KR20110089896A - 독립전원 조명장치 - Google Patents

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오현정
김재희
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주식회사 루멘트로닉스
오현정
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Abstract

본 발명의 독립전원 조명장치는 자가발전으로 전기에너지를 발생시키는 자가발전부; 상기 자가발전부에서 발생된 전기에너지를 이용하여 슈퍼 커패시터를 충전하는 제1 충전 제어부; 상기 자가발전부에서 발생된 전기에너지를 이용하여 2차 전지를 충전하는 제2 충전 제어부; 발광구동신호와 조도제어신호를 발생시키는 스위치부; 상기 스위치부에서 발생된 발광구동신호가 입력되는 경우 상기 슈퍼 커패시터와 2차 전지 중에서 슈퍼 커패시터에 충전된 전기에너지가 우선으로 방전되도록 제어하는 방전 제어부; 상기 스위치부에서 발생된 조도제어신호가 입력되는 경우 입력된 조도신호제어에 따라 출력 조도값을 제어하는 조도 제어부; 및 상기 방전 제어부의 제어에 의해 구동되고, 상기 조도 제어부의 제어에 의해 밝기 및 색상을 가변하여 출력하는 발광부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 자가발전 방식의 독립전원 조명장치를 제공함으로써 조명장치를 설치하기 위해 필요한 건축시공 단계에서의 작업공수, 자재, 인건비, 시간 등을 줄임으로써 총체적인 건설비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있으며, 별도의 상용전력을 사용하지 않는 독립적인 구조의 사용에 따라 자원의 소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

독립전원 조명장치{ILLUMINATION APPARATUS USING INDEPENDENT ELECTRIC POWER SOURCE}
본 발명은 독립전원 조명장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영구자석을 이용한 솔레노이드 발전장치에서 자가 발전된 전기에너지를 축전장치에 저장하여 일상생활에 필요한 직접/간접 조명을 구동하는 독립전원 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로 모든 건축물이나 시설물에는 어두운 환경에서 생활하기 위한 조명장치가 설치되어 있다. 건축물 등을 건설할 때 시공상의 각 단계별로 조명장치를 설치하기 위한 공정들(콘크리트 구조 제작시 슬라브 작업, 배관작업, 배선작업 등)과 자재(배관, 매입박스, 송전선로 등)들이 포함되며, 이러한 공정들은 해당 건축물 등을 짓는데 필요한 총 비용 중 대략 26%를 차지한다.
또한, 시공 및 설치가 완료된 조명장치를 구동하기 위하여 별도의 에너지(상용전원)를 소비하게 되므로 자원낭비의 요인이 되고 있다.
일반적인 주거용 건축물에 사용되는 조명장치의 경우 설치 환경과 활용목적에 따라 형광등과 백열등이 주로 사용되며, 이중 형광등의 경우 백열등에 비해 광 효율이 높지만 빛 떨림 현상이 생기는 경우가 많으며, 낮은 연색성과 늦은 구동응답시간을 갖는 단점이 있고, 백열등의 경우 열손실로 인해 광 효율이 매우 낮은 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 건축 시공에 소요되는 비용 및 시간과 기존의 광원이 갖는 단점들을 해결하기 위하여 자가발전이 가능한 독립전원장치를 갖는 조명장치를 제공함으로써, 시공상에 필요한 각 공정별 소요비용을 절감시키고, 백열등에 비해 80% 이상 광효율을 가지는 고효율 LED 광원과 자원소모가 없는 자가발전장치의 활용을 통해 에너지 소비를 절감시킬 수 있도록 한 독립전원 조명장치를 제공함을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 독립전원 조명장치의 일 측면에 따르면, 자가발전으로 전기에너지를 발생시키는 자가발전부; 상기 자가발전부에서 발생된 전기에너지를 이용하여 슈퍼 커패시터를 충전하는 제1 충전 제어부; 상기 자가발전부에서 발생된 전기에너지를 이용하여 2차 전지를 충전하는 제2 충전 제어부; 발광구동신호와 조도제어신호를 발생시키는 스위치부; 상기 스위치부에서 발생된 발광구동신호가 입력되는 경우 상기 슈퍼 커패시터와 2차 전지 중에서 슈퍼 커패시터에 충전된 전기에너지가 우선으로 방전되도록 제어하는 방전 제어부; 상기 스위치부에서 발생된 조도제어신호가 입력되는 경우 입력된 조도신호제어에 따라 출력 조도값을 제어하는 조도 제어부; 및 상기 방전 제어부의 제어에 의해 구동되고, 상기 조도 제어부의 제어에 의해 밝기 및 색상을 가변하여 출력하는 발광부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 자가발전 방식의 독립전원 조명장치를 제공함으로써 조명장치를 설치 및 구동하기 위해 필요한 건축시공 단계에서의 작업공수, 자재, 인건비, 시간 등을 줄임으로써 총체적인 건설비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상용전력을 사용하지 않고 독립된 발전장치를 통해 생산된 전기에너지를 등기구의 전원으로 사용함으로써 자원 소모와 탄소배출량을 줄일 수 있는 친환경적 효과가 있다.
느린 응답속도 및 빛 떨림 현상으로 인해 형광등을 사용할 수 없는 화장실, 센서등 등에 사용되고 있는 백열등을 고효율 LED 광원으로 대체함으로써 소비전력을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 사용자 편의에 따라 고효율 광원의 조도 및 색온도를 설정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스위치 내장형 등기구의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1에서 솔레노이드를 중첩한 고용량 등기구의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스위치 외장형 등기구의 구성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 독립전원 조명장치의 구성을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 독립전원 조명장치의 구성을 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 스위치 내장형 등기구의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스위치 내장형 등기구(100)의 크기 및 형상은 용도에 따라 변경 가능하며, 등기구의 활용 및 소모 전력에 따라 크기를 조절하여 설계한다. 또한, 설치 방법에 따라 천정, 바닥 또는 벽면 부착형이나 천정, 바닥 또는 벽면 매입형으로 변경될 수 있다. 비교적 고용량의 소모 전력이 필요한 경우에는 솔레노이드 발전장치 및 축전장치의 크기가 커짐에 따라 등기구와 분리형으로 제작할 수 있으며, 소용량의 센서등과 같은 경우에는 등기구 내부에 모든 구성품을 포함하는 일체형으로 제작할 수 있다. 이러한 스위치 내장형 등기구(100)는 솔레노이드 발전장치(110)와, 충방전 제어부(130)와, 충전부(150)와, 스위치부(170)와, 광원(190)를 포함한다.
솔레노이드 발전장치(110)는 앙페르-오른나사의 법칙에 따라 중심 코어를 따라 오른나사 방향으로 감은 전선에 전류가 흐를 때 나사 방향으로 자기장이 형성되는 것을 역으로 이용하여 자기장의 방향에 강제로 영구자석을 걸어주어 역기전력이 발생되는 것을 활용한다. 이러한 솔레노이드 발전장치(110)는 자기력선의 유도체 역할을 하는 코어(111)에 전선(113)이 감겨지고, 전선(113)이 감겨진 코어(111)의 상하에 N극과 S극을 갖는 영구자석(115)이 배치되는 구조를 갖는다. 코어(111)를 따라 자기력선(117)이 지나가게 되면 코어(111)를 감싼 전선(113)에 유도기전력이 발생하는 원리에 의해 전기 에너지가 생산된다. 이러한 솔레노이드 발전장치(110)는 전선을 감은 권수와 자기력선의 밀도에 비례하여 발생하는 전류가 증가하게 된다. 도 1의 솔레노이드 발전장치는 단일 코어를 사용한 경우이며, 하기에서는 첨부된 도 2를 참조하여 전기에너지의 단위시간당 생산량을 증가시킬 수 있는 솔레노이드 발전장치의 변형예에 대해 설명하기로 한다.
충방전 제어부(130)는 솔레노이드 발전장치(110)를 통해 발생된 전류(I)를 이용하여 충전부(150)를 충전하고, 충전부(150)의 만충전시 과충전을 방지하며, 충전부(150)에 저장된 전기에너지를 이용하여 광원(190)에 균일한 전원을 공급하여 광원(190)을 구동한다.
충전부(150)는 2차 전지와 슈퍼 커패시터를 사용하며, 충방전 제어부(130)의 제어에 의해 솔레노이드 발전장치(110)에서 생산된 전기에너지를 저장한다. 슈퍼 커패시터는 커패시터(콘덴서)의 성능 중 특히 전기 용량의 성능을 중점적으로 강화한 것으로서 전지의 목적으로 사용하도록 한 부품이며, 전자회로에 사용되는 커패시터는 전기적으로 충전지와 같은 기능을 갖는다.
스위치부(170)는 등기구 일체의 활용도와 사용자의 편의에 따라 여러 형태로 구성이 가능하다. 기본적인 직접조명으로 사용되는 경우 온/오프 제어 및 조도 제어를 할 수 있는 다단계 혹은 볼륨형 스위치를 사용할 수 있으며, 실내외 센서등으로 사용되는 경우에는 동작감지센서를 통해 스위치 조작이 가능하다. 도 1에서와 같이 스위치부(170)가 등기구 내부에 일체형으로 설치되는 경우에는 동작감지 센서방식, 리모콘 방식(IR 광통신, 고주파 무선통신 등), 음성인식 등으로 전등의 가동 및 조도를 제어할 수 있으며, 이러한 경우 건축물에 조명을 시공하기 위해 필요한 모든 배관, 배선 등의 중간공정을 배제할 수 있기 때문에 비용 및 시간적 측면에서 많은 이득을 기대할 수 있다.
광원부(190)는 충전부(150)에 저장된 직류 형태의 전기에너지를 별도의 변환 없이 바로 사용할 수 있도록 직류전원광원을 사용하는 발광다이오드(LED) 광원을 사용한다. 이러한 LED 광원은 구동회로의 제어신호에 따라 밝기 및 색온도가 조절된다.
도 2는 도 1에서 솔레노이드를 중첩한 고용량 등기구의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 도 1에서는 영구자석과 단일코어 구조의 솔레노이드 발전장치로부터 전기에너지가 발생되는 경우에 대해 설명하였으나, 사용용도 및 부하 조명의 밝기에 따라 고용량 등기구(200)의 경우 솔레노이드 발전장치(210)는 도 2에서와 같이 전선(213)이 감겨진 제1 코어(211)와 제2 코어(212)가 직렬로 연결되고, 전선(213)이 감겨진 제1 코어(211)와 제2 코어(212)의 상하에 N극과 S극을 갖는 영구자석(215)이 배치되는 구조를 갖는다. 제1 코어(211)와 제2 코어(212)를 따라 자기력선(217)이 지나가게 되면 제1 코어(211)와 제2 코어(212)를 감싼 전선(213)에 유도기전력이 발생하는 원리에 의해 전기 에너지가 생산된다. 이러한 구조의 솔레노이드 발전장치(210)를 통해서 전기에너지의 단위시간당 생산량을 증가시킬 수 있게 된다.
충방전 제어부(230)와, 충전부(250)와, 스위치부(270) 및 광원(290)의 구성 및 동작은 도 1의 설명과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스위치 외장형 등기구의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스위치 외장형 등기구(300)는 도 1에서 설명한 본 발명의 스위치 내장형 등기구의 구성에서 사용자 편의를 위하여 등기구(300)의 외부에 스위치부(370)를 설치한 경우이다. 사용자는 스위치부(370)를 조작하여 등기구의 온오프 제어 및 조도를 제어하게 된다.
솔레노이드 발전장치(310)와, 충방전 제어부(330)와, 충전부(350) 및 광원부(390)의 구성 및 동작은 도 1의 설명과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 독립전원 조명장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 독립전원 조명장치는 솔레노이드 발전장치(411)와, 1차 충전 제어부(413)와, 2차 충전 제어부(415)와, 과충전 보호부(417)와, 슈퍼 커패시터(419)와, 2차 전지(421)와, 방전 제어부(423)와, 조도 제어부(425)와, 스위치부(427)와, 발광부(429)를 포함한다.
솔레노이드 발전장치(411)는 전술한 바와 같이 자기력선의 유도체 역할을 하는 코어에 전선이 감겨지고, 전선이 감겨진 코어의 상하에 N극과 S극을 갖는 영구자석이 배치되는 구조에 의해 코어를 따라 자기력선이 지나가게 되면 코어를 감싼 전선에 유도기전력이 발생하는 원리로 전기 에너지를 생산한다.
1차 충전 제어부(413)는 솔레노이드 발전장치(411)에서 발생한 전류를 이용하여 슈퍼 커패시터(419)에 충전을 진행하며, 슈퍼 커패시터(419)의 충전 완료시 2차 충전 제어부(415)로 전류를 흘려 보낸다.
2차 충전 제어부(415)는 솔레노이드 발전장치(411)에서 발생한 전류를 이용하여 2차 전지(421)에 충전을 진행하며, 2차 전지(421)의 충전 완료시 과충전 보호부(417)로 전류를 흘려 보낸다.
방전 제어부(423)는 스위치부(427)의 동작 제어신호에 따라 슈퍼 커패시터(419)와 2차 전지(421)에 충전된 전기에너지 중에서 슈퍼 커패시터(419)에 저장된 전기에너지를 우선으로 하여 선택적으로 소모되도록 제어한다.
스위치부(427)는 음성인식, 광 통신, 동작감지, RF 무선통신 등의 방법으로 발광부(429)의 구동을 제어하는 동작신호를 방전 제어부(423)로 발송하고, 발광부(429)의 조도를 제어하는 동작신호를 조도 제어부(425)로 발송한다.
조도 제어부(425)는 스위치부(427)의 동작신호에 따라 설정된 조도값으로 발광부(429)의 출력을 제어한다.
발광부(429)는 직류전원을 직접 이용하는 고효율 광원인 LED 조명을 이용한다. 방전 제어부(423)의 제어에 의해 구동되며, 조도 제어부(425)의 제어에 의해 밝기 및 색깔을 가변하여 출력한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 독립전원 조명장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 독립전원 조명장치는 솔레노이드 발전장치(511)와, 충전 제어부(513)와, 과충전 보호부(515)와, 2차 전지(517)와, 방전 제어부(519)와, 조도 제어부(521)와, 스위치부(523)와, 발광부(525)를 포함한다.
솔레노이드 발전장치(511)는 전술한 바와 같이 자기력선의 유도체 역할을 하는 코어에 전선이 감겨지고, 전선이 감겨진 코어의 상하에 N극과 S극을 갖는 영구자석이 배치되는 구조에 의해 코어를 따라 자기력선이 지나가게 되면 코어를 감싼 전선에 유도기전력이 발생하는 원리로 전기 에너지를 생산한다.
충전 제어부(513)는 솔레노이드 발전장치(511)에서 발생한 전류를 이용하여 2차 전지(517)에 충전을 진행하며, 2차 전지(517)의 충전 완료시 과충전 보호부(515)로 전류를 흘려 보낸다.
방전 제어부(519)는 스위치부(523)의 동작 제어신호에 따라 2차 전지(517)에 충전된 전기에너지가 소모되도록 제어하여 발광부(525)를 구동한다.
스위치부(523)는 음성인식, 광 통신, 동작감지, RF 무선통신 등의 방법으로 발광부(525)의 구동을 제어하는 동작신호를 방전 제어부(519)로 발송하고, 발광부(525)의 조도를 제어하는 동작신호를 조도 제어부(521)로 발송한다.
조도 제어부(521)는 스위치부(523)의 동작신호에 따라 설정된 조도값으로 발광부(525)의 출력을 제어한다.
발광부(525)는 직류전원을 직접 이용하는 고효율 광원인 LED 조명을 이용한다. 방전 제어부(519)의 제어에 의해 구동되며, 조도 제어부(521)의 제어에 의해 밝기 및 색깔을 가변하여 출력한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 등기구
110 : 솔레노이드 발전장치
130 : 충방전 제어부
150 : 충전부
170 : 스위치부
190 : 광원

Claims (8)

  1. 독립전원 조명장치로서,
    자가발전으로 전기에너지를 발생시키는 자가발전부;
    상기 자가발전부에서 발생된 전기에너지를 이용하여 슈퍼 커패시터를 충전하는 제1 충전 제어부;
    상기 자가발전부에서 발생된 전기에너지를 이용하여 2차 전지를 충전하는 제2 충전 제어부;
    발광구동신호와 조도제어신호를 발생시키는 스위치부;
    상기 스위치부에서 발생된 발광구동신호가 입력되는 경우 상기 슈퍼 커패시터와 2차 전지 중에서 슈퍼 커패시터에 충전된 전기에너지가 우선으로 방전되도록 제어하는 방전 제어부;
    상기 스위치부에서 발생된 조도제어신호가 입력되는 경우 입력된 조도신호제어에 따라 출력 조도값을 제어하는 조도 제어부; 및
    상기 방전 제어부의 제어에 의해 구동되고, 상기 조도 제어부의 제어에 의해 밝기 및 색상을 가변하여 출력하는 발광부를 포함하는 독립전원 조명장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슈퍼 커패시터와 상기 2차 전지의 과충전을 방지하는 과충전 제어부를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 독립전원 조명장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 자가발전부는,
    자기력선의 유도체 역할을 하는 코어;
    상기 코어에 감겨지는 전선; 및
    상기 전선이 감겨진 코어의 상 하부에 서로 다른 극성을 갖고 배치되는 영구자석을 포함하는
    것을 특징으로 하는 독립전원 조명장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 코어는 단일 코어 구조이거나, 다수개의 코어가 직렬 또는 병렬로 배치되는 구조인
    것을 특징으로 하는 독립전원 조명장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 충전 제어부에 의해 상기 슈퍼 커패시터가 충전이 완료된 이후에 상기 제2 충전 제어부에 의해 상기 2차 전지가 충전되는
    것을 특징으로 하는 독립전원 조명장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 방전 제어부는 상기 슈퍼 커패시터에 충전된 전기에너지가 방전된 이후에 상기 2차 전지에 충전된 전기에너지가 방전되도록 제어하는
    것을 특징으로 하는 독립전원 조명장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위치부는 음성인식 또는 광 통신 또는 동작감지 또는 무선통신 방식으로 상기 발광부의 구동을 제어하는 발광구동신호를 상기 방전 제어부로 전송하고, 상기 발광부의 조도를 제어하는 조도제어신호를 상기 조도 제어부로 전송하는
    것을 특징으로 하는 독립전원 조명장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광부는 직류전원을 직접 이용하는 고효율 발광 다이오드 광원인
    것을 특징으로 하는 독립전원 조명장치.
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CN105496158A (zh) * 2015-12-25 2016-04-20 宁波丰德科技信息咨询有限公司 一种环保智能地垫
CN105595777A (zh) * 2015-12-25 2016-05-25 宁波丰德科技信息咨询有限公司 通过水囊发电的智能地垫
CN105595776A (zh) * 2015-12-25 2016-05-25 宁波丰德科技信息咨询有限公司 环保自发电式地垫
CN105595778A (zh) * 2015-12-25 2016-05-25 宁波丰德科技信息咨询有限公司 具有指示标示的地垫
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