 실질적으로 중심에 있는, 해제 기구(12).
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 해제 기구(12)는 플레이트(24)를 포함하고, 상기 플레이트(24)는 상기 구동 디바이스면(26) 또는 상기 입력 디바이스면(42)을 포함하는, 해제 기구(12).
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 구동 디바이스(18)는 상기 플레이트(24)를 포함하는, 해제 기구(12).
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 입력 디바이스(38)는 상기 자석(36)을 포함하는, 해제 기구(12).
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구동 디바이스(18)가 상기 맞물림 위치(60)에 있을 때, 상기 자기력은 하베스팅 탄성 요소(30)로부터의 힘보다 10 % 내지 30 % 더 큰, 해제 기구(12).
8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 입력 디바이스(38)는 끌어 당기는 자기력에 의해 상기 구동 디바이스(18)와 맞물리도록 배치된, 해제 기구(12).
9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 정합 인터페이스는 상기 하베스팅 경로(58)에 실질적으로 수직인, 해제 기구(12).
10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하베스팅 경로(58)는 실질적으로 선형인, 해제 기구(12).
11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하베스팅 경로(58)는 실질적으로 원형인, 해제 기구(12).
12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 해제 기구(12)를 포함하는, 에너지 하베스팅 장치(10).
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 입력 디바이스(38)에 작동 가능하게 결합된 핸들(14) 또는 상기 입력 디바이스(38)에 작동 가능하게 결합된 접근 부재 힌지(72)를 더 포함하는, 에너지 하베스팅 장치 (10).
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 입력 디바이스(38)는 키(68)에 의해 작동되도록 배치된, 에너지 하베스팅 장치(10).
15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 해제 기구(12)를 포함하는, 전자 잠금 시스템(78).
16. 제 1 항에 따른 에너지 하베스팅 장치(10)를 포함하는, 전자 잠금 시스템(78).