KR20220024169A - 전자식 잠금 시스템용 장치 및 전자식 잠금 시스템 - Google Patents
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Abstract
전자식 잠금 시스템(24)용 장치(10)로서, 이 장치(10)는 사용자의 수동 조작에 의해 작동 절차(18)를 수행하도록 구성된 작동 요소(12); 고정자(20) 및 회전자(22)를 포함하는 전자기 발전기(14); 및 발전기(14)에 의해 전기적으로 구동되도록 구성된 전자 제어 시스템(16)을 포함하고, 회전자(22)는 작동 요소(12)의 운동에 의해 작동 절차(18) 동안 적어도 일시적으로 고정자(20)에 대해 회전 구동되도록 구성됨으로써 전기 에너지를 생성하고, 제어 시스템(16)은 사용자에 대한 피드백 제공을 제어하도록 구성되고, 상기 피드백은 작동 요소(12)의 햅틱 피드백, 음성 신호, 광 신호, 또는 이들의 조합이다. 또한, 이 장치(10)를 포함하는 전자식 잠금 시스템(24)이 제공된다.
Description
본 발명은 일반적으로 전자식 잠금 시스템용 장치에 관한 것이다. 특히, 작동 요소, 전자기 발전기 및 전자 제어 시스템을 포함하는 장치, 및 이 장치를 포함하는 전자식 잠금 시스템이 제공된다.
이 기술분야에 다양한 유형의 전자식 잠금 시스템이 알려져 있다. 순전히 기계식인 잠금 장치를 사용하는 대신에, 일부 잠금 시스템들은 도어 뒤의 영역에 물리적으로 액세스(access)할 수 있도록 도어를 잠금 해제하는 잠금 부재(예를 들면, 잠금 볼트(lock bolt)) 또는 다른 액세스 부재(ccess member)의 전자식 구동 장치를 포함한다.
또한, 도어를 잠금 해제하는 전통적인 키를 사용하는 대신에, 도어 뒤의 영역에 사람이 액세스할 수 있게 승인하는 다양한 유형의 전자 통신 방법들이 알려져 있다. 이러한 통신 방법들은 무선 통신, 예를 들면 무선 주파수 인식(Radio Frequency Identification; RFID) 또는 저전력 블루투스(BLE; Bluetooth Low Energy)에 기반할 수 있다. 예를 들어 전자 키를 잠금 장치에 삽입하여 통신을 가능하게 하는 경우와 같이 접촉 기반 통신(contact based communication)도 가능하다.
전자식 잠금 시스템을 구동하기 위해, 소위 "자체 구동식(self-powered)" 전자식 잠금 시스템이 제안되었으며, 여기서 전기 에너지는 사용자의 작동 운동(예를 들면, 도어 핸들, 키 삽입 또는 도어 개방)을 기반으로 생성되고, 생성된 전기 에너지는 전자식 잠금 시스템을 구동하는데 사용된다. 이 개념은 에너지 하베스팅(energy harvesting)이라고도 알려져 있다.
일부 전자식 잠금 시스템은 실린더 하우징, 실린더 하우징에 회전 가능하게 배치된 잠금 부재, 회전 가능한 손잡이 및 잠금 부재와 손잡이를 선택적으로 결합하기 위한 액추에이터를 포함한다. 사용자가 전자적으로 승인되면, 액추에이터는 손잡이와 잠금 부재를 결합시키고, 손잡이를 돌려서 잠금 장치가 개방될 수 있다.
DE 102014105432 A1은 실린더 하우징, 손잡이, 잠금 제어 장치 및 발전기로서 작동하는 전기 모터를 포함하는 전기기계식 잠금 실린더를 개시한다.
사용자에게 햅틱 피드백(haptic feedback)을 제공하기 위해 전자식 잠금 시스템의 손잡이에 진동 모터가 제공될 수 있다. 햅틱 피드백은 예를 들면 승인 요청의 결과에 따라 및/또는 외부 장치와의 페어링 이벤트(pairing event)에 따라 제공될 수 있다. 진동 모터를 통해 손잡이가 진동하여 승인 요청이 수락되는 경우와 같은 다양한 이벤트를 나타낼 수 있다. 진동 모터는 예를 들어 회전할 때 진동하는 편심 회전 질량체(eccentric rotating mass)를 포함할 수 있다. 그러나 이 질량체의 회전을 구동하기 위해 동력이 필요하다.
전자식 잠금 시스템이 진동 모터를 구동하기 위한 배터리를 포함하는 경우, 배터리는 정기적으로 교체되어야 할 필요가 있을 수 있고 이는 번거롭다. 더욱이, 진동 모터 및 진동 모터를 구동하기 위한 배터리의 추가 구성요소들은 전자식 잠금 시스템에 복잡성, 공간 및 비용을 추가한다.
본 발명의 하나의 목적은 단순한 구성을 갖는 전자식 잠금 시스템용 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 비용 효율적인 구성을 갖는 전자식 잠금 시스템용 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 콤팩트한 구성을 갖는 전자식 잠금 시스템용 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 에너지 효율적인 구성을 갖는 전자식 잠금 시스템용 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 신뢰할 수 있는 구성을 갖는 전자식 잠금 시스템용 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 예를 들면 배터리를 교체할 필요성을 없앰으로써 사용자 경험(user experience)을 향상시키는 전자식 잠금 시스템용 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 전술한 목적들 중 일부 또는 전부를 연합하여 해결하는 전자식 잠금 시스템용 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 전술한 목적들 중 하나, 일부 또는 전부를 해결하는 전자식 잠금 시스템을 제공하는 것이다.
하나의 양태에 따르면, 전자식 잠금 시스템용 장치(arrangement)가 제공되고, 이 장치는 사용자의 수동 조작에 의해 작동 절차(actuating procedure)를 수행하도록 구성된 작동 요소; 고정자 및 회전자를 포함하는 전자기 발전기(electromagnetic generator); 및 상기 발전기에 의해 전기적으로 구동되도록 구성된 전자 제어 시스템을 포함하고, 상기 회전자는 상기 작동 요소의 운동에 의해 상기 작동 절차 동안 적어도 일시적으로 상기 고정자에 대해 회전 구동되도록 구성됨으로써 전기 에너지를 생성하고, 상기 전자 제어 시스템은 사용자에 대한 피드백 제공을 제어하도록 구성되고, 상기 피드백은 상기 작동 요소의 햅틱 피드백(haptic feedback), 음성 신호, 광 신호, 또는 이들의 조합이다.
상기 제어 시스템은 발전기에 의해 전기적으로 구동되고 상기 제어 시스템은 사용자에 대한 피드백 제공을 제어하도록 구성되기 때문에, 상기 장치는 전용 진동 모터, 스피커 또는 발광 소자(light emitting element)를 구동하기 위한 어떠한 배터리도 필요하지 않다. 따라서, 상기 장치는 음성 신호를 발생시키기 위한 스피커 및/또는 광 신호를 발생시키기 위한 발광 소자를 더 포함할 수 있다. 이 발광 소자는 상기 작동 요소에 배치될 수 있다.
다양한 유형의 피드백 패턴(feedback patterns)이 가능하다. 피드백은 예를 들어 작동 요소의 작동 절차에 의해 일정량의 전기 에너지가 수집된 후에 제공될 수 있다.
상기 제어 시스템은 전원 관리 전자장치(power management electronics) 및 마이크로컨트롤러(microcontroller)를 포함할 수 있다. 이 경우에, 전원 관리 전자장치는 발전기에 의해 전기적으로 구동되도록 구성될 수 있고, 마이크로컨트롤러는 전원 관리 전자장치에 의해 전기적으로 구동될 수 있고, 마이크로컨트롤러는 사용자에 대한 피드백 제공을 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 작동 요소는 베이스 구조물(base structure)에 대해 움직일 수 있다. 이 경우 고정자는 베이스 구조물에 대해 고정된다. 이 베이스 구조물은 예를 들어 도어와 같은 액세스 부재(access menber)일 수 있다. 상기 작동 요소는 작동 절차를 수행하기 위해 사용자가 손으로 잡고 움직일 수 있다.
상기 발전기는 작동 요소의 운동으로부터 발생하는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 이에 따라 수동으로 작동 요소를 운동시킴으로써 수집한 전기 에너지는 제어 시스템을 전기적으로 구동하는데 사용될 수 있다. 발전기를 제어하는 것에 더하여, 제어 시스템은 승인 프로세스(authorization process)를 수행할 수 있다.
상기 제어 시스템은 발전기에 의해 전기적으로 구동되도록 구성되고, 상기 작동 요소는 발전기의 회전자를 구동하도록 구성되기 때문에, 상기 장치는 에너지 하베스팅 장치(energy harvesting arrangement)이다. 상기 발전기는 제어 시스템의 주 에너지원으로서 기능할 수 있다.
상기 제어 시스템은 발전기에 근접하게 배치될 수 있다. 대안적으로, 상기 제어 시스템은 발전기에 의해 전기적으로 구동되기 때문에, 상기 제어 시스템은 발전기로부터 공간적으로 분리될 수 있다. 상기 제어 시스템은 단일 장치(single unit)로 제공되거나 또는 여러 개의, 가능하다면 공간적으로 분리된 장치로 제공될 수 있다.
상기 작동 요소는 회전자와 영구적으로 결합될 수 있다. 이 경우 회전자는 작동 요소가 움직일 때 항상 회전한다. 작동 요소와 회전자 사이에 트랜스미션(transmission)이 제공될 수 있다. 이 트랜스미션은 작동 요소의 운동을 회전자의 회전으로 전달하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 작동 절차가 작동 요소의 회전 운동을 포함하는 경우, 작동 요소와 회전자는 서로 다른 속도로 회전할 수 있다. 트랜스미션은 기어 휠들의 쌍과 같은 하나 이상의 중간 기어 스텝(intermediate gear step)을 포함하는 기어 트랜스미션(gear transmission)일 수 있다.
상기 작동 절차는 에너지 수집 운동, 및 에너지 수집 운동의 개시 이후에 개시되는 피드백 단계(feedback phase)를 포함할 수 있고, 여기서 전기 에너지는 작동 요소가 에너지 수집 운동을 수행하도록 조작될 때 발전기에 의해 생성되고, 여기서 햅틱 피드백은 작동 요소가 피드백 단계에서 움직일 때 작동 요소에 제공된다. 에너지 수집 운동 동안, 작동 요소는 작동 요소의 일정한 작동 속도에 대해 실질적으로 일정하거나 일정한 기계적 저항(mechanical resistance)을 가질 수 있다. 에너지 수집 운동 중의 작동 요소의 기계적 저항은 작동 요소와 회전자 사이의 기어비(gear ratio), 작동 요소의 작동 속도 및 발전기로부터 출력되는 전기 에너지 등에 따라 달라질 수 있다. 발전기에서 출력되는 전기 에너지는 제어 시스템에 의해 제어될 수 있다. 일부 구현 예에서, 작동 요소는 전기 에너지를 수집하기 위해 움직일 때 상대적으로 무겁게 느껴진다.
상기 피드백 단계에서 작동 요소의 운동 중에 작동 요소에 제공된 햅틱 피드백은 작동 요소의 에너지 수집 운동 중의 "느낌"과 다를 수 있다. 예를 들면, 햅틱 피드백은 에너지 수집 운동 중에 작동 요소의 기계적 저항보다 더 가볍거나, 더 무겁거나, 또는 다를 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 햅틱 피드백은 펄스로 할 수 있다.
상기 작동 요소의 에너지 수집 운동 중에, 작동 장치는 주로 작동 요소의 운동에 의해 전기 에너지를 수집하도록 의도된 에너지 수집 상태(energy harvesting state)를 취한다고 말할 수 있다. 상기 피드백 단계는 작동 요소가 움직일 때 햅틱 피드백이 적어도 일시적으로 작동 요소에 제공되는 상기 장치의 피드백 상태(feedback state)라고 지칭될 수 있다. 그러나 전기 에너지는 피드백 단계 또는 피드백 상태에서도 수집될 수 있다.
상기 제어 시스템은 작동 절차 중에 적어도 일시적으로 작동 요소에 햅틱 피드백을 제공하기 위해 변경하도록 발전기의 부하를 제어하게 구성될 수 있다. 이에 따라, 발전기는 작동 요소의 운동에 의해 전기 에너지를 생성하고 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하는 두 가지 목적을 달성한다. 따라서, 전용 진동 모터 및 이러한 진동 모터를 구동하기 위한 배터리의 필요성이 없어질 수 있다. 이에 따라 상기 장치는 햅틱 피드백을 생성하기 위해 작동 요소의 운동에 의해 수집되는 비교적 적은 양의 전기 에너지를 사용한다.
일부 구현 예에서, 햅틱 피드백의 사용은 예를 들면 발광 소자로부터의 시각적 피드백(visual feedback)보다 바람직하다. 예를 들면, 시각적 피드백을 제공하기 위해 손잡이에 발광 소자가 제공되는 경우, 사용자는 손잡이를 잡을 때 시각적 피드백을 볼 수 없다. 본 발명에 따른 햅틱 피드백은 또한 스피커와 관련된 상대적으로 높은 비용 및 전기 에너지 소비로 인해 청각적 피드백(audible feedback)보다 바람직할 수 있다. 본 발명에 따른 작동 요소의 운동에 의해 수집된 전기 에너지에 의한 작동 요소의 햅틱 피드백의 제공은 재료사양서(BOM; Bill of Materials) 및 장치의 설계 복잡성을 감소시킨다. 또한, 사용자는 작동 요소에서 피드백을 느낄 수 있으며 광 신호를 찾거나 음성 신호를 들을 필요가 없다.
상기 제어 시스템은 작동 요소에 펄스형 기계적 응답(pulsed mechanical response)을 제공하기 위해 펄스를 변경시킬 수 있게 발전기의 부하를 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로 펄스를 변경하도록 발전기의 부하를 제어함으로써, 진동 모터를 사용하지 않고 사용자가 작동 요소를 움직일 때 진동 피드백은 작동 요소에서 "시뮬레이션(simulated)"될 수 있다. 에너지 수집(energy harvesting)에 의해 사용자는 햅틱 피드백에 필요한 전기 에너지를 제공한다. 펄스-폭 변조(PWM) 제어를 통해 펄싱(pulsing)을 제공할 수 있다.
제1 유형의 펄스는 전자식 잠금 시스템의 제1 유형의 이벤트(event) 시에 제공될 수 있고, 제2 유형의 펄스는 전자 잠금 시스템의 제2 유형의 이벤트 시에 제공될 수 있다. 따라서 제1 및 제2 유형의 펄싱은 제1 및 제2 피드백 패턴을 구성한다. 제1 유형의 펄스는 서로 다른 수의 펄스, 서로 다른 길이의 펄스, 및/또는 제2 유형의 펄스와 서로 다른 강도의 펄스를 포함할 수 있다.
상기 제어 시스템은 발전기의 전기 부하를 변경함으로써 변경하도록 발전기의 부하를 제어하게 구성될 수 있다. 예를 들면, 제어 시스템은 작동 요소에 햅틱 피드백을 제공하기 위해 변경하도록 발전기의 전기 저항을 제어하게 구성될 수 있다. 전기 저항을 줄임으로써 작동 요소는 움직이기에 더 무겁게 느껴진다. 전기 저항을 높임으로써 작동 요소는 움직이기에 더 가볍게 느껴진다.
이를 위해, 상기 장치는 발전기를 선택적으로 분리하기 위한 분리 스위치(disconnection switch)를 포함할 수 있다. 이 분리 스위치는 발전기의 단자들 중 하나에 제공될 수 있다. 이 분리 스위치는 제어 시스템에 의해 개방 및 폐쇄되도록 제어될 수 있다. 분리 스위치가 폐쇄되면 회전자가 회전하여 전기 에너지가 제어 시스템에 전달된다. 분리 스위치가 개방되면, 발전기가 분리되고(즉, 발전기를 구성하는 전기 회로가 개방되고) 전기 저항이 높아지며 작동 요소는 움직이기에 가볍게 느껴진다.
대안적으로 또는 추가적으로, 상기 장치는 발전기를 선택적으로 단락시키기 위한 단락 스위치(shorting switch)를 포함할 수 있다. 발전기는 직접 또는 전기 레지스터(electric resistor)를 통해 단락될 수 있다. 단락 스위치 및 전기 레지스터는 발전기의 두 단자들 사이에 제공될 수 있다. 전기 레지스터는 상대적으로 낮은 전기 저항을 가질 수 있다. 대안적으로, 전기 레지스터는 가변 전기 저항을 가질 수 있다. 단락 스위치는 제어 시스템에 의해 개방 및 폐쇄되도록 제어될 수 있다. 단락 스위치가 개방되면, 회전자가 회전하여 전기 에너지가 제어 시스템에 전달된다. 단락 스위치가 폐쇄되면, 수집된 전기 에너지가 전기 레지스터에서 열로 변환되고 작동 요소는 움직이기에 무겁게 느껴진다. 발전기의 전기 부하를 변경하는 추가 방법이 또한 가능하다.
상기 제어 시스템은 발전기에 의해 생성된 전기 에너지의 양이 에너지 임계값(energy threshold)을 초과할 때 사용자에게 피드백을 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서 피드백은 사용자에 의한 작동 요소의 작동 절차에 의해 충분한 전기 에너지가 수집되었음을 확인하는 데 사용될 수 있다. 에너지 임계값은 예를 들어 전기 에너지 저장 장치의 전압 임계값(voltage threshold)일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제어 시스템은 특정 시간 후에 사용자에게 피드백을 제공하도록 구성될 수 있다.
상기 제어 시스템은 전자식 잠금 시스템의 액세스가 거부될 때 사용자에게 피드백을 제공하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제어 시스템은 제어 시스템 및 휴대폰 또는 휴대용 키 장치와 같은 외부 장치 사이의 통신 실패 시 사용자에게 피드백을 제공하도록 구성될 수 있다. 통신 실패는 예를 들면 RFID 또는 BLE에 의한 페어링(pairing) 실패 또는 데이터 판독 실패일 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 제어 시스템 및 휴대폰과 같은 외부 장치 사이의 성공적인 페어링을 나타내기 위해 피드백이 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 전자식 잠금 시스템의 오류 상태를 나타내기 위해 피드백이 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 승인 요청(authorization request)이 허락 및/또는 거부되었는지 여부를 나타내기 위해 피드백이 제공될 수 있다.
상기 작동 절차는 작동 요소의 회전을 포함할 수 있다. 작동 요소는 연속적으로 및/또는 어느 방향으로도 회전하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 작동 요소는 손잡이를 포함할 수 있다. 대안적으로, 작동 요소는 레버 핸들 또는 도어를 포함할 수 있다.
상기 제어 시스템은 발전기에 의해 전기적으로 충전되도록 구성된 전기 에너지 저장 장치를 포함할 수 있다. 전기 에너지 저장 장치는 커패시터(capacitor) 또는 슈퍼커패시터(supercapacitor)와 같은 수동형 비-화학적(passive non-chemical) 전기 에너지 저장 장치일 수 있다. 대안적으로, 전기 에너지 저장 장치는 배터리, 예를 들면 재충전 가능한 배터리일 수 있다. 제어 시스템은 전원 관리 전자장치(power management electronics)를 포함할 수 있다. 이 경우, 전원 관리 전자장치는 전기 에너지 저장 장치를 포함할 수 있다.
추가의 양태에 따르면, 본 발명에 따른 장치를 포함하는 전자식 잠금 시스템이 제공된다. 이 장치를 포함하는 전자식 잠금 시스템은 에너지 하베스팅 전자식 잠금 시스템(energy harvesting electronic locking system)으로 지칭될 수 있다. 전자식 잠금 시스템은 예를 들어 잠금 실린더(lock cylinder)를 포함할 수 있다. 이 경우, 전자식 잠금 시스템은 디지털 잠금 실린더(digital lock cylinder) 또는 전기기계식 잠금 실린더(electromechanical lock cylinder)를 구성한다고 말할 수 있다.
전자식 잠금 시스템은 잠금 기능 및/또는 잠금 해제 기능을 제어하기 위한 액추에이터를 더 포함할 수 있고, 여기서 상기 액추에이터는 발전기에 의해 전기적으로 구동되도록 구성된다. 작동 요소의 운동에 의해 수집된 전기 에너지는 예를 들면, 기계식 잠금 장치의 액추에이터를 구동하는데 사용될 수 있다. 액추에이터는 제어 시스템을 통해, 예를 들면 제어 시스템의 전원 관리 전자장치를 통해 발전기에 의해 전기적으로 구동되도록 구성될 수 있다.
상기 제어 시스템은 사용자의 승인 시 액추에이터를 잠금 상태로부터 잠금 해제 상태로 전환하기 위한 승인 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 액추에이터가 잠금 상태와 잠금 해제 상태를 취할 수 있도록, 액추에이터는 액추에이터 핀 및 두 위치 사이에서 액추에이터 핀을 구동하도록 구성된 전기 액추에이터 모터를 포함할 수 있다. 액추에이터의 잠금 상태에서, 잠금 부재는 작동 요소의 운동에 의해 이동할 수 없다. 액추에이터의 잠금 해제 상태에서, 잠금 부재는 예를 들어 도어 잠금을 해제하기 위해 작동 요소의 운동에 의해 이동할 수 있다. 일 예에 따르면, 작동 요소가 잠금 상태를 취할 때 작동 요소는 잠금 부재로부터 결합 해제되고, 작동 요소가 잠금 해제 상태를 취할 때 작동 요소는 잠금 부재와 결합된다.
상기 제어 시스템은 예를 들면 전원 관리 전자장치, 판독 전자장치, 자격(credential) 평가 전자장치 및 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다. 전원 관리 전자장치는 예를 들면 마이크로컨트롤러에 전력을 공급하고 액추에이터에 전력을 공급하기 위해 에너지 하베스팅을 관리하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 전원 관리 전자장치는 발전기 및 전기 에너지 저장 장치로부터의 전압을 정류하기 위한 다이오드와 같은 에너지 하베스팅 전자장치(energy harvesting electronics)를 포함할 수 있다. 이에 따라 작동 요소의 운동으로부터 전기 에너지가 수집될 수 있다.
본 발명의 추가의 상세들, 이점들 및 양태들은 도면들과 함께 제공된 다음의 실시 예들로부터 명확해질 것이다.
도 1은 전자식 잠금 시스템용 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 상기 장치 및 액추에이터를 포함하는 전자식 잠금 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 상기 장치의 작동 요소의 작동 절차를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 상기 장치가 적용될 수 있는 환경을 개략적으로 나타낸다.
도 1은 전자식 잠금 시스템용 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 상기 장치 및 액추에이터를 포함하는 전자식 잠금 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 상기 장치의 작동 요소의 작동 절차를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 상기 장치가 적용될 수 있는 환경을 개략적으로 나타낸다.
이하에서, 작동 요소, 발전기 및 전자 제어 시스템을 포함하는 장치, 및 이 장치를 포함하는 전자식 잠금 시스템이 기술될 것이다. 동일하거나 유사한 구조적 특징을 나타내는데 동일하거나 유사한 참조번호가 사용될 것이다.
도 1은 전자식 잠금 시스템용 장치(10)를 개략적으로 나타낸다. 이 장치(10)는 작동 요소(12), 전자기 발전기(14) 및 전자 제어 시스템(16)을 포함한다.
작동 요소(12)는 작동 절차(18)를 수행하기 위해 수동으로 조작될 수 있다. 이 예에서, 작동 요소(12)는 손잡이이고 작동 절차(18)는 회전을 포함한다. 작동 요소(12)는 어느 방향으로든 연속적으로 또는 간헐적으로 회전할 수 있다. 작동 절차(18) 중에 수동으로 움직이기 위한 대안적인 유형의 작동 요소(12)가 가능하다.
발전기(14)는 고정자(20) 및 회전자(22)를 포함한다. 작동 요소(12)는 작동 요소(12)가 회전할 때 회전자(22)가 항상 회전하도록 회전자(22)에 결합된다. 이에 의해 회전자(22)는 작동 요소(12)의 회전에 의해 고정자(20)에 대해 회전 구동되도록 구성된다. 작동 요소(12)가 회전할 때, 회전자(22)는 고정자(20)에 대해 회전하고, 발전기(14)는 전기 에너지를 생성한다. 이 예에서, 작동 요소(12)와 회전자(22) 사이에 기어 스텝(gear step)(미도시)이 구비된다. 기어 스텝으로 인해, 회전자(22)는 작동 요소(12)의 회전 속도보다 더 높은 회전 속도로 회전한다.
제어 시스템(16)은 발전기(14)에 의해 전기적으로 구동되도록 구성된다. 따라서, 작동 요소(12)를 수동으로 회전시킴으로써 수집된 전기 에너지는 제어 시스템(16)을 전기적으로 구동하는데 사용된다. 추가적으로 제어 시스템(16)은 작동 요소(12)를 회전시키는 사용자에 대한 피드백 제공을 제어하도록 구성된다. 발전기(14)와 제어 시스템(16)은 전기 전도체(미도시), 예를 들어 전기 케이블에 의해 연결된다.
도 2는 도 1의 장치(10)를 포함하는 전자식 잠금 시스템(24)을 개략적으로 나타낸다. 이 장치(10)에 추가하여, 전자식 잠금 시스템(24)은 기계적 잠금 장치(26)를 더 포함한다.
이 특정 예의 제어 시스템(16)은 전원 관리 전자장치(power management electronics)(28), 판독 전자장치(reading electronics)(30), 자격 평가 전자장치(credential evaluation electronics)(32) 및 마이크로컨트롤러(34)를 포함한다. 마이크로컨트롤러(34)는 데이터 처리 장치(36) 및 메모리(38)를 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 메모리(38)에 저장된다. 컴퓨터 프로그램은 데이터 처리 장치(36)에 의해 실행될 때 데이터 처리 장치(36)로 하여금 본 명세서에 기술된 단계들 중 적어도 일부를 수행하게 하거나 수행을 명령하게 하는 프로그램 코드를 포함한다.
도 2의 전원 관리 전자장치(28)는 여기서 커패시터(40)로 예시된 전기 에너지 저장 장치, 및 다이오드 브리지(diode bridge)에 배치된 4개의 다이오드(42)를 포함하는 에너지 하베스팅 전자장치(energy harvesting electronics)를 포함한다. 다이오드(42)는 발전기(14)로부터의 전압을 정류하도록 구성된다.
도 2의 장치(10)는 분리 스위치(disconnection switch)(44) 및 단락 스위치(shorting switch)(46)를 더 포함한다. 각각의 분리 스위치(44) 및 단락 스위치(46)는 제어 시스템(16), 보다 구체적으로 마이크로컨트롤러(34)에 의해 제어된다. 도 2는 양극(+) 라인(48) 및 접지 라인(50)을 추가로 도시한다. 양극 라인(48)과 접지 라인(50)은 발전기(14)의 각 단자에 연결된다. 이 예에서, 분리 스위치(44)는 양극 라인(48)에 제공된다. 각각의 분리 스위치(44) 및 단락 스위치(46)는 모스펫(MOSFET; Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)과 같은 트랜지스터를 사용하여 구현될 수 있다.
분리 스위치(44)는 발전기(14)를 선택적으로 분리하도록 배치된다. 분리 스위치(44)가 개방되면 전기저항이 높아지며, 전기 에너지를 수집하기 위해 작동 요소(12)를 회전할 때와 비교하여 작동 요소(12)는 사용자가 회전시키기에 가볍게 느껴진다.
단락 스위치(46)는 전기 레지스터(52)를 통해 발전기(14)의 단자를 선택적으로 단락시키도록 배치된다. 단락 스위치(46)가 폐쇄될 때, 수집된 전기 에너지는 전기 저항(52)에서 열로 변환된다. 그러면, 전기 에너지를 수집하기 위해 작동 요소(12)를 회전시킬 때와 비교하여 작동 요소(12)는 사용자가 회전시키기에 무겁게 느껴질 수 있다. 따라서, 단락 스위치(46)가 폐쇄될 때, 발전기(14)에 높은 역 토크(counter torque)가 제공되어, 회전자(22)는 작동 요소(12)의 작동에 의해 무겁게 회전하게 된다.
분리 스위치(44) 및 단락 스위치(46)를 선택적으로 제어함으로써, 제어 시스템(16)은 작동 요소(12)를 회전시키는 사용자에게 햅틱 피드백(haptic feedback)을 제공하기 위해 발전기(14)의 전기 부하를 선택적으로 변경할 수 있다. 발전기(14)의 전기 부하가 변경될 때, 작동 절차(18) 중에 작동 요소(12)에 기계적 응답이 생성된다. 따라서 장치(10)는 전자 브레이크로서 기능하기 위해 발전기(14)를 사용한다. 피드백이 시각적 피드백인 경우, 분리 스위치(44) 및 단락 스위치(46)는 생략될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전자식 잠금 시스템(24)은 액추에이터(54)를 더 포함한다. 액추에이터(54)는 기계적 잠금 장치(26)에 배치된다. 액추에이터(54)는 전자식 잠금 시스템(24)의 잠금 기능 및 잠금 해제 기능을 제어하도록 구성된다. 이를 위해, 액추에이터(54)가 액추에이터 핀(56) 및 두 위치들 사이에서 액추에이터 핀(56)을 구동하도록 배치된 전기 액추에이터 모터(58)를 포함함으로써, 액추에이터(54)는 각각 잠금 상태 및 잠금 해제 상태를 취할 수 있다. 액추에이터(54)의 잠금 상태에서, 기계적 잠금 장치(26)의 잠금 부재(미도시)는 작동 요소(12)의 운동에 의해 움직일 수 없다. 액추에이터(54)의 잠금 해제 상태에서, 잠금 부재는 예를 들어 도어의 잠금을 해제하기 위해 작동 요소(12)의 운동에 의해 움직일 수 있다. 작동 요소(12)는 액추에이터(54)가 잠금 해제 상태를 취할 때 잠금 부재에 결합될 수 있고, 액추에이터(54)가 잠금 상태를 취할 때 잠금 부재로부터 결합 해제될 수 있다. 액추에이터(54)는 제어 시스템(16), 보다 구체적으로 전원 관리 전자장치(28)를 통해 발전기(14)에 의해 전기적으로 구동된다.
이 예의 판독 전자장치(30)는 입력 신호를 수신하기 위한 안테나와 같은 수신 유닛(미도시), 및 판독 유닛(미도시)을 포함한다. 판독 전자장치(30)는 자격 평가 전자장치(32)에 액세스 신호를 전송하도록 구성된다. 자격 평가 전자장치(32)는 액세스 신호에 기초하여 승인이 허락되어야 하는지 여부를 결정하도록 구성된다. 액세스가 허락된 경우, 예를 들면 유효한 자격이 제시된 경우, 자격 평가 전자장치(32)는 승인 신호를 생성할 수 있다.
판독 전자장치(30)는 휴대폰과 같은 외부 장치와 무선 통신하도록 구성될 수 있다. 무선 통신은 예를 들어 저전력 블루투스(BLE; Bluetooth Low Energy) 또는 무선 주파수 인식(RFID; Radio Frequency Identification)에 의해 수행될 수 있다. 무선 통신에 대한 대안으로서, 사용자는 예를 들어 키패드를 통해 판독 전자장치(30)에 코드를 입력할 수 있다. 승인 요청이 거부되면 액추에이터(54)는 전환되지 않고, 즉 잠금 상태로 유지된다.
사용자가 손으로 작동 요소(12)를 잡고 회전시킬 때, 작동 요소(12)와 회전자(22) 사이의 맞물림은 회전자(22)가 회전 구동되도록 한다. 발전기(14)는 작동 요소(12)의 회전으로부터 전기 에너지를 수집한다.
발전기(14)에 의해 충분한 전기 에너지가 수집되었을 때, 승인 프로세스가 개시될 수 있다(제어 시스템(16)이 또한 배터리를 포함하는 경우, 승인 프로세스는 사용자가 작동 요소(12)를 작동시킬 때 바로 개시될 수 있다). 승인 프로세스 동안, 판독 전자장치(30)는 전원 관리 전자장치(28)에 의해 구동되고, 예를 들면 저전력 블루투스(BLE)를 통해 휴대폰과 같은 외부 장치와 무선으로 페어링(pairing)될 수 있다. 페어링 후, 판독 전자장치(30)는 외부 장치로부터 자격을 수신하고, 자격에 기초하여 자격 평가 전자 장치(32)에 액세스 신호를 전송한다.
그러면, 전원 관리 전자장치(28)에 의해 또한 구동되는 자격 평가 전자장치(32)는 액세스 신호에 기초하여 액세스가 허락되어야 하는지 여부를 결정한다. 승인 요청이 거부되면 액추에이터(54)는 전환되지 않고, 즉 액추에이터(54)는 작동 요소(12)가 잠금 부재로부터 결합 해제되는 잠금 상태로 유지된다. 승인 요청이 허락된 경우, 예를 들면 유효한 자격이 제시되면, 자격 평가 전자장치(32)는 액추에이터(54)에 승인 신호를 생성한다. 작동 요소(12)의 회전에 의해 충분한 전기 에너지가 수집되면, 액추에이터 모터(58)가 액추에이터 핀(56)을 움직이도록 구동되어, 작동 요소(12)는 작동 요소(12)가 잠금 부재에 결합되는 잠금 해제 상태를 취한다.
작동 요소(12)는 승인 절차 중에 연속적으로 회전할 수 있다. 이에 따라, 작동 요소(12)의 수동 회전에 의해 수집된 전기 에너지는, 사용자에게 권한을 부여하고 액추에이터(54)를 잠금 상태에서 잠금 해제 상태로 전환하는데 사용될 수 있다. 액추에이터(54)가 잠금 해제 상태를 취한 경우, 기계적 잠금 장치(26)의 잠금 부재는 작동 요소(12)의 추가 회전에 의해 회전할 수 있다. 따라서, 사용자는 승인 프로세스, 액추에이터(54)의 후속 전환 프로세스, 및 잠금 부재의 후속 회전 동안 작동 요소(12)를 연속적으로 회전시킬 수 있다. 따라서 원활한 액세스가 제공된다.
도 3은 작동 요소(12)의 작동 절차(18)의 일 예를 개략적으로 나타낸다. 이 예에서, 작동 절차(18)는 에너지 수집 운동(60) 및 피드백 단계(62)를 포함한다. 피드백 단계(62)는 에너지 수집 운동(60)을 따른다. 그러나, 전기 에너지는 또한 작동 요소(12)가 피드백 단계(62)에서 회전할 때 적어도 일시적으로 생성될 수 있다. 에너지 수집 운동(60) 및 피드백 단계(62)는 각각 작동 요소(12)의 임의의 각도 위치에서 개시될 수 있다.
작동 요소(12)가 회전하여 에너지 수집 운동(60)을 수행함에 따라, 발전기(14)에 의해 전기 에너지가 수집된다. 에너지 수집 운동(60)이 한 방향으로의 연속적인 회전으로 예시되어 있지만, 에너지 수집 운동(60)은 간헐적인 회전 및/또는 양방향 회전을 포함할 수 있다. 에너지 수집 운동(60) 중의 작동 요소(12)의 회전 속도가 일정할 때, 작동 요소(12)의 기계적 저항은 실질적으로 일정하고 비교적 높을 수 있다. 예를 들면 승인 프로세스를 수행하고 액추에이터(54)를 구동하기 위해 충분한 전기 에너지가 수집되었을 때, 작동 요소(14)를 회전시키는 사용자에게 다양한 이벤트(events)를 표시하는 것이 바람직할 수 있다.
이러한 이벤트의 하나의 예는 충분한 양의 전기 에너지가 발전기(14)에 의해 수집되었을 때이다. 일부 구현 예에서, 사용자는 승인 프로세스 동안 작동 요소(12)를 더 회전시킬 필요가 없다. 충분한 전기 에너지가 수집되었는지 여부는 예를 들면 커패시터(40)의 전압에 기초하여 결정될 수 있다.
이러한 이벤트의 또 다른 예는 사용자의 액세스가 거부되는 경우이다. 이에 따라, 사용자는 액세스가 허락되지 않을 것이기 때문에 작동 요소(12)를 계속 회전시킬 이유가 없음을 알 수 있다.
이러한 이벤트의 또 다른 예는 외부 장치와의 무선 페어링이 실패하는 경우이다. 예를 들어 사용자는 외부 장치를 검색 가능하게 만들기 위해 외부 장치에서 블루투스 기능을 켜는 것을 잊었을 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 작동 요소(12)의 에너지 수집 운동(60) 후에, 피드백 단계(62)가 개시된다. 작동 요소(12)가 피드백 단계(62)에서 회전할 때, 사용자에게 특정 이벤트를 나타내기 위해 작동 요소(12)에 햅틱 피드백이 생성된다. 이 예에서, 햅틱 피드백은 간헐적으로 폐쇄되도록 단락 스위치(46)를 제어하는 PWM(펄스 폭 변조; pulse width modulation)에 의해 작동 요소(12)에 (더 높은 기계적 저항의) 진동 펄스로서 제공된다. 대안적으로 햅틱 피드백은 간헐적으로 개방되도록 분리 스위치(44)를 제어하는 PWM에 의해 작동 요소(12)에 (더 낮은 기계적 저항의) 진동 펄스로서 제공될 수 있다.
마이크로컨트롤러(34)는 작동 요소(12)에서 햅틱 피드백을 제어하도록 구성된다. 마이크로컨트롤러(34)는 햅틱 피드백을 생성할 때와 생성될 햅틱 피드백의 유형을 결정한다.
많은 가능한 예들 중 하나에 따르면, 사용자는 작동 요소(12)를 회전시켜 에너지 수집 운동(60)을 수행한다. 충분한 전기 에너지가 수집되었을 때, 작동 요소(12)는 피드백 단계(62)에 진입하고, 작동 요소(12)가 피드백 단계(62)에서 회전할 때 작동 요소(12)에 제1 햅틱 피드백 패턴이 생성된다. 제1 햅틱 피드백 패턴에 응답하여, 사용자는 몇 초 동안 작동 요소(12)의 회전을 멈추고 승인이 허락되기를 기다린다.
그런 다음 사용자는 작동 요소(12)를 잡고 다시 회전시킨다. 이제, 작동 요소(12)는 피드백 단계(62)에서 다시 회전한다. 외부 장치와의 페어링에 실패했거나 외부 장치와 페어링한 후 액세스가 거부되는 경우, 피드백 단계(62)에서 작동 요소(12)가 회전할 때 작동 요소(12)에 제2 햅틱 피드백 패턴이 생성된다. 그러나, 승인 프로세스가 액세스를 허락하고 액추에이터(54)가 잠금 해제 상태로 전환된 경우, 작동 요소(12)의 추가 회전은 기계적 잠금 장치(26)가 개방되도록 할 것이다. 이 경우, 제어 시스템(16)의 제어 하에 작동 요소(12)에 더 이상의 햅틱 피드백 패턴이 생성될 필요가 없다. 대신에, 잠금 부재가 작동 요소(12)에 결합하고 작동 요소에 의해 움직일 때, 작동 요소(12)에서 "자연스러운" 햅틱 피드백이 생성될 것이다. 이 특정 예는 사용자가 피드백 단계(62)에서 작동 요소(12)의 회전을 중지하는 것을 기술하지만, 작동 요소(12)는 대안적으로 피드백 단계(62) 동안 연속적으로 회전할 수 있다.
도 4는 장치(10), 및 이 장치(10)를 포함하는 전자식 잠금 시스템(24)이 적용될 수 있는 환경을 개략적으로 나타낸다. 장치(10) 및 기계적 잠금 장치(26)는 움직일 수 있는 액세스 부재(64)에 설치된다. 액세스 부재(64)는 도어(door), 게이트(gate), 해치(hatch), 캐비닛 도어(cabinet door), 서랍, 창 등일 수 있다. 작동 요소(12)는 액세스 부재(64)에 대해 수동으로 회전할 수 있다. 고정자(20)는 액세스 부재(64)에 대해 고정된다.
물리적 공간(66)에 대한 액세스(access)는 선택적으로 잠금 해제 가능한 액세스 부재(64)에 의해 제한된다. 액세스 부재(64)는 제한된 물리적 공간(66)과 액세스 가능한 물리적 공간(68) 사이에 위치한다. 액세스 가능한 물리적 공간(68)은 그 자체로 제한된 물리적 공간일 수 있지만, 액세스 부재(64)와 관련하여 액세스 가능한 물리적 공간(68)은 액세스가 가능하다는 것에 유의해야 한다.
제어 시스템(16)의 판독 전자장치(30)는 무선 인터페이스(72)를 통해 외부 장치(70)와 통신한다. 외부 장치(70)는 사용자가 휴대할 수 있고 무선 인터페이스(72)를 통한 인증에 사용될 수 있는 임의의 적절한 장치일 수 있다. 외부 장치(70)는 전형적으로 사용자가 휴대 또는 착용하며, 휴대폰, 스마트 폰, 열쇠 고리, 웨어러블 기기, 스마트 폰 케이스, RFID(Radio Frequency Identification) 카드 등으로서 구현될 수 있다. 무선 통신을 이용하여, 외부 장치(70)의 인증 및 권한은 액세스 제어 절차에서, 예를 들면 도전 및 응답 방식(challenge and response scheme)을 사용하여 체크될 수 있으며, 그 후에 제어 시스템(16)이 액세스를 허락 또는 거부한다.
액세스 제어 절차의 결과 액세스가 허락되면, 제어 시스템(16)의 자격 평가 전자장치(32)는 잠금 해제 신호를 기계적 잠금 장치(26)의 액추에이터(54)에 전송하고, 이에 의해 액추에이터(54)는 잠금 해제 상태를 취한다. 액추에이터(54)의 잠금 해제 상태에서, 기계적 잠금 장치(26)의 잠금 부재는 작동 요소(12)를 회전시킴으로써 움직일 수 있고 액세스 부재(64)는 그 후에 개방될 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 본 발명은 전술한 것에 제한되지 않음을 이해할 것이다. 예를 들어, 부품의 치수는 필요에 따라 변할 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위에 의해서만 제한될 수 있는 것으로 의도된다.
Claims (14)
- 전자식 잠금 시스템(24)용 장치(10)로서,
- 사용자의 수동 조작에 의해 작동 절차(18)를 수행하도록 구성된 작동 요소(12);
- 고정자(20) 및 회전자(22)를 포함하는 전자기 발전기(14); 및
- 발전기(14)에 의해 전기적으로 구동되도록 구성된 전자 제어 시스템(16)을 포함하고,
회전자(22)는 작동 요소(12)의 운동에 의해 작동 절차(18) 동안 적어도 일시적으로 고정자(20)에 대해 회전 구동되도록 구성됨으로써 전기 에너지를 생성하고,
제어 시스템(16)은 사용자에 대한 피드백 제공을 제어하도록 구성되고,
상기 피드백은 작동 요소(12)의 햅틱 피드백, 음성 신호, 광 신호, 또는 이들의 조합인, 장치(10).
- 제1항에 있어서,
작동 절차(18)는 에너지 수집 운동(60), 및 에너지 수집 운동(60)의 개시 이후에 개시되는 피드백 단계(62)를 포함하고,
전기 에너지는 작동 요소(12)가 에너지 수집 운동(60)을 수행하도록 조작될 때 발전기(14)에 의해 생성되고, 상기 햅틱 피드백은 작동 요소(12)가 피드백 단계(62)에서 움직일 때 작동 요소(12)에 제공되는, 장치(10).
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
제어 시스템(16)은 작동 절차(18) 동안 적어도 일시적으로 작동 요소(12)에 햅틱 피드백을 제공하기 위해 변경하도록 발전기(14)의 부하를 제어하게 구성되는, 장치(10).
- 제3항에 있어서,
제어 시스템(16)은 작동 요소(12)에 펄스형 기계적 응답을 제공하기 위해 펄스를 변경할 수 있게 발전기(14)의 부하를 제어하도록 구성되는, 장치(10).
- 제3항 또는 제4항에 있어서,
제어 시스템(16)은 발전기(14)의 전기 부하를 변경함으로써 변경하도록 발전기(14)의 부하를 제어하게 구성되는, 장치(10).
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
제어 시스템(16)은 발전기(14)에 의해 생성된 전기 에너지의 양이 에너지 임계값를 초과할 때 사용자에게 피드백을 제공하도록 구성되는, 장치(10).
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
제어 시스템(16)은 전자식 잠금 시스템(24)의 액세스가 거부될 때 사용자에게 피드백을 제공하도록 구성되는, 장치(10).
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
제어 시스템(16)은 제어 시스템(16)과 외부 장치(70) 사이의 통신이 실패할 때 사용자에게 피드백을 제공하도록 구성되는, 장치(10).
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
작동 절차(18)는 작동 요소(12)의 회전을 포함하는, 장치(10).
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
작동 요소(12)는 손잡이를 포함하는, 장치(10).
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
제어 시스템(16)은 발전기(14)에 의해 전기적으로 구동되도록 구성된 전기 에너지 저장 장치(40)를 포함하는, 장치(10).
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 장치(10)를 포함하는 전자식 잠금 시스템(24).
- 제12항에 있어서,
잠금 기능 및/또는 잠금 해제 기능을 제어하기 위한 액추에이터(54)를 더 포함하고, 액추에이터(54)는 발전기(14)에 의해 전기적으로 구동되도록 구성되는, 전자식 잠금 시스템(24).
- 제13항에 있어서,
제어 시스템(16)은 사용자의 승인 시에 액추에이터(54)를 잠금 상태에서 잠금 해제 상태로 전환하기 위한 승인 신호를 생성하도록 구성되는, 전자식 잠금 시스템(24).
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