KR20170052744A - 무선 마우스의 마찰대전 충전장치 및 이를 구비하는 마우스패드 - Google Patents

무선 마우스의 마찰대전 충전장치 및 이를 구비하는 마우스패드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 마우스의 마찰대전 충전장치 및 이를 구비하는 마우스패드에 관한 것이다. 본 발명은 마우스패드의 상면에 패턴으로 형성되고, (+)극 또는 (-)극으로 대전되기 쉬운 물질로 형성되며, 도전성을 가진 마우스패드 전극; 상기 마우스패드 전극의 상면에 부착되고, 상기 마우스패드 전극과 다른 극성으로 대전되기 쉬운 물질로 형성되는 대전 시트; 및 마우스의 하면에 패턴으로 형성되고, 상기 마우스패드 전극과 같은 극성으로 대전되기 쉬운 물질로 형성되며, 도전성을 가진 마우스 전극을 포함할 수 있다.

Description

무선 마우스의 마찰대전 충전장치 및 이를 구비하는 마우스패드{Triboelectric charging apparatus for wireless mouse and mouse pad having the same}
본 발명은 무선 마우스의 마찰대전 충전장치 및 이를 구비하는 마우스패드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마우스의 움직임을 통한 마찰 대전을 이용하여 전기에너지를 발생시킴으로써 외부 전력원이 필요하지 않고 자가 충전이 가능한 무선 마우스의 마찰대전 충전장치 및 이를 구비하는 마우스패드에 관한 것이다.
석탄, 석유 등의 화석에너지 사용이 증가하게 되면서, 다양한 기술의 등장을 통해 에너지 수요가 급증하면서 화석에너지의 고갈이 예상되고 있다. 많은 화석에너지 사용으로 인해 에너지 고갈과 환경문제에 따른 미래에너지 자원 확보와 친환경적인 에너지 개발이 전 세계적으로 주요 과제로 대두되고 있다.
이러한 배경에서 주변 환경에서 버려지는 에너지를 끌어 쓸 수 있는 대표적인 청정에너지 시스템 중 하나인 에너지 하베스팅(Energy harvesting) 기술이 최근 각광을 받고 있다. 빛에너지의 수확, 전자기장 변화에 의한 에너지 수확, 마찰전기에 의한 에너지 수확 등 주변에서 수확할 수 있는 에너지의 형태 및 환경에 따라 에너지 하베스팅의 구조 및 성능도 증가하고 있다.
종래의 무선 마우스의 경우 휴대용 배터리를 전원으로 사용하는데, 배터리의 수명이 다할 경우 교체가 필요하고 배터리를 별도로 구입하여야 하는 불편함이 있었다. 따라서, 종래의 휴대용 배터리와 같이 전원 장치로서 지속성의 한계를 극복할 수 있는 반영구적 에너지의 공급이 가능한 무선 마우스 충전장치의 개발이 필요하다.
대한민국 등록특허공보 제10-1208260호(2012.11.28)
본 발명은 마우스의 움직임을 통한 마찰 대전을 이용하여 전기에너지를 발생시킴으로써 외부 전력원이 필요하지 않고 자가 충전이 가능한 무선 마우스의 마찰대전 충전장치 및 이를 구비하는 마우스패드를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 마우스패드의 상면에 패턴으로 형성되고, (+)극 또는 (-)극으로 대전되기 쉬운 물질로 형성되며, 도전성을 가진 마우스패드 전극; 상기 마우스패드 전극의 상면에 부착되고, 상기 마우스패드 전극과 다른 극성으로 대전되기 쉬운 물질로 형성되는 대전 시트; 및 마우스의 하면에 패턴으로 형성되고, 상기 마우스패드 전극과 같은 극성으로 대전되기 쉬운 물질로 형성되며, 도전성을 가진 마우스 전극을 포함할 수 있다.
상기 마우스패드 전극 및 마우스 전극은 마름모 또는 사각형 형상의 단위패턴으로 형성될 수 있다.
상기 마우스패드 전극은, 상기 단위패턴이 열 또는 행으로 연결된 제1 단위패턴 어레이가 소정의 간격으로 배치되고, 상기 제1 단위패턴 어레이 각각의 일단부를 연결하는 제1 연결부가 구비되는 제1 전극부; 및 상기 단위패턴이 열 또는 행으로 연결된 제2 단위패턴 어레이가 상기 제1 단위패턴 어레이의 사이마다 배치되고, 상기 제1 연결부의 반대편에서 상기 제2 단위패턴 어레이 각각의 일단부를 연결하는 제2 연결부가 구비되는 제2 전극부를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극부 및 제2 전극부는 서로 전기적으로 연결되거나, 상기 제1 전극부 또는 제2 전극부는 상기 마우스 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 마우스패드 전극 및 대전 시트를 구비하는 마우스패드를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 마우스의 움직임을 통한 마찰 대전을 이용하여 전기에너지를 발생시킴으로써 외부 전력원이 필요하지 않고 자가 충전이 가능한 무선 마우스의 충전장치를 개발할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 전극의 단위패턴을 마름모 또는 사각형 형상으로 형성함으로써, 마우스의 다양한 방향성에 상관없이 생성되는 모든 마찰에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 마우스의 마찰대전 충전장치의 마우스패드 전극을 보인 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 마우스의 마찰대전 충전장치의 마우스패드 전극의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 마우스의 마찰대전 충전장치의 마우스 전극을 보인 저면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 마우스의 마찰대전 충전장치의 마우스 전극의 단면도.
도 5는 단위패턴의 형상에 따른 전류 및 전압의 비율을 비교한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 마우스패드 전극 간에 전류가 발생하는 것을 보인 예시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 마우스패드 전극과 마우스 전극 간에 전류가 발생하는 것을 보인 예시도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만,상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 의한 무선 마우스의 마찰대전 충전장치의 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 마우스의 마찰대전 충전장치의 마우스패드 전극을 보인 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 마우스의 마찰대전 충전장치의 마우스패드 전극의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 마우스의 마찰대전 충전장치의 마우스 전극을 보인 저면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 마우스의 마찰대전 충전장치의 마우스 전극의 단면도이다.
이에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 무선 마우스의 마찰대전 충전장치는 마우스패드(10)의 상면에 패턴으로 형성되고, (+)극 또는 (-)극으로 대전되기 쉬운 물질로 형성되며, 도전성을 가진 마우스패드 전극(20); 상기 마우스패드 전극(20)의 상면에 부착되고, 상기 마우스패드 전극(20)과 다른 극성으로 대전되기 쉬운 물질로 형성되는 대전 시트(30); 및 마우스(40)의 하면에 패턴으로 형성되고, 상기 마우스패드 전극(20)과 같은 극성으로 대전되기 쉬운 물질로 형성되며, 도전성을 가진 마우스 전극(50)을 포함할 수 있다.
마우스패드 전극(20)은 도 1 및 도 2에서와 같이 (+)극 또는 (-)극으로 대전되기 쉬운 물질을 베이스 플레이트(32)의 상면에 패턴으로 인쇄하여 형성할 수 있다. (+)극으로 대전되기 쉬운 물질로는, 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 석면(Asbestos), 토끼털(Rabbit fur), 아세테이트(acetate) 등이 있고, (-)극으로 대전되기 쉬운 물질로는 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethysiloxane), 폴리염화비닐(PVC: Polyvinyl Chloride), 폴리이미드 (polyimide) 등이 있다.
그리고, 마우스패든 전극(20)을 구성하는 단위패턴은 도 1에 잘 도시된 바와 같이 마름모 형상인 것이 바람직하다. 사용자가 마우스를 사용하는 경우 상하좌우 한 방향으로만 조작하지 않고 다양한 방향으로 조작하기 때문에 이와 같이 마름모 형상으로 단위패턴을 형성한 것이다.
도 5는 단위패턴의 형상에 따른 전류 및 전압의 비율을 비교한 도면이다. 이를 참조하면, 기존의 직사각형 형상의 단위패턴의 경우 가로나 대각방향 움직임에 대해서는 좋은 결과값을 나타냈지만 세로방향 움직임에 대해서는 작은 결과값이 도출되었다. 하지만, 본 실시예에서와 같은 마름모 형상을 적용한 단위패턴의 경우 가로, 세로 및 대각방향에 대해서 전체적으로 좋은 결과값을 나타낸 것을 알 수 있다. 이와 같이 본 실시예에 의하면, 마우스의 가로 및 세로방향뿐만 아니라 대각방향 등 다양한 방향에 대해서 모든 움직임을 커버할 수 있기 때문에 마찰대전 효율을 최대화할 수 있다.
한편, 마우스패드 전극(20)은, 상기 단위패턴이 열 또는 행으로 연결된 제1 단위패턴 어레이(22)가 소정의 간격으로 배치되고, 상기 제1 단위패턴 어레이(22) 각각의 일단부를 연결하는 제1 연결부(24)가 구비되는 제1 전극부(21); 및 상기 단위패턴이 열 또는 행으로 연결된 제2 단위패턴 어레이(26)가 상기 제1 단위패턴 어레이(22)의 사이마다 배치되고, 상기 제1 연결부(24)의 반대편에서 상기 제2 단위패턴 어레이(26) 각각의 일단부를 연결하는 제2 연결부(28)가 구비되는 제2 전극부(25)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 마우스패드 전극(20)을 상기와 같이 구성한 것은 두개로 구성된 마우스패드 전극(20) 간에 서로 전기적으로 연결하여 마우스의 정교한 움직임에 대해서도 효과적으로 전류를 발생시킬 수 있도록 하기 위함이다. 이는 이하에서 본 실시예의 마찰대전 원리를 설명하면서 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
상술한 단위패턴은 복수개가 상하방향으로 길게 연결된 제1 단위패턴 어레이(22) 및 제2 단위패턴 어레이(26)를 형성한다. 하나의 열 또는 행으로 연결된 제1 단위패턴 어레이(22)는 소정의 간격으로 배치되고, 도 1을 기준으로 하단부는 각각 제1 연결부(24)에 의해 연결된다. 하나의 열 또는 행으로 연결된 제2 단위패턴 어레이(26) 또한 소정의 간격으로 배치되는데, 제2 단위패턴 어레이(26)는 제1 단위패턴 어레이(22)의 사이마다 배치된다. 따라서, 제1 단위패턴 어레이(22) 및 제2 단위패턴 어레이(26)는 좌우방향을 따라 서로 교대로 배치된다. 그리고, 제2 단위패턴 어레이(26)의 상단부는 각각 제2 연결부(28)에 의해 연결된다.
이와 같이 두개의 전극로 구성된 마우스패드 전극(20)은 서로 전기적으로 연결될 수 있고, 마우스의 움직임에 따라 서로 대전 극성이 변화하면서 전류를 발생시킬 수 있다.
한편, 마우스패드 전극(20)의 상면에는 마찰대전 발생을 용이하게 하기 위해 마우스패드 전극(20)과 다른 극성으로 대전되기 쉬운 물질로 형성되는 대전 시트(30)가 부착된다. 대전 시트(30)는 (-)극으로 대전되기 쉬운 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethysiloxane), 폴리염화비닐(PVC: Polyvinyl Chloride), 폴리이미드 (polyimide) 등의 재질로 만들어질 수 있다. 대전 시트(30)를 (-)극으로 대전되기 쉽도록 제작하면, 전자의 이동이 보다 활발해질 수 있으며 이때 마우스패드 전극(20)은 (+)극으로 대전되기 쉬운 물질로 형성될 것이다.
도 2를 참조하면, 마우스패드 전극(20)은 베이스 플레이트(32) 상에 패턴으로 형성될 수 있다. 또한, 베이스 플레이트(32)의 하면에는 보다 견고한 지지를 위해 지지 플레이트(34)가 더 부착될 수 있다.
다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 마우스(40)의 하면에는 마우스 전극(50)이 형성된다. 마우스 전극(50) 또한 마우스(40)의 하면에 부착된 베이스 플레이트(52)에 부착될 수 있다. 마우스 전극(50)은 마우스패드 전극(20)의 단위패턴에 대응되는 크기와 배치를 가지도록 형성된다. 즉, 마우스 전극(50)은 단위패턴이 열 또는 행으로 연결된 형상을 가진다.
마우스 전극(50)은 제1 전극부(21) 또는 제2 전극부(25) 중 어느 하나와 전기적으로 연결되어 전류를 발생시킬 수 있다.
이상에서 설명한 마우스패드 전극(20)과 마우스 전극(50)은 도면으로 도시한 크기의 단위패턴뿐만 아니라 다양한 크기를 가지도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 마우스패드 전극(20)과 마우스 전극(50)의 단위패턴의 크기를 작게 한다면 사용자가 마우스(40)를 약간만 움직인다고 하여도 마찰전기의 발생이 가능하기 때문에 사용자의 특성에 따라 다양한 크기의 단위패턴을 적용할 수 있다.
다음으로, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 마우스패드 전극 간에 전류가 발생하는 것을 보인 예시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 마우스패드 전극과 마우스 전극 간에 전류가 발생하는 것을 보인 예시도이다.
이에 도시된 바에 따르면, 마찰 전기는 대전이 잘 되는 물체 간의 마찰 에너지에 의해 전자가 이동하면서 발생하게 된다. 전자의 이동 방향은 두 물체의 대전되는 전하에 의해 결정된다.
마찰 전기가 발생하는 이유는 물체 내부에 양전하 속성의 원자핵과 음전하 속성의 전자로 이뤄져 있기 때문이다. 두 물체 간에 전자가 이동하게 되면 전기적인 균형이 깨지고, 전자가 떠난 물체는 음전하가 부족해져 (+)극을 나타내고, 전자를 받은 물체는 (-)극을 나타내게 된다.
이와 같은 원리를 기초로 하여 도 6을 참조하면, 마우스패드 전극(20)은 (+)극으로 대전되기 쉬운 전극을 2개 배치하고 마우스패드 전극(20) 위에 (a)와 같이 (-)극으로 대전되기 쉬운 대전 시트(30)를 부착시킨다. 이 상태에서 대전 시트(30) 위에 (+)극으로 대전되기 쉬운 물질로 형성된 마우스 전극(50)이 움직이면, (b)와 같이 전자가 이동하면서 전기가 생성되게 된다. 즉, 대전 시트(30)가 두개의 전극 사이를 지나갈 때마다 전기가 생성되어 이동하게 된다.
또한, 마우스(40)가 지나가면서 인접한 열의 제1 단위패턴 어레이(22) 및 제2 단위패턴 어레이(26)는 극성이 변화하면서 마찰 전기를 발생시키게 된다. 도 6에 도시된 방식은 마우스(40)가 마우스패드(10) 상에서 움직일 때 두개로 구성된 마우스패드 전극(20)에서 발생하는 마찰 전기에 대하여 도식화한 것이다.
이와 같이 마우스패드(20)의 상면은 (-)극으로 대전되도록 하고, 마우스(40)의 하면은 (+)극으로 대전되도록 하면 위와 같이 전기가 생성되고, 여기서 나온 마찰 전기를 마우스(40)의 동력원으로 활용할 수 있어 별도의 동력원이 필요없다.
다음으로, 도 7을 참조하면, 본 방식은 마우스패드 전극(20)과 마우스 전극(50) 사이를 전기적으로 연결하였을 때 마찰 전기가 발생하는 원리를 도식화한 것이다.
마우스패드(10) 및 마우스(40)의 표면이 완전히 겹쳐 서로 밀접하게 접촉하게 된다. 이러면 전자를 이끄는 정도의 차이로 인해 (a)와 같이 마찰 전기가 양전하는 (+)극으로 대전되기 쉬운 재질의 표면에, 음전하는 (-)극으로 대전되기 쉬운 재질의 표면에 남게 된다.
이와 같이 두 표면이 겹치는 과정에서 전위 강하가 생기게 된다. 즉, 윗면이 밖으로 움직이기 시작하면 (b)와 같이 접촉 표면이 줄어들면서 내부 전하 분리가 시작된다. 분리된 전하는 전기장을 생성하고 윗면의 전극에 높은 전위를 유도한다. 전위의 차이로 인해 전류의 흐름이 생기고 마우스(40)에서 마우스패드(10) 방향으로 전기가 발생한다.
분리될 때 전하량과 대전되는 전하량이 거의 동일하기 때문에 마우스패드(10) 위에서 마우스(40)가 분리되는 과정에서 전류의 흐름은 계속해서 발생하고, (c)와 같이 상판이 하판으로부터 완전히 떨어질 때까지 전하량은 계속해서 증가하게 된다.
표면 성질로 인해 상판이 다시 되돌아 올 때도 분리된 전하는 소멸되지 않는다. 이때 접촉면에 외부 하중이 증가함에 따라 (d)와 같이 한쪽으로 치우쳐 대전된 전하가 역류하게 된다. 전체 사이클은 분리될 때나 돌아올 때 서로 대칭을 띄고 전류의 피크도 마찬가지로 대칭이 되게 된다.
상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 마우스패드 20 : 마우스패드 전극
21 : 제1 전극부 22 : 제1 단위패턴 어레이
24 : 제1 연결부 25 : 제2 전극부
26 : 제2 단위패턴 어레이 28 : 제2 연결부
30 : 대전 시트 32 : 베이스 플레이트
34 : 지지 플레이트 40 : 마우스
50 : 마우스 전극 52 : 베이스 플레이트

Claims (5)

  1. 마우스패드의 상면에 패턴으로 형성되고, (+)극 또는 (-)극으로 대전되기 쉬운 물질로 형성되며, 도전성을 가진 마우스패드 전극;
    상기 마우스패드 전극의 상면에 부착되고, 상기 마우스패드 전극과 다른 극성으로 대전되기 쉬운 물질로 형성되는 대전 시트; 및
    마우스의 하면에 패턴으로 형성되고, 상기 마우스패드 전극과 같은 극성으로 대전되기 쉬운 물질로 형성되며, 도전성을 가진 마우스 전극을 포함하는 무선 마우스의 마찰대전 충전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마우스패드 전극 및 마우스 전극은 마름모 또는 사각형 형상의 단위패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무선 마우스의 마찰대전 충전장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 마우스패드 전극은,
    상기 단위패턴이 열 또는 행으로 연결된 제1 단위패턴 어레이가 소정의 간격으로 배치되고, 상기 제1 단위패턴 어레이 각각의 일단부를 연결하는 제1 연결부가 구비되는 제1 전극부; 및
    상기 단위패턴이 열 또는 행으로 연결된 제2 단위패턴 어레이가 상기 제1 단위패턴 어레이의 사이마다 배치되고, 상기 제1 연결부의 반대편에서 상기 제2 단위패턴 어레이 각각의 일단부를 연결하는 제2 연결부가 구비되는 제2 전극부를 포함하는 무선 마우스의 마찰대전 충전장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 전극부 및 제2 전극부는 서로 전기적으로 연결되거나, 상기 제1 전극부 또는 제2 전극부는 상기 마우스 전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 무선 마우스의 마찰대전 충전장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 마우스패드 전극 및 대전 시트를 구비하는 마우스패드.

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