KR100343317B1 - 가변커패시터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 가변 커패시터는 고정자와, 도전성 회전자 및 스프링 작용부를 포함한다. 회전자 전극은 회전자로부터 돌출하고, 회전자에서 회전자 전극이 형성된 영역과는 다른 영역에 형성되는 돌기는 회전자 전극의 길이만큼 회전자로부터 연장된다. 스프링 작용부는 고정자에 대하여 회전자를 압박하기 위하여 회전자에 탄성력을 제공한다. 스프링 작용부는 커버에서 조정용 홀이 형성된 주변의 커버에 형성된다. 커버는 회전자가 고정자에 대하여 상대적으로 회전할 수 있게 하며, 조정용 홀은 회전자를 회전시키기 위한 공구의 삽입을 허용한다. 돌기의 위치는 실질적으로 원궤도상에 위치하도록 선택되며, 회전자가 회전할 때에, 회전자와 점접촉되어 있는 스프링 작용부의 일부분에 의해서 회전자가 부드럽게 회전한다. 따라서, 회전자가 박형화되는 경우에도 스프링 작용부를 통해서 회전자에 부여하는 압박력은 회전자의 변형이 쉽게 발생하지 않게 한다.

Description

가변 커패시터{Variable Capacitor}

본 발명은 가변 커패시터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고정자 전극과 회전자 전극과의 사이에 형성된 유효 대향 면적(effective overlapping area)이 고정자 전극에 대한 회전자 전극의 회전 비율에 의해서 변화되어 정전용량이 변화되는 가변 커패시터에 관한 것이다.

한 종류의 가변 커패시터가 본 발명의 출원인에 의하여 1997년 5월 16일에 출원된 일본 특허 출원 9-126586호에 개시되어 있다. 도 7은 상술한 특허 출원에서 제안된 가변 커패시터 1을 나타낸다.

도 7을 참조하면, 가변 커패시터 1은 기본적으로 고정자 2, 회전자 3 및 커버 4로 구성된다. 고정자 2의 주요 부분은 세라믹 등의 유전체로 형성된다. 회전자 3은 황동(brass) 등의 재료로 형성된다. 커버 4는 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 구리 합금(copper alloy) 등의 재료로 형성된다.

상술한 가변 커패시터 1의 소자(elements)는 하기에 상세하게 설명한다.

고정자 2는 일반적으로 대칭적인 구조를 갖는다. 고정자 전극 5와 6은 고정자 2에 평행하게 형성된다. 고정자 단자 7, 8은 고정자 전극 5, 6과 각각 전기적인 결합을 이루도록 고정자 2의 말단부에 대응하는 바깥쪽 표면에 도전성 박막으로 형성된다.

고정자 전극 5와 6을 피복하는 유전체층 9는 고정자 2를 구성하는 유전체의 일부분으로 형성된다.

상술한 바와 같이, 2개의 고정자 전극 5, 6 및 2개의 고정자 단자 7, 8은, 가변 커패시터 1의 조립시에 고정자 2의 방향을 고려할 필요가 없게 하기 위하여, 고정자 2가 대칭 구조를 갖도록 형성된다.

회전자 3은 회전자 3이 유전체층 9의 외표면과 접하도록 고정자 2의 상부에 설치된다. 실질적으로 반원 형상의 회전자 전극 11은 유전체층 9를 사이에 두고 고정자 전극 5(전극 6)과 대향하도록 회전자 3의 아래쪽에서 돌출된다. 도 8은 회전자 3의 저면 사시도를 나타낸다.

또한, 회전자 전극 11과 같은 길이로 돌출한 돌기 12는 회전자 전극 11이 형성된 영역과는 다른 영역에서 회전자 3의 하부측에 형성된다. 돌기 12는 회전자 전극 11의 존재에 의해 발생될 수 있는 회전자 3의 기울어짐을 방지하도록 작용한다.

드라이버 홈 13은 사각 관통홀 등의 형상을 구비하며 회전자 3을 회전시키는데 사용되는 드라이버(driver) 등의 도구를 수용하기 위하여 회전자 3에 형성된다.

커버 4는 회전자 3을 밀착시키고 보호할 수 있도록 고정자 2에 부착된다. 커버 4는 고정자 2에 대하여 회전자 3이 상대적으로 회전할 수 있도록 회전자 3을 지지한다. 커버 4는 드라이버 홈 13이 커버를 통하여 노출되도록 형성된 조정용 홀 14를 구비한다. 따라서, 회전자 3을 회전시키는 경우에, 드바이버 등의 도구가 조정용 홀 14를 통해서 드라이버 홈 13에 삽입될 수 있다.

커버 4는 조정용 홀 14의 주위에 형성된 스프링 작용부 15를 구비한다. 스프링 작용부 15는 도 7에 나타낸 바와 같이 회전자 3의 상부면과 부분적으로 접촉되어 있고, 이에 의해서 고정자 2에 대하여 회전자 3을 가압밀착하는 탄성력(스프링 작용)을 제공한다. 스프링 작용부 15는 조정용 홀 14의 중심을 향하여 아래쪽으로 경사지도록 형성되고, 이에 의해서 조정용 홀 14의 주위에서 금속 재료에 의한 탄성력을 제공한다.

스프링 작용부 15에는 복수개의 돌출부 16이 회전자 3의 회전 방향을 따라서 등간격으로 형성되어 있다. 이들 돌출부 16은 실질적으로 회전자 3에 점접촉한다. 이들 돌출부 16은 커버를 구성하는 금속판에 엠보싱(embossing) 등으로 형성될 수 있다.

또한, 커버 4는 도 7에 나타낸 바와 같이 아래쪽으로 연장한 회전자 전극 17을 구비한다.

상술한 고정자 2, 회전자 3 및 커버 4를 포함하는 가변 커패시터 1은 하기의 방법으로 조립될 수 있다.

회전자 3이 고정자 2의 상부에 놓여진 후에, 커버 4가 회전자 3을 덮도록 고정자 2의 상부에 놓여진다. 그런 다음, 커버 4가 고정자 2에 대하여 회전자 3을 압박하기 위하여 고정자 2에 부착되고 고정자 2를 향하여 압박한다.

이런 경우에, 커버 4와 결합되어 있는 회전자 단자 17은 고정자 2에 형성된 고정자 단자 8과 대향하도록 배치된다. 도 7에 도시된 구조에서, 고정자 단자 8은 고정자 단자로서 기능하지 못하며, 따라서 전기적인 문제를 발생시키지 않는다.

이러한 조립 상태에서, 회전자 전극 11은 유전체층 9를 사이에 두고 고정자 전극 5와 대향하고 이에 의해서 정전용량을 나타낸다. 회전자 전극 11과 고정자 전극 5와의 사이의 유효 대향 면적을 변화시켜 정전용량을 변화시키기 위해서 회전자 3을 회전시킨다. 정전용량은 고정자 단자 7과 회전자 단자 17를 통해서 외부적으로 이용될 수 있다. 고정자 단자 7은 고정자 전극 5에 전기적으로 접속되어 있다. 회전자 단자 17은 커버 4와 일체로 형성되며, 회전자 전극 11이 형성되어 있는 회전자 3과 접촉된다.

가변 커패시터 1에서 커버 4의 스프링 작용부 15에 형성된 돌출부 16은 실질적으로 회전자 3과 점접촉되어 있다. 따라서, 돌출부 16이 회전자 3을 압박하는 위치는 확실하게 고정된다. 회전자 전극측과 반대측과의 사이에서 회전자 3의 양면의 평행도가 빈약한 경우와, 또는 회전자 3의 회전자 전극측 또는 반대측의 평탄성, 또는 스프링 작용부 15의 최상부의 평탄성이 빈약한 경우에도, 접촉 압력은 회전자 3에 안정하게 부여될 수 있다. 즉, 상술한 기계적인 변형은 효과적으로 흡수되어 감지할 수 있는 정도의 영향을 나타내지 않는다.

이와 같이, 회전자 3은 회전자 3의 전체 표면에 걸쳐서 고정자 2에 대하여일정하게 압박된다. 따라서, 가변 커패싯터 1의 정전용량이 안정하고 회전자 3의 회전이 유연하게 변화한다. 또한, 설정한 위치에서의 드리프트(drift)가 안정되고 회전자 3을 회전시키기 위해 요구되는 토오크(torque)가 일정하게 된다.

상술한 바와 같이, 가변 커패시터 1을 더욱 박형화하게 제조하고자 하는 경우에, 회전자 3을 박형화하여 제조하는 것이 가장 효과적하다. 그러나, 회전자 3을 0.3㎜ 이하의 두께로 박형화하는 경우에, 스프링 작용부 15에 의해서 회전자 3에 부여되는 압착력은 회전자 3을 변형시키는 원인이 될 수 있다. 특히, 돌출부 16이 스프링 작용부 15에 형성되어 있는 도 7에 나타낸 가변 커패시터 1의 경우와 같이, 압착력은 제한된 좁은 영역에서 회전자 3에 부여된다. 이와 같이, 회전자 3이 변형될 수 있다고 알려져 있다. 회전자 3의 이러한 원하지 않는 변형은 회전자 3의 회전에 의한 유연한 정전용량의 변화를 방해하고, 통상 정전용량의 변화에 대한 선형성을 악화시키며, 설정한 위치(설정한 정전용량)가 드리프트에 의해서 불안정하게 되는 문제를 유발한다.

따라서, 본 발명의 목적은 적어도 원하지 않는 회전자의 변형에 대한 상술한 문제를 극복할 수 있는 가변 커패시터를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 가변 커패시터 21의 외관을 나타내는 사시도이다.

도 2는 도 1의 가변 커패시터 21의 단면도이다.

도 3은 도 1의 가변 커패시터 21에 사용된 회전자를 나타내는 저면 사시도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 가변 커패시터에 사용된 회전자를 나타내는 저면 사시도이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 가변 커패시터에 사용된 회전자를 나타내는 저면 사시도이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 가변 커패시터에 사용된 회전자를 나타내는 저면 사시도이다.

도 7은 본 발명과 비교하기 위한 가변 커패시터를 나타내는 단면도이다.

도 8은 도 7의 가변 커패시터에 사용된 회전자를 나타내는 저면 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

21가변 커패시터22고정자

23, 23a, 23b, 23c 회전자24커버

25고정자 전극29유전체층

31회전자 전극32, 32a, 32b, 32c돌기

33드라이버 홈34조정용 홀

35스프링 작용부36돌출부

40스프링 작용부가 회전자에 접촉하는 부분

41원궤도

본 발명은 하기의 연구 결과를 부분적으로 참조하였다.

도 7에서, 커버 4의 스프링 작용부 15가 회전자 3에 접촉하는 부분, 특히 스프링 작용부 15에 형성된 돌출부 16이 회전자 3과 접촉하는 부분 18의 위치가, 일점쇄선(1点鎖線)으로 표시되어 있다. 도 8에 일점쇄선으로 표시된 바와 같이, 회전자 3의 회전에 따라서 회전자 3에 접촉하는 부분 18은 원궤도 19를 그린다. 도 8은 도 7의 회전자 3의 저면 사시도이다. 여기에 표시된 원궤도 19는 돌출부 16이 회전자 3과 실제로 접촉하는 부분 18에서 회전자의 상부 표면에 그리는 원궤도(도 7 참조)를 회전자 3의 저면측으로 투영한 것이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 회전자 3의 저면측에 형성된 돌기 12는 원궤도 19위에 위치하고 있지 않고, 원궤도 19의 외측에 위치하고 있다. 따라서, 스프링 작용부 15로부터 돌출부 16을 통해서 회전자 3에 미치는 압착력은 돌기 12와 회전자 전극 11과의 사이에 설치된 회전자 3의 소정 부분에 작용하며, 회전자 3이 구부려지도록 변형시키게 된다.

본 발명에 따른 가변 커패시터는 고정자와 도전성 회전자 및 스프링 작용부를 포함한다. 상기 고정자는 고정자 전극 및 상기 고정자 전극을 덮도록 형성된 유전체층을 구비한다. 상기 회전자는 유전체층의 바깥쪽 표면에 접하도록 배치된다. 회전자 전극은 유전체층을 사이에 두고 고정자 전극에 대향하기 위하여 상기 유전체층의 바깥쪽 표면과 마주하는 회전자의 표면으로부터 돌출한다. 회전자 전극이 형성된 영역 이외의 영역에 회전자 전극의 높이와 동일한 높이를 구비하는 돌기가 형성된다. 회전자 전극과 고정자 전극과의 유효 대향 면적을 변화시키기 위하여, 회전자는 고정자에 대하여 상대적으로 회전가능하도록 지지된다. 스프링 작용부는 회전자 전극 및 돌기가 형성되어 있는 회전자의 면과는 반대쪽의 면에 접촉되어 있고, 이에 의해서 고정자를 향하여 회전자를 압박하는 스프링 작용을 제공한다. 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 돌기의 위치는 실질적으로 회전자가 회전할 때에 회전자와 접촉하는 스프링 작용부의 선택에 의해서 회전자 위에 그려지는 원궤도상에 배치되도록 선택되는 것을 특징으로 한다.

상기 돌기의 위치가 실질적으로 원궤도상에 형성되기 때문에, 스프링 작용부에 의해서 회전자에 부여되는 압착력은 회전자의 상부에서 상기 돌기에 대응하는 위치에 작용한다.

따라서, 박형화된 가변 커패시터를 얻기 위하여, 회전자를 더 얇게 제조하는 경우에도, 스프링 작용부에 의해 회전자에 부여되는 압착력의 결과로부터 발생할 수 있는 회전자의 변형을 억제할 수 있다. 또한, 가변 커패시터의 정전용량은 회전자의 회전을 통해서 유연하게 변화될 수 있고, 정전용량의 변화의 선형성이 향상되며, 이에 의해서 설정한 위치에서 드리프트를 안정시킬 수 있다.

본 발명에서 돌기는 다양한 형태들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 돌기는 상술한 윈궤도를 따라서 원호 형상으로 연장될 수 있다. 이런 경우에, 돌기는 회전자 전극으로부터 일체로 연장될 수 있고, 연속적인 원호 형상으로 연장될 수도 있으며, 또는 원호 형상의 중간부에서 부분적으로 단절되도록 연장될 수도 있다. 또한, 복수개의 돌기가 상술한 원궤도를 따라서 형성될 수도 있다.

돌기가 원궤도를 따라서 원호 형상으로 연장되는 경우에, 회전자의 기계적인 강도는 가상의 늑골 효과에 의해서 향상될 수 있다.

또, 돌기가 회전자 전극으로부터 일체로 연장되는 경우에, 돌기는 원궤도를 따라서 넓은 각도 범위에 걸쳐서 용이하게 형성될 수 있다. 또한, 돌기가 연속적인 원호 형상으로 연장하는 경우에도, 돌기는 원궤도를 따라서 넓은 각도 범위에 걸쳐서 형성될 수 있다. 더욱이, 돌기가 원궤도를 따라서 넓은 각도 범위에 걸쳐 형성되면, 스프링 작용부가 회전자와 단속적으로 접촉하는 경우에도, 돌기는 넓은 각도 범위의 회전자의 회전에 걸쳐서 스프링 작용부와 회전자의 접촉 위치에 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 따라서, 회전자의 변형을 억제하는 돌기의 효과가 크게 향상된다.

돌기가 회전자 전극으로부터 일체로 연장하여 연속적인 원호 형상으로 형성되는 경우에, 또는 스프링 작용부가 회전자와 단속적으로 접촉하고 있는 경우에도, 돌기 또는 회전자 전극이 회전자의 전체 회전 범위에 걸쳐서 스프링 작용부와 회전자의 접촉 위치에 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 회전자의 변형을 억제하는 점에서, 이러한 돌기의 형태는 매우 효과적이다.

또한, 돌기가 단속적인 원호 형상으로 연장되거나 또는 원궤도를 따라서 배열된 복수개의 돌기들로 형성되는 경우에, 돌기와 유전체층과의 접촉 면적이 감소될 수 있고, 이에 의해서 가변 커패시터의 최소 정전용량에서 원하지 않는 정전용량의 증가를 억제할 수 있다.

본 발명의 가변 커패시터는 회전자를 고정자에 대하여 회전가능하도록 지지하고 수용하기 위한 형상의 커버를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 커버에는 회전자를 회전 조작하기 위하여 공구의 삽입을 허용하는 조정용 홀이 형성된다. 상기 조정용 홀의 주위에는 스프링 작용부가 형성된다.

또한, 본 발명을 상술한 구조의 가변 커패시터에 적용하면, 상술한 구조가가변 커패시터의 두께를 감소시키기에 효과적이기 때문에, 회전자의 원하지 않는 변형을 방지하면서 회전자의 두께를 감소시키는 본 발명의 하나의 목적이 보다 효과적으로 달성될 수 있다.

게다가, 스프링 작용부는 회전자을 향하여 실질적으로 회전자와 점접촉하는 돌출부를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 스프링 작용부는 회전자의 회전 방향에 따라서 배열된 적어도 3개 이상의 돌출부를 구비하는 것이 바람직하다.

스프링 작용부와 회전자와의 점접촉은 스프링 작용부가 회전자의 제한된 영역에만 압착력을 가하게 한다. 따라서, 상술한 돌기가 설치되지 않는 경우에 압착력은 회전자를 변형시키기 쉽게 된다. 이렇게 점접촉하는 돌기의 장점은 회전자와 고정자의 안정적인 접촉이 형성되도록 회전자에 일정한 탄성력을 부여한다는 것이다.

또한, 회전자의 회전 방향을 따라서 스프링 작용부에 적어도 3개의 돌기가 형성되는 경우에도, 돌기들과 회전자의 접촉상태가 더욱 안정하게 된다. 따라서, 본 발명은 매우 유용한 상술한 효과들을 나타낸다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 효과는 첨부된 도면과 함께 하기의 상세한 설명으로 더욱 쉽게 이해될 것이다.

본 발명의 구현예들을 도면을 참조하여 설명한다. 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 부분을 나타낸다.

도 1 내지 도 3은 제1의 바람직한 구현예에 따른 가변 커패시터 21을 나타낸다. 도 1은 가변 커패시터 21의 사시도이다. 도 2는 도 1의 가변 커패시터 21의단면도이다.

가변 커패시터 21은 기본적으로 고정자 22, 회전자 23 및 커버 24로 구성된다. 도 3은 회전자 23의 저면 사시도이다. 고정자 22의 주요 부분은 세라믹 등의 유전체로 형성된다. 회전자 23은 예를 들어 동(copper)합금 등의 재료로 형성된다. 커버 24는 예를 들어 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 동합금 등의 재료로 형성되고, 접합성을 향상시키기 위하여 소정의 위치에서 납과 주석의 합금(solder), 주석(tin), 은(silver) 등의 재료로 표면 처리된다.

가변 커패시터 21의 상술한 소자들을 하기에 보다 상세하게 설명한다.

고정자 22는 일반적으로 대칭 구조를 갖는다. 고정자 전극 25와 26은 고정자 22에 나란하게 형성된다. 고정자 단자들 27과 28은 각각의 고정자 전극들 25, 26과 전기적인 접속을 형성하기 위하여 고정자 22의 대응하는 양쪽 말단부의 바깥쪽 면에 도전성 박막으로 형성된다.

고정자 전극들 25와 26을 피복하는 유전체층 29는 고정자 22를 구성하는 유전체의 일부분으로 형성된다.

상술한 바와 같이, 2개의 고정자 전극 25, 26 및 2개의 고정자 단자들 27, 28은 고정자 22의 방향이 가변 커패시터 21의 조립시에 고려할 대상(factor)이 되지 않도록 고정자 22에 대칭 구조를 부여하도록 형성된다. 이러한 특징이 특정한 적용 분야에 대해 유용한 것이 되지 않는다면, 고정자 전극 25 또는 고정자 전극 26 및 이들과 각각 결합된 고정자 단자 27 또는 28을 제거할 수도 있다.

회전자 23은 유전체층 29의 바깥쪽 면에 접하도록 고정자 22의 상부에 배치된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 실질적으로 반원 형상의 회전자 전극 31은 유전체층 29를 사이에 두고 고정자 전극 25(또는 고정자 전극 26)과 대향하도록 회전자 23의 하부측(도 1 참조)으로부터 돌출한다.

또한, 회전자 전극 31이 형성되어 있는 영역과는 다른 영역에서는, 회전자 전극 31과 동일한 높이로 돌출한 돌기 32가 회전자 23의 하부측에 형성된다. 돌기 32는 연장된 회전자 전극 31로 인하여 발생하는 회전자 23의 기울어짐을 방지하도록 작용한다. 본 구현예에서, 돌기 32는 원호 형상 또는 실질적인 원형 형상으로 회전자 전극 31로부터 일체로 연장한다. 돌기 32의 위치는 하기에 설명한다.

드라이버홈 33은 회전자 23을 회전시키기 위한 드라이버 등의 공구를 수용하기 위하여 회전자 23에 형성된다. 본 구현예에서, 드라이버홈 33은 바람직하게 사각 관통홀의 형상으로 형성되어 있다.

커버 24는 회전자 23을 적절하게 수용하면서 고정자 22에 부착된다. 커버 24는 회전자 23이 고정자 22에 대하여 상대적으로 회전할 수 있도록 회전자 23을 지지한다. 커버 24는 드라이버홈 33을 노출시키는 조정용홀 34를 구비한다. 이와 같이, 회전자 23을 회전시키는 경우에, 드라이버 등의 공구를 조정용홀 34를 통하여 드라이버홈 33에 삽입할 수 있다.

커버 24는 조정용홀 34의 주위에 형성된 스프링 작용부 35를 구비한다. 스프링 작용부 35는 회전자 23에 접촉되어 고정자 22를 향하여 회전자 23을 압박한다. 스프링 작용부 35는 조정용홀 34의 중심을 향하여 아래로 경사지도록 형성되어(도 2 참조), 조정용홀 34의 주위에 존재하는 금속 재료에 의한 탄성력을 제공한다.

복수개의 돌출부 36은 스프링 작용부 35에 형성되고 실질적으로 회전자 23과 점접촉하도록 형성된다. 본 구현예에서, 3개의 돌출부 36은 회전자 23의 회전 방향을 따라서 형성되며, 등간격으로 형성되는 것이 바람직하다. 이들 돌출부 36은 커버 24를 구성하는 금속판의 엠보싱 등을 통해서 형성될 수도 있다.

커버 24는 아래쪽으로 연장하고 서로 대향하는 한 쌍의 결합부 37(도 1 참조: 1개의 결합부 37은 도 1에 도시되지 않았다)을 구비한다. 결합부 37은 고정자의 하부면에서 고정자 22와 맞물리도록, 하기에 설명하는 가변 커패시터의 조립 과정 중에 안쪽으로 구부려진다(도 1 참조).

또한, 커버 24는 결합부 37의 위치와는 다른 위치에서 아래쪽으로 연장된 회전자 단자 39를 구비한다(도 1 참조).

상술한 고정자 22, 회전자 23 및 커버 24를 포함하는 가변 커패시터 21은 하기의 방법으로 조립될 수 있다.

회전자 23이 고정자 22 위에 놓여진 후에, 커버 24가 회전자 23을 덮도록 고정자 22 위에 배치된다. 그런 다음, 고정자 22에 대하여 회전자 23을 압박하기 위하여 커버 24가 고정자 22를 향하여 밀착되면서, 커버 24의 결합부 37이 안쪽으로 구부려져 고정자 22의 하부면에서 고정자 22와 맞물려진다(도 1 참조).

이런 경우에, 커버 24와 결합되어 있는 회전자 단자 39는 고정자 22에 제공된 고정자 단자 28과 대향하도록 형성된다(도 1과 도 2에 도시된 구현예에서는, 고정자 단자 28이 고정자 단자로서 기능하지 않는다). 따라서, 회전자 단자 39와 고정자 단자 28은 함께 솔더(solder)될 수 있고(미도시), 이에 의해서 고정자 22에 커버 24의 접착을 가능하게 하고 고정자 단자 28이 회전자 단자로서 작용하도록 한다.

이와 같이, 상술한 방법으로 가변 커패시터 21을 조립하였다.

이러한 조립 상태에서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 회전자 전극 31은 유전체층을 사이에 두고 고정자 전극 25와 대향하고 이에 의해서 정전용량을 변화시킨다. 즉, 회전자 전극 31과 고정자 전극 25와의 사이에서 유효 대향 면적을 변화시켜 정전용량을 변화시키기 위하여, 회전자 23을 회전시킨다. 이러한 정전용량은 고정자 단자 27과 회전자 단자 39와의 사이에서 외부로 인출될 수 있다. 고정자 단자 27은 고정자 전극 25에 전기적으로 접속된다. 회전자 단자 39는 커버 24와 결합되어 회전자 전극 31이 형성되어 있는 회전자 23과 접촉된다.

조립된 가변 커패시터 21에서, 커버 24의 스프링 작용부 35에 형성된 돌출부 36에 의해서, 스프링 작용부 35는 회전자 23에 일정한 탄성력을 부여할 수 있다. 따라서, 회전자 23과 고정자 22와의 사이에서 안정적인 접촉이 성립된다. 즉, 돌출부 36은 고정된 위치에서 회전자 23과 접촉된다. 따라서, 회전자 전극측과 그 반대측과의 사이에서 회전자 23의 양면의 평행성이 불량한 경우, 또는 회전자 23의 회전자 전극측 또는 그 반대측의 평탄성이나 스프링 작용부 35의 최상부의 평탄성이 불량한 경우에도, 돌출부 36은 안정적으로 고정된 위치에서 회전자 23을 압박한다. 즉, 기계적인 변형이 가변 커패시터의 성능에 영향을 미치지 않기 때문에 이러한 변형이 효과적으로 흡수되었다는 것을 알 수 있다.

따라서, 회전자 23은 고정자 22에 대하여 회전자 23의 전면에 걸쳐서 균일하게 압박된다. 더욱이, 가변 커패시터 21의 정전용량이 안정되고 회전자 23의 회전에 의한 정전용량의 변화가 원활하며, 설정 드리프트가 안정되고, 회전자 23을 회전시키기 위해 요구되는 토오크가 일정하게 된다.

또한, 돌출부 36은 회전자 23과 실질적으로 점접촉하기 때문에, 돌출부 36과 회전자 23과의 사이의 접촉 면적이 상대적으로 작아지며, 돌출부 36과 회전자 23과의 사이의 접촉에 대한 외형적인 하중이 증가한다. 이에 의해서, 상술한 접촉 부분에서의 접촉 마모가 발생하기 쉽고, 그 결과로 마찰 저항을 증대시킬 수 있다. 따라서, 회전자 23의 회전에 요구되는 토오크가 증가될 수 있고, 설정한 위치에서 드리프트를 안정시킬 수 있다.

도 2에는, 커버 24의 스프링 작용부 35가 회전자 23과 접촉하는 부분의 위치가 1점쇄선(1点鎖線)으로 나타내져 있다. 보다 구체적으로는, 접촉부 40이 회전자 23과 접촉하는 스프링 작용부 35에 형성된 돌출부 36의 접촉부 40의 위치가 1점쇄선으로 나타내져 있다. 도 3에 1점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 접촉부 40은 회전자 23의 회전에 따라서 회전자 23에 원궤도 41을 그린다. 또한, 앞서 설명한 도 8의 경우와 같이, 도 3은 도 1의 회전자 23의 저면 사시도이다. 여기에 도시된 원궤도 41은 돌출부 36이 회전자 23과 실제로 접촉하는 부분 40에 의해서 회전자 23의 상부면에 그린 원궤도(도 1 참조)를 회전자 23의 하부면측에 투영시킨 것이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 회전자 23의 하부면에 형성된 돌기 32의 위치는, 회전자 23에 접촉하는 부분 40이 회전자 23의 회전에 따라서 그린 원궤도 41과 돌출부 36이 실질적으로 일직선상에 놓이도록 선택된다. 따라서, 스프링 작용부 35의 돌출부 36에 의해 회전자 23에 부여되는 압박력은 돌기 32와 대응하는 위치에서 회전자 23에 작용한다. 즉, 스프링 작용부 35의 돌출부 36에 의해 작용되는 힘은 돌출부와 돌기가 정렬되어 있어서 돌기 32로 직접 전달된다. 이와 같이, 가해진 압박력은 도 7과 도 8을 참조하여 설명한 구현예와 달리 회전자 23의 구부려지는 변형을 유발하지 않는다.

이상에서 설명한 제1실시예에서는, 돌기 32가 회전자 전극 31로부터 일체로 연장되고 원궤도 41을 따라서 연속적인 원호 형상으로 형성된다. 돌기 32의 형상은 이것으로 제한되지 않고, 하기에 설명하는 몇가지 대표적인 형태와 같이 다양한 형태로 변형될 수 있다.

도 4 내지 도 6은 각각 본 발명의 제2 내지 제4의 구현예에 따른 가변 커패시터에 사용된 회전자를 나타내며, 도 3에 나타낸 가변 커패시터에 이용될 수 있다. 즉, 도 4 내지 도 6에 나타낸 회전자는, 도 1 및 도 2에 나타낸 가변 커패시터 21에 이용된 도 3의 회전자 23으로 대체하여 사용될 수 있다. 도 4 내지 도 6에 있어서, 도 3과 동일한 특징은 동일한 참조부호로 나타내고, 중복된 설명은 생략한다.

도 4에서 회전자 23a에 형성된 돌기 32a는, 원궤도 41을 따라서 원호 형상으로 연장되면서, 그의 길이 방향의 중간 위치에서 분할된다. 도 4의 구현예에서, 돌기 32a는 3개의 부분으로 분할되도록 2개소에서 분할된다.

돌기 32a의 분할 횟수는 임의로 정할 수 있다. 또한, 돌기 32a의 말단부는회전자 전극 31로부터 일체로 연장될 수도 있다.

도 5에서 회전자 23b에 설치된 돌기 32b는 원궤도 41을 따라서 연속적인 원호 형상으로 연장되면서도, 회전자 전극 31로부터 말단이 소정의 간격을 두고 분리되어 있다. 이런 경우에, 한쪽 말단 또는 양쪽 말단이 회전자 전극 31로부터 분리될 수 있다. 또한, 돌기 32b의 원호 길이 및 위치는 임의로 변경될 수 있다.

도 6에서 복수개의 돌기 32c는 원궤도 41을 따라서 회전자 23c에 형성된다. 복수개의 돌기 32c의 개수, 분포 및 형상은 임의로 변경될 수 있다.

또한, 도 4 내지 도 6의 2개 이상의 구현예는 도 4 내지 도 6에 도시된 구현예의 어떤 조합 형태가 얻어지도록 조합될 수도 있다.

이상으로, 돌기의 다양한 형태들을 예시하였지만, 돌기의 존재는 가변 커패시터 21의 최소 정전용량을 크게 하도록 작용한다. 따라서, 돌기 32, 32a, 32b 및 32c는 유전체층 29와 접촉하는 면적을 가능한 한 작게 갖는 것이 바람직하다. 또, 바람직한 구현예에 따르면, 돌기 32, 32a 및 32b의 폭은 가능한 한 좁게 형성하고, 또한 돌기 32c의 직경은 가능한 한 작게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 돌기 32a, 32b 및 32c의 경우에서와 같이, 회전자 전극 31이 형성된 영역 이외의 영역에서 원궤도 41을 따라서 단속적이고 연속하지 않게 연장되는 돌기를 이용하는 것도 최소 정전용량을 감소시키기에 효과적이다.

또한, 본 발명에 이용된 회전자 이외의 다른 소자들은 상술한 가변 커패시터의 특정 형태로 제한되지 않는다.

예를 들어, 돌출부 36의 개수에 대해서는 회전자 23의 회전 방향을 따라서 3개 이상을 배열하는 것이 회전자 23의 안정한 접촉을 위하여 바람직하지만, 돌출부 36은 1개, 2개 또는 3개 이상이 될 수도 있다.

또한, 돌출부가 형성되지 않은 스프링 작용부를 구비한 커버가 이용될 수도 있다.

상술한 구현예들에서 커버 24와 회전자 23은 커버 24와 일체로 형성된 회전자 단자 39를 통해서 외부 회로에 회전자 전극 31을 접속시키기 위한 도전 통로로서 작용한다. 그러나, 커버 24와 회전자 23은 본 구현예에 구조적으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 회전자 전체가 금속으로 형성될 필요가 없다. 회전자는 예를 들어 알루미나 등의 전기 절연체로 형성될 수 있고, 단지 회전자의 소정 부분만을(예를 들어, 필요한 전기적인 결합을 이루기 위해 요구되는 부분만을) 도체로 형성할 수 있다. 이런 경우에, 유전체층에 접하는 돌기의 적어도 한쪽 면이 전기 절연체로 남겨지면, 최소 정전용량이 효과적으로 감소된다. 게다가, 회전자를 금속으로 형성하면, 유전체층과 접하는 돌기의 적어도 한쪽 면이 절연체로 피복될 수도 있다.

또한, 커버 전체가 금속으로 형성될 필요가 없다. 커버는 수지 등의 전기 절연체로 형성될 수 있고, 커버의 소정 부분(예를 들어, 필요한 전기적인 접속에 요구되는 부분만)을 도체로 형성할 수도 있다. 또, 외부 회로에 회전자 전극을 접속시키기 위한 도전 통로가 회전자 또는 커버 이외의 부분에 형성될 수 있다. 이런 경우에, 회전자 또는 커버는 전체 또는 일부가 반드시 금속으로 형성될 필요가 없다.

또한, 스프링 작용부는 커버와는 다른 부재, 예를 들어 스프링 성질을 갖는 와셔 등의 부재로 제공될 수 있다. 이런 경우에, 본 발명은 회전자가 커버에 의하지 않고도 회전 가능하게 지지되는, 커버가 없는 가변 커패시터에도 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 돌기의 위치가 실질적으로 회전자가 회전할 때에 회전자와 접촉하는 스프링 작용부의 선택에 의해서 회전자 위에 그려지는 원궤도상에 배치되도록 선택되는 것을 특징으로 한다.

이러한 돌기의 위치가 실질적으로 원궤도상에서 형성되기 때문에, 스프링 작용부에 의해서 회전자에 부여되는 압착력은 회전자의 상부에서 상기 돌기에 대응하는 위치에 작용한다.

따라서, 박형화된 가변 커패시터를 얻기 위하여, 회전자를 더 얇게 제조하는 경우에도, 스프링 작용부에 의해 회전자에 부여되는 압착력의 결과로부터 발생할 수 있는 회전자의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 가변 커패시터의 정전용량은 회전자의 회전을 통해서 유연하게 변화될 수 있고, 정전용량의 변화의 선형성이 향상되며, 이에 의해서 설정한 위치에서의 드리프트를 안정시킬 수 있다.

이상에서, 본 발명을 특정 구현예들을 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 다양한 형태들이 첨부한 특허청구범위 내에서 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (16)

1. 고정자 전극과 이 고정자 전극을 덮는 유전체층을 구비하는 고정자와,

   상기 고정자의 상기 유전체층의 바깥쪽 표면에 배치되고, 회전자 전극과 제1 돌기를 구비하며, 상기 회전자 전극과 고정자 전극 사이의 유효 대향 면적을 변화시키기 위하여 상기 고정자에 대하여 회전가능하게 지지되는 회전자 및

   상기 회전자 전극과 상기 제1 돌기가 형성되어 있는 상기 회전자의 제1 표면과 대향하는 회전자의 제2 표면과 접촉하며, 상기 고정자에 대하여 상기 회전자를 압박하기 위한 탄성력을 제공하는 스프링 작용부를 포함하는 가변 커패시터로서,

   상기 회전자의 상기 회전자 전극은 상기 유전체층을 사이에 두고 상기 고정자 전극과 대향하도록 상기 유전체층의 바깥쪽 표면과 마주보는 회전자의 제1 표면으로부터 돌출하고, 상기 제1 돌기는 상기 회전자 전극이 형성되어 있지 않은 영역에서 상기 회전자 전극이 돌출된만큼 상기 회전자의 제1 표면으로부터 바깥쪽으로 튀어나와 있고,

   상기 스프링 작용부는 상기 회전자와 점접촉하고 있는 적어도 3개의 제2 돌기를 구비하며, 상기 적어도 3개의 제2 돌기는 상기 회전자의 회전방향을 따라서 등간격으로 배치되고,

   상기 제1 돌기의 위치는, 상기 회전자가 회전할 때에 상기 스프링 작용부의 제2 돌기에 의해서 그려지는 원궤도상에 형성되도록 선택되고,

   상기 제1 돌기는 상기 원궤도를 따라서 원호 형상으로 연장되는 것을 특징으로 하는 가변 커패시터.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 돌기는 상기 회전자 전극으로부터 일체로 연장되는 것을 특징으로 하는 가변 커패시터.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 돌기는 연속적인 원호 형상으로 연장되는 것을 특징으로 하는 가변 커패시터.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 돌기는 소정 부분들로 분할되고 상기 소정 부분들 사이에 공간이 형성되어, 상기 돌기가 단속적인 원호 형상으로 연장되는 것을 특징으로 하는 가변 커패시터.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 돌기는 원궤도를 따라서 배열된 복수개의 돌기들로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 커패시터.
6. 제1항에 있어서, 상기 고정자에 대하여 회전가능하도록 상기 회전자를 지지하고 수용하기에 적합한 형상의 커버를 더 포함하며, 상기 커버에는 상기 회전자를 회전시키는 공구를 수용하기 위한 조정용 홀이 형성되고, 상기 조정용 홀의 주위에는 상기 스프링 작용부가 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 커패시터.
7. 제1항에 있어서, 상기 회전자의 제1 및 제2 말단부에 배치된 제1 및 제2 고정자 단자들을 더 포함하며, 상기 고정자 전극은 상기 제1 고정자 단자에 전기적으로 접속되고, 상기 회전자는 상기 제2 고정자 단자에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 가변 커패시터.
8. 제7항에 있어서, 연장된 단자와 일체로 형성된 커버를 더 포함하며, 상기 커버는 상기 회전자에 전기적으로 접속되어 있고, 상기 연장된 단자는 상기 제2 고정자 단자에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 커패시터.
9. 고정자 전극 및 유전체층을 구비한 고정자와;

   상기 회전자의 표면의 제1부분으로부터 연장한 회전자 전극 및 상기 회전자의 상기 표면의 제2부분으로부터 연장한 제1 돌기를 구비하며, 상기 유전체층이 상기 회전자 전극으로부터 상기 고정자 전극을 분리하도록 상기 고정자 위에 배치되는 회전자; 및

   상기 고정자에 대하여 상기 회전자를 압박하도록 탄성력을 부여하는 스프링 작용부를 포함하는 가변 커패시터로서,

   상기 제1 돌기는, 상기 회전자가 회전할 때에, 상기 제1 돌기가 상기 탄성력에 직접 대향하는 위치에 배치되어, 상기 회전자의 변형을 감소시키도록 배치되고,

   상기 스프링 작용부는 상기 회전자 전극 및 상기 제1 돌기가 형성된 상기 회전자의 상기 표면에 대향하는 표면에서 상기 회전자와 점접촉하고 있는 적어도 3개의 제2 돌기를 구비하며,

   상기 적어도 3개의 제2 돌기는 상기 회전자의 회전방향을 따라서 등간격으로 배치되고,

   상기 제1 돌기는 상기 회전자가 회전할 때에 상기 스프링 작용부에 의해 형성된 원궤도를 따라서 원호 형상으로 연장되는 것을 특징으로 하는 가변 커패시터.
10. 제9항에 있어서, 상기 제1 돌기는 상기 회전자 전극으로부터 일체로 연장되는 것을 특징으로 하는 가변 커패시터.
11. 제9항에 있어서, 상기 제1 돌기는 연속적인 원호 형상으로 연장되는 것을 특징으로 하는 가변 커패시터.
12. 제9항에 있어서, 상기 제1 돌기는 소정의 부분들로 분할되고 상기 부분들의 사이에 공간이 형성되어, 상기 돌기가 단속적인 원호 형상으로 연장되는 것을 특징으로 하는 가변 커패시터.
13. 제9항에 있어서, 상기 제1 돌기는 상기 원궤도를 따라서 배열된 복수개의 돌기들로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 커패시터.
14. 제9항에 있어서, 상기 회전자가 상기 고정자에 대하여 회전가능하도록 상기회전자를 지지하고 수용하기에 적절한 형상의 커버를 더 포함하며, 상기 커버에는 상기 회전자를 회전시키기 공구를 수용하기 위한 조정용 홀이 형성되고, 상기 조정용 홀의 주위에는 상기 스프링 작용부가 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 커패시터.
15. 제9항에 있어서, 상기 회전자의 제1 및 제2 말단부에 배치된 제1 및 제2 고정자 단자들을 더 포함하며, 상기 고정자 전극은 상기 제1 고정자 단자에 전기적으로 접속되고, 상기 회전자는 상기 제2 고정자 단자에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 가변 커패시터.
16. 제15항에 있어서, 연장된 단자와 일체로 형성된 커버를 더 포함하며, 상기 커버는 상기 회전자에 전기적으로 접속되고, 상기 연장된 단자는 상기 제2 고정자 단자에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 가변 커패시터.