KR20160024644A - 웨어러블 디바이스를 위한 초소형 자가발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르는 웨어러블 디바이스를 위한 초소형 자가발전장치는, 사용자의 움직임에 따라 운동하는 압전소자 가압부를 통해 사용자의 움직임에 따라 압전소자가 구부러지게 가압하여 자가발전하는 자가발전부; 자가발전된 에너지를 공급받아 충전하는 배터리; 및 상기 자가발전된 에너지를 입력받아 상기 배터리에 충전하는 충전회로부;를 구비함을 특징으로 한다.

Description

웨어러블 디바이스를 위한 초소형 자가발전장치{Microgeneration apparatus for wearable device}
본 발명은 자가발전기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨어러블 디바이스를 위한 초소형 자가발전장치에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈과 환경오염 문제에 직면하여 자연환경에서 손쉽게 얻을 수 있는 다양한 에너지원을 찾는 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 특히, 진동, 압력, 빛, 열, 전자파 등 우리 주변에서 흔히 버려지는 미소 에너지를 효과적으로 포집하여 현실화 가능한 에너지원으로 활용하고자 하는 노력이 계속되고 있다.
또한 전자회로 기술의 발전에 의해 마이크로 와트대의 저전력으로 동작가능한 집적회로의 상용화에 따라 교통 인프라, 무선 의료장비, 타이어 압력감지, 빌딩 자동화 시스템 및 무선 센서노드와 같은 원격 모니터링 시스템에 다양한 에너지 포집기술이 적용되고 있다.
그 중 가장 활발히 연구되어 왔던 압전소자는 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환하는 에너지 변환기로서, 무기물 및 유기물을 포함하는 많은 수의 재료가 압전 현상을 일으키는 재료로 알려져 있으며, 현재 PZT계 세라믹이 실용적인 용도로 널리 활용 되고 있는 재료이다. 이는 기계적 에너지와 전기에너지 사이의 가역성과 반영구적 수명 등의 특성으로 인해 각종 센서 및 액추에이터, 에너지 포집 등 다양한 응용분야로 적용되는 추세에 있다.
또한 다양한 형태의 웨어러블 디바이스가 지속적으로 제안됨은 물론이고 상용화되고 있다. 그런데 상기 웨어러블 디바이스의 경우에는 경박단소하게 구현됨에 따라 적은 용량의 배터리가 채용되었으며, 이에 수시로 충전해야 하는 문제가 있었다.
이에 종래에는 웨어러블 디바이스의 경박단소의 특성을 유지한 상태에서 빈번한 충전문제를 해소하기 위한 기술의 개발이 절실하게 요망되었다.
한국 특허공개 제1020040091890호 한국 특허등록 제1012251060000호
본 발명은 사용자의 움직임에 따라 압전소자를 구부러지게 가압하여 자가발전하고, 그 자가발전된 에너지를 충전하여 웨어러블 디바이스의 구동전원으로 제공하는 웨어러블 디바이스를 위한 초소형 자가발전장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 해소하기 위한 본 발명에 따르는 웨어러블 디바이스를 위한 초소형 자가발전장치는, 사용자의 움직임에 따라 운동하는 압전소자 가압부를 통해 사용자의 움직임에 따라 압전소자를 구부러지게 가압하여 자가발전하는 자가발전부; 자가발전된 에너지를 공급받아 충전하는 배터리; 및 상기 자가발전된 에너지를 입력받아 상기 배터리에 충전하는 충전회로부;를 구비함을 특징으로 한다.
특히 상기 자가 발전부는, 일면에 원통형의 개구부가 형성된 본체하우징과, 상기 본체하우징의 개구부를 덮는 뚜껑부재와, 상기 본체하우징의 개구부의 안쪽 가장자리에 미리 정해둔 간격으로 위치하는 다수의 압전소자와, 상기 개구부의 중점에 일부가 결착된 상태에서 중력방향의 변화에 따라 원운동하면서 상기 다수의 압전소자를 가압하는 압전소자 가압부;를 구비함을 특징으로 한다.
또한 상기 다수의 압전소자는 상기 개구부의 밑면에 대해 수직으로 설치되는 필름형 압전소자이며, 상기 압전소자 가압부의 일측면은 상기 개구부의 안측면에 대응되는 원호의 형태를 가지며, 그 원호 부분에는 상기 원운동에 따라 상기 필름형 압전소자를 구부리는 돌기들이 구비됨을 특징으로 한다.
상기한 본 발명은 사용자의 움직임에 따라 압전소자가 구부러지게 가압하여 자가 발전하고, 그 자가 발전된 에너지를 충전하여 웨어러블 디바이스의 구동전원으로 제공함으로써, 웨어러블 디바이스의 경박단소의 특성을 유지한 상태에서 외부전원을 통한 충전횟수를 급격하게 감소시킬 수 있는 효과를 야기한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨어러블 디바이스를 위한 초소형 자가발전장치의 블럭구성도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨어러블 디바이스를 위한 초소형 자가발전장치의 자가 발전부의 상세 구조도.
본 발명은 사용자의 움직임에 따라 압전소자가 구부러지게 가압하여 자가발전하고, 그 자가발전된 에너지를 충전하여 웨어러블 디바이스의 구동전원으로 제공함으로써, 웨어러블 디바이스의 경박단소의 특성을 유지한 상태에서 외부전원을 통한 충전횟수를 급격하게 감소시킨다.
이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨어러블 디바이스를 위한 초소형 자가발전장치의 블럭구성도를 도 1을 참조하여 설명한다.
상기 웨어러블 디바이스를 위한 초소형 자가발전장치는 충전 커넥터(100)와 충전회로부(102)와 자가발전부(104)로 구성되며, 상기 충전회로부(102)에 배터리(106)가 연결된다.
상기 충전 커넥터(100)는 외부전원과 충전회로부(102)를 연결한다.
상기 자가발전부(104)는 시계추 형태의 압전소자 가압부를 통해 사용자의 움직임에 따라 필름형 압전소자가 구부러지게 가압하여 자가발전하고, 그 자가발전된 에너지를 충전회로부(102)에 제공한다.
상기 충전회로부(102)는 상기 충전 커넥터(100)와 상기 자가발전부(104)로부터 제공되는 전원을 배터리(106)에 제공하여 충전한다.
특히 상기 자가발전부(104)는 초소형으로 형성되어, 사용자의 손목 등에 착용되는 웨어러블 디바이스의 움직임에 따라 자가발전한다. 여기서, 상기 자가발전부(104)는 손목시계의 형태에 따라 높이가 낮은 원기둥 형태를 가질 수 있다.
이러한 자가발전부(104)의 구조를 도 2 및 도 3을 참조하여 좀 더 상세하게 설명한다.
상기 자가발전부(104)의 하우징은 일면에 원통형의 개구부(202)가 형성된 높이가 낮은 원기둥 형태의 본체하우징(200)과, 상기 외부하우징(200)의 개구부(202)를 덮는 뚜껑부재(208)로 구성된다.
상기 본체하우징(200)의 개구부(202)의 안쪽 측면(204)에는 미리 정해둔 간격으로 다수의 필름형 압전소자(206)가 위치하며, 상기 다수의 필름형 압전소자(206) 각각은 압전물질 수용필름(218)과 압전물질(216)과 커넥터(220)로 구성된다. 상기 필름형 압전소자(206)는 개구부(202)의 밑면에 대해 수직방향으로 설치된다.
상기 본체하우징(200)의 개구부(202)의 중점에는 시계추 형태의 압전소자 가압부(212)를 결착하기 위한 결착부재(210)가 위치한다.
상기 결착부재(210)는 상기 압전소자 가압부(212)의 일측을 상기 개구부(202)의 중점에 결착하며, 중력방향이 변화될 때마다 상기 결착점을 중심으로 상기 압전소자 가압부(212)가 원운동할 수 있게 한다.
상기 압전소자 가압부(212)는 시계추 형상과 유사한 반원의 평판으로 형성되며, 가장자리의 일부는 상기 본체 하우징의 개구부(202)의 안측면에 대응되는 원호를 가지며, 그 원호 부분에는 상기 원운동에 따라 상기 필름형 압전소자(206)를 구부리는 돌기들(214)이 형성된다. 즉 상기 압전소자 가압부(212)는 사용자의 움직임에 따라 중력방향이 변화되면, 그 중력방향의 변화에 따라 상기 결착점을 중심으로 원운동하며, 그 원운동에 따라 상기 돌기들(214)이 상기 필름형 압전소자(206)를 구부러지게 가압한다. 상기 필름 형태의 압전소자(206)에서는 상기 돌기들(214)에 의해 구부러지면서 압전 현상이 야기된다. 이와 같이 구부러지게 가압하는 것은 단순히 면을 가압하는 것에 비해 압전 효율을 높일 수 있다.
100 : 충전 커넥터
102 : 충전회로부
104 : 자가발전부
106 : 배터리

Claims (4)

  1. 웨어러블 디바이스를 위한 초소형 자가발전장치에 있어서,
    사용자의 움직임에 따라 운동하는 압전소자 가압부를 통해 사용자의 움직임에 따라 압전소자가 구부러지게 가압하여 자가발전하는 자가발전부;
    자가발전된 에너지를 공급받아 충전하는 배터리; 및
    상기 자가발전된 에너지를 입력받아 상기 배터리에 충전하는 충전회로부;를 구비함을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스를 위한 초소형 자가발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자가발전부는,
    일면에 원통형의 개구부가 형성된 본체하우징과,
    상기 본체하우징의 개구부를 덮는 뚜껑부재와,
    상기 본체하우징의 개구부의 안쪽 가장자리에 미리 정해둔 간격으로 위치하는 다수의 압전소자와,
    상기 개구부의 중점에 일부가 결착된 상태에서 중력방향의 변화에 따라 원운동하면서 상기 다수의 압전소자를 가압하는 압전소자 가압부;를 구비함을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스를 위한 초소형 자가발전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 압전소자는 상기 개구부의 밑면에 대해 수직으로 설치되는 필름형 압전소자이며,
    상기 압전소자 가압부의 일측면은 상기 개구부의 안측면에 대응되는 원호의 형태이며, 그 원호 부분에는 상기 원운동에 따라 상기 필름형 압전소자를 구부리는 돌기들이 구비됨을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스를 위한 초소형 자가발전장치.
  4. 제1항에 있어서.
    외부전원을 공급받는 커넥터;를 더 구비하며,
    상기 충전회로부가 상기 커넥터를 통해 외부전원을 입력받아 상기 배터리를 충전함을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스를 위한 초소형 자가발전장치.
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