KR20170108312A - 에너지 하베스팅 소자를 이용한 휴대 기기의 충전 장치 및 방법 - Google Patents

에너지 하베스팅 소자를 이용한 휴대 기기의 충전 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 휴대 기기의 충전 장치는, 신발에 구비되어 인체의 움직임에 의해 에너지를 발생시키는 에너지 하베스팅 소자와, 바지에 부착되어 에너지 하베스팅 소자에서 발생된 에너지를 이용하여 휴대기기의 충전을 제어하는 충전 제어 모듈과, 에너지 하베스팅 소자에서 수확된 에너지를 충전 제어 모듈로 무선 전송하기 위한 공진 코일 모듈을 포함하며, 공진 코일 모듈은, 신발에 구비된 송신 공진 코일부 및 바지에 구비되고 송신 공진 코일부로부터 일정 거리 이격된 채 송신 공진 코일부와 자기적으로 결합되도록 구성된 수신 공진 코일부를 포함할 수 있다.

Description

에너지 하베스팅 소자를 이용한 휴대 기기의 충전 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF CHARGING MOBILE TERMINAL USING ENERGY HARVESTING DEVICE}
본 출원은, 에너지 하베스팅 소자를 이용한 휴대 기기의 충전 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 출원은, (ⅰ) 미래창조과학부의 대학 ICT 연구센터 육성지원사업의 일환으로 수행된 연구[과제관리번호: 1711026714(R0992-15-1021), 과제명: Wearable 디바이스용 에너지 하베스팅 및 무선 전력전송 기술 개발] 및 (ⅱ) 미래창조과학부의 범부처 Giga KOREA 사업의 일환으로 수행된 연구[과제관리번호: GK15N0100, 과제명: 밀리미터파 5G 이동통신 시스템 개발]로부터 도출된 것이다.
에너지 하베스팅(Energy harvesting) 기술은 주변에서 버려지는 에너지를 수확하여 전기에너지로 변환한 후 이용하는 것으로서, 자연 환경을 보존할 수 있는 미래 산업 분야로 기대되고 있다.
이러한 기술을 기존 전자 기기 등에 이용할 경우 에너지 효율을 크게 향상 시킬 수 있을 뿐만 아니라 별도의 전원을 이용한 배터리 충전 없이 주변의 에너지를 이용하여 전자 기기를 독립적으로 구동하도록 할 수 있다. 또한 이 기술은 응용 범위가 상당히 넓어 다양한 센서 및 이를 이용한 통신 소자 등의 전원 또는 보조 전원으로 이용될 수 있다.
에너지 하베스팅 기술은 태양광을 이용한 태양광 하베스팅과 온도차에 의한 지벡(Zeeback) 효과를 이용하여 전기 에너지를 얻는 열전 에너지 하베스팅, 그리고 주변의 진동이나 충격 등의 운동 에너지로부터 전기 에너지를 얻는 압전 에너지 하베스팅 등으로 나눌 수 있다.
피부나 신발과 같은 사용자의 의복에 부착된 압전체를 이용하여 인체의 움직임으로부터 에너지를 얻는 압전 에너지 하베스팅 기술은 기존의 마그네틱을 이용한 수력, 화력, 풍력, 조력 발전보다 훨씬 작은 진동이나 충격을 전기 에너지로 변하여 태양광이 없는 어두운 곳이나 밤에도 발전을 할 수 있으며, 에너지 변환 효율이 매우 높은 장점을 가진다.
이러한 압전 에너지 하베스팅 기술은 흔히 우리가 사용하는 가스라이터 및 가스레인지의 점화 장치에서 쉽게 접할 수 있는데, 향후 모바일 기기의 전원 장치, 가로등이나 비상계단의 전원 발생기, 초소형 기기용의 마이크로 압전 발전기, 인공 장기 및 건강 진단 장치, 무선센서를 이용한 사무실 원격 조정 시스템 및 구조물 진단 시스템 등 폭넓은 분야에 적용이 가능할 것으로 예상되고 있다.
압전 에너지 하베스팅 기술과 유사한 기술로서 정전 에너지 하베스팅 기술이 있다. 물체의 반복적인 마찰 대전을 유도하여 에너지를 얻는 방식으로 상호 마찰을 통해 접촉 표면에 전기를 발생시키고, 여기서 발생된 전기를 축전하여 발전기로 활용하는 방식으로 환경오염 요소가 없고 높은 에너지 출력을 내면서 비교적 저렴한 비용으로 하베스팅 소자를 생산할 수 있는 장점을 가진다.
이러한 하베스팅 기술은 인체 활동에 기반한 에너지 하베스팅에 적용될 수 있으며, 이를 위해 여러 하베스팅 기술 중 압전 에너지 하베스팅 기술과 정전 에너지 하베스팅 기술이 적용될 수 있다. 여러 신체활동 중 걷거나 뛰는 움직임으로부터 많은 에너지를 얻을 수 있으며, 유전탄성복합체, 유전성 탄성체(Dielectric elastomer), PVDF(Polyvinylidene fluoride) 등의 압전 소자를 신발의 바닥에 위치시켜 걷거나 뛰는 움직임으로부터 소자에 가해지는 압력을 에너지로 변환함으로써 에너지를 하베스팅 할 수 있다. 신발에 대전성이 큰 소자를 위치시켜 인체활동에 따른 반복적인 마찰을 유도할 경우 물질의 상호 마찰을 통해 대전성이 큰 소자의 접촉표면에 전기를 발생시키고 이를 통해 에너지를 하베스팅 할 수 있다.
관련 기술로는, 예를 들면 한국공개특허 제2013-0092758호(“신발창에 구비되는 자가발전장치”, 공개일: 2013년08월21일)이 있다.
한국공개특허 제2013-0092758호(“신발창에 구비되는 자가발전장치”, 공개일: 2013년08월21일)
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 인체의 움직임에 의해 발생되는 에너지를 이용하여 휴대 기기를 효과적으로 충전할 수 있으며, 휴대 기기의 충전함에 있어 사용자가 느낄 수 있는 불편함을 최소화할 수 있는 에너지 하베스팅 소자를 이용한 휴대 기기의 충전 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 의하면, 신발에 구비되어 인체의 움직임에 의해 에너지를 발생시키는 에너지 하베스팅 소자; 바지에 부착되어 상기 에너지 하베스팅 소자에서 발생된 에너지를 이용하여 휴대기기의 충전을 제어하는 충전 제어 모듈; 상기 에너지 하베스팅 소자에서 발생된 에너지를 상기 충전 제어 모듈로 무선 전송하기 위한 공진 코일 모듈을 포함하며, 상기 공진 코일 모듈은, 상기 신발에 구비된 송신 공진 코일부 및 상기 바지에 구비되고 상기 송신 공진 코일부로부터 일정 거리 이격된 채 상기 송신 공진 코일부와 자기적으로 결합되도록 구성된 수신 공진 코일부를 포함하는 휴대 기기의 충전 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 휴대 기기의 충전 장치는, 상기 수신 공진 코일부에 의해 무선으로 수신된 에너지를 상기 충전 제어 모듈로 전달하는 도전성 섬유(conductive yarn)를 더 포함하며, 상기 도전성 섬유는, 구리선과 섬유사로 합연(double and twisting)되어 상기 바지에 직물 형태로 직조될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 휴대 기기의 충전 장치는, 상기 에너지 하베스팅 소자에서 발생된 에너지를 직류 전원으로 변환하는 정류부; 및 상기 송신 공진 코일부의 공진 주파수와 동일하도록 상기 정류부에 의해 정류된 직류 전원을 발진시키는 발진부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 에너지 하베스팅 소자는, 상기 인체의 움직임에 의해 가해지는 압력을 에너지로 변환하는 압전 방식의 소자 또는 상기 인체의 움직임시 발생되는 정전기를 에너지로 변환하는 정전 방식의 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 송신 공진 코일부 및 상기 수신 공진 코일부는, 구리선과 섬유사로 합연되어 상기 신발 또는 상기 바지에 직물 형태로 직조되는 도전성 섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 송신 공진 코일부는, 상기 인체의 발목을 감싸도록 상기 신발의 목 부분에 구비되며, 상기 수신 공진 코일부는, 상기 바지의 아랫단(trouser cuffs)에 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 송신 공진 코일부는, 상기 신발의 안쪽 또는 바깥쪽에 구비되며, 상기 수신 공진 코일부는, 상기 바지의 안쪽 또는 바깥쪽에서 상기 송신 공진 코일부에 대응되는 위치에 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 송신 공진 코일부 및 상기 수신 공진 코일부는, 상기 신발의 목 부분 또는 상기 바지의 아랫단의 원주를 따라 나선 형태, 위아래로 지그 재그 형태 또는 스프링 형태 중 적어도 하나로 감길 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 송신 공진 코일부 및 상기 수신 공진 코일부는, 평면상에서 사각형 또는 원형의 원주를 따라 나선형으로 다수회 감긴 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 송신 공진 코일부의 공진 주파수는, 상기 송신 공진 코일부의 길이에 반비례할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 충전 제어 모듈은, 상기 에너지 하베스팅 소자에서 발생된 에너지를 이용하여 휴대기기의 충전을 제어하는 제어부; 및 인체의 접촉을 감지하기 위한 감지부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 감지부의 감지 결과에 따라 상기 충전을 개시 또는 중단시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 감지부는, 상기 인체의 접촉에 의한 저항값 변화 또는 상기 인체의 접촉에 의한 정전 용량의 변화를 감지할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 형태에 의하면, 신발에 구비된 에너지 하베스팅 소자에서, 인체의 움직임에 의해 에너지를 발생시키는 제1 단계; 공진 코일 모듈에서, 상기 에너지 하베스팅 소자에서 발생된 에너지를 충전 제어 모듈로 무선 전송하는 제2 단계; 및 바지에 부착된 충전 제어 모듈에서, 상기 에너지 하베스팅 소자에서 발생된 에너지를 이용하여 휴대기기의 충전을 제어하는 제3 단계를 포함하며, 상기 공진 코일 모듈은, 상기 신발에 구비된 송신 공진 코일부 및 상기 바지에 구비되고 상기 송신 공진 코일부로부터 일정 거리 이격된 채 상기 송신 공진 코일부와 자기적으로 결합되도록 구성된 수신 공진 코일부를 포함하며, 상기 공진 코일 모듈과 상기 무선 충전 모듈 사이에는 상기 도전성 섬유가 구비되며, 상기 도전성 섬유는, 구리선과 섬유사로 합연(double and twisting)되어 상기 바지에 직물 형태로 직조되는 휴대 기기의 충전 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 신발에 에너지 하베스팅 소자를 구비하고, 하베스팅 소자에서 발생된 에너지를 신발 및 바지에 구비된 공진 코일 모듈을 이용하여 무선 전송함으로써, 인체의 움직임에 의해 발생되는 에너지를 이용하여 휴대 기기를 효과적으로 충전할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 공진 코일 모듈은 구리선과 섬유사로 합연되어 신발 또는 바지에 직물 형태로 직조되는 도전성 섬유를 이용함으로써, 휴대 기기의 충전함에 있어 사용자가 느낄 수 있는 불편함을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 소자를 이용한 휴대 기기의 충전 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 형태에 따른 공진 코일 모듈의 다양한 실시예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 충전 제어 모듈의 구성을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 소자를 이용한 휴대 기기의 충전 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 소자를 이용한 휴대 기기의 충전 장치의 구성도이다. 도 2는 본 발명의 일 형태에 따른 공진 코일 모듈의 다양한 실시예를 도시한 것이다. 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 충전 제어 모듈의 구성을 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 휴대 기기의 충전 장치에 의하면, 신발(20)에는 에너지 하베스팅 소자(110), 정류부(120) 및 발진부(130)가 구비되며, 바지(10)에는 도전성 섬유(150)와 충전 제어 모듈(160)이 구비되며, 에너지 하베스팅 소자(110)에서 발생된 에너지를 충전 제어 모듈(160)로 무선 전송하기 위해 공진 코일 모듈(140)이 더 구비될 수 있다.
공진 코일 모듈(140)은 신발(20)의 목부분에 구비된 송신 공진 코일부(141)와 바지(10)의 아랫단(trouser cuffs)에 구비된 수신 공진 코일부(142)를 포함할 수 있다. (a)는 공진 코일 모듈(140)이 원형으로 감겨진 형태를, (b)는 공진 코일 모듈(140)이 평면상에서 감겨진 형태를 도시하고 있으며, 이해를 돕기 위해 (b)의 경우 도면 부호 141과 142는 따로 도시하고 있으나, 실제로는 바지(10)의 아랫단은 밑으로 더 내려옴으로써, 141과 142의 중심이 대응되도록 위치할 수 있다.
구체적으로, 에너지 하베스팅 소자(110)는 신발(20)에 구비되어 인체의 움직임에 의해 에너지를 발생시키는 소자로, 예를 들면, 인체의 움직임에 의해 가해지는 압력을 에너지로 변환하는 압전 방식의 소자 또는 인체의 움직임시 발생되는 정전기를 에너지로 변환하는 정전 방식의 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
정류부(120)는 에너지 하베스팅 소자(110)에서 발생된 에너지를 직류 전원으로 변환하며, 발진부(130)는 송신 코일 공진부(후술함)의 공진 주파수와 동일하도록 정류부(120)에 의해 변환된 직류 전원을 발진시킬 수 있다. 여기서, 공진 주파수는, 송신 공진 코일부(141)의 길이에 반비례할 수 있다.
한편, 공진 코일 모듈(140)은 신발(20)의 목부분에 구비된 송신 공진 코일부(141)와 바지(10)의 아랫단에 구비된 수신 공진 코일부(142)를 포함할 수 있다.
도 2에서는, 신발(20)의 목부분에 구비된 송신 공진 코일부(141)의 다양한 형태를 도시하고 있다. 비록 도 2에서는 신발(20)의 목부분에 구비된 송신 공진 코일부(141)만을 도시하고 있으나, 바지(10)의 아랫단에 구비된 수신 공진 코일부(142) 역시 대응되는 형태로 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 송신 공진 코일부(141)는 인체의 발목을 감싸도록 신발(20)의 목 부분에 구비되거나((a) 내지 (c) 참조), 신발(20)의 안쪽 또는 바깥쪽에 구비된 평면 형태((d) 내지 (g) 참조)일 수 있다.
구체적으로, 전자((a) 내지 (c) 참조)의 경우, 신발(20)의 목 부분을 따라 나선 형태(141a, (a) 참조), 위아래로 지그재그 형태(141b, (b) 참조) 또는 스프링 형태(141c, (c) 참조) 중 적어도 하나로 감기도록 구성될 수 있다. (a) 내지 (c)에서 좌측은 측면도, 우측은 평면도이다. 여기서, (b)와 (c)는 굴곡을 가진 형태로 지칭될 수 있다.
(a) 내지 (c)의 경우 송신 공진 코일부(141)의 중심부에 사용자의 발목이 위치하며, 이때 수신 공진 코일부(142)의 직경은 송신 공진 코일부(141)의 직경보다 클 수 있다. 송신 공진 코일부(141)가 사용자의 발목을 중심으로 위치함에 따라 사용자의 움직임에도 송신 공진 코일부(141)의 모양과 위치 변화가 적어 일정한 전송 효율을 유지할 수 있는 장점이 있다.
특히, (a)의 경우 신발(20)의 목부분과 바지(10)의 아랫단이 콘 형태를 가질 때 유용하며, (b)와 (c)의 경우 송신 공진 코일부(141)가 장착되는 신발(20의 목부분과 바지(10)의 아랫단의 직경이 작은 경우에도 코일의 길이를 조절하여 공진 주파수를 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있다.
(a) 내지 (c)의 경우 수신 공진 코일부(142)는 바지(10)의 아랫단에 구비될 수 있으며, (a) 내지 (c)와 동일한 형태로 바지(10) 아랫단의 원주를 따라 나선 형태, 위아래로 지그재그 형태 또는 스프링 형태 중 적어도 하나로 감기도록 구성될 수 있다(별도 도시는 안함).
한편, (d) 내지 (g)의 경우 송신 공진 코일부(141)는 신발(20)의 안쪽 또는 바깥쪽에 구비된 평면 형태로, 사각형(141d, 141e, (d), (e) 참조), 원형(141f, 141g, (f),(g) 참조)을 따라 나선형으로 다수회 감긴 형태이거나, 추가로 굴곡을 가진 형태일 수 있다. 여기서, 굴곡은 가진 형태라 함은, 도 2의 (e)와 같이 위아래로 지그 형태로 감기거나 또는 도 2의 (f)와 같이 둘레를 따라 스프링 형태로 감겨진 형태를 말한다.
(d) 내지 (g)의 경우, 전술한 (a) 내지 (c)에 비해 작은 직경을 가지도록 설계할 수 있으며, 인체의 접촉에 의해 발생하는 전송 효율의 감소를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
특히, (d)와 (f)의 경우 신발(20의 목부분과 바지(10)의 아랫단의 모양에 상관없이 전술한 (a) 내지 (c)의 경우보다 작은 크기를 가질 수 있는 장점이 있다. 그리고, (e)와 (g)의 경우 송신 공진 코일부(141)의 크기를 증가시키지 않고도 코일의 길이를 조절하여 공진 주파수를 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있다.
마찬가지로, (d) 내지 (g)의 경우에도, 수신 공진 코일부(142)는 바지(10)의 안쪽 또는 바깥쪽에서 송신 공진 코일부(141)에 대응되는 위치에 구비될 수 있으며, (d) 내지 (g)와 동일한 형태로 구성될 수 있다(별도 도시는 안함).
상술한 바와 같이, 공진 코일 모듈(140)은 신발(20)에 구비된 송신 공진 코일부(141)와, 바지(10)의 아랫단에 구비되고 송신 공진 코일부(141)로부터 일정 거리 이격된 채 송신 공진 코일부(141)와 자기적으로 결합되도록 구성된 수신 공진 코일부(142)를 포함하며, 에너지 하베스팅 소자(110)에 의해 발생된 에너지는 충전 제어 모듈(160)로 무선 전송될 수 있다.
상술한 송신 공진 코일부(141)는 단일턴의 1차 코일과 1차 코일로부터 일정 거리 이격되게 배치된 적어도 2회 이상 감겨진 송전 공진 코일로 구성되며, 수신 코일 공진부(142)는 적어도 2회 이상 감겨진 수신 공진 코일과 수신 공진 코일로부터 일정 거리 이격되게 배치된 단일턴의 2차 코일로 구성될 수 있다.
상술한 송신 공진 코일부(141)는 구리선과 섬유사로 합연(double and twisting)되어 신발(20)에 직물 형태로 직조되는 도전성 섬유(conductive yarn)일 수 있으며, 수신 코일 공진부(142) 역시 구리선과 섬유사로 합연되어 바지(10)에 직물 형태로 직조되는 도전성 섬유일 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 공진 코일 모듈(140), 엄밀히는 수신 공진 코일부(142)에는 도전성 섬유(150)가 연결되어 송신 공진 코일부(141)에서 무선 수신된 에너지를 충전 제어 모듈(160)로 유선으로 전달할 수 있다.
상술한 도전성 섬유(150) 역시 구리선과 섬유사로 합연되어 바지(10)에 직물 형태로 직조되는 도전성 섬유일 수 있다.
한편, 충전 제어 모듈(160)은 바지(10)에 부착되어 에너지 하베스팅 소자(110)에서 발생된 에너지를 이용하여 휴대기기(MT)의 충전을 제어할 수 있다.
이러한 충전 제어 모듈(160)은 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 충전 제어 모듈(160)은 제어부(161), 감지부(162) 및 LED(163)를 포함할 수 있으며, 제어부(161)는 도전성 섬유(150)를 통해 유선으로 전달된 에너지를 이용하여 휴대 기기(MT)를 충전할 수 있다. 제어부(161) 내부는 AC/DC 컨버터 등이 포함될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 충전 제어 모듈(160) 내부에는 감지부(162)가 더 포함될 수 있다.
감지부(162)는 인체의 접촉을 감지하기 위한 소자로, 예컨대 손가락(1)의 접촉에 의한 정전 용량을 감지하거나 손가락(1)의 접촉에 의한 저항값 변화를 읽어들이기 위한 것일 수 있다. 감지부(162)는 정전 용량의 변화 또는 저항값 변화가 감지되면 이를 제어부(161)로 전달할 수 있으며, 제어부(162)는 이에 따라 휴대 기기(MT)의 충전을 개시하거나 또는 진행중인 충전을 중지할 수 있다. 한편, 휴대 기기(MT)의 충전 상태를 표시하기 위한 LED(163)가 더 구비될 수 있다.
그리고, 도전성 섬유(150)와 충전 제어 모듈(160), 도전성 섬유(150)와 휴대 기기(MT)는 각각 커넥터(C)에 의해 연결될 수 있다. 도 1에서는, 휴대 기기(MT)가바지(10)의 주머니(11) 속에 위치하고 있는 것으로 도시하고 있으나, 외부에서 연결되는 형태로도 구성 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 신발에 에너지 하베스팅 소자를 구비하고, 하베스팅 소자에서 발생된 에너지를 신발 및 바지에 구비된 공진 코일 모듈을 이용하여 무선 전송함으로써, 인체의 움직임에 의해 발생되는 에너지를 이용하여 휴대 기기를 효과적으로 충전할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 공진 코일 모듈은 구리선과 섬유사로 합연되어 신발 또는 바지에 직물 형태로 직조되는 도전성 섬유를 이용함으로써, 휴대 기기의 충전함에 있어 사용자가 느낄 수 있는 불편함을 최소화할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에너지 하베스팅 소자를 이용한 휴대 기기의 충전 방법을 설명하는 흐름도이다. 발명의 간명화를 위해 도 1 내지 도 3에서 설명한 사항과 중복된 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 우선, 신발(20)에 구비된 에너지 하베스팅 소자(110)에서, 인체의 움직임에 의해 에너지를 발생시킬 수 있다(S401).
에너지 하베스팅 소자(110)는 신발(20)에 구비되어 인체의 움직임에 의해 에너지를 발생시키는 소자로, 예를 들면, 인체의 움직임에 의해 가해지는 압력을 에너지로 변환하는 압전 방식의 소자 또는 인체의 움직임시 발생되는 정전기를 에너지로 변환하는 정전 방식의 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있음은 상술한 바와 같다.
추가하여, 정류부(120)는 에너지 하베스팅 소자(110)에서 발생된 에너지를 직류 전원으로 변환하며, 발진부(130)는 송신 코일 공진부(141)의 공진 주파수와 동일하도록 정류부(120)에 의해 변환된 직류 전원을 발진시킬 수 있음은 상술한 바와 같다.
다음, 공진 코일 모듈(140)에서, 에너지 하베스팅 소자(110)에서 수확된 에너지를 충전 제어 모듈(160)로 무선 전송할 수 있다(S402).
공진 코일 모듈(140)은 신발(20)의 목부분에 구비된 송신 공진 코일부(141)와 바지(10)의 아랫단에 구비된 수신 공진 코일부(142)를 포함할 수 있으며, 이에 대한 다양한 형태는 도 2에서 기술된 바와 같다.
추가하여, 상술한 공진 코일 모듈(140)은 구리선과 섬유사로 합연되어 신발(20) 또는 바지(10)에 직물 형태로 직조되는 도전성 섬유일 수 있음은 상술한 바와 같다.
마지막으로, 바지(10)에 부착된 충전 제어 모듈(160)에서, 에너지 하베스팅 소자(110)에 발생된 에너지를 이용하여 휴대기기(MT)의 충전을 제어할 수 있다(S403).
추가하여, 감지부(162)는 정전 용량의 변화 또는 저항값 변화가 감지되면 이를 제어부(161)로 전달할 수 있으며, 제어부(162)는 이에 따라 휴대 기기(MT)의 충전을 개시하거나 또는 진행중인 충전을 중지할 수 있음은 상술한 바와 같다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 신발에 에너지 하베스팅 소자를 구비하고, 하베스팅 소자에서 발생된 에너지를 신발 및 바지에 구비된 공진 코일 모듈을 이용하여 무선 전송함으로써, 인체의 움직임에 의해 발생되는 에너지를 이용하여 휴대 기기를 효과적으로 충전할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 공진 코일 모듈은 구리선과 섬유사로 합연되어 신발 또는 바지에 직물 형태로 직조되는 도전성 섬유를 이용함으로써, 휴대 기기의 충전함에 있어 사용자가 느낄 수 있는 불편함을 최소화할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시 형태에서는 에너지 하베스팅이 적용되는 객체를 신발과 바지를 예로 들어 설명하고 있으나, 이는 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 다양한 의류에 다양한 형태로 적용 가능함에 유의하여야 한다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10: 바지 20: 신발
11: 바지 주머니 110: 에너지 하베스팅 소자
120: 정류부 130: 발진부
140: 공진 코일 모듈 141: 송신 공진 코일부
142: 수신 공진 코일부 150: 도전성 섬유
160: 충전 제어 모듈 161: 제어부
162: 감지부 163: LED
141a 내지 141g: 송신 공진 코일부 MT: 휴대용 기기
C: 커넥터

Claims (14)

  1. 신발에 구비되어 인체의 움직임에 의해 에너지를 발생시키는 에너지 하베스팅 소자;
    바지에 부착되어 상기 에너지 하베스팅 소자에서 발생된 에너지를 이용하여 휴대기기의 충전을 제어하는 충전 제어 모듈;
    상기 에너지 하베스팅 소자에서 발생된 에너지를 상기 충전 제어 모듈로 무선 전송하기 위한 공진 코일 모듈을 포함하며,
    상기 공진 코일 모듈은, 상기 신발에 구비된 송신 공진 코일부 및 상기 바지에 구비되고 상기 송신 공진 코일부로부터 일정 거리 이격된 채 상기 송신 공진 코일부와 자기적으로 결합되도록 구성된 수신 공진 코일부를 포함하는 휴대 기기의 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 휴대 기기의 충전 장치는,
    상기 수신 공진 코일부에 의해 무선으로 수신된 에너지를 상기 충전 제어 모듈로 전달하는 도전성 섬유(conductive yarn)를 더 포함하며,
    상기 도전성 섬유는, 구리선과 섬유사로 합연(double and twisting)되어 상기 바지에 직물 형태로 직조되는 휴대 기기의 충전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 휴대 기기의 충전 장치는,
    상기 에너지 하베스팅 소자에서 발생된 에너지를 직류 전원으로 변환하는 정류부; 및
    상기 송신 공진 코일부의 공진 주파수와 동일하도록 상기 정류부에 의해 정류된 직류 전원을 발진시키는 발진부를 더 포함하는 휴대 기기의 충전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 하베스팅 소자는,
    상기 인체의 움직임에 의해 가해지는 압력을 에너지로 변환하는 압전 방식의 소자 또는 상기 인체의 움직임시 발생되는 정전기를 에너지로 변환하는 정전 방식의 소자 중 적어도 하나를 포함하는 휴대 기기의 충전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 송신 공진 코일부 및 상기 수신 공진 코일부는,
    구리선과 섬유사로 합연되어 상기 신발 또는 상기 바지에 직물 형태로 직조되는 도전성 섬유를 포함하는 휴대 기기의 충전 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 송신 공진 코일부는, 상기 인체의 발목을 감싸도록 상기 신발의 목 부분에 구비되며,
    상기 수신 공진 코일부는, 상기 바지의 아랫단(trouser cuffs)에 구비되는 휴대 기기의 충전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 송신 공진 코일부는, 상기 신발의 안쪽 또는 바깥쪽에 구비되며,
    상기 수신 공진 코일부는, 상기 바지의 안쪽 또는 바깥쪽에서 상기 송신 공진 코일부에 대응되는 위치에 구비되는 휴대 기기의 충전 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 송신 공진 코일부 및 상기 수신 공진 코일부는,
    상기 신발의 목 부분 또는 상기 바지의 아랫단의 원주를 따라 나선 형태, 위아래로 지그 재그 형태 또는 스프링 형태 중 적어도 하나로 감기는 휴대 기기의 충전 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 송신 공진 코일부 및 상기 수신 공진 코일부는,
    평면상에서 사각형 또는 원형의 원주를 따라 나선형으로 다수회 감긴 형태인 휴대 기기의 충전 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 송신 공진 코일부의 공진 주파수는,
    상기 송신 공진 코일부의 길이에 반비례하는 휴대 기기의 충전 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 충전 제어 모듈은,
    상기 에너지 하베스팅 소자에서 발생된 에너지를 이용하여 휴대기기의 충전을 제어하는 제어부; 및
    상기 인체의 접촉을 감지하기 위한 감지부를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 감지부의 감지 결과에 따라 상기 충전을 개시 또는 중단시키는 휴대 기기의 충전 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 인체의 접촉에 의한 저항값 변화 또는 상기 인체의 접촉에 의한 정전 용량의 변화를 감지하는 휴대 기기의 충전 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 송신 공진 코일부는, 단일 턴의 1차 코일과 상기 1차 코일로부터 일정 거리 이격되게 배치된 적어도 2회 이상 감겨진 송전 공진 코일로 구성되며,
    상기 수신 공진 코일부는, 적어도 2회 이상 감겨진 수신 공진 코일과 상기 수신 공진 코일과 일정 간격 이격되게 배치된 단일 턴의 2차 코일로 구성된 휴대 기기의 충전 장치.
  14. 신발에 구비된 에너지 하베스팅 소자에서, 인체의 움직임에 의해 에너지를 발생시키는 제1 단계;
    공진 코일 모듈에서, 상기 에너지 하베스팅 소자에서 발생된 에너지를 충전 제어 모듈로 무선 전송하는 제2 단계; 및
    바지에 부착된 상기 충전 제어 모듈에서, 상기 에너지 하베스팅 소자에서 발생된 에너지를 이용하여 휴대기기의 충전을 제어하는 제3 단계를 포함하며,
    상기 공진 코일 모듈은, 상기 신발에 구비된 송신 공진 코일부 및 상기 바지에 구비되고 상기 송신 공진 코일부로부터 일정 거리 이격된 채 상기 송신 공진 코일부와 자기적으로 결합되도록 구성된 수신 공진 코일부를 포함하며,
    상기 공진 코일 모듈과 상기 무선 충전 모듈 사이에는 도전성 섬유가 구비되며,
    상기 도전성 섬유는, 구리선과 섬유사로 합연(double and twisting)되어 상기 바지에 직물 형태로 직조되는 휴대 기기의 충전 방법.
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