KR20160144775A - 모바일 기기의 ｒｆ 에너지 하비스팅 장치 - Google Patents

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Abstract

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모바일 기기의 에너지 하비스팅 시스템은, 스피커형 외장 액세서리를 구비한 모바일 기기의 ＲＦ 에너지 하비스팅 장치에 있어서, 스피커형 외장 액세서리와 상기 모바일 기기를 연결하는 연결 케이블 외주면에 패터닝되어 전자기파 방사를 수신하고 대응하는 전기 출력을 생성하는 안테나, 상기 안테나에서 수신한 전자기파를 인가받아 전기 에너지로 전환하는 RF 에너지 하비스팅부, 및 상기 RF 에너지 하비스팅부에서 전환된 전기에너지로 충전되는 배터리를 포함하는 모바일 기기의 ＲＦ 에너지 하비스팅 장치를 제공한다.

Description

모바일 기기의 ＲＦ 에너지 하비스팅 장치{RF Energy Harvesting System of Mobile Device}
본 발명은 이어폰 선을 이용하여 RF 에너지를 하비스팅하는 RF 에너지 하비스팅 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 휴대폰, 태블릿과 같은 모바일 기기에서는, 충전식 배터리 전원을 사용하고 있다. 모바일 기기의 충전식 배터리의 전원이 부족한 경우, 배터리 충전 또는 교체 등을 안내하는 메시지가, 디스플레이를 통해 화면 표시되도록 함으로써, 사용자가, 상기 배터리 전원이 완전 방전되기 이전에, AC 어댑터 등을 이용하여 배터리를 충전시키거나, 또는 새로운 배터리를 교체 사용하게 된다.
그러나, 상기와 같은 모바일 기기는, 휴대용으로 사용되기 때문에, 상기와 같이 배터리 충전 또는 교체를 안내하는 메시지를, 사용자가 확인하더라도, 야외 등과 같은 임의의 장소에서는, 배터리 충전을 할 수 없게 되며, 또한 새로운 배터리를 준비하고 있지 않은 경우에는, 배터리 교체가 불가능하게 되므로, 더 이상 모바일 기기를 이용할 수 없게 되는 문제점이 있다.
한편, 모바일 기기 보금의 엄청난 증가와 무선 인터넷 환경의 확대 및 RFID(Radio-Frequency IDentification) 시스템의 도입 등으로 마이크로파 대역의 RF 에너지가 특히 도심 공간에서 많이 존재하고 있으나 현실은 이의 상당부분이 낭비되고 있다.
대한민국 공개 특허 제10-2014-0067341호 (공개일 : 2013.10.10) 대한민국 공개 특허 제10-2006-0119027호 (공개일 : 2013.06.25) 일본 공개 특허 2006-197734 (공개일 : 2014.09.25) 대한민국 공개 특허 제10-2011-0008374호 (공개일 : 2011.01.27)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 도심 공간에 존재하는 RF 에너지를 하베스팅하여 모바일 기기를 충전할 수 있도록 하는 데, 그 목적이 있는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모바일 기기의 에너지 하비스팅 시스템은, 스피커형 외장 액세서리를 구비한 모바일 기기의 ＲＦ 에너지 하비스팅 장치에 있어서,
스피커형 외장 액세서리와 상기 모바일 기기를 연결하는 연결 케이블 외주면에 패터닝되어 전자기파 방사를 수신하고 대응하는 전기 출력을 생성하는 안테나;
상기 안테나에서 수신한 전자기파를 인가받아 전기 에너지로 전환하는 RF 에너지 하비스팅부; 및
상기 RF 에너지 하비스팅부에서 전환된 전기에너지로 충전되는 배터리를 포함하는 모바일 기기의 ＲＦ 에너지 하비스팅 장치를 제공한다.
상기 스피커형 외장 액세서리는 상기 모바일 기기에 삽입되는 삽입핀을 구비한 연결잭, 오디오 출력부을 포함하고,
상기 연결 케이블은 상기 오디오 출력부와 상기 연결잭을 연결하고,
상기 안테나에 연결되어 상기 안테나가 수신한 신호를 출력하는 제1 접점이 상기 연결잭의 하부에 배치되고,
상기 모바일 기기는 상기 연결잭이 상기 모바일 기기에 삽입될 경우 상기 제1 접접과 접촉하는 제2 접점을 포함하고,
상기 RF 에너지 하비스팅부는 상기 제2 접점을 통해 상기 안테나로부터 신호를 인가받는 것을 특징으로 한다.
상기 RF 에너지 하비스팅부는,
상기 안테나의 출력 신호를 정류하여 직류 전력으로 변환하여 출력하는 정류부; 및
상기 정류부에서 출력되는 직류전력을 최대 전력으로 변환하는 컨버터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 정류부는 전압체배기로 구성되고, 상기 컨버터는 벅-부스트 컨버터, 부스트 컨버터 및 벅 컨버터로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되고, 상기 컨버터는 비연속 전도 모드로 되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 접점은 상기 모바일 기기의 상기 스피커형 외장 악세사리의 연결잭 삽입홈 내부에 배치되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따르면, 연결 케이블의 외주면에 전도성 물질을 패터닝하여 안테나를 형성하므로 안테나가 큰 실효면적을 확보할 수 있게 되어, RF 신호를 보다 더 많이 수신할 수 있게 되므로 하비스팅 효율이 향상된다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 의한 모바일 기기와 이어폰이 결합한 상태를 나타낸 개략도,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 의한 RF 에너지 하비스팅부를 나타낸 블럭도,
도 3 은 본 발명의 일 실시에에 의한 이어폰을 나타낸 개략도,
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 의한 이어폰의 연결 케이블을 나타낸 사진; 그리고,
도 5 는 이어폰 연결잭이 모바일 기기에 삽입된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 모바일 기기의 RF 에너지 하비스팅 장치를 보다 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 모바일 기기와 스피커형 외장 액세서리로 이어폰이 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다. 스피커형 외장 액세서리에는 이어폰, 헤드폰, 헤드셋 등과 같이 다양한 종류가 활용될 수 있으며, 본 실시예에서는 이어폰을 예를 들어 설명하기로 한다. 도시하는 바와 같이, 이어폰은 모바일 기기의 이어폰 연결잭 삽입홈에 삽입되어 모바일 기기의 오디오 출력 단자로부터 오디오 신호를 인가받는다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 의한 RF 에너지 하비스팅부를 나타낸 블럭도이고, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 의한 이어폰을 나타낸 개략도이고, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 의한 이어폰의 연결 케이블을 나타낸 사진이고, 도 5 는 이어폰 연결잭이 모바일 기기에 삽입된 상태를 나타낸 개략도이다.
스피커형 외장 액세서리, 예컨데 이어폰(300)은 오디오 출력부, 모바일 기기(100)에 삽입되는 삽입핀(340)을 구비한 연결잭(330), 및 연결 케이블(310)을 포함한다.
연결 케이블(310)은 오디오 출력부와 연결잭(330)을 연결하고, 오디오 신호 연결라인, 오디오 신호 연결라인, 접지 연결라인 등과 같은 세부 연결라인이 피복(311)에 감싸여 있다. 연결잭(330)으로부터 돌출되면서 세부 연결라인(도면 중 미도시)을 통해 오디오 출력부와 연결되는 삽입핀(340)은 접지섹터(341), 오디오 섹터(342,343), 마이크 신호 섹터(344) 등이 조합된 구성으로, 각 섹터들은 상기 세부 연결라인에 각각 연결되어, 모바일 기기로부터 해당하는 신호를 연결한다.
안테나(320)는 도 4에 도시된 바와 같이, 연결 케이블(310)의 외주면 피복(311)에 전도성 물질이 패터닝되어 형성된다. 연결 케이블(310)은 일반적인 이어폰의 경우 1.2m이상의 길이로 연결 케이블(310)의 외주면에 전도성 물질을 패터닝하여 안테나(320)를 형성할 경우, 큰 실효면적을 확보할 수 있게 된다. 안테나(320)는 연결 케이블(310) 외주면에 형성되므로 전자기파가 많이 송수신되는 모바일 기기에서 일정 거리 이내에 안테나(320)가 배치되어 RF 에너지를 많이 수신할 수 있게 된다. 안테나(320)는 연결 케이블(310) 외주면에 형성되어 모바일 기기로부터 방사되는 전자기파를 수신하고 대응하는 전기 신호를 출력한다.
안테나(320)에 연결되어 상기 안테나가 수신한 신호를 출력하는 제1 접점(321)이 상기 연결잭(330)에 배치되어 RF 에너지 하비스팅부(400)에 신호를 인가한다. 제1 접점(321)은 도 3에 도시된 바와 같이, 연결잭(330) 하부에 형성될 수 있다.
한편, 안테나(320)에 연결된 제1 접점(321)과 접촉하여 신호를 인가받을 수있는 제2 접점(410)이 모바일 기기(100)에 형성된다. 도 3 및 도 5의 실시예에 따르면, 제1 접점(321)은 연결잭(330) 하면에 형성되고, 제2 접점(410)은 삽입홈(110)에 형성되어 연결잭(330)을 모바일 기기(100)의 연결잭 삽입홈(110)에 결합하면 제1 접점(321)과 제2 접점(410)이 접촉하여 안테나(320)의 수신 신호가 제1 접점(321)과 제2 접점(410)을 통해 RF 에너지 하비스팅부(400)에 인가될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 접점(321)을 삽입핀(340)의 일측에 형성하고, 제2 접점(410)은 이어폰 연결잭 삽입홈(110)의 삽입핀(340)과 접촉하는 면 일측에 형성할 수 있다. 일 실시예에 따르면 제1 접점(321)을 접지 섹터(341)에 형성하고 제2 접점은 접지 섹터(341) 접촉면에 형성할 수 있다.
모바일 기기(100) 내부에 배치되는 RF 에너지 하비스팅부(400)는 상기 안테나(320)에서 상기 안테나에서 수신한 전자기파를 인가받아 전기 에너지로 전환한다. RF 에너지 하비스팅부(400)는 안테나(320)의 출력 신호를 정류하여 직류 전력으로 변환하여 출력하는 정류부(420)와 정류부(420)에서 출력되는 직류전력을 최대 전력으로 변환하는 컨버터(430)를 포함한다.
상기 컨버터는 벅-부스트 컨버터, 부스트 컨버터 및 벅 컨버터로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되고, 상기 컨버터는 비연속 전도 모드로 되는 것을 특징으로 한다.
정류부(420)는 전압체배기(voltage multiplier) 형태로 구성함이 바람직하다. 정류용 다이오드를 포함하고, 정류용 다이오드는 시중의 HSMS-2850 zero bias single Schottky diode (SOT-23)를 사용할 수 있고 이는 915MHz - 5.8GHz 주파수 범위에서 검파기용으로 사용할 수 있도록 설계되며, 소신호 및 대신호 검출, 변조, RF-DC변환에 많이 사용된다.
저전력 RF원에서 방사되는 RF에너지는 그 크기가 가변적이므로, 이로부터 최대에너지를 인출해내기 위해서는 컨버터(430)가 필요하며, 이를 위한 저항 에뮬레이터로서 벅-부스트 컨버터(buckboost converter), 부스트 컨버터(boost converter) 및 벅 컨버터(buck converter)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 컨버터를 정류부(420)의 출력단에 결합함이 바람직하다. 컨버터(430)의 출력은 충전식 배터리(440)에 인가되어 하비스팅된 RF 에너지로 배터리를 충전할 수 있게 된다. 배터리(440)는 모바일 기기(100)에 전력을 제공한다.
전술한 본 발명의 바람직한 구현예들 및 실시예들은 모두 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
100 : 모바일 기기 110 : 이어폰 연결잭 삽입홈
300 : 스피커형 외장 액세서리(이어폰) 310 : 연결케이블
311 : 피복 320 : 안테나
321 : 제1 접점 330 : 연결잭
340 : 삽입핀 341 : 접지섹터
342, 343 : 오디오 섹터 344 : 마이크 신호섹터
400 : RF 에너지 하비스팅부 410 : 제2 접점
420 : 정류부 430 : 컨버터
440 : 배터리

Claims (7)

  1. 스피커형 외장 액세서리를 구비한 모바일 기기의 ＲＦ 에너지 하비스팅 장치에 있어서,
    스피커형 외장 액세서리와 상기 모바일 기기를 연결하는 연결 케이블 외주면에 전도성 물질로 패터닝되어 전자기파 방사를 수신하고 대응하는 전기 신호를 생성하는 안테나;
    상기 안테나에서 수신한 상기 전기 신호를 전기 에너지로 전환하는 RF 에너지 하비스팅부; 및
    상기 RF 에너지 하비스팅부에서 전환된 전기에너지로 충전되는 배터리를 포함하는 모바일 기기의 ＲＦ 에너지 하비스팅 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스피커형 외장 액세서리는 상기 모바일 기기에 삽입되는 삽입핀을 구비한 연결잭, 오디오 출력부을 포함하고,
    상기 연결 케이블은 상기 오디오 출력부와 상기 연결잭을 연결하고,
    상기 안테나에 연결되어 상기 안테나가 수신한 신호를 출력하는 제1 접점이 상기 연결잭의 하부에 배치되고,
    상기 모바일 기기는 상기 연결잭이 상기 모바일 기기에 삽입될 경우 상기 제1 접접과 접촉하는 제2 접점을 포함하고,
    상기 RF 에너지 하비스팅부는 상기 제2 접점을 통해 상기 안테나로부터 신호를 인가받는 모바일 기기의 RF 에너지 하비스팅 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 RF 에너지 하비스팅부는,
    상기 안테나의 출력 신호를 정류하여 직류 전력으로 변환하여 출력하는 정류부; 및
    상기 정류부에서 출력되는 직류전력을 최대 전력으로 변환하는 컨버터;를 포함하는 모바일 기기의 RF 에너지 하비스팅 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 정류부는 전압체배기로 구성되는 모바일 기기의 ＲＦ 에너지 하비스팅 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 컨버터는 벅-부스트 컨버터, 부스트 컨버터 및 벅 컨버터로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 모바일 기기의 ＲＦ 에너지 하비스팅 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 컨버터는 비연속 전도 모드로 되는 모바일 기기의 ＲＦ 에너지 하비스팅 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 접점은 상기 모바일 기기의 상기 스피커형 외장 악세사리의 연결잭 삽입홈 내부에 배치되는 모바일 기기의 ＲＦ 에너지 하비스팅 장치.
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