KR101487339B1 - 압전소자를 이용한 시계 - Google Patents

Abstract

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계는, 시계부; 및 상기 시계부와 전기적으로 연결되고, 시계부 구동에 필요한 전기 에너지를 공급하는 압전부;를 포함하되, 상기 시계부는, 내부에 시각을 지시하는 바늘을 구비하고, 상기 바늘을 회전시키는 구동모터를 포함하는 본체부를 포함하며, 상기 압전부는, 상기 본체부의 바늘을 회전시키는 구동모터와 전기적으로 연결되고, 사용자의 동작에 따라 진동 형태의 반복 변위가 인가되어 전기 에너지를 생성하는 압전소자부; 및 상기 압전소자부와 전기적으로 연결되고, 상기 압전소자부에 의해 생성된 전기 에너지를 저장하는 축전부를 포함할 수 있다.

Description

압전소자를 이용한 시계{WATCH USING PIEZOELECTRTIC ELEMENT}

본 발명은 압전소자를 이용한 시계에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자의 일상 생활에서 일어나는 동작을 이용하여 압전소자에 진동 형태의 반복 변위를 인가함으로써, 시계 구동에 필요한 전기 에너지를 생성하는 압전소자를 이용한 시계에 관한 것이다.

일반적으로 사용자의 손목에 착용하는 손목시계는 수은 리튬 전지 등의 전원공급원으로부터 에너지를 구동모터가 전달받아 시계 바늘을 회전시키는 구조로 되어 있다.

그러나, 이러한 전지는 일정 시간이 지나면 방전이 되어 새로운 전지로 교체해야할 필요가 있으므로, 교체에 따른 작업 시간과 비용의 소모는 불가피하였다.

이와 같은 점을 감안하여 시계를 사용자가 흔들면 시계바늘을 회전시키는 태엽이 감겨지도록 하는 메커니즘을 가진 시계가 개발되기도 하였다. 그러나, 이 같은 구조의 시계는 태엽이 풀리면 사용자가 태엽의 회전을 위해 손목시계를 강하게 흔들어야 하는 번거로움이 있었다.

따라서, 사용자의 일상 생활에서 일반적인 동작으로부터 발생하는 기계적 운동을 전기적 에너지로 변환하여 시계 구동의 에너지원으로 활용할 수 있도록 하는 장치의 개발이 요구되었다.

특허문헌 1 : 국내출원특허 제10-1984-0007771호 특허문헌 2 : 국내출원특허 제10-2007-0115932호 특허문헌 3 : 일본공개특허 특개2007-292787호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 사용자의 일상 생활에서 일어나는 동작을 이용하여 압전소자에 진동 형태의 반복 변위를 인가함으로써, 시계 구동에 필요한 전기 에너지를 생성하는 압전소자를 이용한 시계를 제공하는데 있다.

또한, 시계 구동에 필요한 전기 에너지 발생을 위한 내부 구성의 부피를 최소하여 공간 제약을 줄임으로써 시계의 크기 및 형태를 다양화할 수 있고, 전자기파 발생이 없어 이로부터 유발되는 문제를 원천적으로 방지할 수 있는 압전소자를 이용한 시계를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계는, 시계부; 및 상기 시계부와 전기적으로 연결되고, 상기 시계부 구동에 필요한 전기 에너지를 공급하는 압전부;를 포함하되, 상기 시계부는 내부에 시각을 지시하는 바늘을 구비하고, 상기 바늘을 회전시키는 구동모터를 포함하는 본체부를 포함하며, 상기 압전부는 사용자의 동작에 따라 진동 형태의 반복 변위가 인가되어 전기 에너지를 생성하는 압전소자부; 및 상기 압전소자부와 전기적으로 연결되고, 상기 압전소자부에 의해 생성된 전기 에너지를 저장하는 축전부를 포함한다.

상기 압전소자부는, 상기 본체부에 내장되는 하우징; 상기 하우징 내측에 위치하고, 사용자의 동작에 따라 반복 진동 운동을 수행하여 전기 에너지를 생성하는 진동부; 및 상기 진동부와 일정간격 이격되어 회전운동을 하고, 상기 진동부가 진동 형태의 반복 운동을 수행하도록 하는 자기력의 변화를 유발하는 회전부를 포함할 수 있다.

상기 진동부는, 상기 하우징의 내측에 고정되는 고정단; 및 상기 고정단과 일체로 연결되고, 상기 회전부의 회전력에 의한 자기력의 변화에 의해 진동 형태의 왕복운동을 수행하는 진동자를 포함할 수 있다.

상기 진동자는 압전자성복합체로 형성될 수 있다.

상기 압전자성복합체는 압전재료로 이루어진 압전층 및 자성재료 또는 비자성 금속으로 이루어진 자성층을 포함할 수 있다.

상기 압전층은 압전 단결정을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 진동자는 캔틸레버(CANTILEVER) 구조로 형성될 수 있다.

상기 회전부는, 상기 진동자와 일정 간격 이격되게 위치하고, 자성체로 형성되는 회전자; 상기 회전자가 일측 또는 타측 방향으로 회전할 수 있는 구동력을 제공하는 회전편; 및 상기 회전편의 구동력을 상기 회전자에 전달하는 회전축을 포함할 수 있다.

상기 회전자는 N극 및 S극이 원주를 따라 교번하게 형성될 수 있다.

상기 회전편은 자신의 회전 중심축을 기준으로 일측으로 무게가 편중되도록 형성될 수 있다.

상기 회전자의 회전 운동에 의해 발생된 자기장의 주파수 피크값은 상기 진동자의 공진 주파수보다 크게 구성되는 것이 바람직하다.

상기 회전축은 다수개의 기어들이 치합되어, 상기 회전편의 회전력을 상기 회전자에 전달할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계는, 시각을 표시하는 시계부; 및 상기 시계부와 전기적으로 연결되고, 상기 시계부 구동에 필요한 전기 에너지를 공급하는 압전부;를 포함하되, 상기 압전부는 사용자의 동작에 따라 진동 형태의 반복 변위가 인가되어 전기 에너지를 생성하는 압전소자부; 및 상기 압전소자부와 전기적으로 연결되고, 상기 압전소자부에 의해 생성된 전기 에너지를 저장하는 축전부를 포함한다.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계는, 사용자의 일상 생활에서 일어나는 동작을 이용하여 압전소자에 진동 형태의 반복 변위를 인가함으로써, 시계 구동에 필요한 전기 에너지를 생성할 수 있다.

또한, 시계 구동에 필요한 전기 에너지 발생을 위한 내부 구성의 부피를 최소하여 공간 제약을 줄임으로써 시계의 크기 및 형태를 다양화할 수 있고, 전자기파 발생이 없어 이로부터 유발되는 문제를 원천적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들은, 구체적으로 언급되지 않은 다양한 효과를 제공할 수 있다는 것이 충분히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계에서 압전재료의 특징을 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계에서 압전자성복합체의 다양한 구성들의 예들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계에서 압전소자부의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11 내지 도 12는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계에서 회전자의 다양한 구성을 나타낸 도면이다.
도 13는 사용자의 움직임 및 그로부터 유발되는 회전편의 운동의 각속도 변화를 나타낸 도면이다.
도 14는 회전자에 의해 유발된 자기장의 주파수 변화(위)와 압전층에서 수확되는 전기 에너지를 변화(아래)를 개략적으로 보여 주는 비교 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다.

상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들어, 편의상 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부로 명명하는 경우, 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계에 대한 바람직한 일 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계의 평면도이며, 도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계에서 압전재료의 특징을 도시한 도면이고, 도 4 내지 도 7은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계에서 압전자성복합체의 다양한 구성들의 예들을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 8 내지 도 10은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계에서 압전소자부의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 11 내지 도 13은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계에서 회전자의 다양한 구성을 나타낸 도면이다.

먼저, 도 1 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계(10)는 시계부(100) 및 압전부(200)를 포함할 수 있다.

상기 시계부(100)는 본체부(110) 및 밴드부(130)를 포함할 수 있다. 상기 본체부(110)는 내부에 시각을 지시하는 바늘(112)을 구비하고, 상기 바늘(112)을 회전시키는 구동모터(114)를 포함할 수 있다. 상기 밴드부(130)는 상기 본체부(110)의 양측에 대칭되게 연결되고, 사용자의 손목에 장착되어 사용자로부터 시계부(100)의 이탈을 방지할 수 있다. 상기 본체부(110) 및 밴드부(130)를 포함하는 시계부(100)의 구성은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 공지의 기술인 바, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에서는 상기 시계부(100)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 압전부(200)는 사용자의 일상 생활에서 일어나는 동작을 이용하여 압전 재료에 진동 형태의 반복 변위를 인가함으로써, 시계부(100)의 구동에 필요한 전기 에너지를 생성하는 부분으로, 상기 시계부(100)의 바늘(112)을 회전시키는 구동모터(114)에 전기 에너지를 공급하는 에너지 공급원이 될 수 있다. 상기 압전부(200)는 압전소자부(210) 및 축전부(260)를 포함할 수 있다.

상기 압전소자부(210)는 바늘(112)을 회전시키는 구동모터(114)와 전기적으로 연결되고, 사용자의 일상 생활에서 일어나는 동작을 이용하여 압전재료에 진동 형태의 반복 변위를 인가함으로써, 전기 에너지를 생성할 수 있다. 상기 압전소자부(210)는 하우징(220), 진동부(230) 및 회전부(240)를 포함할 수 있다.

상기 하우징(220)은 내측에 수용되는 진동부(230) 및 회전부(240)를 보호하기 위하여 구비되는 보호 케이스일 수 있다. 상기 하우징(220)은 본체부(110)에 내장되어 상기 본체부(110)의 내부 공간을 형성하는 것으로 박스 형상으로 제작될 수 있다. 본 실시예에서 상기 하우징(220)은 내측이 중공된 사각의 박스 형상으로 구성하였는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 참조하여 다양하게 설계변경 가능함을 알 수 있다.

상기 진동부(230)는 하기에서 설명될 회전부(240)와 연동하여 상기 회전부(240)의 회전 방향과 수직하게 진동함으로써, 전기 에너지를 생성할 수 있다.

상기 진동부(230)는 상기 하우징(220) 내측에 고정되는 고정단(234)과 상기 고정단(234)에 캔틸레버(CANTILEVER) 구조로 연결된 진동자(232)를 포함할 수 있다.

상기 진동자(232)는 압전재료로 이루어진 압전층 및 자성재료 또는 금속으로 이루어진 자성층을 포함하는 압전자성복합체를 포함하여 이루어질 수 있다. 자성층은 회전부(240)의 회전에 의해 유발되는 자기장의 변화에 따라 진동을 일으키는 부분이며, 압전층은 진동자(232)에 발생된 진동을 전기 에너지로 변환시키는 부분이다. 자성층은 회전부(240)의 회전에 의해 유발되는 자기장의 변화에 따라 진동을 일으킬 수 있으면 되므로, 자성재료 뿐만 아니라 비자성 금속 재료도 사용 가능하다.

도 3은 통상적인 압전재료의 특성을 나타낸다. 상기 압전재료는 외부에서 특정 방향으로 힘을 가하면 내부에서 발생하는 응력에 대응하여 정(+)과 부(-) 전하가 유기되어 양 전극 간에 전압이 발생하며, 이러한 효과를 압전정효과라고 하고, 이와 반대로, 압전재료에 외부로부터 전압을 걸어주면 압전재료는 기계적 왜곡현상을 일으키게 되는데, 이러한 현상을 압전역효과라고 한다. 즉, 압전재료는 기계적인 힘을 전기적 신호 또는 전기적 신호를 기계적 신호로 변환시킬 수 있는 소자이다.

상기 압전자성복합체는 하나 이상의 압전층 및 하나 이상의 자성층이 적층된 구조로 이루어질 수 있다. 도 4 내지 도 7은 압전층 및 자성층의 다양한 적층 구조를 도시한 도면이다.

상기 진동자(232)는 상기 회전자(242)의 회전 운동에 따라 발생하는 자기장 변화에 의해 인력 또는 척력을 반복하여 전달 받아 진동하게 된다.

상기 회전부(240)는 상기 진동자(232)가 진동 형태의 반복 변위에 의해 전기 에너지를 생성할 수 있도록 하기 위하여 구비될 수 있다. 상기 회전부(240)는 회전자(242), 회전축(244) 및 회전편(246)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 회전자(242)는 도 10에 도시된 바와 같이 원통의 측면이 상기 진동자(232)와 마주하게 하여 회전축 방향이 상기 진동자(232)의 진동 방향과 수직하게 구성되는 것이 바람직하다.

상기 회전자(242)는 원통 형상으로 구성되고, 자성체로 형성될 수 있다. 상기 회전자(242)는 상기 진동자(232)와 일정 간격 이격되게 위치하여, 일측 또는 타측 방향으로 회전할 수 있는데, 상기 회전에 의해 자기장의 변화가 발생하고 상기 진동자(232)에 진동을 일으켜 전기 에너지가 생성되게 한다.

상기 회전자(242)는 N극과 S극을 포함하는 자성체 물질로 형성될 수 있는데, 상기 회전자(242)의 회전에 의해 N극과 S극이 교번하여 상기 진동자(232)와 상호 작용을 하게 되며, 이를 통해 상기 진동자(232)는 반복 진동 운동을 하게 된다.

본 실시예에서 상기 회전자(242)는 원주를 따라 균등한 각으로 이분하여 자성체 물질이 형성된 것으로 구성하였는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 설계 변경할 수 있다.

예를 들어, 상기 회전자(242)는 도 11 (a), (b), (c)에 도시된 바와 같이, 원주를 따라 2 이상의 N극과 S극을 균등한 각으로 균분하여 구성할 수도 있고, 상기 N극과 S극을 서로 크기가 다르게 구성할 수도 있다.

또한, 본 실시예에서 상기 회전자(242)는 둥근 원기둥 형상으로 구성되어 회전축(244)을 중심으로 대칭되게 구성하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 회전축(244)을 중심으로 비대칭적으로 구성하는 등 다양한 형상으로 구성될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 상기 회전자(242)의 원주를 따라 N극과 S극이 교번하게 구성하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 회전자가 회전하면서 압전자성복합체로 이루어진 상기 진동자에 인가되는 자기장의 세기가 주기적으로 변화할 수 있는 다양한 형상으로 구성될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계에서, 상기 회전자(242)는 N극과 S극으로 형성된 자석을 이용하고, 상기 N극 및 S극의 자석을 균분하게 구성하였는데, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 회전자(242)를 금속체로 구성하고, 상기 금속체 상에 N극 및 S극의 자성체를 부착하여 구성하는 것도 가능함을 알 수 있다.

상기 회전축(244)은 상기 회전자(242)의 중심 부분과 연결되고, 하기에서 설명될 회전편(246)의 회전운동을 상기 회전자(242)에 전달하기 위하여 구비될 수 있다. 상기 회전축(244)은 상기 회전편(246)의 회전력을 상기 회전자(242)에 전달할 수 있다면 어떠한 공지의 구성이라도 무방하다.

예를 들어, 상기 회전축(244)은 다수개의 기어들(245)을 사용할 수도 있는데, 상기 기어들(245)은 회전 비율을 서로 다르게 구성함으로써 회전편(246)의 회전으로부터 상기 회전자(242)의 회전수를 증대시킬 수 있다. 즉, 상기 다수개의 치합된 기어들(245)을 이용하여 상기 회전편(246)이 1 회전하는 동안 상기 회전자(242)가 복수회 회전할 수 있도록 구성하여 상기 압전부(200)의 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 회전편(246)은 상기 회전축(244) 및 회전자(242)가 회전할 수 있는 구동력을 제공하기 위한 것으로, 자신의 회전 중심축(C)을 기준으로 일측으로 무게가 편중되도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서 상기 회전편(246)은 반원의 원판형으로 구성하였는데, 이는 무게중심이 일측으로 편중되어 상기 회전편(246)을 용이하게 회전시키기 위함이다.

상기와 같은 구성을 통해 상기 회전편(246)은 사용자의 동작에 따라 관성력 또는 중력에 의해 회전 중심축(C)을 중심으로 회전 운동을 하게 된다.

한편, 상기 회전자(242)의 회전 운동에 의해 발생된 주기적으로 변화하는 자기장의 주파수 피크값은 상기 진동자(232) 공진 주파수보다 크도록 설계되는 것이 바람직하다. 여기서 진동자(232)의 공진 주파수는 압전층 및 자성층의 크기, 두께, 재질, 자성 등에 따라 정해질 수 있다.

회전자(242)의 회전 운동에 의해 발생된 자기장의 주파수 피크값은 사용자의 동작의 크기와 방향에 따라 달라지는 것이므로, 사용자의 모든 동작에 대하여 위와 같은 조건을 만족하도록 압전부(200)의 구성을 설계할 수는 없지만, 사용자의 일상적인 동작(예: 걸을 때의 팔 동작)에 의해 유발되는 회전자(242)의 회전 운동이 위와 같은 조건을 만족하도록 압전부(200)의 구성이 설계된다면 가장 효율적으로 전기를 수득할 수 있다. 이하 이에 대하여 보다 상세히 설명한다.

사용자의 움직임 및 그로부터 유발되는 회전편(246)의 운동은 도 13에 나타낸 바와 같이 저주파 불규칙 진동의 형태를 나타낸다. 사용자가 걸을 때 팔 동작이 전후로 이동함에 따라 회전편(246)의 각속도가 변화하게 되는데, 구체적으로 팔이 최전방에서 아래로 내려올 때 그리고 최후방에서 아래로 내려올 때 각각 최대 각속도를 나타내게 된다. 즉, 사용자의 팔이 원래의 위치에서 동작을 시작하여 다시 그 위치로 돌아올 때까지 두 번의 최대 각속도를 나타낸다.

또한, 회전편(246)과 회전축(244) 사이의 기어 연결을 통해서 회전편(246)의 저주파 운동은 회전자(242)의 고주파 운동으로 변환된다. 한편, 회전자(242)의 운동은 자기장의 변화를 일으켜 진동자(232)를 진동시키게 되고, 진동자(232)의 압전층에서 전기 에너지가 발생하게 된다.

도 14는 회전자(242)의 회전 주파수 변화(위)와 압전층에서 수확되는 전기 에너지를 변화(아래)를 개략적으로 보여 주는 비교 도면이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 압전층에서 수확되는 전기 에너지는 회전자의 회전 주파수가 최대일 때 피크값을 나타내는 것이 아니라, 회전자의 회전에 의해 유발되는 주기적으로 변화하는 자기장의 주파수가 진동자(232) 공진 주파수와 일치할 때 피크값을 나타낸다.

따라서, 상기 회전자(242)의 회전 운동에 의해 발생된 자기장의 주파수 피크값이 상기 진동자의 공진 주파수보다 크도록 설계되어야, 자기장의 주파수와 진동자의 공진 주파수가 일치되는 시점이 생기게 된다. 이 경우, 사용자가 팔 동작을 하여 팔이 특정 위치에서 시작하여 일 주기 동안 운동한 후 원래의 위치로 돌아올 때까지 자기장의 주파수는 두 번의 피크값을 거치게 되어, 자기장의 주파수와 진동자의 공진 주파수가 4번 일치하게 된다.

반면, 상기 회전자(242)의 회전 운동에 의해 발생된 자기장의 주파수 피크값이 상기 진동자의 공진 주파수보다 작게 설계된다면 자기장의 주파수와 진동자의 공진 주파수는 어느 시점에서도 일치하지 않는다.

따라서, 상기 회전자(242)의 회전 운동에 의해 발생된 자기장의 주파수 피크값이 상기 진동자의 공진 주파수보다 크도록 설계되어야, 압전층의 진동에 의해 수확되는 전기 에너지를 최대화할 수 있다.

상기 축전부(260)는 충전 및 방전을 반복할 수 있는 축전기(capacitor)로 구성되고, 전기 에너지의 축적량이 설정값에 도달하면 축적된 전기 에너지를 구동모터(114)에 전달할 수 있다. 상기 축전부(260)는 상기 압전소자부(210)와 전기적으로 연결되고, 상기 압전소자부(210)에 의해 변환된 전기 에너지를 저장할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에서 상기 압전부(200)의 작동방법을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 사용자는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 시계를 손목에 장착할 수 있다. 사용자는 일상생활을 하는 중이거나, 또는 보행중에 움직임이 발생하게 되는데, 이러한 움직임과 연동하여 상기 회전부(240)의 회전편(246)에 위치의 변화가 생기게 된다.

다음, 위치의 변화가 생긴 상기 회전편(246)은 중력이나 관성력에 의해 회전력이 발생하고, 상기 회전력에 의해 회전편(246)은 회전을 시작하거나 또는 회전을 유지하게 된다.

그 다음, 상기 회전편(246)과 연결되어 있는 다수개의 기어(245), 회전축(244) 및 회전자(242)가 상기 회전편(246)과 연동되어 회전하게 되고, 상기 회전자(242)의 회전에 따라 자기장의 변화가 발생한다.

이어서, 상기 회전자(242)의 회전에 의해 유발된 자기장의 변화에 따라 상기 회전자(242)와 일정간격 이격되게 위치한 진동자(232)는 일정 범위 내에서 진동 형태의 반복 변위가 발생하게 된다.

다음으로, 압전자성복합체로 구성된 상기 진동자(232)의 왕복 진동운동에 의해 상기 진동자(232)는 전기 에너지를 생성하게 되고, 상기 진동자(232)와 전기적으로 연결되어 있는 축전부(260)에 변환된 전기 에너지가 저장되게 된다.

본 실시예는 시각의 표시를 위해 바늘을 사용하는 바늘시계에 대한 것이나, 본 발명은 바늘시계 뿐만 아니라 시각을 화면에 표시하는 전자시계에도 적용될 수 있음은 물론이다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10; 시계 100; 시계부
110; 본체부 112; 바늘
114; 구동모터 130; 밴드부
200; 압전부 210; 압전소자부
220; 하우징 230; 진동부
232; 진동자 234; 고정단
240; 회전부 242; 회전자
244; 회전축 245; 기어
246; 회전편 260; 축전부

Claims (13)

1. 시계부; 및
   상기 시계부와 전기적으로 연결되고, 상기 시계부 구동에 필요한 전기 에너지를 공급하는 압전부;를 포함하되,
   상기 시계부는,
   내부에 시각을 지시하는 바늘을 구비하고, 상기 바늘을 회전시키는 구동모터를 포함하는 본체부를 포함하며,
   상기 압전부는,
   사용자의 동작에 따라 진동 형태의 반복 변위가 인가되어 전기 에너지를 생성하는 압전소자부; 및
   상기 압전소자부와 전기적으로 연결되고, 상기 압전소자부에 의해 생성된 전기 에너지를 저장하는 축전부를 포함하고,
   상기 압전소자부는,
   상기 본체부에 내장되는 하우징;
   상기 하우징 내측에 위치하고, 사용자의 동작에 따라 반복 진동 운동을 수행하여 전기 에너지를 생성하는 진동부; 및
   상기 진동부와 일정간격 이격되어 회전운동을 하고, 상기 진동부가 진동 형태의 반복 운동을 수행하도록 하는 자기력의 변화를 유발하는 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 시계.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 진동부는,
   상기 하우징의 내측에 고정되는 고정단; 및
   상기 고정단과 일체로 연결되고, 상기 회전부의 회전력에 의한 자기력의 변화에 의해 진동 형태의 왕복운동을 수행하는 진동자를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 시계.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 진동자는 압전자성복합체로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 시계.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 압전자성복합체는 압전재료로 이루어진 압전층 및 자성재료 또는 비자성 금속으로 이루어진 자성층을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 시계.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 압전층은 압전 단결정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 시계.
   
7. 제 3항에 있어서,
   상기 진동자는 캔틸레버(CANTILEVER) 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 시계.
   
8. 제 5항에 있어서,
   상기 회전부는,
   상기 진동자와 일정 간격 이격되게 위치하고, 자성체로 형성되는 회전자;
   상기 회전자가 일측 또는 타측 방향으로 회전할 수 있는 구동력을 제공하는 회전편; 및
   상기 회전편의 구동력을 상기 회전자에 전달하는 회전축을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 시계.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 회전자는 N극 및 S극이 원주를 따라 교번하게 형성된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 시계.
   
10. 제 8항에 있어서,
    상기 회전편은 자신의 회전 중심축을 기준으로 일측으로 무게가 편중되도록 형성된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 시계.
    
11. 제 8항에 있어서,
    상기 회전자의 회전 운동에 의해 발생된 자기장의 주파수 피크값은 상기 진동자의 공진 주파수보다 큰 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 시계.
    
12. 제 8항에 있어서,
    상기 회전축은 다수개의 기어들이 치합되어, 상기 회전편의 회전력을 상기 회전자에 전달하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 시계.
    
13. 시각을 표시하는 시계부; 및
    상기 시계부와 전기적으로 연결되고, 상기 시계부 구동에 필요한 전기 에너지를 공급하는 압전부;를 포함하되,
    상기 압전부는,
    사용자의 동작에 따라 진동 형태의 반복 변위가 인가되어 전기 에너지를 생성하는 압전소자부; 및
    상기 압전소자부와 전기적으로 연결되고, 상기 압전소자부에 의해 생성된 전기 에너지를 저장하는 축전부를 포함하며,
    상기 압전소자부는,
    상기 시계부에 내장되는 하우징;
    상기 하우징 내측에 위치하고, 사용자의 동작에 따라 반복 진동 운동을 수행하여 전기 에너지를 생성하는 진동부; 및
    상기 진동부와 일정간격 이격되어 회전운동을 하고, 상기 진동부가 진동 형태의 반복 운동을 수행하도록 하는 자기력의 변화를 유발하는 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 시계.

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