KR102635130B1 - 송전선 안전 조명 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

조명 장치의 구동을 위한 별도의 전력 인가 없이도 구동 가능한 송전선 안전 조명 장치 및 그 제어 방법이 제공된다. 상기 조명 장치는, 하우징 내에 배치되는 전력 생성 유닛; 및 상기 전력 생성 유닛과 전기적으로 연결된 발광 소자를 포함하되, 상기 전력 생성 유닛은, 상기 하우징 내에서 부분적으로 고정된 압전 플레이트, 및 상기 압전 플레이트의 일면 상에 배치되고 서로 제1 방향으로 이격된 제1 마그넷과 제2 마그넷을 포함하는 복수의 마그넷을 포함한다.

Description

송전선 안전 조명 장치 및 그 제어 방법{TRANSMISSION LINE SAFETY LIGHTING DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 송전선 안전 조명 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 조명 장치의 구동을 위한 별도의 전력 인가 없이도 구동 가능한 송전선 안전 조명 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
더 상세하게는, 송전선에 흐르는 전력의 크기, 주파수 등에 따라 점멸 주기, 색상 등이 제어되는 발광 소자를 구비하여 외부에서 송전선에 흐르는 전력의 크기, 주파수 등을 직관적으로 시인할 수 있고, 초음파 발생원을 이용해 조류나 곤충 등의 접근을 차단할 수 있는 스마트 송전선 안전 조명 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
발전소에서 생산된 전력을 이송하는 고압 송전선은 저공 비행하는 항공기 등에 매우 위험한 항공 장애물이다. 따라서 우리나라 공항시설법 및 항공장애 표시등과 항공장애 주간표지의 설치 및 관리기준에서는 항공장애 표시등(air craft warning light)에 관해 규정하고 있고, 미국 연방항공청(Federal Aviation Administration, FAA) 또한 공중 가시성 마커볼(aerial visibility marker-ball)의 사용을 권장하고 있다.
관련하여 하기 특허문헌들은 항공장애 표시등으로 활용될 수 있는 안전 조명 장치 관련 기술을 개시하고 있다.
KR 10-2015-0115103 A1 KR 10-1912246 B KR 10-2222537 B KR 10-2289215 B KR 10-2012-0089113 A1
송전선 안전 조명 장치에 있어서 기술적 문제 중 하나는 조명 장치의 발광을 위한 전원 공급 문제이다. 송전선 안전 조명 장치는 송전선 등에 고정되기 때문에 유지 보수가 매우 힘든 일이며, 상시 구동이 되어야 하기 때문에 그 전원의 인가는 중요한 기술 이슈이다.
위 특허문헌은 송전선에 의해 유도된 전력의 조명 장치의 발광을 위한 전원으로의 이용 가능성을 시사한다. 그러나 송전선을 따라 흐르는 전력을 이용해 안전 조명 장치를 효율적으로 점등할 것인지에 대해 구체적으로 개시하지 않는 한계가 있다.
특히 항공장애 표시등은 국내법 뿐 아니라 국제민간항공기구(ICAO) 등의 규정을 만족하기 위해서는 항공기의 조종사가 쉽게 식별할 수 있도록 높은 광도와 밝기를 나타내어야 한다. 따라서 단순 유도기전력 만으로는 고광도를 나타낼 수 있는 수준의 전력을 제공하기가 결코 쉽지 않은 실정이다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 어느 과제는 송전선을 따라 흐르는 고압의 전류를 이용해 효율적으로 발광할 수 있는 스마트 송전선 안전 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 안전 조명 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 어느 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치는, 상호 힌지 구조를 가지고 체결될 수 있는 상부 하우징과 하부 하우징을 포함하는 하우징; 상기 하우징 내에 배치되는 전력 생성 유닛; 및 상기 전력 생성 유닛과 전기적으로 연결된 발광 소자를 포함하되, 상기 전력 생성 유닛은, 상기 하우징 내에 배치되는 압전 플레이트, 및 상기 압전 플레이트의 일면 상에 배치되고 서로 제1 방향으로 이격된 제1 마그넷과 제2 마그넷을 포함하는 복수의 마그넷을 포함한다.
상기 제1 마그넷과 제2 마그넷은 각각 제3 방향으로의 자기 쌍극을 가지되, 상기 제1 마그넷과 제2 마그넷의 극성 방향은 반대 방향일 수 있다.
상기 복수의 마그넷은, 상기 압전 플레이트를 사이에 두고 상기 제1 마그넷과 대향하는 제3 마그넷, 및 상기 압전 플레이트를 사이에 두고 상기 제2 마그넷과 대향하는 제4 마그넷을 더 포함할 수 있다.
또, 상기 어느 하우징은, 상기 압전 플레이트를 고정하여 상기 제1 마그넷 또는 제2 마그넷이 제3 방향으로 이동할 때, 상기 압전 플레이트에 제2 방향으로 연장된 벤딩 라인을 형성하는 고정부를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는, 상기 압전 플레이트의 벤딩 반복 속도, 및/또는 벤딩 정도와 연동하여 점멸하도록 구성될 수 있다.
또한 상기 발광 소자는, 상기 압전 플레이트의 벤딩 반복 속도, 및/또는 벤딩 정도에 따라 서로 다른 색을 발광하도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예에서 상기 조명 장치는 상기 압전 플레이트와 전기적으로 연결된 초음파 생성 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 상부 하우징의 외측 하면 및 하부 하우징의 외측 상면은 적어도 부분적으로 곡면을 가질 수 있다.
상기 압전 플레이트는, 상부 하우징 내에 배치되는 제1 압전 플레이트 및 하부 하우징 내에 배치되는 제2 압전 플레이트를 포함할 수 있다.
이 때 어느 순간에, 상기 제1 압전 플레이트와 제2 압전 플레이트는 서로 반대 방향으로 벤딩되도록 구성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치는, 하우징 내에 배치되는 전력 생성 유닛; 및 상기 전력 생성 유닛과 전기적으로 연결된 발광 소자를 포함하되, 상기 전력 생성 유닛은, 상기 하우징 내에서 부분적으로 고정된 압전 플레이트, 및 상기 압전 플레이트의 일면 상에 배치되고 서로 제1 방향으로 이격된 제1 마그넷과 제2 마그넷을 포함하는 복수의 마그넷을 포함한다.
상기 제1 마그넷과 제2 마그넷은 각각 제3 방향으로의 자기 쌍극을 가지되, 상기 제1 마그넷과 제2 마그넷의 극성 방향은 반대 방향일 수 있다.
이 때 자기장이 형성될 경우, 상기 제1 마그넷과 제2 마그넷이 동일 방향 측으로 이동하며 압전 플레이트를 벤딩하도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예에서 상기 조명 장치는 상기 압전 플레이트의 벤딩 정도 또는 벤딩 주기를 감지하는 센서 또는 프로세서를 더 포함할 수 있다.
상기 조명 장치는 상기 압전 플레이트의 일면 및 타면과 맞닿아 압전 플레이트를 고정하는 제1 고정부 및 제2 고정부를 더 포함할 수 있다.
이 경우 상기 제1 고정부와 제2 고정부는, 상기 제1 방향과 직교하는 제3 방향으로 이격될 수 있다.
또, 평면 시점에서, 상기 압전 플레이트의 벤딩 라인은, 상기 제1 마그넷과 제2 마그넷 사이에 형성될 수 있다.
그리고 상기 제1 고정부, 제1 마그넷 및 제2 마그넷은, 상기 제1 방향 및 제3 방향과 직교하는 제2 방향으로 중첩하도록 배치될 수 있다.
상기 어느 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치는 하우징 내에 배치된 전력 생성 유닛을 포함하되, 상기 전력 생성 유닛은, 상기 하우징 내에서 부분적으로 고정된 압전 플레이트, 및 상기 압전 플레이트의 일면 상에 배치되고 서로 제1 방향으로 이격된 제1 마그넷과 제2 마그넷을 포함하는 복수의 마그넷을 포함한다.
상기 어느 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 하베스팅 장치는 상호 힌지 구조로 결합된 상부 모듈 및 하부 모듈을 포함하되, 상기 상부 모듈은, 상부 하우징, 상기 상부 하우징 내에서 부분적으로 고정된 제1 압전 플레이트, 및 상기 제1 압전 플레이트의 상면 상에 배치되고 서로 제1 방향으로 이격된 제1 마그넷과 제2 마그넷을 포함하고, 상기 하부 모듈은, 하부 하우징, 상기 하부 하우징 내에서 부분적으로 고정된 제2 압전 플레이트, 및 상기 제2 압전 플레이트의 상면 상에 배치되고 서로 상기 제1 방향으로 이격된 제3 마그넷과 제4 마그넷을 포함한다.
상기 상부 하우징의 외측 하면 또는 하부 하우징의 외측 상면은 적어도 부분적으로 곡면을 가지고, 상기 상부 하우징과 하부 하우징 사이에 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장된 케이블이 개재되어 고정되도록 구성될 수 있다.
이 때 상기 곡면은, 상기 제1 압전 플레이트가 상기 케이블과 상기 제1 방향과 직교하는 제3 방향으로 중첩하도록 형성될 수 있다.
상기 상부 모듈은, 상기 제1 압전 플레이트를 고정하는 제1 고정부를 더 포함하고, 상기 하부 모듈은 상기 제2 압전 플레이트를 고정하는 제2 고정부를 더 포함할 수 있다.
또, 상기 제1 고정부 및 제2 고정부는 상기 제1 방향과 교차하는 제3 방향으로 이격될 수 있다.
상기 상부 모듈은, 상기 제1 압전 플레이트를 고정하는 제1 고정부를 더 포함하고, 상기 하부 모듈은 상기 제2 압전 플레이트를 고정하는 제2 고정부를 더 포함하되, 상기 제1 마그넷은 상기 제1 고정부의 제1 방향 일측에 배치되고, 제2 마그넷은 제1 고정부의 제1 방향 타측에 배치되고, 상기 제3 마그넷은 상기 제2 고정부의 제1 방향 일측에 배치되고, 제4 마그넷은 제2 고정부의 제1 방향 타측에 배치될 수 있다.
이 경우 상기 제1 마그넷과 제3 마그넷은 각각 제3 방향으로의 자기 쌍극을 가지되, 상기 제1 마그넷과 제3 마그넷의 극성 방향은 동일 방향이고, 자기장이 형성될 경우, 상기 제1 마그넷과 제3 마그넷이 상이한 방향 측으로 이동하도록 구성될 수 있다.
상기 또 다른 어느 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치의 제어 방법은 압전 플레이트 및 압전 플레이트에 의해 생성된 전력을 전원으로 이용하는 발광 소자를 포함하는 조명 장치의 제어 방법으로, 압전 플레이트의 벤딩 반복 속도 및/또는 벤딩 정도와 연동하여 상기 조명 장치의 점멸 반복 속도 및/또는 발광 색상을 제어하는 것을 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 송전선의 주변에 발생하는 자기장으로부터 압전 플레이트의 기계적 운동을 형성하고 전기적 에너지를 생성할 수 있다. 이를 이용해 안전 조명 장치의 발광을 위한 전원으로 사용함으로써 별도의 전원 제공 없이 유지 보수가 가능한 안전 조명 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 조명 시스템의 모식도이다.
도 2는 도 1의 안전 조명 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2의 상부 조명 모듈을 나타낸 투영 사시도이다.
도 4는 도 3의 상부 조명 모듈의 측단면도이다.
도 5는 도 3의 압전 플레이트의 분해사시도이다.
도 6 및 도 7은 도 1의 안전 조명 장치의 동작을 나타낸 도면들이다.
도 8은 도 1의 안전 조명 장치의 하드웨어 모식도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전 조명 장치의 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 즉, 본 발명이 제시하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 도시된 구성요소의 크기, 두께, 폭, 길이 등은 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장 또는 축소될 수 있으므로 본 발명이 도시된 형태로 제한되는 것은 아니다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 '위(above)', '상부(upper)', ‘상(on)’, '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below 또는 beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서, '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. '내지'를 사용하여 나타낸 수치 범위는 그 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한과 상한으로서 포함하는 수치 범위를 나타낸다. '약' 또는 '대략'은 그 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 20% 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.
본 명세서에서, 구성요소를 지칭함에 있어 '제1 구성요소', '제2 구성요소', '제1-1 구성요소' 등과 같이 서수적 수식어는 어느 구성요소와 다른 구성요소를 구별하기 위해 사용되는 것일 뿐이다. 따라서 이하에서 지칭되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 제2 구성요소로 바꾸어 지칭될 수도 있다. 예를 들어, 어느 실시예에서 제1 구성요소로 지칭되는 것은 다른 실시예에서 제2 구성요소로 지칭될 수 있다. 또, 발명의 설명에서 제1 구성요소로 지칭되는 것은 청구항에서 제2 구성요소로 지칭될 수 있음은 물론이다.
본 명세서에서, 제1 방향(X)은 평면 내 임의의 방향을 의미하고, 제2 방향(Y)은 상기 평면 내에서 제1 방향(X)과 교차하는 다른 방향을 의미한다. 또, 제3 방향(Z)은 상기 평면과 수직한 방향을 의미한다. 다르게 정의되지 않는 한, '평면'은 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 속하는 평면을 의미한다. 또, 다르게 정의되지 않는 한, '중첩'은 상기 평면 시점에서 구성요소들이 제3 방향(Z)으로 중첩하는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 조명 시스템의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 안전 조명 시스템은 송전선(C)(또는 송전 케이블) 및 송전선(C)에 결합된 안전 조명 장치(1)를 포함한다. 도 1은 송전선(C)이 대략 원형의 단면을 가지고 제2 방향(Y)으로 연장된 경우를 예시한다. 다만 이는 설명의 명확화를 위한 것으로, 송전선(C)은 제2 방향(Y)으로 연장된 복수의 배선 다발 및 상기 다발을 둘러싸는 절연 피복을 포함할 수 있다.
송전선(C)은 전력 또는 전기 신호를 보내기 위해 사용되는 선로일 수 있다. 송전선(C)은 전력, 예컨대 교류 전력(AC power)을 송신할 수 있다. 송전선(C)을 따라 흐르는 전력은 약 60Hz의 주파수를 가질 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 송전선(C)을 따라 흐르는 전력은 약 50Hz 또는 그 이하, 또는 약 40Hz 이하의 주파수를 갖거나, 또는 약 70Hz 또는 그 이상, 또는 80Hz 이상의 주파수를 가질 수도 있다.
이에 따라 송전선(C)의 주위에는 대략 송전선(C)의 단면 중심을 기준으로, 제1 방향(X)과 제3 방향(Z)이 속하는 평면 내에 위치한 자기장(magnetic field)이 형성될 수 있다. 자기장의 방향은 앙페르의 오른 나사의 법칙(Ampere's right-handed screw rule)에 의해 설명될 수 있다.
조명 장치(1)는 송전선(C)에 인접하여 송전선(C)을 적어도 부분적으로 둘러싸며 고정될 수 있다. 예를 들어, 조명 장치(1)는 힌지 구조(1h)를 가지고 결합된 상부 조명 모듈(11)과 하부 조명 모듈(12)을 포함할 수 있다.
이하 도 2 내지 도 5를 더 참조하여 조명 장치(1)에 대해 상세하게 설명한다. 도 2는 도 1의 안전 조명 장치의 사시도로서, 힌지부를 이용해 상부 조명 모듈이 틸트된 상태를 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 상부 조명 모듈을 나타낸 투영 사시도이다. 도 4는 도 3의 상부 조명 모듈의 측단면도이다. 도 5는 도 3의 압전 플레이트의 분해사시도이다.
도 2 내지 도 5를 더 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(1)의 상부 조명 모듈(11)은 상부 힌지(11h)를 가지고 하부 조명 모듈(12)은 하부 힌지(12h)를 가질 수 있다. 상부 힌지(11h)와 하부 힌지(12h)는 함께 힌지부(1h)를 형성할 수 있다. 이에 따라 하부 조명 모듈(12)의 위치가 고정된 상태에서, 상부 조명 모듈(11)은 제1 방향(X) 및 제3 방향(Z)이 속하는 평면 내에서 회동 내지는 틸트될 수 있다.
또, 상부 조명 모듈(11)은 상부 고정부(11s)를 가지고 하부 조명 모듈(12)은 하부 고정부(12s)를 가질 수 있다. 상부 고정부(11s)와 하부 고정부(12s)는 직접 대향하며 상부 조명 모듈(11)과 하부 조명 모듈(12)의 체결을 가능케 할 수 있다. 예를 들어, 도면으로 표현하지 않았으나 상부 고정부(11s)와 하부 고정부(12s)를 관통하는 나사 등을 이용해 상부 조명 모듈(11)과 하부 조명 모듈(12)을 결합시킬 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 방향(X) 일측에 힌지 구조(1h)가 형성된 상태에서 제1 방향(X) 타측에서 상부 조명 모듈(11)과 하부 조명 모듈(12)을 상호 고정하기 위해 다양한 기계적 체결 구조를 채택할 수도 있다.
즉, 본 실시예에 따른 조명 장치(1)는 힌지 구조(1h)로 결합된 상부 조명 모듈(11)과 하부 조명 모듈(12)을 포함하여 일 방향으로 매우 길게 연장된 형상의 송전선(C)에 쉽게 고정될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상부 조명 모듈(11)과 하부 조명 모듈(12)은 실질적으로 동일하거나, 극히 유사하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 후술할 바와 같이 조명 장치(1)는 하우징 내부에 배치된 전력 생성 유닛을 포함하되, 상부 조명 모듈(11)과 하부 조명 모듈(12)은 각각 전력 생성 유닛을 포함할 수 있다. 이하에서 상부 조명 모듈(11)을 예시하여 설명하나, 상부 조명 모듈(11)과 함께 설명된 구성요소들은 하부 조명 모듈(12)에 대해서도 그대로 적용될 수 있음은 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상부 조명 모듈(11)은 하우징(100)(예컨대, 상부 하우징) 및 하우징(100) 내에 배치된 전력 생성 유닛(예컨대, 상부 전력 생성 유닛)을 포함할 수 있다. 또, 전력 생성 유닛은 압전 플레이트(200)(예컨대, 상부 압전 플레이트) 및 복수의 마그넷들(310, 320, 330, 340)(예컨대, 상부 마그넷들)을 포함할 수 있다.
압전 플레이트(200)는 베이스 플레이트(210) 및 베이스 플레이트(210) 상에 배치된 압전층(230)을 포함할 수 있다. 베이스 플레이트(210)는 압전층(230)이 배치되기 위한 공간을 제공할 수 있다. 베이스 플레이트(210)는 소정의 탄성 내지는 굽힘 강성을 가지고, 도전성을 갖는 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 베이스 플레이트(210)는 금속 플레이트일 수 있다.
압전층(230)은 압전 물질(piezo-electric)을 포함하는 코팅층, 또는 플레이트, 또는 필름 등으로 이해될 수 있다. 압전 물질은 기계적 운동 에너지를 전기적 에너지로 변화하거나, 또는 그 반대의 기작을 수행하는 압전 효과를 나타내는 물질을 의미한다. 즉, 압전 물질을 포함하는 압전층(230)에 외부의 힘이 가해질 때 전위차가 생기거나, 외부에서 전압이 인가됐을 때 휘어지는 등 기계적 변위가 발생할 수 있다.
압전 물질의 예로는 토르말린(tourmaline), 석영(quartz), 토파즈(topaz), 티탄산바륨(barium titanate), PZT(lead zirconate titanate), 지르콘산납(lead zirconate), 베르리나이트(berlinite, AlPO4), 니오브산소듐(sodium niobate, NaNbO3), 니오브산포타??(potassium niobate, KNbO3), 텅스텐산소듐(sodium tungstate, Na2WO3), 비스무스 페라이트(bismuth ferrite, BiFeO3), 비스무스 티타네이트(bismuth titanate, Bi4Ti3O12) 또는 이들의 결정체를 포함할 수 있다.
도 5는 베이스 플레이트(210)와 실질적으로 동일한 면적으로 압전층(230)이 형성된 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 실시예에서 베이스 플레이트(210)의 평면상 면적은 압전층(230)의 면적 보다 클 수 있다. 즉, 베이스 플레이트(210)의 일부분 상에만 압전층(230)이 배치될 수도 있다. 이 때 압전층(230)은 후술할 벤딩 라인(bending line) 내에 위치할 수 있다.
압전 플레이트(200)의 제1 방향(X) 양측 가장자리에는 마그넷들(310, 320, 330, 340)이 배치될 수 있다. 마그넷들(310, 320, 330, 340)은 제1 마그넷(310) 및 제2 마그넷(320)을 포함하고, 제3 마그넷(330) 및 제4 마그넷(340)을 더 포함할 수 있다. 제1 마그넷(310) 내지 제4 마그넷(340)은 대략 제2 방향(Y)으로 연장된 바(bar) 형상일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 마그넷(310) 및 제2 마그넷(320)은 압전 플레이트(200)의 일면, 예컨대 도 4 기준 상면 상에 배치될 수 있다. 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320)은 압전 플레이트(200)와 맞닿거나, 적어도 베이스 플레이트(210)와 맞닿을 수 있다. 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320)은 제1 방향(X)으로 이격 배치될 수 있다.
제3 마그넷(330) 및 제4 마그넷(340)은 압전 플레이트(200)의 타면, 예컨대 도 4 기준 하면 상에 배치될 수 있다. 제3 마그넷(330)과 제4 마그넷(340)은 압전 플레이트(200)와 맞닿거나, 적어도 베이스 플레이트(210)와 맞닿을 수 있다. 제3 마그넷(330)과 제4 마그넷(340)은 제1 방향(X)으로 이격 배치될 수 있다.
이 경우 제1 마그넷(310)과 제3 마그넷(330)은 압전 플레이트(200)를 사이에 두고 제3 방향(Z)으로 이격 배치되고, 제2 마그넷(320)과 제4 마그넷(340)은 압전 플레이트(200)를 사이에 두고 제3 방향(Z)으로 이격 배치될 수 있다.
몇몇 실시예에서 마그넷들(310, 320, 330, 340) 중 적어도 일부는 생략될 수 있다. 예를 들어, 마그넷들은 압전 플레이트(200)의 일면 상에 고정 배치된 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320)을 포함하되, 제3 마그넷과 제4 마그넷을 불포함할 수 있다.
제1 마그넷(310) 내지 제4 마그넷(340)은 제3 방향(Z)으로의 극성을 가질 수 있다. 제1 마그넷(310)과 제3 마그넷(330)이 제3 방향(Z)으로 중첩하는 실시예에서, 제1 마그넷(310)과 제3 마그넷(330)의 자기 쌍극은 실질적으로 동일한 방향을 향할 수 있다. 마찬가지로, 제2 마그넷(320)과 제4 마그넷(340)이 제3 방향(Z)으로 중첩하는 실시예에서, 제2 마그넷(320)과 제4 마그넷(340)의 자기 쌍극은 실질적으로 동일한 방향을 향할 수 있다.
이 경우 제1 마그넷(310)과 제3 마그넷(330)은 함께 제1 방향(X)과 제3 방향(Z)이 속하는 평면 내에 위치하는 자기력선(magnetic field line)을 형성할 수 있다. 또, 제2 마그넷(320)과 제4 마그넷(340)은 함께 제1 방향(X)과 제3 방향(Z)이 속하는 평면 내에 위치하는 자기력선을 형성할 수 있다.
제1 마그넷(310)과 제3 마그넷(330)이 동일한 자기 쌍극 배열을 가지고 제2 마그넷(320)과 제4 마그넷(340)이 동일한 자기 쌍극 배열을 가질 경우, 마그넷들(310, 320, 330, 340)과 압전 플레이트(200) 간의 결합을 위한 수단, 예컨대 접착층 등 없이도 제1 마그넷(310)과 제3 마그넷(330) 서로 간에 작용하는 자기 인력에 의해 압전 플레이트(200)를 개재하여 고정되고, 제2 마그넷(320)과 제4 마그넷(340) 서로 간에 작용하는 자기 인력에 의해 압전 플레이트(200)를 개재하여 고정될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 압전 플레이트(200)의 일면 상에서 제1 방향(X)으로 이격 배치된 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320)은 서로 반대 방향의 자기 쌍극을 가지고, 압전 플레이트(200)의 타면 상에서 제1 방향(X)으로 이격된 제3 마그넷(330)과 제4 마그넷(340)은 서로 반대 방향의 자기 쌍극을 가질 수 있다.
이와 같이 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320)이 서로 반대 방향의 극성을 갖는 경우 송전선(C)에 의해 형성되는 자기장에 의해 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320)은 서로 동일한 방향의 힘을 받을 수 있다. 이에 따라 압전 플레이트(200)가 아래로 오목하거나, 또는 위로 볼록하게 벤딩될 수 있다.
마찬가지로, 제3 마그넷(330)과 제4 마그넷(340)이 서로 반대 방향의 극성을 갖는 경우 송전선(C)에 의해 형성되는 자기장에 의해 제3 마그넷(330)과 제4 마그넷(340)은 서로 동일한 방향의 힘을 받을 수 있다. 이에 따라 압전 플레이트(200)가 아래로 오목하거나, 또는 위로 볼록하게 벤딩될 수 있다. 이에 대해서는 도 6 및 도 7과 함께 후술한다.
이하에서, 도 4에 표현된 것과 같이 제1 마그넷(310) 내지 제4 마그넷(340)은 각각 제1 극(P1)과 제2 극(P2)을 가지되, 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320)이 서로 반대 방향의 극성을 갖도록 배열되고, 제3 마그넷(330)과 제4 마그넷(340)이 서로 반대 방향의 극성을 갖도록 배열된 경우를 예로 하여 설명한다. 제1 극(P1)과 제2 극(P2)은 각각 N극 또는 S극 중 어느 하나일 수 있다.
외부 하우징(100)은 내부의 압전 플레이트(200) 및 마그넷들(310, 320, 330, 340)을 수용하도록 내부 공간을 가질 수 있다. 특히 도 6 등과 함께 후술할 바와 같이 압전 플레이트(200)와 마그넷들(310, 320, 330, 340)은 대략 제3 방향(Z)으로 벤딩될 수 있고, 하우징(100)은 압전 플레이트(200) 등의 벤딩 동작에 간섭되지 않도록 충분한 내부 공간을 가질 수 있다.
또, 하우징(100)은 전술한 힌지(11h)(예컨대, 상부 힌지) 및 고정부(11s)(예컨대, 상부 고정부)와 물리적 경계 없이 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하우징(100)은 힌지(11h) 및 고정부(11s)를 포함할 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 하우징(100)은 그 내부 공간을 개폐할 수 있도록 구성되거나, 또는 하우징(100)은 본체와 캡 등과 같이 복수의 부분으로 분리되도록 구성될 수도 있다.
하우징(100)은 그 내부 공간 측을 향하도록 배치된 고정 돌기들(131, 132)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정 돌기들(131, 132)은 상부 고정 돌기(132)(또는 제1 고정 돌기, 또는 상부 고정 부재) 및 하부 고정 돌기(131)(또는 제2 고정 돌기, 또는 하부 고정 부재)를 포함할 수 있다.
상부 고정 돌기(132)와 하부 고정 돌기(131)는 제3 방향(Z)으로 이격 대향하여 그 사이에 압전 플레이트(200), 적어도 압전층(230)을 개재할 수 있다. 구체적으로, 상부 고정 돌기(132)는 압전 플레이트(200)의 일면 상에 배치되어 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320) 사이에 위치하고, 제1 마그넷(310) 및 제2 마그넷(320)과 제1 방향(X)으로 중첩할 수 있다. 또, 하부 고정 돌기(131)는 압전 플레이트(200)의 타면 상에 배치되어 제3 마그넷(330)과 제4 마그넷(340) 사이에 위치하고, 제3 마그넷(330) 및 제4 마그넷(340)과 제1 방향(X)으로 중첩할 수 있다. 도 4 등은 상부 고정 돌기(132)와 하부 고정 돌기(131)의 제1 방향(X)으로의 폭이 실질적으로 동일한 경우를 예시하나, 상부 고정 돌기(132)와 하부 고정 돌기(131)의 폭은 서로 상이할 수도 있다.
상부 고정 돌기(132)와 하부 고정 돌기(131) 중 어느 하나 또는 모두는 압전 플레이트(200)와 맞닿을 수 있다. 예를 들어, 상부 고정 돌기(132)는 압전층(230)과 맞닿고 하부 고정 돌기(131)는 베이스 플레이트(210)와 맞닿을 수 있다. 이를 통해 하우징(100)의 상부 고정 돌기(132)와 하부 고정 돌기(131)는 압전 플레이트(200)의 제3 방향(Z)으로의 위치 및 수평 위치, 즉 제1 방향(X) 및/또는 제2 방향(Y)으로의 위치를 고정할 수 있다.
후술할 바와 같이 송전선(C)에 교류 전력이 인가될 경우 압전 플레이트(200)에는 제2 방향(Y)으로 연장된 형상의 벤딩 라인이 형성될 수 있다. 이 때 상부 고정 돌기(132)의 하단의 폭 및 하부 고정 돌기(131)의 상단의 폭과 형상은 압전 플레이트(200)에 형성되는 벤딩 라인의 위치에 영향을 줄 수 있다. 도 4 등은 상부 고정 돌기(132)가 하부로 갈수록 폭이 좁아지고 하부 고정 돌기(131)가 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 갖는 경우를 예로 하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 상부 고정 돌기(132)와 하부 고정 돌기(131)의 하단과 상단의 제1 방향(X)으로의 폭이 충분히 작을 경우, 벤딩 라인은 대략 상부 고정 돌기(132) 및 하부 고정 돌기(131)와 제3 방향(Z)으로 중첩할 수 있다. 또는 고정 돌기들(131, 132)의 형상에 따라 대략 제2 방향(Y)으로 연장된 벤딩 라인은 제1 방향(X)으로 이격되어 2개, 또는 그 이상의 개수로 형성될 수도 있다.
또, 하우징(100)의 외측면은 적어도 부분적으로 송전선(C)과 밀착될 수 있도록 만입되거나 만곡된 곡면 형상을 가질 수 있다. 도 4 등은 하우징(100)(예컨대 상부 하우징)의 하면에 곡면부(11c)가 형성된 경우를 예시한다.
하우징(100)의 외측면 상에는 하나 이상의 발광 소자(400)들, 예컨대 LED 소자가 배치될 수 있다. 발광 소자(400)는 압전 플레이트(200)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(400)는 압전 플레이트(200)와 직접 전기적으로 연결되거나, 또는 압전 플레이트(200)에서 발생하는 전위차에 기초하여 제어되도록 제어 회로(미도시)를 경유하여 전기적으로 연결될 수 있다. 발광 소자(400)의 동작에 대해서는 후술한다.
이하, 도 6 및 도 7을 더 참조하여 본 실시예에 따른 조명 장치(1)의 동작 원리에 대해 상세하게 설명한다. 도 6 및 도 7은 도 1의 안전 조명 장치의 동작을 나타낸 도면들이다.
도 6 및 도 7을 더 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(1)의 상부 조명 모듈(11) 및/또는 하부 조명 모듈(12)은 각각 전력 생성 유닛 및 발광 소자(400)를 포함하되, 어느 전력 생성 유닛의 압전 플레이트(200, 250)가 벤딩되어 전력을 생성할 수 있다.
구체적으로, 송전선(C)을 따라 흐르는 교류 전력의 기전력의 방향에 따라 마그넷들(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)이 대략 제3 방향(Z)으로 왕복 이동하거나 진동하며 압전 플레이트(200, 250)를 구부릴 수 있다.
우선 도 6에 도시된 것과 같이 송전선(C)을 따라 제2 방향(Y) 일측으로의 전류 방향이 형성될 경우 제1 방향(X) 및 제3 방향(Z)이 속하는 평면 내에서 대략 원형의 자기장이 형성될 수 있다. 상기 자기장에 의해 전력 생성 유닛의 마그넷들(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)은 제3 방향(Z)으로의 인력 또는 척력을 받을 수 있다.
도 6은 송전선(C) 주변에 형성되는 자기장에 의해 상부 전력 생성 유닛의 마그넷들(310, 320, 330, 340)(예컨대 제1-1 마그넷, 제1-2 마그넷, 제1-3 마그넷 및 제1-4 마그넷)이 하측으로의 힘을 받아 상부 압전 플레이트(200)가 아래로 오목하게 벤딩되고, 하부 전력 생성 유닛의 마그넷들(350, 360, 370, 380)(예컨대 제2-1 마그넷, 제2-2 마그넷, 제2-3 마그넷 및 제2-4 마그넷)이 상측으로 힘을 받아 하부 압전 플레이트(250)가 위로 오목하게 벤딩되는 경우를 예시하나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로 도 7에 도시된 것과 같이 송전선(C) 주변에 다른 방향으로 형성되는 자기장에 의해 상부 전력 생성 유닛의 마그넷들(310, 320, 330, 340)이 상측으로 힘을 받아 상부 압전 플레이트(200)가 위로 오목하게 벤딩되고, 하부 전력 생성 유닛의 마그넷들(350, 360, 370, 380)이 하측으로 힘을 받아 하부 압전 플레이트(250)가 아래로 오목하게 벤딩되는 경우를 예시하나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
전술한 것과 같이 송전선(C)을 따라 흐르는 전력이 교류 전력일 경우 도 6과 도 7에 도시된 동작이 반복되며, 마그넷들(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)은 제3 방향(Z)으로의 왕복 운동 내지는 진동 운동 형태의 기계적 운동을 수행할 수 있다. 또, 압전 플레이트(200, 250)는 마그넷들(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)에 의해 제2 방향(Y)으로 연장된 벤딩 라인을 따라 위아래로 반복적으로 벤딩되며, 압전층(230)에서의 압전 효과에 따라 기전력이 발생할 수 있다.
즉, 통상의 송전선(C)을 따라 흐르는 전류는 자기장을 발생시키나, 자기장은 제3의 에너지원으로 변환되지 못하고 그대로 소멸된다. 그러나 본 실시예에 따른 조명 장치(1)의 전력 생성 유닛은 송전선(C)의 자기장을 이용해 마그넷들(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)을 진동시키고 마그넷들(310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380)의 기계적 운동 에너지를 압전 효과를 이용해 전류로 변환시킬 수 있는 에너지 하베스팅 시스템으로 기능할 수 있다.
특히 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320), 그리고 제3 마그넷(330)과 제4 마그넷(340)이 서로 반대의 자기 쌍극 방향을 가짐에 따라 상기 에너지 하베스팅 시스템의 기구적 안정성을 향상시킬 수 있다.
만일 본 실시예와 달리 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320)이 동일한 자기 쌍극을 가질 경우 송전선(C)에 전류가 흐름에 따라 발생하는 자기장에 의해 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320) 중 어느 하나는 상측으로 힘을 받고 다른 하나는 하측으로 힘을 받을 수 있다. 즉, 압전 플레이트(200)의 좌측 단부와 우측 단부가 서로 상이한 방향으로 이동하여 압전 플레이트(200)의 벤딩 정도가 미약하거나, 또는 고정 돌기들(131, 132)을 중심으로 시소와 같이 거동할 수 있다. 따라서 본 실시예에 비해 압전 플레이트(200)의 벤딩 정도가 미약하여 충분한 전력이 생성되지 않을 수 있다.
뿐만 아니라 상기 예시와 같이 압전 플레이트(200)의 일측 단부와 타측 단부에 서로 반대 방향을 향하는 제3 방향(Z)의 힘이 반복적으로 가해질 경우 상부 조명 모듈(11)이 송전선(C) 상에 안정적으로 결합 상태를 유지하지 못할 수 있다.
또한 송전선(C)에 수십 헤르츠 수준의 주파수를 갖는 전류가 흐를 경우 압전 플레이트(200)도 수십 헤르츠 수준으로 힘을 받아 진동할 수 있다. 이 때 압전 플레이트(200)의 일측 단부와 타측 단부에 반대 방향의 힘이 가해져 시소와 같이 거동할 경우 압전 플레이트(200)가 상부 고정 돌기(132)와 하부 고정 돌기(131) 사이에 안정적으로 고정되지 못하고 압전 플레이트(200)가 제위치를 이탈함으로써 조명 장치(1)의 내구성을 저하시킬 수 있다.
나아가, 어느 순간에 상부 압전 플레이트(200)의 양단이 힘을 받는 방향과 하부 압전 플레이트(250)의 양단이 힘을 받는 방향은 반대인 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 것과 같이 상부 압전 플레이트(200)가 아래로 오목하게 벤딩될 경우 하부 압전 플레이트(250)는 위로 오목하게 벤딩되는 것이 바람직할 수 있다. 다른 예를 들어, 도 7에 도시된 것과 같이 상부 압전 플레이트(200)가 위로 오목하게 벤딩될 경우 하부 압전 플레이트(250)는 아래로 오목하게 벤딩되는 것이 바람직할 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이 힌지 구조(1h)로 결합된 상부 조명 모듈(11)과 하부 조명 모듈(12)을 포함하는 조명 장치(1)는 송전선(C)을 둘러싸며 결합될 수 있다. 이 때 어느 순간에, 상부 조명 모듈(11)의 전력 생성 유닛과 하부 조명 모듈(12)의 전력 생성 유닛이 동일한 방향의 힘을 받을 경우, 송전선(C) 또한 상기 방향으로 힘이 가해질 수 있다. 따라서 송전선(C)이 진동하게 되거나, 적어도 송전선(C)이 출렁일 수 있다. 이를 방지하기 위해 상부 조명 모듈(11) 내 마그넷들(310, 320, 330, 340)에 의해 가해지는 힘의 방향과 하부 조명 모듈(12) 내 마그넷들(350, 360, 370, 380)에 의해 가해지는 힘의 방향을 반대 방향으로 구성하여 이를 상쇄하는 것이 바람직할 수 있다.
이를 위해, 상부 압전 플레이트(200)의 타면(예컨대, 하면)과 하부 압전 플레이트(250)의 일면(예컨대, 상면)이 서로 대향하고, 상부 압전 플레이트(200)의 일면 상에 제1-1 마그넷(310) 및 제1-2 마그넷(320)이 배치되며, 상부 압전 플레이트(200)의 타면 상에 제1-3 마그넷(330) 및 제1-4 마그넷(340)이 배치되는 실시예에서, 하부 압전 플레이트(250)의 일면 상에 배치되는 마그넷들을 제2-1 마그넷(350) 및 제2-2 마그넷(360)으로 지칭하고, 하부 압전 플레이트(250)의 타면 상에 배치되는 마그넷들을 제2-3 마그넷(370) 및 제2-4 마그넷(380)으로 지칭할 수 있다. 또, 제1-1 마그넷(310)과 제2-1 마그넷(350)은 제3 방향(Z)으로 중첩 배치되고, 제1-3 마그넷(330)과 제2-3 마그넷(370)은 제3 방향(Z)으로 중첩 배치되며, 제1-2 마그넷(320)과 제2-2 마그넷(360)은 제3 방향(Z)으로 중첩 배치되고, 제1-4 마그넷(340)과 제2-4 마그넷(380)은 제3 방향(Z)으로 중첩 배치될 수 있다.
이 때, 제1-1 마그넷(310)과 제2-1 마그넷(350)은 실질적으로 동일한 자기 쌍극 배열을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제1-1 마그넷(310)의 하단이 제1 극성을 나타내고 제1-1 마그넷(310)의 상단이 제2 극성을 나타낼 경우, 제2-1 마그넷(350) 또한 하단이 제1 극성을 가지고 상단이 제2 극성을 가질 수 있다.
마찬가지로, 제1-2 마그넷(320)과 제2-2 마그넷(360)은 실질적으로 동일한 자기 쌍극 배열을 가지고, 제1-3 마그넷(330)과 제2-3 마그넷(370)은 동일한 자기 쌍극 배열을 가지고, 제1-4 마그넷(340)과 제2-4 마그넷(380)은 동일한 자기 쌍극 배열을 가질 수 있다.
도 8은 도 1의 안전 조명 장치의 하드웨어 모식도이다. 도 8을 더 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(1)의 전력 생성 유닛, 구체적으로 압전 플레이트(200, 250)의 벤딩에 의해 발생한 기전력은 배터리 등의 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)에 저장될 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 전력 생성 유닛에 의해 생성된 에너지는 저장되지 않고 곧바로 발광 소자(400)(Light Source) 및/또는 초음파 발생원(또는 초음파 생성 소자)(Sound Wave Source)의 작동에 사용될 수 있다. 즉, 발광 소자(400) 및 초음파 발생원은 압전 플레이트(200)를 포함하는 전력 생성 유닛, 또는 배터리 등의 에너지 저장 시스템에 의해 구동에 필요한 전원(power)을 제공받기 때문에 외부의 별도 전원 없이도 반영구적으로 작동할 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이 조명 장치(1)는 외부 환경에 노출된 송전선(C) 상에 결합될 수 있다. 송전선(C)에서 발생하는 문제 중 하나는 조류 또는 곤충에 의한 송전선의 장애이다. 본 실시예의 조명 장치(1)는 조명 기능 외 초음파 발생 기능을 겸하여 조류 또는 곤충이 송전선에 접근하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 조명 장치(1)는 초음파 발생원 외 센서(Sensor)를 더 포함할 수 있다. 상기 센서는 압전 플레이트(200, 250)의 벤딩 정도, 벤딩 주기 등을 감지하기 위한 센서일 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제어 회로 내지는 제어부를 이용해 압전 플레이트(200, 250)의 벤딩에 따라 발생하는 기전력의 발생 주기를 측정할 수도 있다. 즉, 용어 '센서'는 측정 대상을 센싱하기 위한 별도 소자 뿐 아니라 제어 회로를 이용해 측정 대상을 센싱하는 것을 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 발광 소자(400)는 센서를 통해 감지된 압전 플레이트(200, 250)의 벤딩 반복 속도 및/또는 벤딩 정도와 연동하여 점멸하도록 구성될 수 있다. 벤딩 반복 속도가 큰 경우 해당 송전선(C)에 흐르는 전류의 주파수가 높은 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 송전선(C)에 60Hz의 전류가 흐를 경우 발광 소자(400)는 0.6Hz에 상응하는 주기로 점멸하고, 송전선(C)에 120Hz의 전류가 흐를 경우 1.2Hz에 상응하는 주기로 점멸할 수 있다. 이를 통해 해당 송전선(C)의 주파수를 직관적으로 확인할 수 있다. 다른 예를 들어, 압전 플레이트의 벤딩의 정도가 소정의 기준 이상일 경우 2.0Hz에 상응하는 주기로 점멸하고, 벤딩의 정도가 소정의 기준 이하일 경우 1.0Hz에 상응하는 주기로 점멸할 수 있다.
또, 발광 소자(400)는 센서를 통해 감지된 압전 플레이트(200, 250)의 벤딩 반복 속도 및/또는 벤딩 정도에 따라 서로 다른 색을 발광하도록 구성될 수 있다. 벤딩의 정도가 큰 경우 해당 송전선(C)을 따라 흐르는 전류(또는 전압)이 높은 것을 의미할 수 있다. 예를 들어 발전소로부터 송전되는 고압 송전선에 체결된 조명 장치는 높은 전압으로 인해 압전 플레이트의 벤딩의 정도가 크고, 이에 따라 적색을 발광할 수 있다. 다른 예를 들어, 변전소로부터 송전되는 송전선에 체결된 조명 장치는 상대적으로 낮은 전압으로 인해 압전 플레이트의 벤딩의 정도가 작고, 이에 따라 녹색을 발광할 수 있다.
또한 초음파 발생원은 센서를 통해 감지된 압전 플레이트(200, 250)의 벤딩 반복 속도 및/또는 벤딩 정도와 연동하여 동작하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 높은 주파수의 전류가 흐르거나 전압이 높은 송전선에 체결되는 조명 장치의 초음파 발생원은 더 큰 크기(amplitude)의 소리를 발생시키거나, 또는 더 큰 빈도로, 예컨대 1분에 30초 동안 소리를 발생시킬 수 있다. 다른 예를 들어 상대적으로 낮은 주파수의 전류가 흐르거나 전압이 낮은 송전선에 체결되는 조명 장치의 초음파 발생원은 더 작은 크기의 소리를 발생시키거나, 또는 더 작은 빈도로, 예컨대 1분에 10초 동안만 소리를 발생시킬 수 있다.
본 발명에 따른 조명 장치(1)는 항공장애 표시등(air craft warning light) 또는 공중 가시성 마커볼(aerial visibility marker-ball)로 활용될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 대해 설명한다. 다만 전술한 실시예와 동일하거나, 극히 유사한 구성에 대한 설명은 생략하며 이는 첨부된 도면 및 상세한 설명으로부터 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전 조명 장치의 사시도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 조명 장치(2)는 상부 조명 모듈(11) 및 하부 조명 모듈(12)을 포함하고, 상부 조명 모듈(11) 및 하부 조명 모듈(12)은 각각 전력 생성 유닛을 포함하되, 압전 플레이트(200)에 홈(200g)이 형성된 점이 전술한 실시예와 상이한 점이다. 이하에서, 상부 조명 모듈(11)을 예로 하여 설명하나 하부 조명 모듈(12) 또한 동일하게 이해될 수 있음은 물론이다.
하우징(100)(예컨대, 상부 하우징)은 상부 고정 돌기(132) 및 하부 고정 돌기(131)를 포함할 수 있다. 상부 고정 돌기와 하부 고정 돌기가 제3 방향(Z)으로 이격되어 맞닿지 않는 전술한 실시예와 달리, 본 실시예에 따른 상부 고정 돌기(132)와 하부 고정 돌기(131)는 적어도 부분적으로 제3 방향(Z)으로 이격되고, 적어도 부분적으로 맞닿을 수 있다. 예를 들어, 고정 돌기들(131, 132)의 제2 방향(Y) 양 단부에서는 상부 고정 돌기(132)와 하부 고정 돌기(131)가 맞닿고, 고정 돌기들(131, 132)의 제2 방향(Y) 중앙부에서는 압전 플레이트(200)를 개재하여 상부 고정 돌기(132)와 하부 고정 돌기(131)가 이격될 수 있다.
압전 플레이트(200)의 제2 방향(Y) 일측 가장자리 및/또는 타측 가장자리에는 돌기 홈(200g)이 형성될 수 있다. 돌기 홈(200g)은 압전 플레이트(200)의 제1 방향(X) 중앙에 위치할 수 있다. 돌기 홈(200g)은 대략 제2 방향(Y)으로 연장된 슬릿 형상일 수 있다. 또, 돌기 홈(200g)에는 하부 고정 돌기(131)가 적어도 부분적으로 삽입될 수 있다. 도 9는 돌기 홈(200g)에 하부 고정 돌기(131)가 삽입되는 경우를 예시하고 있으나, 다른 실시예에서 상부 고정 돌기가 삽입될 수도 있다. 전술한 것과 같이 돌기 홈(200g)에 고정 돌기들(131, 132)이 삽입되어 압전 플레이트(200)의 제1 방향(X)으로의 위치 및/또는 제2 방향(Y)으로의 위치가 고정될 수 있다.
압전 플레이트(200)는 대략 60Hz 이상의 주파수로 벤딩 및 진동될 수 있다. 이에 따라 압전 플레이트(200)의 배치 안정성을 높이기 위한 설계가 고려될 수 있다. 이를 위해 마그넷들의 극성 방향에 따른 기구적 안정성 향상을 제시하였다.
본 실시예는 제1 마그넷(310)과 제2 마그넷(320)이 동일한 자기 쌍극을 갖는 경우에도, 다시 말해서 압전 플레이트(200)의 제1 방향(X) 일측 단부와 타측 단부가 서로 반대 방향으로 힘을 받아 시소처럼 거동하는 경우에도 압전 플레이트(200)의 위치를 고정하기 위한 수단을 채택하여 압전 플레이트(200)의 배치 안정성을 높일 수 있다.
도면으로 표현하지 않았으나, 또 다른 실시예에서, 하우징(100)의 내부 공간 측 내측면은 오목하게 만입된 가이드 홈을 가질 수 있다. 그리고 마그넷들(310, 320, 330, 340)의 제2 방향(Y)으로의 길이는 압전 플레이트(200)의 제2 방향(Y)으로의 폭 보다 크고, 이에 따라 마그넷들이 압전 플레이트(200) 보다 제2 방향(Y) 일측 및/또는 타측으로 돌출될 수 있다. 그리고 마그넷들의 돌출된 단부는 상기 하우징 가이드 홈에 삽입될 수 있다. 전술한 것과 같이 매우 빠른 속도로 진동하는 마그넷들이 제위치를 이탈하지 않기 위해서는 기구적 안정성을 확보해야 한다. 이 때 마그넷들이 적어도 부분적으로 상기 가이드 홈에 삽입되어 정해진 경로 내에서 가이드되며 왕복 이동함으로써 위치 안정성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 범위는 이상에서 예시된 기술 사상의 변경물, 균등물 내지는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 조명 장치
11: 상부 조명 모듈
12: 하부 조명 모듈
100: 외부 하우징
200: 압전 플레이트
310, 320, 330, 340: 마그넷들
400: 발광 소자

Claims (10)

  1. 하우징 내에 배치되는 전력 생성 유닛; 상기 전력 생성 유닛과 전기적으로 연결된 발광 소자; 및 제1 고정부와 제2 고정부를 포함하되,
    상기 전력 생성 유닛은,
    상기 하우징 내에서 부분적으로 고정된 압전 플레이트, 및
    상기 압전 플레이트의 일면 상에 배치되고 서로 제1 방향으로 이격된 제1 마그넷과 제2 마그넷을 포함하는 복수의 마그넷을 포함하고,
    상기 제1 고정부와 제2 고정부는 각각 상기 압전 플레이트의 일면 및 타면과 맞닿아 고정하고,
    상기 제1 고정부와 제2 고정부는, 상기 제1 방향과 직교하는 제3 방향으로 이격되고, 평면 시점에서, 상기 압전 플레이트의 벤딩 라인은, 상기 제1 마그넷과 제2 마그넷 사이에 형성되는 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 마그넷과 제2 마그넷은 각각 제3 방향으로의 자기 쌍극을 가지되, 상기 제1 마그넷과 제2 마그넷의 극성 방향은 반대 방향이고,
    자기장이 형성될 경우, 상기 제1 마그넷과 제2 마그넷이 동일 방향 측으로 이동하며 압전 플레이트를 벤딩하도록 구성된 조명 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압전 플레이트의 벤딩 정도 또는 벤딩 주기를 감지하는 센서 또는 프로세서를 더 포함하는 조명 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고정부, 제1 마그넷 및 제2 마그넷은, 상기 제1 방향 및 제3 방향과 직교하는 제2 방향으로 중첩하도록 배치된 조명 장치.
  6. 하우징 내에 배치된 전력 생성 유닛, 제1 고정부 및 제2 고정부를 포함하되,
    상기 전력 생성 유닛은,
    상기 하우징 내에서 부분적으로 고정된 압전 플레이트, 및
    상기 압전 플레이트의 일면 상에 배치되고 서로 제1 방향으로 이격된 제1 마그넷과 제2 마그넷을 포함하는 복수의 마그넷을 포함하고,
    상기 제1 고정부와 제2 고정부는 각각 상기 압전 플레이트의 일면 및 타면과 맞닿아 고정하고,
    상기 제1 고정부와 제2 고정부는, 상기 제1 방향과 직교하는 제3 방향으로 이격되고, 평면 시점에서, 상기 압전 플레이트의 벤딩 라인은, 상기 제1 마그넷과 제2 마그넷 사이에 형성되는, 에너지 하베스팅 장치.
  7. 상호 힌지 구조로 결합된 상부 모듈 및 하부 모듈을 포함하되,
    상기 상부 모듈은,
    상부 하우징,
    상기 상부 하우징 내에서 부분적으로 고정된 제1 압전 플레이트, 및
    상기 제1 압전 플레이트의 상면 상에 배치되고 서로 제1 방향으로 이격된 제1 마그넷과 제2 마그넷을 포함하고,
    상기 하부 모듈은,
    하부 하우징,
    상기 하부 하우징 내에서 부분적으로 고정된 제2 압전 플레이트, 및
    상기 제2 압전 플레이트의 상면 상에 배치되고 서로 상기 제1 방향으로 이격된 제3 마그넷과 제4 마그넷을 포함하는 에너지 하베스팅 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상부 하우징의 외측 하면 또는 하부 하우징의 외측 상면은 적어도 부분적으로 곡면을 가지고, 상기 상부 하우징과 하부 하우징 사이에 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장된 케이블이 개재되어 고정되도록 구성되되,
    상기 곡면은, 상기 제1 압전 플레이트가 상기 케이블과 상기 제1 방향과 직교하는 제3 방향으로 중첩하도록 형성된 에너지 하베스팅 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 상부 모듈은, 상기 제1 압전 플레이트를 고정하는 제1 고정부를 더 포함하고, 상기 하부 모듈은 상기 제2 압전 플레이트를 고정하는 제2 고정부를 더 포함하고,
    상기 제1 고정부 및 제2 고정부는 상기 제1 방향과 교차하는 제3 방향으로 이격되는 에너지 하베스팅 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 상부 모듈은, 상기 제1 압전 플레이트를 고정하는 제1 고정부를 더 포함하고, 상기 하부 모듈은 상기 제2 압전 플레이트를 고정하는 제2 고정부를 더 포함하고,
    상기 제1 마그넷은 상기 제1 고정부의 제1 방향 일측에 배치되고, 제2 마그넷은 제1 고정부의 제1 방향 타측에 배치되고,
    상기 제3 마그넷은 상기 제2 고정부의 제1 방향 일측에 배치되고, 제4 마그넷은 제2 고정부의 제1 방향 타측에 배치되고,
    상기 제1 마그넷과 제3 마그넷은 각각 제3 방향으로의 자기 쌍극을 가지되, 상기 제1 마그넷과 제3 마그넷의 극성 방향은 동일 방향이고,
    자기장이 형성될 경우, 상기 제1 마그넷과 제3 마그넷이 상이한 방향 측으로 이동하도록 구성된 에너지 하베스팅 장치.
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