KR20190007119A - 새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치에 관한 것으로, 전기 및 전자회로 분야에서 입력 전원의 on-off를 결정하는 스위치로써, FeGa 결정체 발전 재료의 자유 진동에 의해 발전이 일어나는 원리를 사용하며, 힘을 가하면 유도 코일에 유도되는 자가(自家)로 발생되는 전압에 의해 스위치 on/off 기능을 갖는 발전 소자를 무선 전원 스위치(Hans 스위치)와 발신부에 구비하여, 배선 공사를 별도로 하지 않는 무선 스위치 모듈을 제공한다. 본 발명에서는 세계 최초로 고안된 自家 발전형 스위치를 Hans 스위치로 제안한다. 내용의 이해를 쉽게하기 위하여 일례로서 조명장치를 설명하였다. 본 발명은 발전 소자의 자가(自家) 발전에 의해 전원 회로임에도 별도의 전원이 필요 없는 내용을 갖고 있다. 발전 소자의 설계는 용도에 맞추어 매우 간단하게 실행할 수 있으며, 발전 재료 자체의 발전 효율이 높기 때문에 대부분의 전원회로에 사용할 수 있고, 또한 추가적으로 축전 시스템으로의 용도도 가능하다. 본 발명에 의하면, 조명 장치의 경우 공사를 간단하게 할 수 있고, 공사비를 줄일 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기 및 전자회로 분야에서 입력 전원의 on-off를 결정하는 스위치로써, FeGa 결정체 발전 재료의 자유 진동에 의해 발전이 일어나는 원리를 사용하며, 힘을 가하면 유도 코일에 유도되는 자가(自家)로 발생되는 전압에 의해 스위치 on/off 기능을 갖는 발전 소자를 무선 전원 스위치(Hans 스위치)와 발신부에 구비하여, 배선 공사를 별도로 하지 않는 무선 스위치 모듈을 제공하는, 새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치에 관한 것이다.
전기 및 전자회로 분야에서 전원부 회로는 입력 전원 연결의 on-off를 결정하는 스위치가 반드시 구비해야 하며, 이는 전원 공급부와 부하 사이에 배선으로 연결된다.
예를 들면, 기존에 사용하고 있는 가정 조명용 전기 공사에 대하여 설명하면, 이 공사는 천정의 조명과 벽면에 홈을 파고 부착되어 있는 스위치 사이를 배선으로 연결한다. 즉 전원 공급 쪽에서 벽면의 스위치를 거쳐 천정의 조명으로 연결되도록 공사해야 한다.
만일, 스위치가 발전 재료로 만들어져 있으면, 조명을 켜기 위하여 스위치를 누를 때, 스위치는 그 힘의 에너지를 받아 스스로 발전하여 전원 연결의 on-off 기능을 수행하게 될 수 있으므로, 스위치의 모듈은 조명과 배선으로 연결함이 없이 무선으로 제작할 수 있다.
이것이 가능하면 조명 전기 공사를 간단하게 진행될 수 있으므로, 그 가치는 크다고 하겠다.
지금까지의 재료기술을 고찰하면, 외부의 에너지에 의해 전기가 발생하는 재료는 압전 재료를 많이 사용하였으나, 그 효율이 낮기 때문에 소형으로의 실현이 어려우므로 사용되는 분야가 제한되었다.
최근에 쌍극자 분포를 갖고 있는 발전 재료를 응용하고자 하는 움직임이 해외에서 활발히 진행되고 있으며, 예로서 FeGa의 재료가 각광 받고 있다. 이 재료는 미국의 E社가 세계에서 유일하게 결정 입자의 고온 압축 성형에 의하여 반결정체로서 생산 제조하여 공급하였으나, 2016년에는 다른 재료에 의한 제품의 영업 악화로 회사 경영을 중단하게 되었다. 그러나, 일본의 F연구소에서는 세계에서 처음으로 쵸크라르스키 결정 성장법에 의하여 결정체 성장 기술을 확립하였으며, 현재 이를 시험 생산하고 있다.
이 발전 재료의 동작 원리로서, 재료를 자계 중에서 진동시키게 되면, 재료 내부의 자화 찌그러짐(자왜 : 磁歪)의 현상이 생기어 진동수에 비례한 자속이 발생하며, 이 재료에 코일을 부착하면 코일에는 기전력이 유도된다. 그리하여 이 재료는 발전재료로 사용 가능하며, 최근 많이 주목 받고 있는 재료로서, 선행 기술의 특허문헌 0001에는 여러가지의 발전 소자를 소개하였으나, 여기에서 응용된 발전 소자는 가정용 TV 및 냉장고 등에서 밧데리가 없는 리모콘의 동작을 위하여 소개하였고, 이를 특허로서 청구하였다.
또한, 선행 기술의 특허문헌 0002에는 이의 발전 재료를 이용하여 캔틸레버(Cantilever)의 소자 개발과 구동자를 제안하였으며, 이를 이용하여 진동에 의한 자가 발전으로서, 휴대용 전원으로 응용하였다.
선행 기술의 특허문헌 0003에는 위와 같은 캔틸레버(Cantilever)와 회전자의 원리를 이용하여 풍력 터빈 발전 시스템에 응용하였다.
본 발명은 위의 선행 기술을 이용하여, 발전 재료에 의한 발전 소자를 무선 전원 스위치에 응용하여, 배선 공사 등을 별도로 첨부하지 않는 무선 스위치 모듈을 제안하고자 한다.
종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전기 및 전자회로 분야에서 입력 전원의 on-off를 결정하는 스위치로써, FeGa 결정체 발전 재료의 자유 진동에 의해 발전이 일어나는 원리를 사용하며, 힘을 가하면 유도 코일에 유도되는 자가(自家)로 발생되는 전압에 의해 스위치 on/off 기능을 갖는 발전 소자를 무선 전원 스위치(Hans 스위치)와 발신부에 구비하여, 배선 공사를 별도로 하지 않는 무선 스위치 모듈을 제공하는, 새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치를 제공한다.
본 발명은 기존에 사용되어온 전자 및 전기회로의 전원부 회로에 대한 여러 가지 문제점을 해결하기 위하여, 설명의 편의를 위해 가정용 조명장치를 예를 들어 설명하였으며, 첫 번째로는 기존의 방식은 벽에 부착되는 스위치에 전원 배선을 연결해야 하지만, 본 발명은 전원 배선을 생략할 수 있으므로, 조명장치의 공사를 간단하게 하게 된다.
두 번째로는 기존의 방식은 벽면을 파내고 스위치를 고정 부착해야 하지만, 본 발명은 스위치의 위치를 원하는 공간의 어디든지 이동하여 배치할 수 있다.
마지막으로, 전원 장치의 공사를 간단하게 할 수 있으므로 공사비를 절감할 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치는 발전 재료(1)의 자유 진동에 의해 발전이 일어나는 원리를 사용하며, 힘을 가하면 유도 코일(5)에 유도되는 자가(自家)로 발생되는 전압에 의해 스위치 on/off 기능을 갖는 발전 소자(8); 상기 스위치 기능을 갖는 발전 소자(8)에 on 동작을 위해 힘을 가하면, 그 에너지에 의하여 자체적으로 발전하여 발신부(11)를 구동시키고, 적외선, 초음파 또는 전파 중 어느 하나를 사용하여 원격 제어 신호를 수신부(12)로 전송하는 발신부(11); 상기 발신부(11)로부터 상기 원격 제어 신호를 수신받는 수신부(12); 및 상기 수신부(12)와 직렬로 연결되며, 원격 제어 신호에 따라 구동되는 부하(10)를 포함한다.
상기 발전 재료(1)는 FeGa 결정체를 사용한다.
상기 발전 소자(8)는 유연성을 갖는 유연체 재료(4)의 위에 소자를 형성하는 구조로 되어있으며, 상기 유연체 재료(4)의 끝단은 고정되며, 상기 유연체 재료(4)의 위에는 자성체 인 흡착판(3)이 접합되어 있으며, 상기 흡착판(3)의 위에는 캔틸레버(Cantilever) 형태인 상기 발전 재료(1)가 자성체 재료(yoke)(2)에 함께 묶여 고정되어 있으며,
상기 발전 재료(1)의 주위에는 유도 코일(5)이 감겨져 있으며, 상기 자성체 재료(2)는 영구 자석(6)에 의해 흡착판(3)에 흡착되어 있는 구조로 형성된다.
상기 유연체 재료(4)에 힘이 가해져 휘어지게 되면, 상기 영구 자석(6)으로부터 떨어진 발전 소자(8)는 상기 자유 진동을 개시하게 되며, 이 진동에 의해 상기 유도 코일(5)을 통해 전압을 생성하며, 얻어진 전압은 발신용 chip 또는 모듈에 전압을 공급함으로써, 상기 발전 소자(8)는 자연히 스위치의 on-off 기능을 하게 된다.
상기 발전 재료(1)의 자유 진동에 의해 발전이 일어나는 원리는
상기 발전 재료(1) 및 자성체 재료(yoke)(2)가 위쪽으로 진동 위치할 때에는 상기 발전 재료(1)는 신장되어 늘어나는 모양이 되고, 상기 자성체 재료(2)는 압축되어 줄어드는 현상으로 되며, 즉 신장되고 압축됨에 따라 단위 체적당의 쌍극자 구조를 갖는 전하의 분포가 달라지게 되며, 그리하여 상기 발전 재료(1)에는 자왜 효과가 발생함으로 자속이 변화하며, 결과적으로 상기 유도 코일(5)에는 기전력이 유도되며,
반대로, 상기 발전 재료(1) 및 상기 자성체 재료(yoke)(2)가 아래쪽으로 진동 위치할 때에는 상기 발전 재료(1)에는 逆자왜 효과가 발생하여 반대 방향의 자속이 변화되어, 반대 극성의 기전력이 유도된다.
상기 발전 재료(1) 및 상기 자성체 재료(2)의 진동에 의해 상기 유도 코일(5)에 유도되는 기전력은 V = N(dΦ/dt)로 정의되며, 여기서 N은 코일의 권수이고, Φ는 자속이며, 전압의 크기를 크게 하기 위해 코일의 권수 및 단위 시간당 자속의 변화량을 크게 하여 실현할 수 있으며,
단위 시간당 자속의 변화량은 발전 소자(8)의 진동 주파수 및 기계적 특성에 의해 결정되므로, 전압의 크기는 주로 코일의 권수에 의해 정해지며, 반대로, 코일의 권수를 적게 하고 코일의 굵기를 크게 하면 전압보다 전류의 량을 중점적으로 얻을 수 있으므로, 전압 및 전류의 값은 디바이스에서 요구하는 적당 값으로 선택하여 설계된다.
상기 발전 소자에 사용된 재료의 크기는 폭 1mm, 두께 0.5mm, 길이 15mm의 크기로 제작된다.
본 발명에 따른 새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치는 전기 및 전자회로 분야에서 입력 전원의 on-off를 결정하는 스위치로써, FeGa 결정체 발전 재료의 자유 진동에 의해 발전이 일어나는 원리를 사용하며, 힘을 가하면 유도 코일에 유도되는 자가(自家)로 발생되는 전압에 의해 스위치 on/off 기능을 갖는 발전 소자를 무선 전원 스위치(Hans 스위치)와 발신부에 구비하여, 배선 공사를 별도로 하지 않는 무선 스위치 모듈을 제공하는, 새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치를 제공한다.
본 발명은 기존에 사용되는 전원장치에 비교하여, 전원 배선의 연결이 필요 없는 Hans 스위치에 의한 무선 방식의 전원 회로를 제안하였다. 이는 사용의 용이성 및 경제성에 많이 기여할 것으로 기대한다.
내용의 이해를 쉽게하기 위하여 일례로서 조명장치를 설명하였다. 본 발명은 발전 소자의 자가(自家) 발전에 의해 전원 회로임에도 별도의 전원이 필요 없는 내용을 갖고 있다. 발전 소자의 설계는 용도에 맞추어 매우 간단하게 실행할 수 있으며, 발전 재료 자체의 발전 효율이 높기 때문에 대부분의 전원회로에 사용할 수 있고, 또한 추가적으로 축전 시스템으로의 용도도 가능하다. 본 발명에 의하면, 조명 장치의 경우 공사를 간단하게 할 수 있고, 공사비를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1a 내지 1c는 본 발명에 사용하는 자가 발전 소자의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 유도 코일로부터 얻어진 전압 파형이다.
도 3a 는 전기 및 전자회로에 사용되는 기존 스위치의 기호 표시, 도 3b는 본 발명에서 세계 최초로 제안하는 자가 발전형 스위치(Hans 스위치)의 기호 표시를 나타낸 도면이다.
도 4는 기존에 사용되는 모든 전원 회로의 일반적인 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 일반적인 무선 전원 회로의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에서 제안된 자가 발전형 스위치(Hans 스위치)의 무선 전원 회로를 나타낸 도면이다.
도 2는 유도 코일로부터 얻어진 전압 파형이다.
도 3a 는 전기 및 전자회로에 사용되는 기존 스위치의 기호 표시, 도 3b는 본 발명에서 세계 최초로 제안하는 자가 발전형 스위치(Hans 스위치)의 기호 표시를 나타낸 도면이다.
도 4는 기존에 사용되는 모든 전원 회로의 일반적인 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 일반적인 무선 전원 회로의 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에서 제안된 자가 발전형 스위치(Hans 스위치)의 무선 전원 회로를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
도 1(A)은 본 발명에 사용하는 자가 발전 소자의 일례를 나타낸 도면이다.
본 발명을 실시하기 위해 먼저 도 1과 같이 발전재료를 이용한 발전 소자를 제작해야 한다. 발전 소자의 개발 제작에는 많은 종류와 방법이 있으나, 본 발명에는 대표적인 한 개 소자를 예를 들어 설명한다. 발전 소자를 설계할 때, 발전 재료의 구조, 모양 및 크기, 코일의 권수 및 굵기는 회로에서 필요로 하는 값을 참고로 하여 설계되어야 한다.
또한, 설명을 쉽게 하기 위하여 가정용 조명 장치에 대하여 예를 들어 설명한다.
도 3a 는 기존의 사용 스위치 표시, 도 3b는 본 발명에서 세계 최초로 제안하는 자가 발전형 스위치(Hans 스위치)의 기호 표시를 나타낸 도면이다.
도 3에서 도시한 바와 같이, 발전 소자를 누름에 의해 정해지는 전원의 on 및 off 정보는, 발신부(chip 또는 모듈)를 통해 조명 본체 쪽에 설치된 수신부 chip 또는 모듈로 전송된다. 이 때, 발신부로부터 전송되는 정보는 수신부(chip 또는 모듈)과 동일한 address로 설정(setting)되어야 한다. 또한, 발신부로부터 전송되는 신호는 사용 용도에 따라 적외선, 초음파 및 전파 등의 어느 것을 선택할 것인가를 고려해야 한다.
조명 장치의 본체의 동작을 용이하게 하고 제조 경비를 절감하기 위해 설계를 간단히 해야 하며, 가능하면 수신부 chip 또는 모듈은 기존에 사용되는 것 중에 전압/전류 규격이 가장 적합한 것으로 선택되어야 한다.
본 발명은 전기 및 전자회로 분야에 있어서 새로운 발전 재료에 의한 전원부 회로에 관한 것으로, 새로운 자가 발전 재료에 의하여 스위치의 on-off 기능을 갖는 발전 소자를 설명하며, 그 표시법을 전기공학 및 전자공학 분야의 사용 기호로서 처음으로 제안한다. 또한, 본 발명의 설명을 쉽게 하기 위하여 가정용 조명 장치를 예를 들어 설명한다.
도 1(A),(B),(C)는 자가(自家) 발전 소자에 대하여 표시하였다.
지구상에는 많은 물질들이 존재한다. 그 물질 등 중에서, 원소들이 결합되어 있는 구조적인 모양으로 분류하게 되면 결정체, 반결정체 및 비결정체로 구분된다. 또한, 지구상에는 매우 다양한 원소가 존재하며, 모든 물질은 이 원소들의 다양한 조합으로 구성되어 제조될 수 있으므로 그 종류는 매우 많다.
지금까지 사용된 발전 재료로는 FeGa, FeCo 등이 있으나, 본 발명에서 발전 재료는 FeGa 결정체를 사용하였다. 이 재료는 미국에서 군사 기술에 처음 사용된 재료이며, 지금까지 상용으로는 미국의 E社가 결정 입자의 고온 압축 성형에 의하여 반결정체로서 생산 제조하여 공급하였으나, 2016년에 회사의 경영이 중단되었다. 그러나, 일본의 F연구소에서는 세계에서 처음으로 쵸크라르스키 결정 성장법에 의하여 결정체 성장 기술을 확립하였으며, 이 결정 성장방법은 회전 引上 방식으로 행하여진다.
재료 공학의 측면에서 널리 알려져 있는 이론이지만, 결정체 재료는 반결정체 또는 비결정체 재료보다 전기 및 기계적 응답 속도가 매우 빠르고 효율이 높으며 탄성율이 크기 때문에, 발전 재료는 결정체를 사용하는 것이 좋으나, 결정체는 대량 생산하는 것이 어려워 고가격의 단점이 있다.
이 발전 소자는 유연성을 갖는 유연체 재료(4)의 위에 소자를 형성하는 구조로 되어있으며, 도 1(A)에 나타냈다. 유연체 재료(4)의 끝단은 고정되어 있으며, 이 유연체 재료(4)의 위에는 자성체 인 흡착판(3)이 접합되어 있다. 또한 흡착판(3)의 위에는 캔틸 레버(Cantilever) 형태인 발전 재료(1)가 자성체 재료(yoke)(2)에 함께 묶여 고정되어 있다.
본 발명의 발전 소자에 사용된 재료의 크기는 폭 1mm, 두께 0.5mm, 길이 15mm의 크기이다. 발전 재료(1)의 주위에는 유도 코일(5)이 감겨져 있다. 또한, 자성체 재료(2)는 영구 자석(6)에 의해 흡착판(3)에 흡착되어 있다.
도 1(B)에서, 유연체 재료(4)에 힘이 가하여져 휘어지게 되면, 영구 자석(6)으로부터 떨어진 발전소자는 자유 진동을 개시하게 되며, 이 진동으로 인하여 유도 코일(5)을 통해 전압을 얻을 수 있으며, 얻어진 전압은 발신부(chip 또는 모듈)에 전압을 공급함으로써, 발전소자는 자연히 스위치의 기능을 하게 된다.
도 1(C)는 발전 재료(1)의 자유 진동에 의해 발전이 일어나는 원리에 대하여 나타냈다. 발전 재료(1) 및 자성체 재료(2, yoke)가 화살표로 표시된 바와 같이 위쪽으로 진동 위치할 때에는 발전 재료(1)는 신장되어 늘어나는 모양이 되고, 자성체 재료(2)는 압축되어 줄어드는 현상으로 된다. 즉 다시 말하면, 신장되고 압축됨에 따라 단위 체적당의 쌍극자 구조를 갖는 전하의 분포가 달라지게 된다. 그리하여 발전 재료(1)에는 자왜 효과가 발생함으로 자속이 변화하는 것으로 되며, 결과적으로 유도 코일(5)에는 기전력이 유도된다. 반대로 발전 재료(1) 및 자성체 재료(2, yoke)가 아래쪽으로 진동 위치할 때에는 발전 재료(1)에는 逆자왜 효과가 발생하여 반대 방향의 자속이 변화되어, 반대 극성의 기전력이 유도된다.
발전 재료(1) 및 자성체 재료(2)의 진동에 의해 유도 코일(5)에 유도되는 기전력은 V = N(dΦ/dt)로 정의되며, 여기에서 N은 코일의 권수이고, Φ는 자속이다. 따라서, 전압의 크기를 크게 하기 위하여는 코일의 권수 및 단위 시간당 자속의 변화량을 크게 하여 실현할 수 있다. 단위 시간당 자속의 변화량은 발전 소자의 진동 주파수 및 기계적 특성에 의해 결정되므로, 전압의 크기는 주로 코일의 권수에 의하여 정하여 진다. 반대로, 코일의 권수를 적게 하고 코일의 굵기를 크게 하면 전압보다 전류의 량을 중점적으로 얻을 수 있으므로, 전압 및 전류의 값은 디바이스에서 요구하는 적당 값으로 선택하여 설계할 수 있다.
도 2는 도 1의 발전 소자에 의하여 유도 코일로부터 얻어진 전압 파형의 예를 나타냈다. 발전 소자가 탄성 소자 인 FeGa 결정체로 제조되어 있으므로, (1) 탄성 진동 파형의 주기 및 크기가 크고, (2) 발생 파형의 모양이 매우 깨끗하며, (3) 유도 코일의 응답 속도 또한 0.02초 이내로 빠르게 얻을 수 있다. 또한, 유도 코일에서 얻어지는 전압의 크기는 코일의 권수에 의하여 조정할 수 있으므로, 도 5에서 나타낸 바와 같이 자가(自家)로 발생되는 전압은 발신부(chip 또는 모듈)를 구동시킬 수 있도록 설계한다. 또한, 발전 소자로 의해 얻어지는 최종적인 전압값은 탄성 파형의 전체적인 누적 합산 값으로서, 큰 값의 전압이 된다.
도 3a는 전기 및 전자회로에 사용되는 기존 스위치의 기호 표시, 도 3b는 본 발명에서 세계 최초로 제안하는 자가 발전형 스위치(Hans 스위치)의 기호 표시이며, 이를 Hans 스위치 라고 이름을 붙였다.
도 4는 기존에 사용되는 모든 전원 회로의 일반적인 등가 회로를 나타낸 도면이다. 직류 전원(9-1) 또는 교류 전원(9-2)은 스위치(7)의 On 및 Off에 의해 부하(10)에 전원이 공급된다. 가정용 조명 장치의 경우, 교류 전원(9-2) 배선이 벽면에 부착되어 있는 스위치(7)를 경유하여 천정에 부착되어 있는 조명 장치의 부하(10)에 연결되어야 하므로, 배선의 길이가 길어지며, 공사가 복잡하여 비경제적이다.
예를 들면, 최근의 가정용 조명장치에 있어서, 집안에서 리모콘 조작의 원격 제어로 해당 조명 장치의 부하(10)에 대하여 on-off 또는 밝기 조정을 행하기도 하고, 또한, 집안이나 바깥에서 스마트폰의 원격 제어에 의하여 해당 조명을 on-off 또는 밝기 조정을 행하기도 한다.
도 5는 일반적인 무선 전원 회로의 등가회로로써, 원격 제어를 설명하기 위하여 나타냈다. 푸시 스위치(7)의 on에 의하여 발신부(11)에 전원이 공급되면, 발신부 모듈(11)은 입력 setting된 address로 전파, 적외선 및 초음파를 수신부 모듈(12)에 전송한다.
예를 들면, 집안에서 적외선 또는 초음파를 이용하여 리모콘 조작의 원격제어로 해당 조명을 조정할 때의 전송 방법은 대부분 포토 센서(photo sensor)에 의하여 발신부(11) 또는 수신부(12)가 동작되는데, 이는 도 5의 등가회로와 동일하게 된다. 즉, 리모콘이 내장하고 있는 밧데리는 직류 또는 교류전원(9-2)에 해당하며, 리모콘의 푸시 스위치(7)과 함께, 포토 센서는 발신부(11)에 해당된다. 또한, 스마트폰의 응용 소프트웨어로 원격 제어를 행할 때에도, 비록 전송 방법이 전파에 의하여 행하여지지만, 이 경우에도 도 5의 등가회로와 같이 실행됨을 알 수 있다.
이와 같이, 현재 가정에서 이용되고 있는 조명장치의 원격 제어의 모든 방법도, 발신부분에서는 반드시 전원을 필요로 한다.
그러나, 본 발명에서 제안하는 무선 전원회로는 별도의 전원이 필요하지 않으며, 이를 도 6에 나타냈다.
도 6은 본 발명에서 제안된 자가 발전형 스위치(Hans 스위치)의 무선 전원 회로를 나타낸 도면이다.
발신부(11)는 발신부 chip 또는 모듈로 구성된다.
수신부(12)는 수신부 chip 또는 모듈로 구성된다.
스위치 기능을 갖는 발전 소자(8)는 on 동작을 위하여 힘을 가하면, 그 에너지에 의하여 자체적으로 발전하여 발신부(11)를 구동시켜 setting된 해당 번지로 원격 제어하게 된다. 그 결과, 해당 address의 수신부(12)는 원격 제어 신호를 수신하고, 에를 들면 조명장치의 부하(load)인 부하(10)을 구동하게 된다.
본 발명의 새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치 회로는 별도의 전원을 필요로 하지 않으므로, 가정용 조명 장치의 경우에는 벽면에 부착된 스위치에 별도의 전원 배선을 필요로 하지 않는다. 무선 전송 과정에서의 발신부(11) 및 수신부(12)는 사용 용도에 맞추어 one chip 또는 모듈의 어느 쪽으로도 제작될 수 있다. 원격 제어의 전송 방법은 사용 용도에 맞추어 적외선, 초음파 또는 전파의 어느 것을 선택하여도 상관없다. 발신 부분 및 수신 부분에서의 상세한 회로도는 용도에 맞추어 각각 설계되어야 한다.
새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치는 발전 재료(1)의 자유 진동에 의해 발전이 일어나는 원리를 사용하며, 힘을 가하면 유도 코일(5)에 유도되는 자가(自家)로 발생되는 전압에 의해 스위치 on/off 기능을 갖는 발전 소자(8); 상기 스위치 기능을 갖는 발전 소자(8)에 on 동작을 위해 힘을 가하면, 그 에너지에 의하여 자체적으로 발전하여 발신부(11)를 구동시키고, 적외선, 초음파 또는 전파 중 어느 하나를 사용하여 원격 제어 신호를 수신부(12)로 전송하는 발신부(11); 상기 발신부(11)로부터 상기 원격 제어 신호를 수신받는 수신부(12); 및 상기 수신부(12)와 직렬로 연결되며, 원격 제어 신호에 따라 구동되는 부하(10)를 포함한다.
상기 발전 재료(1)는 FeGa 결정체를 사용한다.
상기 발전 소자(8)는 유연성을 갖는 유연체 재료(4)의 위에 소자를 형성하는 구조로 되어있으며, 상기 유연체 재료(4)의 끝단은 고정되며, 상기 유연체 재료(4)의 위에는 자성체 인 흡착판(3)이 접합되어 있으며, 상기 흡착판(3)의 위에는 캔틸레버(Cantilever) 형태인 상기 발전 재료(1)가 자성체 재료(yoke)(2)에 함께 묶여 고정되어 있으며,
상기 발전 재료(1)의 주위에는 유도 코일(5)이 감겨져 있으며, 상기 자성체 재료(2)는 영구 자석(6)에 의해 흡착판(3)에 흡착되어 있는 구조로 형성된다.
상기 유연체 재료(4)에 힘이 가해져 휘어지게 되면, 상기 영구 자석(6)으로부터 떨어진 발전 소자(8)는 상기 자유 진동을 개시하게 되며, 이 진동에 의해 상기 유도 코일(5)을 통해 전압을 생성하며, 얻어진 전압은 발신용 chip 또는 모듈에 전압을 공급함으로써, 상기 발전 소자(8)는 자연히 스위치의 on-off 기능을 하게 된다.
상기 발전 재료(1)의 자유 진동에 의해 발전이 일어나는 원리는
상기 발전 재료(1) 및 자성체 재료(yoke)(2)가 위쪽으로 진동 위치할 때에는 상기 발전 재료(1)는 신장되어 늘어나는 모양이 되고, 상기 자성체 재료(2)는 압축되어 줄어드는 현상으로 되며, 즉 신장되고 압축됨에 따라 단위 체적당의 쌍극자 구조를 갖는 전하의 분포가 달라지게 되며, 그리하여 상기 발전 재료(1)에는 자왜 효과가 발생함으로 자속이 변화하며, 결과적으로 상기 유도 코일(5)에는 기전력이 유도되며,
반대로, 상기 발전 재료(1) 및 상기 자성체 재료(yoke)(2)가 아래쪽으로 진동 위치할 때에는 상기 발전 재료(1)에는 逆자왜 효과가 발생하여 반대 방향의 자속이 변화되어, 반대 극성의 기전력이 유도된다.
상기 발전 재료(1) 및 상기 자성체 재료(2)의 진동에 의해 상기 유도 코일(5)에 유도되는 기전력은 V = N(dΦ/dt)로 정의되며, 여기서 N은 코일의 권수이고, Φ는 자속이며, 전압의 크기를 크게 하기 위해 코일의 권수 및 단위 시간당 자속의 변화량을 크게 하여 실현할 수 있으며,
단위 시간당 자속의 변화량은 발전 소자(8)의 진동 주파수 및 기계적 특성에 의해 결정되므로, 전압의 크기는 주로 코일의 권수에 의해 정해지며, 반대로, 코일의 권수를 적게 하고 코일의 굵기를 크게 하면 전압보다 전류의 량을 중점적으로 얻을 수 있으므로, 전압 및 전류의 값은 디바이스에서 요구하는 적당 값으로 선택하여 설계된다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 발전 소자에 사용된 재료의 크기는 폭 1mm, 두께 0.5mm, 길이 15mm의 크기로 제작된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 발전 재료
2: 자성체 재료(yoke)
3: 흡착판 4: 유연체 재료
5: 유도 코일 6: 영구 자석
7: 푸시 스위치 8: 스위치 기능을 갖는 발전 소자
9: 직류 전원 또는 교류 전원 10: 부하(Load)
11: 발신부 12: 수신부
3: 흡착판 4: 유연체 재료
5: 유도 코일 6: 영구 자석
7: 푸시 스위치 8: 스위치 기능을 갖는 발전 소자
9: 직류 전원 또는 교류 전원 10: 부하(Load)
11: 발신부 12: 수신부
Claims (7)
- 발전 재료(1)의 자유 진동에 의해 발전이 일어나는 원리를 사용하며, 힘을 가하면 유도 코일(5)에 유도되는 자가(自家)로 발생되는 전압에 의해 스위치 on/off 기능을 갖는 발전 소자(8);
상기 스위치 기능을 갖는 발전 소자(8)에 on 동작을 위해 힘을 가하면, 그 에너지에 의하여 자체적으로 발전하여 발신부(11)를 구동시키고, 적외선, 초음파 또는 전파 중 어느 하나를 사용하여 원격 제어 신호를 수신부(12)로 전송하는 발신부(11);
상기 발신부(11)로부터 상기 원격 제어 신호를 수신받는 수신부(12); 및
상기 수신부(12)와 직렬로 연결되며, 원격 제어 신호에 따라 구도오디는 부하(10);
를 포함하는 새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치. - 제1항에 있어서,
상기 발전 재료(1)는 FeGa 결정체를 사용하는, 새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치. - 제1항에 있어서,
상기 발전 소자(8)는 유연성을 갖는 유연체 재료(4)의 위에 소자를 형성하는 구조로 되어있으며, 상기 유연체 재료(4)의 끝단은 고정되며, 상기 유연체 재료(4)의 위에는 자성체 인 흡착판(3)이 접합되어 있으며, 상기 흡착판(3)의 위에는 캔틸레버(Cantilever) 형태인 상기 발전 재료(1)가 자성체 재료(yoke)(2)에 함께 묶여 고정되어 있으며,
상기 발전 재료(1)의 주위에는 유도 코일(5)이 감겨져 있으며, 상기 자성체 재료(2)는 영구 자석(6)에 의해 흡착판(3)에 흡착되어 있는 구조로 형성된, 새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치. - 제3항에 있어서,
상기 유연체 재료(4)에 힘이 가해져 휘어지게 되면, 상기 영구 자석(6)으로부터 떨어진 발전 소자(8)는 상기 자유 진동을 개시하게 되며, 이 진동에 의해 상기 유도 코일(5)을 통해 전압을 생성하며, 얻어진 전압은 발신용 chip 또는 모듈에 전압을 공급함으로써, 상기 발전 소자(8)는 자연히 스위치의 on-off 기능을 하게 되는, 새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치. - 제4항에 있어서,
상기 발전 재료(1)의 자유 진동에 의해 발전이 일어나는 원리는
상기 발전 재료(1) 및 자성체 재료(yoke)(2)가 위쪽으로 진동 위치할 때에는 상기 발전 재료(1)는 신장되어 늘어나는 모양이 되고, 상기 자성체 재료(2)는 압축되어 줄어드는 현상으로 되며, 즉 신장되고 압축됨에 따라 단위 체적당의 쌍극자 구조를 갖는 전하의 분포가 달라지게 되며, 그리하여 상기 발전 재료(1)에는 자왜 효과가 발생함으로 자속이 변화하며, 결과적으로 상기 유도 코일(5)에는 기전력이 유도되며,
반대로, 상기 발전 재료(1) 및 상기 자성체 재료(yoke)(2)가 아래쪽으로 진동 위치할 때에는 상기 발전 재료(1)에는 逆자왜 효과가 발생하여 반대 방향의 자속이 변화되어, 반대 극성의 기전력이 유도되는, 새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치. - 제5항에 있어서,
상기 발전 재료(1) 및 상기 자성체 재료(2)의 진동에 의해 상기 유도 코일(5)에 유도되는 기전력은 V = N(dΦ/dt)로 정의되며, 여기서 N은 코일의 권수이고, Φ는 자속이며, 전압의 크기를 크게 하기 위해 코일의 권수 및 단위 시간당 자속의 변화량을 크게 하여 실현할 수 있으며,
단위 시간당 자속의 변화량은 발전 소자(8)의 진동 주파수 및 기계적 특성에 의해 결정되므로, 전압의 크기는 주로 코일의 권수에 의해 정해지며, 반대로, 코일의 권수를 적게 하고 코일의 굵기를 크게 하면 전압보다 전류의 량을 중점적으로 얻을 수 있으므로, 전압 및 전류의 값은 디바이스에서 요구하는 적당 값으로 선택하여 설계되는, 새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치. - 제1항에 있어서,
상기 발전 소자에 사용된 재료의 크기는 폭 1mm, 두께 0.5mm, 길이 15mm의 크기로 제작된, 새로운 발전 소자를 이용한 무선 전원 스위치.
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