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KR101139819B1 - 가변 캐패시터 - Google Patents

가변 캐패시터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가변 캐패시터에 관한 것이다. 본 발명의 가변 캐패시터는 다수 개의 고정자 전극을 갖는 고정자; 및 상기 고정자 상부에 위치되고 회전 가능한 회전축에 구비되는 다수 개의 회전자 전극을 갖는 회전자;를 포함하는 바, 상기 회전자는 상기 회전축에 구비되어 상기 회전축의 회전에 따라 회전하는 회전판; 및 상기 회전판에 접하도록 구비되어 상기 회전판으로 전류를 전달하는 급전 브릿지;를 포함하여 상기 급전 브릿지를 통해 상기 회전판과 상기 회전축 및 상기 회전자 전극으로 전류가 제공되고 상기 회전자의 회전에 따라 상기 회전자 전극과 상기 고정자 전극 사이에서 가변된 정전용량이 발생한다. 본 발명의 가변 캐패시터에 의하면 회전자 전극이 설치된 회전축의 양측으로 전류를 공급하여 회전자 전극 전체에 걸쳐 전류가 균일하게 공급되므로 효율적으로 가변된 정전 용량을 형성할 수 있다. 또한 회전축으로 전류를 제공하기 위한 급전 브릿지가 구비되어 회전축 및 회전자 전극으로 안정적으로 전류를 제공할 수 있다.

Description

가변 캐패시터{VARIABLE CAPACITY}
본 발명은 가변 캐패시터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전자 전극을 고정자 전극에 대해 회전시킴으로써 정전용량을 가변으로 하기 위한 가변 캐패시터에 관한 것이다.
일반적으로 가변 캐패시터는 다수 개의 고정자 전극과 다수 개의 회전자 전극으로 구성되어 고정자 전극에 대한 회전자 전극의 유효 대향 면적에 따라 정전용량이 변하는 것을 말한다.
가변 캐패시터의 구성과 동작원리에 대하여 간단하게 설명하면 다음과 같다. 고정자 전극은 가변 캐패시터의 하부에 고정되고, 회전자 전극은 고정자 전극의 상부에 구비된다. 여기서, 회전자 전극은 회전 가능한 회전축에 고정되어 회전축을 따라 회전한다. 회전축을 회전시키면 각각의 회전자 전극은 다수 개의 고정자 전극 사이 사이에 위치된다. 여기서, 고정자 전극과 회전자 전극이 서로 마주하는 면에서 가변 용량이 형성된다.
회전축이 회전하면 회전자 전극은 고정자 전극을 향해 이동된다. 회전축의 회전율에 따라 회전자 전극과 고정자 전극의 대향면의 비율이 달라지게 된다. 즉, 회전자 전극을 회전 조작하면 회전자 전극의 고정자 전극에 대한 대향 면적이 변화하여 정전 용량을 변화시킬 수 있다.
여기서, 다수 개의 회전자 전극으로 전류를 공급하기 위해서는 도체로 형성된 회전축에 급전라인이 연결된다. 급전 라인은 회전축의 일단에 연결되어 회전자 전극을 작동시키기 위해 회전하는 회전축과 함께 회전하게 된다. 이러한 회전축의 회전에 따라 급전라인은 비틀림이 발생하게 되고, 비틀린 급전라인은 끊어지게 된다. 즉, 급전라인이 꼬이거나 끊어지게 되면 회전자 전극으로 전류 공급이 어려워져 가변 캐패시터로서의 기능을 수행할 수 없게 된다.
또한 회전축의 일단에 급전라인이 연결되어 전류가 공급되기 때문에 회전축을 따라 장착된 다수 개의 회전자 전극으로 균일한 양의 전류가 공급되지 못한다. 그러므로 다수 개의 회전자 전극과 고정자 전극 사이에서 정전 용량이 균일하게 형성되지 못하게 된다.
본 발명의 목적은 회전자 전극이 설치되는 회전축의 양측으로 전류를 균일하게 공급하여 보다 효율적으로 가변된 정전 용량을 형성하기 위한 가변 캐패시터를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 가변 캐패시터에 관한 것이다. 본 발명의 가변 캐패시터는 다수 개의 고정자 전극을 갖는 고정자; 및 상기 고정자 상부에 위치되고 회전 가능한 회전축에 구비되는 다수 개의 회전자 전극을 갖는 회전자;를 포함하는 바, 상기 회전자는 상기 회전축에 구비되어 상기 회전축의 회전에 따라 회전하는 회전판; 및 상기 회전판에 접하도록 구비되어 상기 회전판으로 전류를 전달하는 급전 브릿지;를 포함하여 상기 급전 브릿지를 통해 상기 회전자 전극으로 전류가 제공되고 상기 회전자의 회전에 따라 상기 회전자 전극과 상기 고정자 전극 사이에서 가변된 정전용량이 발생한다.
일 실시예에 있어서, 상기 회전판은 상기 회전축의 양단에 구비된다.
일 실시예에 있어서, 상기 급전 브릿지의 일단은 상기 회전판에 접하고 타단은 전류를 제공받기 위한 급전라인에 연결된다.
일 실시예에 있어서, 상기 급전 브릿지는 상기 회전판에 접하는 다수 개의 접점부를 갖는다.
일 실시예에 있어서, 상기 다수 개의 접점부는 상기 회전판의 일면 또는 양면 중 어느 하나에 접하도록 상기 급전 브릿지에 구비된다.
일 실시예에 있어서, 상기 접점부는 반구 형태로 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 고정자는 일정 간격으로 상기 고정자 전극을 고정하면서 상기 고정자 전극으로 전류를 제공하기 위한 제1 급전판을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 회전자는 상기 급전라인과 연결되어 상기 회전자 전극으로 전류를 제공하기 위한 제2 급전판을 포함한다.
본 발명의 가변 캐패시터에 의하면 회전자 전극이 설치된 회전축의 양측으로 전류를 공급하여 회전자 전극 전체에 걸쳐 전류가 균일하게 공급되므로 효율적으로 가변된 정전 용량을 형성할 수 있다. 또한 회전축으로 전류를 제공하기 위한 급전 브릿지가 구비되어 회전축 및 회전자 전극으로 안정적으로 전류를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 캐패시터를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가변 캐패시터의 분해 사시도이다.
도 3은 가변 캐패시터의 측면과 급전 브릿지가 설치된 회전판을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 가변 캐패시터의 회전축을 회전한 상태를 나타낸 사시도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 캐패시터를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가변 캐패시터의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 캐패시터(1)는 다수 개의 고정자 전극(12)을 갖는 고정자(10)와 다수 개의 회전자 전극(22)을 갖는 회전자(20)로 구성된다. 고정자(10)는 가변 캐패시터(1)의 하부에 위치되고, 회전자(20)는 고정자(10)의 상부에 위치된다. 가변 캐패시터(1)는 회전자 전극(22)이 회전하면서 고정자 전극(12)과의 사이에서 가변된 정전용량이 발생한다.
고정자(10)는 다수 개의 고정자 전극(12)과 고정자 전극(12)이 설치되는 제1 급전판(14)을 포함한다. 다수 개의 고정자 전극(12)은 반원 형상의 도체 판으로 형성되어 제1 급전판(14)에 일정한 간격으로 배열되어 고정된다. 제1 급전판(14)은 도체로 형성되고 일측에 전원 공급원(미도시)로부터 전류를 공급받기 위한 급전 단자(14a)가 구비된다. 고정자 전극(12)은 제1 급전판(14)에 구비된 급전 단자(14a)를 통해 전류를 제공받는다.
회전자(20)는 다수 개의 회전자 전극(22)과 회전자 전극(22)이 설치되는 회전축(23)과 회전축(23)에 설치되는 회전판(26) 및 회전판(26)에 접하도록 설치되는 급전 브릿지(27)를 포함한다. 다수 개의 회전자 전극(22)은 고정과 전극(12)과 동일하게 반원 형상의 도체 판으로 일정한 간격으로 배열된다. 다수 개의 회전자 전극(22)은 회전축(23)에 고정되어 회전축(23)의 회전에 따라 회전하게 된다. 이때, 각각의 회전판 전극(22)은 회전축(23)에 의해 회전 시 하부에 배치된 각각의 고정자 전극(12) 사이로 입력되도록 배치된다. 즉, 고정자 전극(12)과 회전자 전극(22)이 교대적으로 위치되게 된다. 회전축(23)은 도체로 형성되어 회전자 전극(22)과 통전되면서 구동수단(미도시)에 의해 회전한다. 회전축(23)은 고정자(10)의 제1 급전판(14) 양단에 형성된 제2 급전판(24)에 형성된 관통홀에 설치된다. 회전판(26)은 도체로 형성되어 회전축(23)의 양단에 고정된다. 회전판(26)은 회전축(23)이 회전하는 경우에 함께 회전한다. 급전 브릿지(27)는 일단은 급전라인(28)과 연결되고 타단은 회전판(26)에 접하도록 설치된다. 급전 브릿지(27)는 급전라인(28)을 통해 전원 공급원(미도시)으로부터 전류를 공급받아 회전판(26)으로 전달한다. 급전 브릿지(27)는 급전라인(28)에 고정되어 회전축(23)을 따라 회전하는 회전판(26)에 전류를 공급한다. 급전 브릿지(27)는 하나 이상이 회전판(26)에 접하도록 구비된다. 이때 급전 브릿지(27)에서 회전판(26)과 접하는 부분에는 접점부(27a)가 구비된다. 급전 브릿지(27)는 회전판(26)의 일면 또는 양면에 접하도록 다수 개의 접점부(27a)가 구비되어 효율적으로 회전판(26)에 전류를 공급한다.
제1 급전판(14)의 양측으로는 회전자 전극(22)으로 전류를 공급하기 위한 제2 급전판(24)이 각각 구비된다. 제2 급전판(24)은 일측에 전원 공급원(미도시)로부터 전류를 공급받기 위한 급전 단자(24a)가 구비된다. 제2 전극판(24)은 급전라인(28)이 연결된다. 제2 전극판(24)의 급전 단자(24a)로 제공된 전류는 급전라인(28)과 급전 브릿지(27)와 회전판(26) 및 회전축(23)으로 전달되어 회전자 전극(22)에 공급된다. 그러므로 회전자 전극(22)은 제 1 급전판(14)을 통해 전류를 공급받은 고정자 전극(24)과의 사이에서 정전 용량이 발생하게 된다. 두 개의 제2 급전판(24)의 사이에는 봉 형상을 갖는 하나 이상의 고정수단(32)이 구비되어 제2 전극판(24) 사이의 공간이 유지되도록 한다.
여기서, 제2 급전판(24)과 제1 급전판(14)은 모두 도체이기 때문에 전기적 절연을 위한 절연부재(30)가 사이에 구비된다. 또한 회전축(23)과 제2 급전판(24) 사이에도 전기적 절연을 위한 절연링(25)이 구비된다. 또한 제2 전극판(24)은 제1 전극판(14) 및 절연부재(30)와 체결수단(34)으로 고정되고, 제2 급전판(24)과 고정수단(32)도 체결수단(34)으로 고정된다. 체결수단(34)으로는 도면에 도시한 것처럼 예를 들어, 볼트(34a)와 너트(34b)를 이용할 수 있다.
도 3은 가변 캐패시터의 측면과 급전 브릿지가 설치된 회전판을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 급전 브릿지(27)는 회전판(26)과 접하는 부분에 접점부(27a)가 구비된다. 접점부(27a)는 반구 형상으로 형성되고, 둥근 부분이 회전판(26)에 접하도록 설치된다. 급전 브릿지(27)는 회전판(26)의 일면 또는 양면에 접하도록 다수 개의 접점부(27a)가 구비되어 효율적으로 회전판(26)에 전류를 공급한다. 급전 브릿지(27)는 두 개의 노드로 분리되고, 분리된 각 노드에는 접점부(27a)가 구비되어 회전판(26)의 양면에 접하도록 한다. 또한 본 발명에서는 하나의 회전판(26)에 세 개의 급전 브릿지(27)가 설치되는 것을 예로 들었으나, 급전 브릿지(27)의 갯수는 필요에 따라 조절하여 설치할 수 있다.
하기에서는 가변 캐패시터(1)의 동작에 대하여 설명한다.
도 4는 가변 캐패시터의 회전축을 회전한 상태를 나타낸 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가변 캐패시터(1)의 회전자 전극(22)은 회전축(23)의 회전에 따라 회전하여 고정자(10)의 고정자 전극(12) 사이로 들어가게 된다. 가변 캐패시터(1)는 고정자 전극(12)과 회전자 전극(22)에 전류가 공급되어 고정자 전극(12)과 회전자 전극(22) 사이의 대향 면적에 따라 정전 용량이 발생한다. 가변 캐패시터(1)의 제1 급전판(14)에 구비된 급전 단자(14a)로 전류를 공급하면 고정자 전극(12)으로 전류가 공급된다. 또한 가변 캐패시터(1)의 제2 전극판(24)에 구비된 급전 단자(24a)로 전류를 공급하면 급전 브릿지(27)와 접점부(27a)와 회전판(26) 및 회전축(23)을 따라 전류가 이동되어 회전자 전극(22)으로 전류가 공급된다. 여기서, 회전판(26)은 회전축(23)의 양단에 구비되어 회전축(23) 일단에서 전류가 공급되는 경우보다 회전축(23) 전반에 균일하게 전류를 공급할 수 있다.
정전용량을 발생시키기 위해서는 구동수단(미도시)을 이용하여 회전축(23)을 일 방향으로 회전한다. 이때 회전자 전극(22)과 고정자 전극(12) 사이에서 대향 면적이 생기면 회전자 전극(22)과 고정자 전극(12)의 대향 면적에 대비하여 정전 용량이 발생하게 된다. 또한 회전축(23)의 회전에 따라 회전자 전극(22)과 고정자 전극(12)의 대향 면적은 변하게 된다. 그러므로 회전자 전극(22)과 고정자 전극(12)의 유효 대향 면적이 변화하여 정전 용량을 변화시킬 수 있다.
예를 들어 회전자 전극(22)이 지면과 평행하도록 상부에 모두 위치하는 상태(회전자 전극(22)과 고정자 전극(12)의 대향 면이 없는 경우)에서는 회전자 전극(22)과 고정자 전극(12)의 대향 면적이 없기 때문에 발생되는 정전용량은 0이 된다. 이때 회전축(23)을 일 방향으로 회전시키면 회전자 전극(22)이 고정자 전극(12)들 사이로 들어가면서 회전자 전극(22)과 고정자 전극(12)의 대향 면적이 발생한다. 정전용량은 회전자 전극(22)과 고정자 전극(12) 사이의 대향 면적에 대비하여 변화되기 때문에 회전자 전극(22)과 고정자 전극(12)의 대향 면적이 커질수록 정전용량 또한 발생량이 커지게 된다. 도면에는 도시하지 않았으나, 회전자 전극(22)의 전면과 고정자 전극(12)의 전면이 모두 대향하도록 회전자 전극(22)이 위치되면 정전용량이 최대로 발생된다.
본 발명의 일 실시예에서와 같이, 회전축(23)의 양단으로 제공되는 전류는 회전축(23) 전반에 균일하게 공급되므로 다수 개의 회전자 전극(22)에도 균일하게 공급되어 회전자 전극(22)과 고정자 전극(12) 사이에서 정전 용량이 균일하게 발생되도록 한다.
이상에서 설명된 본 발명의 가변 캐패시터의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1: 가변 캐패시터 10: 고정자
12: 고정자 전극 14: 제1 급전판
14a: 급전 단자 20: 회전자
22: 회전자 전극 23: 회전축
24: 제2 급전판 24a: 급전 단자
25: 절연링 26: 회전판
27: 급전 브릿지 27a: 접점부
28: 급전라인 30: 절연부재
34: 체결수단 34a, 34b: 볼트, 너트

Claims (8)

  1. 다수 개의 고정자 전극을 갖는 고정자; 및
    상기 고정자 상부에 위치되고 회전 가능한 회전축에 구비되는 다수 개의 회전자 전극을 갖는 회전자;를 포함하는 바,
    상기 회전자는
    상기 회전축에 구비되어 상기 회전축의 회전에 따라 회전하는 회전판; 및
    일단이 상기 회전판에 접하고 타단은 전류를 제공받기 위한 급전라인에 연결되어 상기 회전판으로 전류를 전달하는 하나 이상의 급전 브릿지;를 포함하고
    상기 급전 브릿지를 통해 상기 회전자 전극으로 전류가 제공되고 상기 회전자의 회전에 따라 상기 회전자 전극과 상기 고정자 전극 사이에서 가변된 정전용량이 발생하는 것을 특징으로 하는 가변 캐패시터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전판은 상기 회전축의 양단에 구비되는 것을 특징으로 하는 가변 캐패시터.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 급전 브릿지는 상기 회전판에 접하는 다수 개의 접점부를 갖는 것을 특징으로 하는 가변 캐패시터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다수 개의 접점부는 상기 회전판의 일면 또는 양면 중 어느 하나에 접하도록 상기 급전 브릿지에 구비되는 것을 특징으로 하는 가변 캐패시터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 접점부는 반구 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 가변 캐패시터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고정자는 일정 간격으로 상기 고정자 전극을 고정하면서 상기 고정자 전극으로 전류를 제공하기 위한 제1 급전판을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 캐패시터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전자는 상기 급전라인과 연결되어 상기 회전자 전극으로 전류를 제공하기 위한 제2 급전판을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 캐패시터.
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