KR20080007707A - Keyboard self power-generating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 키보드 자가발전장치의 개략 구조도. 1 is a schematic structural diagram of a keyboard self-powering device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 상기 자가발전장치에 포함되는 전기회로부의 개략적인 회로도.2 is a schematic circuit diagram of an electric circuit unit included in the self-generating device.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 키보드 자가발전장치에 있어서 발전 전압의 특성을 나타내는 그래프.3 is a graph showing the characteristics of the power generation voltage in the keyboard self-powering device according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 키보드 자가발전장치에 있어서 충전 전압의 특성을 나타내는 그래프.4 is a graph showing the characteristics of the charging voltage in the keyboard self-powering device according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 키(key) 또는 외부본체 20 : 내부본체10: key or external body 20: internal body
201 : 플렉서(plexer) 202 : 스프링 부재201: plexer 202: spring member
203 : 전기단자 204 : 내부연결링크203: electric terminal 204: internal connection link
30 : 압전소자부 301 : 압전소자30: piezoelectric element portion 301: piezoelectric element
302 : 상부전극 303 : 하부전극302: upper electrode 303: lower electrode
304 : 상부압착단자 305 : 하부압착단자304: upper crimp terminal 305: lower crimp terminal
40 : 전기회로부 401 : 전하량 수집회로40: electric circuit unit 401: charge amount collection circuit
402 : 충전부 403 : 제어부402: charging unit 403: control unit
본 발명은 자가발전장치에 관한 것으로서, 특히 사용자가 키보드를 누르기 위하여 제공하는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 키보드 자가발전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a self-powered device, and more particularly to a keyboard self-powered device for converting the kinetic energy provided by the user to press the keyboard into electrical energy.
일반적으로 휴대용으로서 널리 사용되는 노트북 컴퓨터의 휴대 전원으로는 3.7V의 리튬 이온 배터리가 사용된다.In general, 3.7V lithium ion batteries are used as portable power sources for notebook computers, which are widely used as portable devices.
그러나, 이러한 리튬 이온 배터리를 이용하여 충전하는 경우, 그 구조가 복잡하고 환경적인 문제가 발생하며, 또한 전원이 다 소모되었을 경우에는 다시 충전해야하거나 배터리를 교체하여야 하는 문제점을 가진다.However, in the case of charging using such a lithium ion battery, its structure is complicated and environmental problems occur, and when the power is exhausted, there is a problem of recharging or replacing the battery.
특히, 노트북 컴퓨터의 휴대시, 장착된 배터리가 다 소모되었을 경우에는 보조 배터리로 교체하여 사용하거나 아니면 상기 배터리가 노트북 컴퓨터에 결합되어 있는 상태로 외부기기인 충전기를 이용하여야 하는 문제점이 있었다.In particular, when the portable battery is exhausted when the portable computer is exhausted, there is a problem in that it is necessary to replace the battery with an auxiliary battery or use an external device charger while the battery is coupled to the laptop computer.
그러나, 상기와 같은 보조 배터리는 휴대하기가 불편하여 대부분은 노트북 컴퓨터에 내장되어 있는 상기 리튬 이온 배터리만으로 사용하며, 이러한 배터리는 노트북 컴퓨터의 잦은 사용에 따라 다 소모되었을 경우에 다시 이를 충전하여야 하므로, 충전이 완료될 때까지는 노트북 컴퓨터를 사용할 수 없게 되는 문제점도 있었다. 또한, 통상적인 노트북 컴퓨터의 충전방식은 110V 또는 220V의 교류 전원을 사용하므로, 이러한 교류 전원이 공급되지 않는 장소에서는 그 충전이 어려워 노트북 컴퓨터의 사용에 상당한 제한이 있다는 문제점도 있었다.However, the auxiliary battery as described above is inconvenient to carry, and most of them use only the lithium ion battery built in the notebook computer, and such a battery needs to be recharged when it is exhausted due to frequent use of the notebook computer. There was also a problem that the notebook computer can not be used until the charge is completed. In addition, since the charging method of a conventional notebook computer uses an AC power source of 110V or 220V, it is difficult to charge in a place where such AC power is not supplied, and there is a problem that there is a significant limitation in the use of the notebook computer.
이에, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 사용자가 키보드를 누르기 위하여 제공하는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 충전함으로써 배터리 등 별도의 전원이 필요하지 않은 키보드 자가발전장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and provides a keyboard self-powering device that does not require a separate power source such as a battery by converting and charging the kinetic energy provided by the user to press the keyboard into electrical energy. There is.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 관점에 의하면, 적어도 하나 이상의 키(key)로 구성되는 키보드를 구비하여 이로써 사용자의 입력을 전달받는 전자기기에 있어서, 상기 키의 하단부에 배설되어 상기 사용자가 상기 키를 눌러 하방으로 가압하는 외력에 의하여 타격되어 전위차를 발생하는 압전소자를 구비하는 압전소자부와, 상기 압전소자부에 연결되고 상기 전위차를 입력받아 전압을 충전하는 전기회로부를 포함하고, 상기 충전된 전압으로 전력을 상기 전자기기에 공급하게 된다.According to an aspect of the present invention to achieve the above object, in the electronic device provided with a keyboard composed of at least one key (key) thereby receiving the user's input, it is disposed at the lower end of the key is the user A piezoelectric element portion including a piezoelectric element that is hit by an external force pressed downward by pressing the key to generate a potential difference, and an electrical circuit portion connected to the piezoelectric element portion to receive the potential difference and charge a voltage; Power is supplied to the electronic device at the charged voltage.
또한, 상기 압전소자부는 상기 키의 저면에 상기 압전소자와 소정의 이격 거리를 두도록 종방향으로 부착되어 상기 키가 하방으로 가압됨에 따라 상기 압전소자부를 가압하는 해머(hammer) 또는 플렉서(plexer)와, 상기 키보드의 하단부 및 상기 플렉서의 주위에 위치되어 상기 키를 탄성적으로 지지하여 상기 키가 가압된 후 제자리로 귀환할 수 있도록 하는 탄성부재와, 상기 압전소자를 탄성적으로 지지하는 압착단자를 포함할 수 있다.In addition, the piezoelectric element portion is vertically attached to the bottom surface of the key so as to have a predetermined distance from the piezoelectric element, the hammer (plexer) for pressing the piezoelectric element portion as the key is pressed downward. And an elastic member positioned around the lower end of the keyboard and the flexor to elastically support the key so that the key can be returned to its original position after being pressed, and a crimp elastically supporting the piezoelectric element. It may include a terminal.
또한, 상기 전기회로부는 상기 전위차를 직류전류로 정류하기 위한 정류회로 부와, 상기 직류전류 및 충전소자로 인가되는 직류전압을 인가받아 펄스폭 변조(PWM) 방식으로 변조하여 상기 직류전압의 크기를 미리 설정된 전압레벨로 조절하기 위한 PWM 변조부와, 상기 조절된 전압을 인가받아 이를 충전하는 충전소자를 포함할 수 있다.The electric circuit unit may receive a rectifying circuit unit for rectifying the potential difference into a DC current and a DC voltage applied to the DC current and the charging device, and modulate it in a pulse width modulation (PWM) scheme to preset the magnitude of the DC voltage. It may include a PWM modulator for adjusting to a set voltage level, and a charging device for receiving the adjusted voltage to charge it.
또한, 상기 압전소자는 크리스탈, 압전 세라믹스, 압전 복합 소재의 적어도 어느 하나 이상으로 될 수 있다. In addition, the piezoelectric element may be at least one of a crystal, a piezoelectric ceramic, and a piezoelectric composite material.
또한, 상기 압전소자는 Pb(Zr,Ti)O3+Pb(Zn,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3+Pb(Ni,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3+PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3+실리콘 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머 중의 적어도 어느 하나 이상으로 될 수 있다.The piezoelectric element may include Pb (Zr, Ti) O 3 + Pb (Zn, Nb) O 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 + Pb (Ni, Nb) O 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 + PDFDF polymer At least one of Pb (Zr, Ti) O 3 + silicon polymer and Pb (Zr, Ti) O 3 + epoxy polymer.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.
본 발명에 의한 키보드 자가발전장치는 통상적으로 사용자가 컴퓨터 등의 전자기기에 텍스트, 명령어 등을 입력하기 위하여 키보드에 제공하는 운동 에너지를 운동 에너지 변환장치에 의하여 전기 에너지로 변환하게 된다. 또한, 상기 변환된 전기 에너지는 구비된 충전회로에 저장된다. Keyboard self-powered device according to the present invention is typically converted by the kinetic energy converter to the kinetic energy provided to the keyboard for the user to input text, commands, etc. to electronic devices such as computers. In addition, the converted electrical energy is stored in the provided charging circuit.
이때, 본 발명에 있어서 상기 전자기기는 키보드를 포함하는 모든 전자기기를 포함하며, 상기 키보드에는 사용자가 운동 에너지를 제공하여 가압함으로써 동작하는 적어도 하나 이상의 키(key)를 포함하는 모든 키보드 장치가 포함된다.In this case, in the present invention, the electronic device includes all electronic devices including a keyboard, and the keyboard includes all the keyboard devices including at least one or more keys operated by a user providing and pressing kinetic energy. do.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서 상기 운동 에너지 변환장치는 압전장치 및 이 압전장치에서 발생하는 교류 출력 전위를 정류하고 충전하기 위한 전기회로를 포함할 수 있다. 특히, 상기 전기회로에 있어서 상기 정류 및 충전 사이에 소정의 출력전압 레벨에 해당되도록 상기 충전 전압을 조절함이 바람직하다.In addition, in a preferred embodiment of the present invention, the kinetic energy converter may include a piezoelectric device and an electric circuit for rectifying and charging the AC output potential generated by the piezoelectric device. In particular, in the electric circuit, it is preferable to adjust the charging voltage so as to correspond to a predetermined output voltage level between the rectification and charging.
또한, 바람직하기로는 상기 압전장치는 사용자가 컴퓨터 키보드를 하방으로 가압하여 외력을 인가하면, 그 압축하중에 의하여 상기 압전장치를 타격하도록 상기 컴퓨터 키보드의 하단에 소정의 이격 거리를 두어 배설된다. 이때, 상기 이격 거리는 상기 압전장치에 소정의 임계값을 넘는 타격력이 가해지도록 조절될 수 있다.Preferably, the piezoelectric device is disposed with a predetermined distance from the lower end of the computer keyboard so as to strike the piezoelectric device by the compressive load when the user presses the computer keyboard downward to apply an external force. In this case, the separation distance may be adjusted to apply a striking force exceeding a predetermined threshold value to the piezoelectric device.
또한, 상기 압전장치는 바람직하기로는 크리스탈(crystal), 압전 세라믹(piezoelectric ceramics) 소재 또는 압전 복합(piezoelectric composite) 소재의 적어도 어느 하나로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 압전 세라믹 소재로서는 Pb(Zr,Ti)O3+Pb(Zn,Nb)O3, Pb(Zr,Ti)O3+Pb(Ni,Nb)O3 등이 사용될 수 있고, 상기 압전 복합 소재로서는 Pb(Zr,Ti)O3+PVDF 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3+실리콘 폴리머, Pb(Zr,Ti)O3+에폭시 폴리머 등이 사용될 수 있다.In addition, the piezoelectric device may be preferably made of at least one of a crystal, piezoelectric ceramics material or piezoelectric composite material. For example, Pb (Zr, Ti) O 3 + Pb (Zn, Nb) O 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 + Pb (Ni, Nb) O 3, or the like may be used as the piezoelectric ceramic material. As the composite material, Pb (Zr, Ti) O 3 + PVDF polymer, Pb (Zr, Ti) O 3 + silicon polymer, Pb (Zr, Ti) O 3 + epoxy polymer and the like can be used.
이에 따라, 상기 가압된 상기 압전장치에는 전위(electrical potential)가 발생하며, 상기 발생된 교류 전위는 이에 연결되는 상기 전기회로로 입력되어 정류되고 충전장치를 충전한다. 상기 충전장치로서는 상기 전위차의 크기에 따라 2차 충전지 또는 슈퍼 캐패시터를 포함함이 바람직하며, 이는 이에 연결되는 노트북 컴퓨터 등의 전자기기에 전력을 공급하는 전원으로서 사용될 수 있다.Accordingly, an electric potential is generated in the pressurized piezoelectric device, and the generated AC potential is input to the electric circuit connected thereto to rectify and charge the charging device. The charging device preferably includes a secondary rechargeable battery or a super capacitor according to the magnitude of the potential difference, which can be used as a power source for supplying power to electronic devices such as notebook computers connected thereto.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설 명한다. 다만, 본 발명이 하술하는 실시예는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공되는 것이며, 본 발명은 상기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail. However, the embodiments described below are provided to help the overall understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments.
실시예Example
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 키보드 자가발전장치의 개략 구조도를 나타내며, 도 2는 상기 자가발전장치에 포함되는 전기회로부(40)의 개략적인 회로도를 나타낸다.FIG. 1 shows a schematic structural diagram of a keyboard self-powering device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of the
본 발명의 일 실시예에 있어서, 키보드 자가발전장치는 크게 키(key) 또는 외부본체(10), 내부본체(20), 압전소자부(30) 및 전기회로부(40)를 포함하여 구성된다.In one embodiment of the present invention, the keyboard self-powering device is largely comprised of a key or an
외부본체(10)는 통상적으로 사용되는 키보드의 다양한 형상으로 제조될 수 있으며, 그 내부에 부품들의 배설을 용이하게 하도록 사각형상의 외부 케이스를 구비한다. 외부본체(10)의 내부에는 키보드의 구동에 관련되는 부품들이 배설된다.The
내부본체(20)는 내부연결링크(204)를 통하여 상기 외부본체(10)와 연결되며,플렉서(plexer: 201), 스프링 부재(202), 압전소자(301) 및 압착단자(304, 305) 등을 수용한다. The inner
이때, 플렉서(201)는 압전소자(301)를 타격하기 위하여 외부본체(10)의 저면에 종방향으로 부착되어 배설된다. 또한, 플렉서(201)의 주위에는 사용자에 의하여 가압되었던 외부본체(10)가 탄성적으로 지지되어 제자리로 귀환될 수 있도록 하는 스프링 부재(202)가 위치된다. At this time, the
또한, 압전소자(301)는 플렉서(201)의 하단부에 소정의 이격 거리를 두어 플 렉서(201)의 저면과 평행하게 배설되며, 이는 지지부재인 압착단자(304, 305)에 의하여 내부본체(20)의 내부에서 탄성적으로 지지된다. 앞서 설명한 바 있듯이, 압전소자(301)는 크리스탈(crystal), 압전 세라믹 소재 또는 압전 복합 소재의 적어도 어느 하나로 제조되며, 그 양단에는 은(Ag) 등의 재질로 되는 상부 및 하부 전극(302, 303)이 부착된다. 이때, 상기 이격 거리는 압착단자(304, 305)의 지지력을 고려하여 압전소자(301)의 재료에 따른 임계값을 초과하는 타격력이 상기 압전소자(301)에 제공되도록 조절됨이 바람직하다. 또한, 압착단자(304, 305)를 대체하거나 또는 이와 함께 별도의 스프링(미도시)을 압전소자(301)의 하단부에 더 구비하여 압전소자(301)에 상대적인 탄성 에너지를 더 제공함으로써 상기 타격력을 조절할 수도 있다.In addition, the
상기와 같은 구조에서, 사용자가 입력을 위하여 키보드의 어느 하나인 외부본체(10)를 가압하면, 플렉서(201)가 압전소자(301)를 압축하며 압전소자(301)는 압착단자(304, 305)에 지지되면서 그 하단부에 이격되어 배설되는 전기단자(203)에 접촉하게 된다. 이에 따라, 상기 접촉된 전기단자(203)에 상기 입력의 신호가 본 실시예의 키보드를 구비하는 전자기기로 인가되며, 그와 동시에 압축된 압전소자(301)에는 전위차가 발생하게 되고 이는 상부 및 하부전극(302, 303)을 통하여 전기회로부(40)의 전하량 수집회로(401)로 인가된다. 상기 압전소자(301)에서 발생한 전위차는 교류이므로, 이를 입력받는 전하량 수집회로(401)는 통상적인 브리지 다이오드 회로(D1~D4)로 구성되어 인가된 교류 입력을 직류로 정류한다. 또한, 이를 인가받아 제어부(403)에서는 펄스폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 방식으 로 펄스 폭을 조절함으로써 DC 전압의 크기를 미리 설정된 전압레벨로 조절하여 이를 충전부(402)의 캐패시터(C1, C2)에 충전하며, 상기 캐패시터(C1, C2)에 충전된 전압은 상기 전자기기의 전원으로 사용될 수 있게 된다.In the above structure, when the user presses the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 키보드 자가발전장치에 있어서 발전 전압의 특성을 나타내며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 키보드 자가발전장치가 공급하는 전력의 특성을 나타낸다. 즉, 본 실시예에 있어서 발전 전압은 대략 ±15mV, 공급 전력은 대략 10mW였다.3 shows the characteristics of the power generation voltage in the keyboard self-powered device according to an embodiment of the present invention, Figure 4 shows the characteristics of power supplied by the keyboard self-powered device according to an embodiment of the present invention. That is, in this embodiment, the power generation voltage was approximately ± 15 mV and the supply power was approximately 10 mW.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 사용자가 키보드에 제공하는 운동 에너지를 압전소자에 의하여 전기 에너지로 변환하여 캐패시터 등의 충전소자에 충전하며, 이를 반복함으로써 자체 전원으로 사용할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, the kinetic energy provided by the user to the keyboard is converted into electrical energy by the piezoelectric element to be charged in a charging element such as a capacitor, and by repeating this, it can be used as its own power source.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 키보드 자가발전장치는 키보드의 동작 시 사용자가 인가하는 기계적인 외력을 전기 에너지로 변환하여 이를 충전소자에 충전함으로써, 상기 키보드를 구비하는 전자기기의 휴대이용 시 배터리 등 별도의 전원 없이도 상기 전자기기를 동작시킬 수 있게 된다.As described above, the keyboard self-generating device according to the present invention converts a mechanical external force applied by a user during operation of the keyboard into electrical energy and charges it with a charging device, thereby carrying the portable electronic device having the keyboard. The electronic device can be operated without a separate power source such as a battery.
또한, 배터리의 교체뿐만 아니라, 별도의 충전작업 및 충전기가 전혀 필요하지 않으므로, 사용자의 편의가 증진되며 부수적인 유지보수가 필요 없어 반영구적인 사용이 가능하다.In addition, as well as replacement of the battery, a separate charging operation and charger is not required at all, so that the user's convenience is enhanced and semi-permanent use is possible without the need for additional maintenance.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다 양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.In addition, the preferred embodiment of the present invention is disclosed for the purpose of illustration, anyone of ordinary skill in the art will be possible to various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, such modifications, changes And additions should be regarded as within the scope of the claims.
Claims (5)
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KR1020060066673A KR20080007707A (en) | 2006-07-18 | 2006-07-18 | Keyboard self power-generating apparatus |
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KR1020060066673A KR20080007707A (en) | 2006-07-18 | 2006-07-18 | Keyboard self power-generating apparatus |
Publications (1)
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Family
ID=39220760
Family Applications (1)
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KR1020060066673A KR20080007707A (en) | 2006-07-18 | 2006-07-18 | Keyboard self power-generating apparatus |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011016592A1 (en) * | 2009-08-05 | 2011-02-10 | 한국세라믹기술원 | Foothold-type piezoelectric generator unit and piezoelectric generator system including same |
KR101494437B1 (en) * | 2013-08-28 | 2015-02-23 | 한국세라믹기술원 | Switch having function of emitting light by self generating |
-
2006
- 2006-07-18 KR KR1020060066673A patent/KR20080007707A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011016592A1 (en) * | 2009-08-05 | 2011-02-10 | 한국세라믹기술원 | Foothold-type piezoelectric generator unit and piezoelectric generator system including same |
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