KR20120017014A - Ｍｅｍｓ 전력 공급기를 사용하는 장치 - Google Patents

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KR20120017014A
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이재황
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Abstract

사용자가 전자 장치에 가한 움직임에 의해 발생된 전력을 사용하는 장치 및 방법이 개시된다. 상기 전자 장치는, 사용자가 상기 전자 장치에 가한 움직임에 의해 발생된 전력을 공급하는 전력 공급부, 상기 전력을 공급받아 상기 움직임에 대한 이동 정보를 제공하는 제어부 및 상기 전력을 공급받아 상기 이동 정보를 무선으로 전송하는 무선 통신부를 포함하고, 상기 전력 공급부는, 상기 움직임에 의해 상기 전력을 공급하기 위한 전하를 생성하는 MEMS 장치를 포함한다.

Description

ＭＥＭＳ 전력 공급기를 사용하는 장치{APPARATUS USING MEMS POWER SUPPLY DEVICE}
사용자가 전자 장치에 가한 움직임에 의해 발생된 전력을 사용하는 장치 및 방법이 개시된다. 보다 특정하게는, 사용자가 가한 움직임에 의해 전하를 발생시키는 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 장치 및 상기 MEMS 장치에 의해 공급되는 전력을 사용하는 장치 및 방법이 개시된다.
MEMS는 미세 기술로서, 나노-단위(Nano-Scale)에서 나노전자기계 기술(Nanoelectromechanical systems) 및 나노공학(Nanotechnology)을 융합시킨 것이다. MEMS는 마이크로머신(Micromachines) 또는 마이크로 시스템 공학(Micro Systems Technology; MST)으로 명명되기도 한다.
MEMS 장치는 기계 부품, 센서(sensor), 액츄에이터(actuator) 및 전자 회로등을 하나의 실리콘(silicon) 기판 위에 집적화 한 장치를 가리키며, 잉크젯(inkjet) 프린터의 헤드, 압력 센서, 가속도 센서, 자이로스코프(gyroscope) 및 프로젝터(projector) 등에 사용된다.
MEMS 장치는 주로 반도체 집적회로 제작 기술을 이용해 제작된다. 반도체 집적회로에서 평면을 가공하는 프로세스가 MEMS의 입체 형상을 제작하기 위해 사용된다. MEMS의 제작 공정(process)에는 에칭(etching)이 포함된다.
MEMS 장치는 전력을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로 MEMS 장치는 매우 작은 크기를 갖는다. 따라서, 생성되는 전하가 유전체 간의 거리에 반비례하거나, 유전체의 면적에 반비례하는 경우, MEMS 장치는 작은 크기로도 많은 전력을 생성할 수 있다.
따라서, 특히 외부 전원에 상시 연결될 수는 없는 모바일(mobile) 장치에 있어서, MEMS 장치에 의한 전력 공급을 통해 장치가 동작할 수 있다. 또한, 충전이 불가능한 긴급한 상황에서의 보조적인 수단으로서, MEMS 장치에 의한 전력 공급이 사용될 수 있다.
특정한 MEMS 장치는 물리적인 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 전자 장치가 이러한 MEMS 장치를 부품으로서 장착한 경우, 상기 전자 장치의 사용자는, 예컨대 상기 전자 장치를 반복적으로 흔들어서, MEMS 장치에 운동 에너지를 제공함으로써 상기 장치의 동작에 필요한 전력을 확보할 수 있다.
또한, 예컨대 마우스 또는 게임 컨트롤러와 같이, 본연의 용도에 따라 사용하기 위해서 사용자가 지속적으로 움직여야 하는 모바일(mobile) 장치의 경우, 모바일 장치 내의 MEMS 장치는 사용자가 상기 모바일 장치를 조작함에 따라 발생하는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 무선 마우스에 있어서, 상기 무선 마우스의 공간 상의 이동에 의하여 전력을 발생시키는 전력 공급부 및 상기 무선 마우스의 이동 정보를 무선으로 호스트에 전송하는 무선 통신부를 포함하고, 상기 전력 공급부는, 기판; 이동 가능한 이동부 및 상기 기판에 고정되고 상기 이동부의 이동 가능한 범위를 제한하는 복수 개의 앵커를 포함하고, 상기 전력 공급부는 상기 무선 마우스의 상기 공간 상의 이동에 의한 상기 이동부의 이동에 의하여 전력을 발생시키는 무선 마우스가 제공된다.
본 발명의 일측에 따르면, 무선 마우스에 있어서, 상기 무선 마우스의 공간 상의 이동에 의하여 전력을 발생시키는 전력 공급부 및 상기 무선 마우스의 이동 정보를 무선으로 호스트에 전송하는 무선 통신부를 포함하고, 상기 전력 공급부는, 2개의 맞붙은 구부러질 수 있는 압전소자들 및 상기 압전소자들 중 하나의 압전소자에 붙은 중량을 포함하고, 상기 전력 공급부는 상기 무선 마우스의 상기 공간 상의 이동에 의한 상기 압전소자의 진동에 의하여 전력을 발생시키는 무선 마우스가 제공된다.
본 발명의 일측에 따르면, 무선 마우스에 있어서, 상기 무선 마우스의 공간 상의 이동에 의하여 전력을 발생시키는 전력 공급부 및 상기 무선 마우스의 이동 정보를 무선으로 호스트에 전송하는 무선 통신부를 포함하고, 상기 전력 공급부는, 자기장을 발생시키는 영구 자석, 탄성력을 제공하는 스프링, 상기 스프링에 연결되어 상기 스프링의 탄성력에 의해 상기 자기장을 관통하는 왕복 운동을 하는 중량 및 상기 중량에 붙어 상기 자기장을 관통하는 왕복 운동을 함으로써 전류를 생성하는 코일을 포함하고, 상기 전력 공급부는 상기 무선 마우스의 상기 공간 상의 이동에 의한 상기 코일의 상기 왕복 운동에 의하여 전력을 발생시키는 무선 마우스가 제공된다.
상기 이동 정보는 상기 전력 공급부에 의하여 생성될 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 전자 장치에 있어서, 사용자가 상기 전자 장치에 가한 움직임에 의해 발생된 전력을 공급하는 전력 공급부, 상기 전력을 공급받아 상기 움직임에 대한 이동 정보를 제공하는 제어부 및 상기 전력을 공급받아 상기 이동 정보를 무선으로 전송하는 무선 통신부를 포함하고, 상기 전력 공급부는, 상기 움직임에 의해 상기 전력을 공급하기 위한 전하를 생성하는 MEMS 장치를 포함하는, 전자 장치가 제공된다.
상기 전자 장치는, 상기 전력 공급부의 충전 상태를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
상기 MEMS 장치는, 상기 움직임에 기반하여 상기 이동 정보를 생성하고, 상기 제어부로 상기 이동 정보를 제공할 수 있다.
상기 MEMS 장치는, 상기 이동 정보를 생성하는 속도 센서, 가속도 센서 및 자이로 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 MEMS 장치는, 정전기 MEMS 장치, 압전 MEMS 장치 또는 전자기 MEMS 장치 중 하나 이상의 MEMS 장치일 수 있다.
상기 전력 공급부는, 상기 생성된 전하에 의한 전압을 승압하는 전하 펌프, 상기 전력을 공급하는 슈퍼 캐퍼시터 및 상기 전하 펌프에 의해 상기 슈퍼 캐퍼시터가 미리 정의된 전압으로 충전되도록 제어하는 제어 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 전력 공급부는, 상기 전하에 의한 전기 에너지를 화학 에너지로 변환하여 저장하는 충전지를 더 포함할 수 있다.
상기 슈퍼 캐퍼시터는 상기 충전지를 충전할 수 있다.
본 발명의 다른 일측에 따르면, 전자 장치의 동작 방법에 있어서, 사용자가 상기 전자 장치에 가한 움직임에 의해 발생된 전력을 공급하는 단계, 상기 전력을 공급받아 상기 움직임에 대한 이동 정보를 제공하는 단계 및 상기 전력을 공급받아 상기 이동 정보를 무선으로 전송하는 단계를 포함하고, 상기 전력을 공급하는 단계는, MEMS 장치를 사용하여 상기 움직임에 의해 상기 전력을 공급하기 위한 전하를 생성하는 단계를 포함하는, 전자 장치의 동작 방법이 제공된다.
상기 전자 장치의 동작 방법은, 상기 전자 장치의 충전 상태를 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전자 장치의 동작 방법은, 상기 MEMS 장치를 사용하여 상기 이동 정보를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 이동 정보는 상기 MEMS 장치 내의 속도 센서, 가속도 센서 및 자이로 센서 중 하나 이상의 센서에서 생성될 수 있다.
상기 MEMS 장치는, 정전기 MEMS 장치, 압전 MEMS 장치 또는 전자기 MEMS 장치 중 하나 이상일 수 있다.
상기 전력을 공급하는 단계는, 상기 생성된 전하에 의한 전압을 승압하는 단계 및 상기 승압된 전압을 사용하여 슈퍼 캐퍼시터를 미리 정의된 전압으로 충전되도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전력을 공급하는 단계는, 상기 슈퍼 캐퍼시터에 의해 상기 전하에 의한 전기 에너지를 화학 에너지로 변환하여 저장하는 충전지를 충전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일측에 따르면, 전자 장치에 있어서, 사용자가 상기 전자 장치에 가한 움직임에 의해 발생된 전력을 공급하는 전력 공급부 및 상기 전력을 공급받는 제어부를 포함하고, 상기 전력 공급부는, 상기 움직임에 의해 상기 전력을 공급하기 위한 전하를 생성하는 MEMS 장치, 상기 생성된 전하에 의한 전압을 승압하는 전하 펌프, 상기 전력을 공급하는 슈퍼 캐퍼시터 및 상기 전하 펌프에 의해 상기 슈퍼 캐퍼시터가 미리 정의된 전압으로 충전되도록 제어하는 제어 모듈을 포함하는, 전자 장치가 제공된다.
사용자가 모바일(mobile) 장치에 가한 움직임에 의해 발생된 전력을 사용하는 전자 장치 및 전자 장치의 동작 방법이 제공된다.
사용자가 가한 움직임에 의해 전하를 발생시키는 MEMS 장치 및 상기 전하에 의해 공급되는 전력을 사용하는 전자 장치 및 전자 장치의 동작 방법이 제공된다.
사용자가 가한 움직임에 의한 이동 정보를 제공하는 MEMS 장치 및 상기 MEMS 장치를 사용하는 전자 장치 및 전자 장치의 동작 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 마우스의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 정전기(electrostatic) MEMS 장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 압전(piezoelectric) MEMS 장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 전자기(electromagnetic) MEMS 장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 동작 방법의 절차 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 전력 공급 방법의 절차 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 전력 공급부들을 구비하는 전자 장치의 구성도이다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예를, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 구성도이다.
전자 장치(100)는 전력 공급부(110) 및 제어부(120)를 포함하며, 무선 통신부(130) 및 표시부(140)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전자 장치는 마우스(예를 들어, 무선 마우스), 이동 통신 단말기(예를 들어, 휴대폰) 등일 수 있다.
전력 공급부(110)는 전자 장치(100)의 사용자가 전자 장치(100)에 가한 움직임에 따른 운동 에너지를 전기적 에너지로 변환한다.
전력 공급부(110)는 사용자가 전자 장치(100)에 움직임을 가함으로써 생성되는 전력을, 예컨대 도 1에서 점선으로 도시된 것과 같이, 전자 장치(100)의 다른 구성 요소에게 제공한다.
전력 공급부(110)의 일 예가 하기에서 도 2를 참조하여 상세하게 설명된다.
제어부(120)는, 예컨대 도 1에서 실선으로 도시된 것과 같이, 전자 장치(100)의 다른 구성 요소를 제어한다.
예컨대, 전자 장치(100)가 마우스(예를 들어, 무선 마우스)와 같은 사용자 입력 장치인 경우, 제어부(120)는 사용자가 가한 움직임에 따른 전자 장치(100)의 이동에 대한 정보를 제공할 수 있다.
예컨대, 전자 장치(100)가 3차원 사용자 입력 장치인 경우, 제어부(120)는 사용자가 가한 움직임에 따른 전자 장치(100)의 3차원 공간 상의 이동 정보, 속도 정보, 회전 정보 또는 가속도 정보를 제공할 수 있다.
예컨대, 전자 장치(100)가 휴대폰과 같은 통신 장치인 경우, 제어부(120)는 통화를 위한 송수신 데이터를 제공한다.
제어부(120)는 상기의 이동, 속도, 회전 또는 가속도에 대한 정보를 생성하기 위한 센서(sensor)를 포함할 수 있다.
전력 공급부(110)는 상기의 이동, 속도, 회전 또는 가속도에 대한 정보를 생성하여 상기 제어부(120)에 제공할 수 있다. 전력 공급부(110)가 상기의 이동, 속도, 회전 또는 가속도에 대한 정보를 생성하는 일 예가 도 2를 참조하여 하기에서 상세하게 설명된다.
무선 통신부(130)는 제어부(120)로부터 정보를 제공받아, 상기 정보를 무선으로 전송한다.
무선 통신부(130)는 무선으로 신호를 전달하기 위한, 예컨대 적외선 통신 장치, 라디오(radio) 장치, 블루투스(Bluetooth) 장치, wi-fi 장치 또는 와이브로(WIBRO) 장치 등일 수 있다.
예컨대, 무선 통신부(130)가 전송하는 정보는 전술된 전자 장치(100)의 3차원 공간 상의 이동 정보, 속도 정보, 회전 정보 또는 가속도 정보일 수 있으며, 통화를 위한 송수신 데이터 정보일 수 있다.
예컨대, 전자 장치(100)가 마우스인 경우, 무선 통신부(130)는 전자 장치(100)의 평면 상의 이동 정보, 속도 정보, 회전 정보 또는 가속도 정보 등을 상기 무선 통신부(130)와 연결된 호스트로 무선 전송한다.
표시부(140)는 전력 공급부(110)의 충전 상태를 외부로 표시한다. 표시부(140)는 전력 공급부(130)가 전력을 제공하고 있는지 여부, 전력 공급부(130)가 전자 장치(100)가 움직이지 않더라도 다른 구성 요소를 위해 제공될 수 있는 전력을 충전해 놓고 있는지 여부 등을 표시할 수 있다.
표시부(140)는 전력 공급부(110)의 충전 상태에 대한 정보를 전력 공급부(110) 또는 제어부(120)로부터 제공받을 수 있다.
표시부(140) 또는 제어부(120)는 전력 공급부(110)에 저장되어 있는 전하량을 감지함으로써 상기의 충전 상태에 대한 정보를 획득할 수 있다.
표시부(140)는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 소형 램프 또는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 등으로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 공급부의 구성도이다.
전력 공급부(110)는 MEMS 장치(200)를 포함하며, 제어 모듈(control module), 전하 펌프(charge pump)(220), 슈퍼 캐퍼시터(super capacitor) 및 충전지(battery)를 더 포함할 수 있다.
MEMS 장치(200)는 전자 장치(100)의 사용자가 전자 장치(100)에 가한 움직임에 의하여 전하를 생성한다. 생성된 전하는, 예컨대 도 2에서 점선으로 표시된 것과 같이, 전력 공급부(110)의 다른 구성 요소로 제공된다.
생성된 전하는 전력 공급부(110)를 통해 전자 장치(100)의 다른 구성 요소에게 전력을 공급하기 위한 것이다.
MEMS 장치(200)는 전자 장치(100)의 움직임에 의한 운동 에너지를 전기적 에너지로 변화하기 위한 것이다.
MEMS 장치(200)는 정전기 MEMS 장치(400), 압전 MEMS 장치(500) 및 전자기 MEMS 장치(600) 중 하나 이상의 MEMS 장치를 포함할 수 있다. 각각의 MEMS 장치에 대한 구체적인 일 예가 도 4 내지 도 6을 참조하여 하기에서 상세히 설명된다.
MEMS 장치(200)는 복수 개의 물리적 MEMS 장치들로 구성될 수 있다. 복수 개의 물리적 MEMS 장치들은 원하는 전압 또는 전류를 생성하기 위해 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
제어 모듈(210)은, 예컨대 도 2에서 실선으로 표시된 것과 같이, 전력 공급부(200)의 구성 요소들 간의 연관된 동작을 제어한다.
전하 펌프(220)는 MEMS 장치(220)가 생성하여 출력하는 전하에 의한 전압을 승압한다.
슈퍼 캐퍼시터(230)는 전하 펌프(220)에 의해 승압된 전압으로 충전되며, 충전된 전력을 전자 장치(100)의 다른 구성 요소에게 제공한다.
제어 모듈(210)은 슈퍼 캐퍼시터(230)가 특정 전압으로 충전되도록 제어할 수 있다.
상기 특정 전압은 미리 정의된 전압일 수 있으며, 제어 모듈(210)에 의해 조절된 특정 전압일 수 있다.
충전지(240)는 MEMS 장치(200)가 생성한 전하를 충전한다. 충전지(240)는 슈퍼 캐퍼시터(230) 내에 축적된 전하를 전송받아 상기 전하를 충전할 수 있다.
충전지(240)에 의해 충전된 전력은 전자 장치(100)가 움직이지 않는 동안에도 전자 장치(100)의 구성 요소에게 제공될 수 있다.
충전지(240)는 생성된 전하에 의한 전기 에너지를 화학 에너지로 변환하여 저장하며, 리튬-이온(Li-Ion) 전지 또는 니켈-수소(Ni-MH) 2차 전지일 수 있다.
충전지(240)는 외부에서 제공되는 전력을 사용하여 충전될 수도 있다. 이 경우, MEMS 장치(220)는 외부에서 전력이 제공되지 않거나 충전된 전력이 부족한 경우에 보조 전력을 제공하기 위하여 사용될 수 있다.
MEMS 장치(200)는 전자 장치(100)에 가해진 움직임에 대한 이동 정보를 생성할 수 있다.
MEMS 장치(200)는 상기의 이동 정보를 생성하기 위해, 속도 센서(speed meter), 가속도 센서(accelerometer), 회전 센서(rotation sensor), 중력 센서(G-sensor) 또는 각속도 측정을 위한 자이로 센서(gyro scope)와 같은 움직임 인식 센서를 포함할 수 있다.
MEMS 장치(200) 내의 움직임 인식 센서는 전하 또는 전력 생성을 위한 부분과 일체로서 구성될 수 있으며, 단일한 제조 공정에 의해 함께 생성될 수 있다.
예컨대, 전자 장치(100)가 마우스와 같은 사용자 입력 장치인 경우, MEMS 장치(200)는 전자 장치(100)의 2차원 평면 상의 움직임에 대한 속도 정보 및 가속도 정보를 생성할 수 있다.
예컨대, 전자 장치(100)가 3차원 사용자 입력 장치인 경우, MEMS 장치(200)는 사용자가 가한 움직임에 따른 전자 장치(100)의 3차원 공간 상의 이동, 속도, 가속도, 회전 및 각속도 정보를 생성할 수 있다.
상기의 생성된 이동 정보는 제어 모듈(210)을 통해서, 또는 직접적으로 제어부(130)로 제공된다.
MEMS 장치(200)가 교류 전류를 생성하는 경우, 전력 공급부(110)는 생성된 교류를 직류로 전환하기 위해, 교류 전압을 낮추기 위한 감압부, 교류를 맥류로 필터링(filtering)하기 위한 필터링부, 맥류를 평활화하기 위한 평활부 및 평활화된 전류를 정전화하기 위한 정전압부를 더 포함할 수 있다.
감압부는 감압 트랜스(transformer)를 포함할 수 있다. 필터링부는 다이오드(diode)를 포함할 수 있다. 평활부는 콘덴서(condenser) 및 인덕터(inductor)를 포함할 수 있다. 정전압부는 다이오드 또는 트랜지스터(transistor)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 마우스의 구성도이다.
마우스(300)는 상부 기판(310), 하부 기판(320) 및 전자 장치(100)를 포함한다.
상부 기판(310) 및 하부 기판(320)은 마우스(300)의 외형을 구성한다.
전자 장치(100)는 마우스(300)의 움직임에 대한 이동 정보를 상기 이동 정보를 사용할 컴퓨터 시스템에게 무선으로 전송한다.
예컨대, 광(optical) 마우스, 또는 볼(ball) 마우스처럼, 전자 장치(100) 외부의 센서(330)에 의해 상기 이동 정보가 생성될 수 있다. 이러한 경우, 마우스(300)는 외부 센서(330)를 더 포함하며, 외부 센서(330)는 감지한 이동 정보를 제어부(120)에게 제공한다.
전술된 것처럼, 제어부(120) 또는 MEMS 장치(200) 내에 움직임을 감지하기 위한 센서가 장착된 경우, 제어부(120) 또는 MEMS 장치(200)가 이동 정보를 생성한다.
상기의 마우스(300)는 예시적인 것이고, 전자 장치(100)는 특정한 용도의 모바일 장치이거나, 모바일 장치의 구성 요소일 수 있다. 예컨대 전자 장치(100)는 휴대폰, 게임 컨트롤러(game controller), 가상 현실(virtual reality) 체험 장치 및 리모콘(remote controller) 등의 용도로서 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 정전기 MEMS 장치의 구성도이다.
정전기력은 두 물체 간의 거리의 제곱에 반비례한다. 일반적으로, MEMS 장치(400)는 마이크로미터 단위로 매우 작으므로 큰 정전기력을 얻을 수 있다.
가변 캐퍼시터(variable capacitor) 내의 전하가 일정할 때, 상기 캐퍼시터의 정전 용량(capacitance)이 감소하면 전압은 증가한다. 상기 캐퍼시터를 걸친 전압이 일정하면, 정전 용량이 감소함에 따라 상기 캐퍼시터 내의 전하가 상기 캐퍼시터로부터 이동한다.
전술된 물리 법칙을 이용하여, 기계적인 운동 에너지가 전기적 에너지로 전환될 수 있다.
정전기 MEMS 장치(400)는 두 전극 사이의 면적을 넓히기 위하여, 예컨대 빗살(comb) 모양의 형상을 가질 수 있다.
어둡게 표시된 앵커(anchor)(420, 430, 440 및 445)는 기판에 고정된 부분이고, 밝게 표시된 이동부(released structure)는 좌우로 움직일 수 있다.
이동부(410) 및 앵커(420 및 430)의 튀어 나온 부분(450 및 460)은 일반적으로 핑거(finger) 또는 빗살(comb drive)로 명명된다.
이동부(410)가 좌우로 이동하면, 상기 핑거들 사이의 유전체 간격(dielectric gap)이 변함에 의해 정전기 MEMS 장치(400)의 정전 용량(capacitance)이 변화한다.
정전 용량의 변화는 전압의 변화 또는 전하의 증가를 야기하고, 정전기 MEMS 장치(400)는 전하를 제공한다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 압전 MEMS 장치의 구성도이다.
압전 소재(piezoelectric material)가 기계적 스트레스(mechanical stress)하에 있으면, 상기 소재에 걸친 개 회로 전압(open circuit voltage), 즉, 전하 분리(charge separation)가 나타난다. 반면, 상기 소재에 걸처 전압이 가해지면 사익 소재 내에서 기계적 스트레스가 발생(develop)한다.
이러한 기계-전자 커플링(mechanical-to-electrical coupling)은 진동(vibration)에 의한 전력 생성 메커니즘을 제공한다.
압전 MEMS 장치(500)는 2개의 맞붙은 구부러질 수 있는(bendable) 압전소자들(bimorphs)(510 및 520) 및 상기 압전소자 위에 붙은 중량(530)을 포함한다.
중량(530)에 의해 압전소자들(510 및 520)은 진동하고, 상기 진동에 의해 전하가 생성된다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 전자기 MEMS 장치의 구성도이다.
코일이 자기장(magnetic field)을 관통하여 이동하면, 상기 코일에 연결된 전선에 전류가 흐른다.
전자기 MEMS 장치(600)는 영구 자석(610), 중량(620), 코일(coil)(630) 및 스프링(640)을 포함한다.
영구 자석(610)은 자기장을 발생시킨다.
중량(620)은 스프링(640)과 연결되어, 스프링의 탄성에 따라 운동 한다.
코일(coil)(630)은 중량(620)에 붙어, 중량(620)과 함께 운동함에 의해 자기장을 관통하여 이동함으로써 전류를 생성한다.
스프링(640)은 중량(620)에 연결되어 중량(620) 및 코일(630)이 계속하여 왕복 운동을 하도록 탄성력을 제공한다.
외부에서 가해진 힘에 의해 중량(620)이 움직이기 시작하면, 스프링(640)의 탄성력에 의해 중량(620) 및 코일(630)은 계속적으로 자기장을 관통하여 움직이게 되고, 코일(640) 내에 전류가 발생한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 동작 방법의 절차 흐름도이다.
단계(S710)에서, 사용자에 의해 가해진 움직임에 의해 전력이 발생되고, 상기 발생된 전력이 전자 장치(100)의 구성 요소들에게 공급된다.
상기 전력은 전력 공급부(110)에 의해 생성된 것일 수 있다.
이때, 단계(S720)에서는, 상기의 사용자에 의해 가해진 움직임에 대한 이동 정보가 생성된다.
상기 이동 정보는 전력 공급부(110) 내의 MEMS 장치(200) 또는 제어부(120)에 의해 생성된 것일 수 있다.
단계(S730)에서, 상기 생성된 움직임에 대한 이동 정보를 제공된다.
상기 이동 정보는 제어부(120)에 의해 제공되는 것일 수 있다. 제어부(120)는 상기 제공을 위해 단계(S710)에서 공급된 전력을 사용할 수 있다.
단계(S740)에서, 상기 이동 정보가 무선으로 전송된다.
상기 전송은 무선 통신부(130)에 의해 수행될 수 있으며, 무선 통신부(130)는 상기 전송을 위해 제어부(120)로부터 이동 정보를 수신할 수 있다.
무선 통신부(130) 또는 제어부(120)는 상기 전송을 위해 단계(S710)에서 공급된 전력을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시예의 다른 단계(S710 내지 S740)들의 사이(또는 동시)에, 전자 장치(100)의 충전 상태가 표시될 수 있다.
상기 표시는 표시부(140)에 의해 수행될 수 있으며, 표시부(140)는 상기 표시를 위해 단계(S710)에서 공급된 전력을 사용할 수 있다.
앞서 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 기술 적 내용들이, 본 실시예에도 그대로 적용될 수 있다. 따라서 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 전력 공급 방법의 절차 흐름도이다.
도 8은 도 7을 참조하여 설명한 단계(S710)의 일 예를 상세히 설명한다.
단계(S810)에서, 사용자에 의해 전자 장치(100) 가해진 움직임에 의하여 전하가 생성된다.
상기 전하는 MEMS 장치(200)에 의해 생성될 수 있다.
상기 전하는 전압을 생성한다. 상기 전압은 전자 장치(100)의 동작에 적당하지 않을 수 있다.
단계(S820)에서, 상기 생성된 전하에 의한 전압이 승압된다.
전하 펌프(200)가 상기 전압을 승압할 수 있다.
단계(S830)에서 승압된 전압은 전하를 공급하기 위한 장치를 미리 정의된 전압으로 충전한다.
상기의 전하를 공급하기 위한 장치는 슈퍼 캐퍼시터(230)일 수 있다.
제어 모듈(210)은 상기의 충전 과정을 제어할 수 있다.
또한, 단계(S840)에서 전자 장치가 움직이지 않을 때에도 전력을 공급하기 위한 전력 공급 장치가 충전될 수 있다.
상기의 전력 공급 장치는 충전지(240)일 수 있다.
충전지(240)는 슈퍼 캐퍼시터(230)가 출력하는 전하에 의해 충전될 수 있다.
충전지(240)는 상기 전하에 의한 전기 에너지를 화학 에너지로 변환하여 저장할 수 있다.
앞서 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 기술 적 내용들이 본 실시예에도 그대로 적용될 수 있다. 따라서 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 전력 공급부들을 구비하는 전자 장치의 구성도이다.
전자 장치(900)는 복수 개의 전력 공급부들(911 내지 913), 복수 개의 증폭 회로들(921 내지 923) 및 충전부(940)를 포함한다. 전자 장치(900)는 증폭 회로 전력 공급부(930)를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 이동 통신 단말기과 같은, 작동을 위해서 고전력이 요구되는 전자 장치는 하나 이상의 MEMS 장치(200)를 필요로 할 수 있다.
복수 개의 전력 공급부들(911 내지 913)은 각각 전술된 전력 공급부(110)의 구성 요소의 전부 또는 일부를 포함할 수 있으며, 정전기 MEMS 장치(400), 압전 MEMS 장치(500) 또는 전자기 MEMS 장치(600) 중 하나를 포함할 수 있다.
복수 개의 전력 공급부들(911 내지 913)이 제공하는 전원은 서로 상이한 특성(예컨대, 상이한 전압 또는 전류)을 가질 수 있으며, 충전에 적합하지 않을 것일 수 있다. 복수 개의 증폭 회로들(921 내지 923)은 복수 개의 전력 공급부들(911 내지 913) 중 대응하는 전력 공급부(911 내지 913)로부터의 출력을 입력받아, 충전에 적합한 특성을 갖도록 증폭(또는, 충전에 적합한 특성을 갖게 하는 변환)한다.
증폭 회로 전력 공급부(930)는 복수 개의 증폭 회로들(913 내지 923)에게 전력을 공급한다. 증폭 회로 전력 공급부(930)는 전술된 전력 공급부(110)의 구성 요소의 전부 또는 일부를 포함할 수 있으며, 정전기 MEMS 장치(400), 압전 MEMS 장치(500) 또는 전자기 MEMS 장치(600) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
충전지(940)는 복수 개의 증폭 회로(921 내지 923)로부터 제공되는 전기 에너지를 화학 에너지로 변환하여 저장한다. 충전지(940)는 전자 장치(900)의 동작에 필요한 다른 구성 요소(도시되지 않음)에게 전력을 공급한다. 전자 장치(900)는 도 1을 참조하여 전술된 제어부(120), 무선 통신부(130) 및 표시부(140) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
복수 개의 전력 공급부들(911 내지 913)은 그 내부에 전하 펌프(220), 슈퍼 캐퍼시터(230) 또는 충전지(240)를 포함하지 않을 수 있으며, 이러한 경우 전술된 내부의 전하 펌프(220), 슈퍼 캐퍼시터(230) 또는 충전지(240)의 기능은 외부의 증폭 회로(921 내지 923) 또는 충전지(940)에 의해 대체될 수 있다.
도시된 3개의 전력 공급부들(911 내지 913) 및 3개의 증폭 회로들(921 내지 923)은 예시적인 것이며, 전자 장치(900)는 임의의 개수의 전력 공급부들 및 증폭 회로들을 포함할 수 있다.
복수 개의 전력 공급부(911 내지 913)는 물리적으로 분리된 곳에 배치될 수 있다. 예컨대, 이동 통신 단말기의 몸체는 정전기 MEMS 장치(400)를 포함하는 복수 개의 전력 공급부를 구비하고, 이동 통신 단말기의 키패드는 압전 MEMS 장치(500)를 포함하는 복수 개의 전력 공급부를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 전자 장치
110: 전력 공급부
120: 제어부
130: 무선 통신부
140: 표시부
300: 마우스
400: 정전기 MEMS 장치
500: 압전 MEMS 장치
600: 전자기 MEMS 장치

Claims (1)

  1. 전자 장치에 있어서,
    상기 전자 장치의 공간 상의 이동에 의하여 전력을 발생시키는 전력 공급부; 및
    상기 전력을 공급받는 제어부
    를 포함하고,
    상기 전력 공급부는,
    상기 움직임에 의해 상기 전력을 공급하기 위한 전하를 생성하는 MEMS 유닛; 및
    상기 전하에 의해 충전되고, 상기 전력을 공급하는 슈퍼 캐퍼시터
    를 포함하는 전자 장치.
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