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KR-20260060671-A - Energy-Harvesting Wearable Band

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 하베스팅 웨어러블 밴드는 신체에 착용하는 웨어러블 밴드이며, 본체부, 밴드부 및 정류모듈을 포함한다. 본체부는 착용자의 피부에 직접 접촉되는 제1전극유닛을 포함한다. 밴드부는 본체부와 연결되어 본체부가 착용자의 신체에 고정될 수 있도록 하며, 도전체로 이루어진 제2전극유닛과 제2전극유닛의 외측 둘레를 감싸는 대전유도피복을 포함한다. 정류모듈은 제1전극유닛과 제2전극유닛을 전기적으로 연결하며, 교류 전류를 직류 전류로 변환시킨다.

Inventors

  • 이창준

Assignees

  • 주식회사 씨에스에스

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (5)

  1. 신체에 착용하는 웨어러블 밴드로서, 착용자의 피부에 직접 접촉되는 제1전극유닛이 구비된 본체부; 상기 본체부와 연결되어 상기 본체부가 착용자의 신체에 고정될 수 있도록 구비되며, 도전체로 이루어진 제2전극유닛과 상기 제2전극유닛의 외측 둘레를 감싸는 대전유도피복을 포함하는 밴드부; 및 상기 제1전극유닛 및 상기 제2전극유닛을 전기적으로 연결하며, 교류 전류를 직류 전류로 변환시키는 정류모듈;을 포함하는, 에너지 하베스팅 웨어러블 밴드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 본체부는, 상기 정류모듈로부터 변환된 직류 전류가 저장되는 커패시터;를 포함하는, 에너지 하베스팅 웨어러블 밴드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 본체부는, 상기 본체부의 한 쪽 면으로서, 표면 중 적어도 일부에 상기 제1전극유닛이 구비되는 내판; 및 상기 내판의 반대편 면으로서, 외부로 노출되는 외판;을 포함하고, 상기 외판은, 미리 정해진 정보가 표시되는 표시모듈; 및 미리 정해진 신호가 입력되는 입력모듈;을 포함하는, 에너지 하베스팅 웨어러블 밴드.
  4. 제3항에 있어서, 상기 내판은, 일면에 상기 제1전극유닛이 구비되고, 상기 내판으로부터 분리와 결합이 가능하게 구비되는 접지플레이트; 및 상기 내판과 상기 접지플레이트를 연결하며, 외력에 의해 길이가 연장되고 외력이 제거되면 길이가 줄어드는 신축유닛;을 포함하는, 에너지 하베스팅 웨어러블 밴드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2전극유닛은, 탄성 변형되는 도전체로 이루어지며, 가상의 한 점을 향하여 나선형으로 감기는 구간을 포함하는, 에너지 하베스팅 웨어러블 밴드.

Description

에너지 하베스팅 웨어러블 밴드{Energy-Harvesting Wearable Band} 본 발명은 에너지 하베스팅 웨어러블 밴드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신체에 유도되는 전자기파 및 정전기를 수집해 전기에너지로 변환 및 저장하는 웨어러블 밴드에 관한 것이다. 전자기파(electromagnetic wave)는 일상생활에서 휴대폰, WI-FI, 전자기기 등으로 인해 빈번하게 발생된다. 전자기파가 인체에 미치는 영향은 그 주파수와 강도에 따라 달라진다. 저주파 전자기파는 비교적 인체에 안전한 것으로 알려져 있으나, 고주파 전자기파는 세포에 영향을 미칠 수 있어 장기간 노출 시에는 주의가 필요하다. 정전기(static electricity)는 물체 간 마찰을 통해 발생되는 현상이며, 인체에서도 발생된다. 정전기로 인한 가벼운 스파크나 충격은 인체에 특별한 영향을 미치지 않는 것으로 알려져 있지만, 고전압 정전기가 신체에 불편함을 초래한다는 것은 주지된 사실이다. 전자기파 및 정전기에 지속적, 반복적으로 신체가 노출될 수 밖에 없는 환경은 유기 전하가 체내에 축적되게 하고, 체내에 축적된 유기 전하는 피로, 스트레스, 면역력 저하 등 건강 상태와 연관될 것으로 예측된다. 현대 사회에서 전자기파와 정전기를 인체와 분리할 수는 없다. 따라서, 전자기파나 정전기를 수집하여 유용한 전기에너지로 변환할 수 있다면, 유기 전하의 체내 흡수를 방지할 수도 있으며 새로운 형태의 자가 발전 방법으로도 활용될 수 있을 것이다. 에너지 하베스팅 기술(energy harvesting technology), 특히 웨어러블(wearable) 장치에 적용되는 에너지 하베스팅 기술 분야는 일상적인 신체 활동에서 발생되는 에너지를 수집하고, 수집된 에너지를 전기에너지로 변환해 휴대용 전자기기에 공급할 수 있도록 한다. 특히, 신체에서 발생되는 미세한 전자기파나 정전기로 전기에너지를 생성하고 이를 저장하는 기술 분야는 다양한 휴대형 전자기기에 지속적으로 전원을 공급할 수 있으며, 환경 친화적인 에너지 관리 시스템을 사용자에게 제공할 것으로 기대된다. 따라서, 이와 관련된 연구 및 기술 제안이 필요하였다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 밴드의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 밴드의 저면사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 밴드의 정면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 밴드의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 밴드의 동작 원리를 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 웨어러블 밴드의 제2전극유닛의 형태를 도시한 개략도이다. 도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 웨어러블 밴드의 저면사시도이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명한다. 동일하거나 유사한 구성 요소에는 동일 또는 유사한 도면 부호를 부여하며, 중복되는 설명은 생략할 수 있다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결되어 있다'거나 '접속되어 있다'고 언급될 때, 해당 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접 연결되거나 접속되어 있을 수도 있고, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수 도 있음을 의미한다. 반면, 구성 요소가 '직접 연결되어 있다'거나 '직접 접속되어 있다'고 언급될 때는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않음을 의미한다. 본 명세서에서 '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 나타내며, 이 중 어느 하나를 배제하는 것은 아니다. 본 명세서에 기재된 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z)은 입체 형상을 표현하기 위해 사용되는 3차원 좌표 상의 각 차원 및 방향성을 나타낸다. 따라서, 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z)은 각각 서로 직교하는 차원에서 정해진 방향을 의미한다. 본 발명은 사용자가 입거나 착용할 수 있는 웨어러블 밴드(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따른 웨어러블 밴드(1)는 신체에 발생하는 전자기파 및/또는 정전기를 수집하고, 이를 전기에너지로 변환하여 저장한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 밴드(1)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 밴드(1)의 저면사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 밴드(1)의 정면도이다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 밴드(1)는 신체 중 손목에 착용 될 수 있다. 이는 예시적인 것으로서 본 발명은 적용되는 실시 예에 따라 착용자가 적절한 신체 부위에 입거나 착용할 수 있는 형태로 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 밴드(1)는 본체부(10), 밴드부(20), 체결부(30) 및 정류모듈(410)을 포함할 수 있다. 본체부(10)는 착용 상태에서 착용자의 피부와 접하는 제1전극유닛(220)을 포함한다. 본체부(10)는 착용 되는 신체의 굴곡에 맞춰 두께나 넓이와 같은 형상이 정해질 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서 본체부(10)는 도시된 바와 같이 상대적으로 얇은 판상의 부재로 형성될 수 있다. 본체부(10)는 제1전극유닛(220)이 피부(HS)와 접촉된 상태로 고정되는 내판(200)과, 외부로 노출되는 표면인 외판(100)을 포함한다. 본체부(10)의 외판(100)과 내판(200) 사이에는 소정의 기계 및 전자부품을 수용하는 공간이 형성될 수 있다. 외판(100)은 본 발명에 따른 웨어러블 밴드(1)를 착용한 사용자가 쉽게 조작하고 확인할 수 있도록 외부로 넓게 노출된 면적을 갖는다. 외판(100)은 표시모듈(110) 및 입력모듈(120)을 포함할 수 있다. 표시모듈(110)은 미리 정해진 정보를 시각적으로 표시하며, 필요에 따라 청각 또는 촉각 정보 전달 수단이 더 포함될 수도 있다. 표시모듈(110)은 LED램프를 통해 점멸되는 빛의 세기, 빛의 색상, 빛의 밝기나 개수 등으로 정보를 전달할 수도 있다. 또한, 외판(100) 중 일부분에 시각정보를 출력할 수 있도록 구비되는 디스플레이로 구현될 수도 있다. 입력모듈(120)은, 착용자가 정해진 정보를 입력할 수 있도록 구비되는 물리버튼, 정압센서, 정전센서 또는 터치패널 등으로 구현될 수 있다. 내판(200)은 착용 되는 신체 부위의 형상에 맞춰 설계된 입체적인 구조로, 그 표면에는 제1전극유닛(220)이 구비된다. 제1전극유닛(220)은 도전체로 이루어지며, 내판(200)의 표면보다 작고 얇은 접지플레이트(210)에 설치된다. 접지플레이트(210)는 전류가 흐르지 않도록 절연 처리되며, 제1전극유닛(220)은 피부(HS)와 접하여 전기적으로 연결된다. 밴드부(20)는 얇고 긴 띠 형태로 본체부(10)와 연결된다. 밴드부(20)는 본체부(10)가 착용자의 신체에 고정될 수 있도록 설계되며, 착용자가 신체 일부에 착용할 수 있는 의류, 목걸이, 팔찌, 탄력 밴드 등으로 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서, 밴드부(20)는 본체부(10)의 대향하는 양 측면에 각각 연결된 끈(strap)형태일 수 있으며, 이는 시계줄과 유사한 외형을 가질 수 있다. 밴드부(20)는 체결부(30)를 더 포함할 수 있으며, 체결부(30)는 본체부(10) 및 밴드부(20)가 정해진 신체 부위를 둘러 감싼 상태에서 밴드부(20)의 일측 또는 대응되는 양 측이 서로 결합되도록 하거나, 본체부(10) 및 밴드부(20)가 정해진 신체 부위에 안정적으로 착용 될 수 있도록 한다. 밴드부(20)는 제2전극유닛(300) 및 대전유도피복(310)을 포함한다. 제2전극유닛(300)은 도전체로 이루어지며, 외측 둘레는 대전유도피복(310)으로 덮인다. 대전유도피복(310)은 제2전극유닛(300)을 일정 두께로 덮어 감싸는 층으로, 제2전극유닛(300)의 외측 둘레를 감싸 보호하는 표층으로 형성된다. 대전유도피복(310)은 신체의 피부(HS)와 제2전극사이에 대전층을 형성한다. 구체적으로, 인체의 피부(HS)와 대전유도피복(310) 사이에 마찰이 발생하면 인체의 피부(HS)는 양의 대전체로, 대전유도피복(310)은 이와 대응되는 음의 대전체로서 작용한다. 이에 따라, 대전유도피복(310)은 본 발명의 일 실시 예에서 실리콘 고무(silicon rubber)나 테프론(Teflon)과 같은 재질로 이루어질 수 있다. 정류모듈(410)은 제1전극유닛(220) 및 제2전극유닛(300) 간의 상호작용을 통해 발생되는 교류 전류를 직류 전류로 변환시킨다. 정류모듈(410)은 본체부(10)에 구비될 수 있으며, 제1전극유닛(220) 및 제2전극유닛(300)을 전기적으로 연결한다. 정류모듈(410)은 제1전극유닛(220)에서 제2전극유닛(300)으로, 또는 그 반대로 전류가 흐르며 발생하는 교류 전류를 직류 전류로 변환할 수 있다. 제1전극유닛(220), 제2전극유닛(300) 및 대전유도피복(310) 각각이 접촉되는 신체의 피부(HS) 표면, 또는 인접하게 배치된 신체의 피부(HS) 표면으로 투영된 면적은, 대전유도피복(310)이 가장 넓고 제1전극유닛(220)이 가장 작게 형성된다. 즉, 제1전극유닛(220)이 피부와 접한 면적은 제2전극유닛(300)이 피부를 덮는 면적보다 작고, 제2전극유닛(300)이 피부를 덮은 면적은 대전유도피복(310)이 피부와 접한 면적보다 작게 형성된다. 이는 인체의 피부(HS)에 대한 제1전극유닛(220), 제2전극유닛(300) 및 대전유도피복(310)의 교류 전류 유도를 보다 원활하게 하기 위함이다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 밴드(1)의 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 밴드(1)의 동작 원리를 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 밴드(1)는 신체에 착용 된 상태에서 제1전극유닛(220)은 피부 표면(HS)과 직접 접촉되고, 제2전극유닛(300)은 제1전극유닛(220)과 전기적으로 분리된 상태로 다른 위치의 피부 표면(HS)에 대전유도피복(310)을 사이에 두고 배치