KR20090074303A - 휴대용 전자기기의 자가발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휴대폰, PDA, PMP 등 사용자가 휴대하는 전자기기의 내부에 설치되어 휴대중에 전자기기에 가하여지는 진동에 의하여 전자기기에 요구된 전기적인 에너지를 얻기 위한 휴대용 전자기기의 자가발전장치를 제공한다. 휴대용 전자기기(10)내에 설치되는 자가발전장치는 내부중심에 고정원반체(16)가 고정되고 커버(12)로 밀폐되는 케이싱(14), 상기 고정원반체(16)의 주면에는 일정한 간격을 두고 배치되며 압전소자(28)와 전극(26)(26')으로 구성되는 다수의 압전체(20), 상기 케이싱(14)의 내부에서 주면에 배치된 상기 압전체(20)를 포함하는 상기 고정원반체(16)의 직경 보다 큰 직경을 가지고 동심원상으로 배치된 상태에서 진동에 의하여 상기 압전체(20)에 충돌할 수 있게 된 링형 진동체(22)와, 상기 링형 진동체(22)를 상기 케이싱(14)에 대하여 유동가능하게 지지된 상태에서 현가되도록 상기 링형 진동체(22)와 상기 케이싱(14)을 연결하는 수개의 스프링(24)으로 구성된다.
휴대용 전자기기, 압전체, 링형 진동체.

Description

휴대용 전자기기의 자가발전장치 {SELF POWER GENERATING APPARATUS FOR PORTABLE ELECTRONIC EQUIPMENTS}
본 발명은 휴대용 전자기기의 자가발전장치에 관한 것으로, 특히 휴대폰, PDA, PMP, 리모콘 등 사용자가 휴대하는 전자기기의 내부에 설치되어 휴대중에 전자기기에 가하여지는 진동에 의하여 전자기기에 요구된 전기적인 에너지를 얻기 위한 휴대용 전자기기의 자가발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰, PDA, PMP, 리모콘 등의 휴대용 전자기기는 이들 전자기기에 요구된 전기적인 에너지의 공급을 위한 충전형의 배터리를 구비한다.
이러한 전자기기의 배터리는 전자기기의 사용에 따라서 전압이 낮아지므로 전자기기의 디스플레이에 표시되는 배터리전원의 레벨표시에 따라서 충분히 충전된 새로운 배터리로 교환해주어야 한다. 물론 전자기기로부터 분리된 배터리는 별도의 충전기에서 충전되어야 한다.
이와 같이 배터리를 교환하여 사용되는 휴대용 전자기기는 사용환경에 따라서 배터리의 사용이 매우 불편한 경우가 있다. 예를 들어, 사용자가 전자기기의 디스플레이에 표시된 낮은 레벨의 배터리전원표시를 확인하지 못하고 또한 새로운 충 전된 배터리를 예비적으로 휴대하고 있지 않아 배터리전원의 소진에 미처 대처하지 못하는 경우, 전자기기를 필요할 때 사용하지 못하는 불편을 감수하여야 한다.
전자기기에 사용하기 위하여 준비된 보조 배터리는 일반적으로 가정이나 사무실 등에 고정적으로 설치되어 사용되는 충전기에서 충분히 충전된 상태로 준비되지만, 사용자가 휴대하고 있는 전자기기에 결합되어 사용되는 배터리의 전원이 전자기기에 사용될 수 없는 레벨로 소모되었을 때에는 상업적으로 구비되어 있는 충전기를 이용하여 전자기기에 결합된 배터리를 충전하여야 하며 이러한 충전시간동안에는 전자기기를 사용할 수 없는 불편이 있었다.
본 발명에 있어서는 종래의 이와 같은 점을 감안하여 창안한 것으로, 예를 들어, 휴대폰, PDA, PMP, 리모콘 등 사용자가 휴대하는 전자기기에 상기 언급된 바와 같은 교체형 배터리를 사용함이 없이, 전자기기의 내부에 설치하여 휴대중에 전자기기에 가하여지는 진동에 의하여 전자기기에 요구된 전기적인 에너지를 얻을 수 있도록 한 휴대용 전자기기의 자가발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명에 의한 자가발전장치는 휴대용 전자기기 내에 설치되어 이의 전원으로 사용되며, 밀폐된 케이싱과, 상기 케이싱의 내부중심에 고정되는 고정원반체와, 상기 고정원반체의 주면에 일정한 간격을 두고 배치되며 각각 압전소자와 복수의 전극으로 구성되는 복수의 압전체와, 상기 고정원반체의 직경보다 더 큰 직경을 가지고 상기 고정원반체와 동심원상으로 배치되어 발생한 진동에 의하여 상기 복수의 압전체에 충돌하도록 되는 링형 진동체와, 상기 링형 진동체가 상기 케이싱에 대하여 유동가능하게 지지된 상태에서 현가되도록 상기 링형 진동체와 상기 케이싱을 연결하는 복수의 스프링을 포함할 수 있다.
또한, 상기 자가발전장치는 상기 압전체의 전극에 연결되어 상기 압전체에서 발생되는 전위차를 입력받아 전압을 충전하는 전기회로부를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 전기회로부는 상기 전위차를 인가받아 직류전류로 정류하는 정류회로부와, 상기 정류회로로부터의 출력전압을 펄스폭 변조(PWM) 방식으로 변조하여 이를 소정 크기의 전압으로 조절하는 PWM 변조부와, 상기 조절된 전압을 인가받아 이를 충전하는 충전소자를 포함할 수 있다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 자가발전장치가 사용되는 휴대용 전자기기(10)를 개략적으로 보인 것이다. 이러한 전자기기(10)는 예를 들어 사용자가 휴대하는 휴대폰, PDA, PMP, 리모콘 등을 포함할 수 있으며 이에 한정되지 아니한다.
도 1을 참조하면, 개략적으로 보인 전자기기(10)에 점선으로 도시한 부분은 본 발명의 일 실시예로서 자가발전장치의 장착부분을 나타내지만, 전자기기(10)의 내부에 이러한 자가발전장치가 장착되는 위치는 이와 같이 특정하게 한정되지 아니하며 전자기기(10) 내의 모든 위치에 장착될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 자가발전장치는 전자기기(10)의 내부에 설치되며 커버(12)로 밀폐되는 사각형 단면의 케이싱(14) 내에 구성된다. 이러한 케이싱(14)의 내부중심에는 고정원반체(16)가 지지대(18)에 의하여 고정된다. 고정원반체(16)의 주면에는 예를 들어 톱니형태로 일정한 간격을 두고 다수의 압전체(20)가 배치된다. 또한, 케이싱(14)의 내부에는 주면에 배치된 압전체(20)를 포함하는 고정원반체(16)의 직경 보다 큰 직경을 갖는 링형의 진동체(22)가 동심원상으로 배치되고, 이러한 링형 진동체(22)는 케이싱(14)의 모서리에 고정된 복수의 스프링(24)에 의하여 유동가능하게 지지된다.
압전체(20)는 도 5에 상세히 도시된 바와 같이 외측면과 내측면에 전극(26)(26')이 부착된 압전소자(28)로 구성된다. 이러한 압전소자(28)는 크리스탈, 압전세라믹, 압전복합소재의 적어도 어느 하나 이상으로 제조될 수 있고, 또한 본 발명에서는 이에 한정되지 아니하고 압전특성을 나타내는 물질이면 모두 가능하다. 예를 들어, 이러한 압전소자(26)는 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 제조될 수 있다.
상기 압전체(20)는 이로부터 발생되는 전기에너지를 수집하는 소정의 전기회로에 연결되며, 이러한 전기회로의 예는 도 5 및 도 6에 도시된다.
이러한 전기회로는 압전체(20)의 두 전극(26)(26')이 연결되는 전하량 수집회로(30), 그리고 이에 차례로 연결되는 제어부(32)와 충전부(34)로 구성된다. 도 6을 참조하면, 전하량 수집회로(30)는 통상적인 브릿지 다이오드회로(D1-D4)로 구 성되어 인가된 교류 입력을 직류로 정류한다. 또한, 이를 인가받아 제어부(32)는 펄스폭변조(PWM: Pulse Width Modulation) 방식으로 펄스 폭을 조절함으로써 직류 전압의 크기를 소정의 전압레벨로 조절하여 이를 캐패시터(C1, C2)로 구성되는 충전부(34)에 충전한다. 이렇게 충전부(34)에 충전된 전압은 전자기기의 전원으로 사용될 수 있다.
한편, 도 2-4를 참조하면, 링형 진동체(22)는 무게가 무거운 경질의 소재로 구성되고 케이싱(14)으로부터 연장된 스프링(24)에 의하여 유동가능하게 지지된 상태에서 현가(懸架)되어 그 상하측부가 커버(12)의 저면 또는 케이싱(14)의 상부면에 접촉하지 않도록 배치된다.
이와 같은 본 발명의 자가발전장치는 예를 들어 사용자가 휴대하는 휴대폰, PDA, PMP, 리모콘 등을 포함하는 전자기기(10)내에 설치되어 사용되는 것으로, 전자기기(10)에는 휴대중에 사용자의 움직임에 의하여 크기에 차이가 있으나 연속적이거나 불연속적인 어떠한 형태의 충격이 가하여질 것이며, 이러한 상황은 도 4와 같이 도시될 수 있다.
도 4를 참조하면, 이러한 충격의 반작용으로 전자기기(10)내에 설치된 케이싱(14) 내의 링형 진동체(22)가 진동을 일으킨다. 케이싱(14) 내에 배치된 링형 진동체(22)는 케이싱(14)으로부터 연장된 수개의 스프링(24)에 의하여 유동가능하게 지지된 상태에서 현가되어 있고 그 상하측부가 커버(12)의 저면 또는 케이싱(14)의 상부면에 접촉하지 않도록 배치되어 있으므로, 전자기기(10)에 가하여지는 충격의 방향으로 반복적으로 진동하게 될 것이다. 이와 같은 링형 진동체(22)가 진동할 때 그 내면이 고정원반체(16)의 주면에 배치된 압전체(20)에 충돌하게 된다. 이러한 충돌은 링형 진동체(22)의 진동이 감쇄되어 그 내면이 압전체(20)에 접촉되지 않을 때까지 반복적으로 이루어질 것이다. 링형 진동체(22)에 의한 충돌로 압전체(22)는 그 압전소자(28)에서 전위차가 발생하게 되고 이는 압전소자(28)의 양측 전극(26)(26')을 통하여 도 6에서 보인 전기회로의 전하량 수집회로(30)에 인가되며, 이렇게 수집된 전기에너지는 상술한 바와 같이 제어부(32)와 충전부(34)를 거쳐 전자기기의 전원으로 사용될 수 있게 된다.
도 7은 이와 같은 본 발명의 자가발전장치에 의하여 이루어지는 발전의 전압특성을 보이고 있으며, 도 8은 본 발명 자가발전장치의 충전전압특성을 보이고 있다. 이와 같은 본 발명에 있어서는 발전전압이 대략 ±15mV 이고 전자기기(10)에 공급되는 공급전력은 대략 10mW 이다.
이와 같이, 본 발명은 예를 들어, 휴대폰, PDA, PMP 등 사용자가 휴대하는 전자기기에 교체형 배터리를 사용함이 없이, 전자기기의 내부에 설치하여 휴대중에 전자기기에 가하여지는 진동에 의하여 전자기기에 요구된 전기적인 에너지를 얻을 수 있도록 있는 휴대용 전자기기의 자가발전장치를 제공한다.
도 1은 본 발명 자가발전장치가 사용되는 휴대용 전자기기를 개략적으로 보인 설명도.
도 2는 본 발명 자가발전장치의 평면도.
도 3은 동 단면도.
도 4는 본 발명 자가발전장치의 작동상태를 보인 평면도.
도 5는 본 발명 자가발전장치의 일부를 단면으로 확대표시하고 회로 일부를 블록으로 보인 설명도.
도 6은 본 발명 자가발전장치에 포함되는 전기회로의 개략적인 회로도.
도 7은 본 발명 자가발전장치의 발전전압특성을 보인 그래프.
도 8은 본 발명 자가발전장치의 충전전압특성을 보인 그래프.
도면의 주요부분에 대한 부호설명
10... 전자기기 12... 커버
14... 케이싱 16... 고정원반체
20... 압전체 22... 링형 진동체
24... 스프링 26, 26'... 전극
28... 압전소자 30... 전하량 수집회로
32... 제어부 34... 충전부

Claims (5)

  1. 휴대용 전자기기 내에 설치되어 이의 전원으로 사용되는 자가발전장치에 있어서,
    밀폐된 케이싱과;
    상기 케이싱의 내부중심에 고정되는 고정원반체와;
    상기 고정원반체의 주면에 일정한 간격을 두고 배치되며 각각 압전소자와 복수의 전극으로 구성되는 복수의 압전체와;
    상기 고정원반체의 직경보다 더 큰 직경을 가지고 상기 고정원반체와 동심원상으로 배치되어 발생한 진동에 의하여 상기 복수의 압전체에 충돌함으로써 상기 압전체에서 전위차가 발생하도록 하는 링형 진동체와;
    상기 링형 진동체가 상기 케이싱에 대하여 유동가능하게 지지된 상태에서 현가되도록 상기 링형 진동체와 상기 케이싱을 연결하는 복수의 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 전자기기의 자가발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압전체의 전극에 연결되어 상기 압전체에서 발생되는 전위차를 입력받아 전압을 충전하는 전기회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 전자기기의 자가발전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기회로부는
    상기 전위차를 인가받아 직류전류로 정류하는 정류회로부와;
    상기 정류회로로부터의 출력전압을 펄스폭 변조(PWM) 방식으로 변조하여 이를 소정 크기의 전압으로 조절하는 PWM 변조부와;
    상기 조절된 전압을 인가받아 이를 충전하는 충전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 전자기기의 자가발전장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전소자는 크리스탈, 압전세라믹, 압전복합소재의 적어도 어느 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 전자기기의 자가발전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    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 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 전자기기의 자가발전장치.
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