KR200431507Y1 - 압전소자를 이용한 핸드폰 배터리 충전장치 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 압전소자를 이용한 핸드폰 배터리 충전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 핸드폰 배터리 팩과 유사한 형상을 가진 케이스 내부에 충격이나 소리에 의하여 진동하는 진동판을 다수 설치하고, 상기 진동판과 대응되는 위치에 압전소자를 설치하여 진동판의 진동에 따라 접촉하는 압전소자에 기전력을 발생시켜 핸드폰의 전원으로 사용할 수 있도록 하는 압전소자를 이용한 핸드폰 배터리 충전장치에 관한 것이다.
본 고안에 따르면 사용자는 핸드폰 통화를 하면서 발생하는 움직임이나 음향을 이용하여 진동판을 진동시키면서 압전소자와 충돌이 일어나도록 할 수 있으며, 이때 발생하는 기전력을 이용하여 핸드폰의 전원을 충전할 수 있게 된다.
압전소자, 핸드폰, 배터리, 충전, 열전소자, 진동판
Description
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 충전장치의 외관을 나타낸 사시도.
도 2는 충전장치의 회로 구성을 나타낸 회로도.
도 3은 진동판이 압전소자와 접촉하는 상태를 나타낸 단면도.
**도면의 주요부분에 대한 부호설명**
100 : 충전장치 102 : 케이스 104 : 전극단자
106 : 딤플 108 : 관통공 110 : 진동판
112 : 스프링 114 : 압전소자 116 : 전원선
118 : 변환코일 120 : 저항 122 : 다이오드
124 : 배터리
본 고안은 압전소자를 이용한 핸드폰 배터리 충전장치에 관한 것으로서, 보 다 상세하게는 핸드폰 배터리 팩과 유사한 형상을 가진 케이스 내부에 충격이나 소리에 의하여 진동하는 진동판을 다수 설치하고, 상기 진동판과 대응되는 위치에 압전소자를 설치하여 진동판의 진동에 따라 접촉하는 압전소자에 기전력을 발생시켜 핸드폰의 전원으로 사용할 수 있도록 하는 압전소자를 이용한 핸드폰 배터리 충전장치에 관한 것이다.
최근 통신수단의 발달로 많은 사람들이 핸드폰을 사용하고 있으며, 상기 핸드폰의 배면에는 배터리를 교체하여 사용을 할 수 있게 되어 있다.
따라서, 대다수의 사람들은 고가의 보조 배터리를 별도로 더 구비하여 핸드폰과 별도로 휴대하면서 현재 핸드폰에 장착된 배터리를 다 사용하였을 때 보조 배터리로 교체하여 핸드폰을 계속해서 사용하거나, 핸드폰에 결합되어 있는 상태로 외부기기인 충전기나, 차량에 설치하여 사용을 하는 충전기 및 핸즈프리에 수시로 결합시켜 배터리들을 충전시켜 사용을 하고 있다.
그러나, 상기와 같이 보조적으로 사용되는 배터리는 휴대하기가 불편하여 대다수의 사람들은 그냥 핸드폰에 결합되어 있는 배터리만으로 사용을 하고 있는데, 이는 핸드폰의 잦은 사용에 따라 배터리가 다 소모되었을 경우에 다시 배터리를 충전시키기까지는 핸드폰을 사용할 수 없게 되는 문제점이 있었다.
또한, 상술한 충전기나 핸즈프리는 사용장소가 한정되어 있어 외부에서는 사용하기 곤란하여 핸드폰의 배터리가 다 소모되었을 때에 쉽게 사용할 수 없는 문제점이 있었다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 별도의 외함체 내부에 압전소자를 구비하고, 슬라이딩 볼을 설치하여 볼이 압전소자를 때릴 때 발생하는 기전력으로 핸드폰을 사용하거나 핸드폰 배터리를 충전하는 기술이 개시되어 있다.
그러나 이러한 종래기술에 있어서도 소형의 케이스 내부에 슬라이딩 볼을 많이 설치할 수 없어서 핸드폰의 배터리를 다 충전시킬만큼 큰 전류를 얻을 수 없는 단점이 있었다.
본 고안은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 케이스 내부에서 서로 스프링에 의하여 연결되어 미세한 충격이나 음향에도 상하 또는 좌우로 진동하는 진동판을 다수 설치하고, 진동판과 대응되는 위치에 다수의 압전소자를 설치하여 진동판과 압전소자의 충돌에 따라 발생하는 전류를 핸드폰에 사용할 수 있도록 하는 압전소자를 이용한 핸드폰 배터리 충전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 고안은 진동판과 압전소자가 내장된 케이스 표면에 관통공을 설치하여 외부의 음향이나 충격이 진동판에 효율적으로 전달될 수 있도록 하는 압전소자를 이용한 핸드폰 배터리 충전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 고안은 압전소자에 열전소자를 같이 혼합하여 설치함으로써 충격뿐만 아니라 사용자의 체온에 의하여도 기전력이 발생할 수 있도록 하는 압전소자를 이용한 핸드폰 배터리 충전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 고안은 압전소자의 충격시 발생 하는 전류를 이용한 충전장치로서, 표면에 다수의 관통공이 형성된 장방형의 케이스와; 중심이 상기 관통공과 대응되는 위치에서 상기 케이스 내부에 설치되며, 양측이 스프링에 의해 고정되어 충격이나 소리가 전달되면 전후 또는 좌우로 진동하는 원판형상의 진동판과; 상기 진동판의 일측면으로부터 일정거리만큼 이격되어 설치되며, 상기 진동판이 진동하면서 부딪히면 충격압력에 의하여 기전력을 발생시키는 압전소자와; 상기 압전소자와 전기적으로 연결된 두 개의 전원선;으로 이루어진다.
본 고안은 상기 압전소자에 의하여 발생한 기전력을 소정의 크기로 변환시키는 변환코일과; 상기 변환코일로부터 출력되는 전류의 역류를 방지하는 다이오드;를 추가로 포함한다.
또한 본 고안은 상기 다이오드로부터 입력되는 전류를 저장하는 배터리;를 추가로 포함한다.
상기 케이스 표면에는 상기 관통공의 중심과 같은 위치에 있는 중심을 가지며, 상기 관통공의 지름보다 상대적으로 큰 지름을 갖는 딤플이 상기 관통공과 일대일로 대응되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 압전소자는 열에 의하여 기전력을 발생시키는 열전소자와 혼합되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 고안의 실시예에 따른 압전소자를 이용한 핸드폰 배터리 충전장치(이하, '충전장치'라 함)에 대하여 설명한다.
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 충전장치의 외관을 나타낸 사시도이며, 도 2는 충전장치의 회로 구성을 나타낸 회로도이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 충전장치(100)는 외부의 케이스(102)를 가진다. 케이스(102)는 통상적인 핸드폰 배터리팩과 유사한 형상을 가지며, 안쪽면에는 핸드폰 접촉단자에 대응하는 단자(도면 미도시)가 구비되어 있어서 일반적인 배터리를 핸드폰에 장착하는 것과 동일한 방법으로 장착하여 사용할 수 있다.
또한 핸드폰 하단부의 통신핀에 연결하여 사용하는 외부 전원장치와 유사하게 연결핀(도면 미도시)을 구비하여 핸드폰의 통신핀에 삽입하여 사용할 수도 있을 것이다.
케이스(102)의 외측 하부면에는 핸드폰 충전기 장착을 위한 접촉단자(104)가 구비되어 있다. 사용자는 압전소자를 이용한 발전방식과 충전기를 통한 충전방식을 선택적으로 사용할 수 있는데, 충전기에 장착하여 충전하는 경우에는 접촉단자(104)를 통해 외부 전원을 저장하게 된다.
얇은 판상형 케이스(102)의 외측면에는 얕은 분화구 형태의 딤플(106)이 다수 형성된다. 딤플(106)은 외부의 음향을 모아서 케이스(102) 내부로 들여보내는 역할을 한다.
각각의 딤플(106) 중앙에는 하나씩의 관통공(108)이 형성된다. 관통공(106)은 외부의 음향이 케이스(102) 내부로 들어가는 통로역할을 하며, 딤플(106)의 반지름보다 작은 반지름을 가지는 것이 바람직하다.
이와 같이 케이스(102) 바깥 표면에는 다수의 딤플(106)이 형성되며, 딤 플(106)의 중심에는 관통공(108)이 형성되어 외부 충격이나 음향이 케이스(102) 내부로 효율적으로 들어갈 수 있다.
한편, 관통공(108)을 통해 외부의 먼지나 물기가 들어가면 충전장치(100)의 기능이 저해될 수 있으므로, 관통공(108) 내부에 필터와 같은 차단장치(도면 미도시)를 구비하는 것도 바람직할 것이다.
케이스(102)의 내부에는 다수의 진동판(110)이 설치된다. 진동판(110)은 원판형으로서 가장자리가 일측으로 휘어진 그릇 모양으로 이루어진다. 진동판(110)의 중심은 관통공(108)의 중심과 대략 일치하는 위치에 설치되며, 하나의 관통공(108)에 하나의 진동판(110)이 대응되어 설치되는 것이 바람직하다.
관통공(108)을 통해 들어온 소리 에너지가 진동판(110)에 최대한 전달되도록 하기 위하여 진동판(110)의 오목한 부분이 관통공(108)을 향하도록 한다.
인접한 진동판(110)들은 스프링(112)에 의하여 서로 연결되어 충격이나 음향에 의하여 전후 또는 좌우로 진동하게 된다. 스프링(112)은 진동판(110)의 가운데를 중심으로 양측에 두 개 또는 동서남북에 네 개가 설치될 수 있다.
진동판(110)의 반대편에는 압전소자(114)가 고정되어 설치된다.
압전소자(114)란 압력이나 충격에 의하여 기전력을 발생시키는 반도체 소자를 말한다.
압전현상이란 어떤 종류의 결정판에 일정한 방향에서 압력을 가하면 결정판의 양단에 외력에 비례하는 양, 음의 전하가 나타나는 현상을 의미한다. 한 장의 결정판에 나타나는 기전력은 미약하지만 금속박을 삽입하면서 여러 장을 겹칠 경우 그 양이 증대된다. 또 결정판은 종류 및 질량에 따라 고유진동수를 가지고, 상기 결정판에 가해지는 기계적 진동 또는 전기적 진동이 상기 고유진동수와 일치하면 공진이 일어남에 따라 더욱 강한 기전력을 발생시킨다. 여기서, 공진현상이란 외부에서 전달되는 강제진동의 진동수가 구조나 물질의 고유진동수와 같거나 근사할 경우 진동이 증폭되는 현상이다.
상기 압전소자를 형성하는 결정의 종류로는 수정, 전기석, 로셸염 등이 있고, 근래에는 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민 등의 인공결정도 압전성이 뛰어나다는 점이 밝혀지고 있다.
본 고안의 압전소자(114)는 이와 같이 충격이나 압력에 의하여 기전력을 발생시킬 수 있는 모든 형태의 반도체 소자를 의미하며, 진동판(110)과의 충격력을 효율적으로 사용하기 위하여 일정한 거리만큼 이격된 위치에 설치된다.
도 3은 진동판이 압전소자와 접촉하는 상태를 나타낸 단면도로서, 외부의 소리 에너지가 케이스(102) 표면의 딤플(106)에 의하여 모아져서 관통공(108)을 통해 케이스(102) 내부로 들어오면, 진동판(110)을 진동시켜 압전소자(114)와 충돌하게 만든다. 진동판(110)에 연결된 스프링(112)에 의하여 진동은 일정한 시간동안 유지되면서 지속적으로 충돌이 일어나게 된다.
진동판(110)의 충돌에 의하여 압전소자(114)에 일정한 압력이 가해지고, 이로 인해 압전소자(114)에 기전력이 발생한다. 하나의 압전소자(114)에서 발생하는 기전력은 미미하지만, 본 고안에서와 같이 다수의 진동판(110)과 압전소자(114)를 구비하고, 스프링(112)에 의하여 진동을 오랫동안 유지시키면 비교적 큰 전압을 일으킬 수 있다.
실제로 6개의 압전소자(114)를 사용한 충전장치(100)를 제작하여 3분 정도 충전했을 경우, 1.6V의 교류전압 200W 를 생산해낼 수 있으므로 핸드폰과 같은 소형 전자기기를 충분히 사용하거나 충전할 수 있게 된다.
한편, 압전소자(114)에는 두 개의 전원선(116a, 116b)이 연결되는데, 각각 +와 - 극성을 갖는다.
압전소자(114)의 +극과 연결된 전원선(116a)과 -극과 연결된 전원선(116b)은 각각 연결되어 변환코일(118)에 입력된다.
변환코일(118)은 1차코일과 안정기로 이루어져서 압전소자(114)로부터 입력된 기전력을 안정화시키고, 일정한 크기로 변환하여 출력한다.
변환코일(118)로부터 출력된 전류는 저항(120)과 다이오드(122)를 거쳐 배터리(124)에 저장된다.
다이오드(122)는 압전소자(114)에서 충분한 기전력이 발생하지 않아서 배터리(124)로부터 전류가 역류하는 것을 방지하기 위한 소자이다.
이와 같이 압전소자(114)에서 충격으로 발생한 전류가 배터리(124)에 저장되었다가 핸드폰으로 공급된다. 그러나 충전장치(100)의 특성상 배터리(124)가 필요없이 충격으로 발생한 전류를 실시간으로 핸드폰으로 전송하여 사용할 수도 있을 것이다.
한편, 본 고안의 압전소자(114)에 열전소자를 함께 부착하여 사용할 수도 있다. 열전소자는 압력에 의하여 기전력을 발생시키는 압전소자(114)와 달리 열에 의하여 기전력을 발생시키는 반도체 소자이다.
통상적으로 핸드폰으로 통화를 할 때에는 사용자의 말소리에 의하여 지속적으로 소리 에너지가 공급되지만, 사용자가 핸드폰을 쥐고 있는 손바닥에서도 지속적으로 열이 발생한다. 열전소자를 압전소자(114)와 같이 결합하는 경우에는 이와 같은 체열을 이용하여 기전력을 발생시킬 수 있으므로 훨씬 큰 전류를 발생시킬 수 있게 된다.
이상에서 본 고안의 실시예를 설명하였지만, 본 고안의 권리범위는 이러한 실시예에 제한되지 않으며, 당업자가 용이하게 변형할 수 있는 범위에도 권리가 미친다.
본 고안에 따르면 사용자는 핸드폰 통화를 하면서 발생하는 움직임이나 음향을 이용하여 진동판을 진동시키면서 압전소자와 충돌이 일어나도록 할 수 있으며, 이때 발생하는 기전력을 이용하여 핸드폰의 전원을 충전할 수 있게 된다.
또한 압력과 더불어 열에 의하여도 기전력을 발생시킬 수 있으므로, 훨씬 더 효율적으로 전류를 생성할 수 있게 된다.
Claims (5)
- 압전소자의 충격시 발생하는 전류를 이용한 충전장치에 있어서,표면에 다수의 관통공이 형성된 장방형의 케이스와;중심이 상기 관통공과 대응되는 위치에서 상기 케이스 내부에 설치되며, 양측이 스프링에 의해 고정되어 충격이나 소리가 전달되면 전후 또는 좌우로 진동하는 원판형상의 진동판과;상기 진동판의 일측면으로부터 일정거리만큼 이격되어 설치되며, 상기 진동판이 진동하면서 부딪히면 충격압력에 의하여 기전력을 발생시키는 압전소자와;상기 압전소자와 전기적으로 연결된 두 개의 전원선;으로 이루어지는 압전소자를 이용한 핸드폰 배터리 충전장치.
- 제1항에 있어서,상기 압전소자에 의하여 발생한 기전력을 소정의 크기로 변환시키는 변환코일과;상기 변환코일로부터 출력되는 전류의 역류를 방지하는 다이오드;를 추가로 포함하는 압전소자를 이용한 핸드폰 배터리 충전장치.
- 제2항에 있어서,상기 다이오드로부터 입력되는 전류를 저장하는 배터리;를 추가로 포함하는 압전소자를 이용한 핸드폰 배터리 충전장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 케이스 표면에는 상기 관통공의 중심과 같은 위치에 있는 중심을 가지며, 상기 관통공의 지름보다 상대적으로 큰 지름을 갖는 딤플이 상기 관통공과 일대일로 대응되어 형성되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 핸드폰 배터리 충전장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 압전소자는열에 의하여 기전력을 발생시키는 열전소자와 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 핸드폰 배터리 충전장치.
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