KR101281475B1 - 공기 가변 용량성 콘덴서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기 가변 콘덴서에 관한 것으로, 극판을 외부 절연된 박막타입으로 형성하여 여러 장의 극판을 좁은 공간에 배열할 수 있도록 한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 단일 유전층 또는 다수의 유전층 물질들로 내부 전극층을 절연체로 감싼 박막 형태의 유동극판과 고정극판을 여러 장 각각 병렬로 엇갈리게 배열하고, 유동극판의 움직임을 통해 고정극판의 각 극판 사이로 유동극판의 각 극판이 엇갈리게 출입할 수 있도록 구성되는 공기 가변 콘덴서를 제공하여, 고내압·고용량 및 소형화를 이룰 수 있게 하며, 저가의 공기 가변 콘데서의 제작을 가능하게 한다.

Description

공기 가변 용량성 콘덴서{Air variable condenser}
본 발명은 공기 가변(용량성) 콘덴서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절연성이 높고 유전율이 높은 단일 유전층 또는 다수의 유전층 물질들로 내부 전극층을 감싼 박막 형태의 유동극판과 고정극판을 구성하여, 진공 가변 용량성 콘덴서의 특성인 고내압·고용량 특성을 유지하면서도 저가이며 소형화가 가능한 공기 가변(용량성) 콘덴서에 관한 것이다.
가변 용량성 콘덴서는 일반적으로 고주파를 사용하는 고용량 발진회로 등에 사용되는데, 가변 축전기(variable condenser) 또는 바리콘(varicon)이라고도 하며, 일반적으로 몇 장의 고정극판(고정자) 사이에 유동극판(회전자)이 회전해 들어가, 상대 부분의 면적을 바꿈으로써 정전용량을 변화시키는 구조로 구성되어 있다. 이러한 가변 용량성 콘덴서는 고정자와 회전자 사이의 유전체(誘電體)로서 플라스틱 필름을 쓰는 것, 자기(磁器)를 쓰는 것, 공기를 쓰는 것 등이 있는데, 모두 텔레비전이나 라디오 송수신기의 동조용(同調用) 축전기로 쓰이며, 그 밖에 의료기기 및 측정기 등에도 널리 쓰인다.
플라스틱 필름 가변 콘덴서는 유전체로서 폴리에틸렌 또는 폴리스틸렌 필름을 고정극판에 코팅한 것으로, 보통은 폴리바리콘이라고 하는데, 소형화할 수 있는 것이 특징이며, 트랜지스터 라디오에 많이 쓰인다.
자기 가변 콘덴서는 유전체로서 산화티탄자기, 티탄산바륨자기, 스테아타이트질자기 등에 은(銀)을 달구어 입힌 것 2매를 고정자로 하고, 금속 원판으로 된 회전자 1매를 삽입하여 스프링으로 압착한 구조로 되어 있다. 보통은 세라믹 바리콘이라고도 하는데, 정전잡음(靜電雜音)이 없으며 고주파와 고전압 회로에 많이 사용된다.
반도체 가변 콘덴서는 다른 것들과는 원리가 전혀 다르며, 반도체 다이오드의 접합용량(接合容量)을 양단(兩端)에 가하는 직류전압으로 바꾸는 것으로, 보통 바리캡이라고 하는데, 전자동조장치(電子同調裝置)나 원격제어에 의한 동조장치에 사용된다.
공기 가변 콘덴서(air variable condenser)는 유전체로서 공기를 쓴 것이며, 회전자의 각도에 대하여 정전용량이 직선적으로 변하는 용량 직선형, 회전각과 파장(波長)의 관계가 직선적인 파장 직선형, 회전각에 주파수의 변화가 비례하는 주파수 직선형이 있다. 보통 에어바리콘(air varicon)이라 하는데, 정전용량의 경년변화나 온도에 의한 변화가 없고 주파수 특성도 좋지만, 형체가 큰 것이 결점이다. 이러한 공기 가변 콘덴서는 고정극판과 유동극판의 금속층이 공기 중에 마주 보고 있는 타입으로 내압이 높으며 송신기 등의 동조에 쓰여진다.
이러한 공기 가변 콘덴서는 제작이 용이하기는 하나 일반 금속판으로 대전판을 만드는 경우 절연율이 떨어지게 되므로 절연율을 높이기 위해서는 거리를 넓게 두어야 하며, 반면에 거리를 넓게 두면 용량이 떨어진다. 따라서 떨어진 용량을 채우기 위해서 면적을 넓게 만들어야 하는 단점, 즉 바리콘의 부피가 커지는 단점을 지닌다. 또한 대극판이 노출되어 고압에 사용하기가 매우 어려운 단점이 있으며, 대전판(극판)이 회전시 겹치면 쇼트가 일어나 매우 위험한 상황에 처하게 된다. 아울러 공기 중의 습도 상태에 따라 내전율(절연율)이 오락가락하는 상태가 되기도 한다.
한편, 기존에는 공기 대신 절연성이 좋은 진공상태의 가변 용량성 콘덴서(vacuum variable condenser)를 사용하였으나 이 방식은 동일 용량일 경우 에어 바리콘에 비하여 가격이 수십에서 수백만원대의 고가에 거래되며 부피 또한 에어 바리콘에 비하여 매우 크다. 즉, 진공 가변 용량성 콘덴서는 내압이 아주 높아서 좋을 뿐만 아니라 고용량에도 좋은 장점이 있지만 고가의 가격과 크기가 매우 큰 단점을 지닌다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 박막타입으로 형성하여 여러 장의 극판을 좁은 공간에 배열할 수 있도록 함으로써 고내압·고용량으로 소형화가 가능한 저가의 공기 가변 콘덴서를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 박막 형태의 극판을 유동시켜 대향하는 극판 간의 면적을 가변시킬 수 있도록 함으로써, 진공 상태의 가변 콘덴서의 특성을 그대로 유지하면서 고내압·고용량으로 소형화가 가능한 저가의 에어 바리콘을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 단일 유전층 또는 다수의 유전층 물질들로 내부 전극층을 감싸 형성한 박막 형태의 유동극판과 고정극판을 여러 장 각각 병렬로 엇갈리게 배열하고, 유동극판의 움직임을 통해 고정극판의 각 극판 사이로 유동극판의 각 극판이 엇갈리게 출입할 수 있도록 구성되는 공기 가변 콘덴서를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 형태는, 판의 하부 양측 및 중앙부에 각각 지지봉 조립공 및 회전봉 조립공을 각각 형성하고 다수의 극판이 삽입될 수 있는 공간만큼 일정 간격 이격되어 나란히 배치되는 두 개의 축 고정판, 지지봉 조립공에 끼워져 조립될 수 있는 두께와 다수의 극판이 배열될 수 있는 길이의 원통 몸체로 각각 구성되며 각각의 축 고정판의 지지봉 조립공에 양단부가 각각 삽입되어 고정되는 두 개의 지지봉, 회전봉 조립공에 끼워져 조립될 수 있는 두께와 다수의 극판이 배열될 수 있는 길이의 원통 몸체로 구성되며 각각의 축 고정판의 회전봉 조립공에 양단부가 각각 삽입되어 회전 가능하게 고정되는 회전봉, 두 개의 지지봉에 각각 조립되기 위한 지지봉 조립홈이 형성되는 다수 개의 박막형 극판으로 이루어지며 각각의 극판이 지지봉 조립홈에 의해 상기 두 개의 지지봉에 조립되는 박막형 고정극판, 및 회전봉에 조립되기 위한 회전봉 조립홈이 회전 중심부에 형성되는 다수 개의 박막형 극판으로 이루어지며 각각의 극판이 회전봉 조립홈에 의해 상기 회전봉에 조립되는 박막형 유동극판을 포함하여, 회전봉의 회전에 의해 유동극판과 고정극판 간의 대향면적을 가변시키도록 구성된 공기 가변 콘덴서이다.
본 발명에 의한 공기 가변 콘덴서에 의하면, 단일 유전층 또는 다수의 유전층 물질들로 내부 전극층을 감싸 절연률을 상승시켜 내압이 높고 용량을 높게 구현할 수 있으며, 또한 누설률이 기존의 공기 가변 콘덴서보다 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 박막타입으로 제작되므로 스텐 재질로 구성되어 있는 기존의 공기 가변 콘덴서보다 숏트 현상 시 위험성을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 공기 가변 콘덴서의 전체적인 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 유동극판과 고정극판이 엇갈려 삽입되어 있는 상태를 발췌하여 예시한 상세도이다.
도 3a와 도 3b는 도 1의 유동극판과 고정극판을 각각 발췌하여 예시한 상세도이다.
도 4의 (a)와 (b)는 도 1의 유동극판과 고정극판이 조립된 상태와 분해된 상태를 각각 예시한 측면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 공기 가변 콘덴서의 유동극판 및 고정극판의 층구조를 예시한 극판 확대 단면도의 한 가지 예이다.
도 6의 (a)와 (b)는 유동극판 및 고정극판의 제작에 사용되는 각 제작틀을 예시한 사시도이다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 의한 에어 바리콘의 구조 및 그에 의한 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 공기 가변 콘덴서의 전체적인 구조를 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 유동극판과 고정극판이 엇갈려 삽입되어 있는 상태를 발췌하여 예시한 상세도이며, 도 3a와 도 3b는 도 1의 유동극판과 고정극판을 각각 발췌하여 예시한 상세도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 공기 가변 콘덴서는, 도체로 구성되는 내부 전극층을 부도체로 구성되는 단일 유전층 또는 다수의 유전층으로 감싸 압착 및 접착하여 유동극판(20a)과 고정극판(20b)을 형성하고 이러한 유동극판(20a)과 고정극판(20b)은 여러 장의 박막형 극판을 각각 병렬로 배열하여, 유동극판(20a)의 움직임을 통해 고정극판(20b)의 각 극판 사이로 유동극판(20a)이 출입할 수 있도록 구성하는 것이다. 이를 위해서 유동극판(20a)과 고정극판(20b)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 각각의 박막형 극판이 서로 엇갈리게 병렬로 배열되며, 유동극판(20a)의 회전동작에 의해 고정극판(20b)의 각 극판 사이로 유동극판(20a)의 각 극판이 서로 엇갈려 출입할 수 있도록 일정 간격 이격되어 조립된다.
본 발명에서 유동극판 및 고정극판의 유전층에 사용되는 유전물질로는 절연성이 좋고 유전율이 높은 글라스화이버(유리섬유), 에폭시, 세라믹이 겹쳐서 사용되거나 한가지만 사용될 수 있고, 전극층에 사용되는 극판물질로는 구리, 스텐레스가 사용될 수 있다.
본 발명에 의한 공기 가변 콘덴서는, 도 1에 도시된 바와 같이 일정 간격 이격 배치되는 두 개의 축 고정판(6)(7), 축 고정판에 고정되는 지지봉(30b)과 회전봉(30a), 지지봉에 의해 고정되는 고정극판(20b), 및 회전봉에 의해 유동 가능하게 고정되는 유동극판(20a)을 포함하여 실시 예를 구성하는 것이다. 이 외에도 모터(1)와 커플링(3), 및 이들을 결합하는 커플링/모터 결합판(2), 인쇄회로기판(4), 커플링(3)과 인쇄회로기판(4)을 고정시키는 피시비 고정판(5), 다수의 출력핀(9a)(9b), 출력핀을 고정하는 출력핀 고정판(8), 전원연결핀(10), 상,하,좌,우 및 후면을 각각 커버링하는 다수의 커버(11-15)들을 더 포함하여 구성할 수 있으나, 이들에 대한 상세한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
축 고정판(6)(7)은 여러 장의 유동극판(20a)과 고정극판(20b)이 삽입될 수 있는 공간만큼 일정 간격 이격되어 나란히 배치되며, 구리로 구성되고, 각 판의 하부 양측부에는 일정 폭만큼 이격되는 위치에 지지봉 조립공(6a)(7a)을 각각 형성하여 고정극판(20b)을 고정하기 위해 사용되는 두 지지봉(30b)의 양단부가 각각 조립될 수 있도록 구성된다. 또한 두 개의 축 고정판(6)(7) 중앙부에는 회전봉 조립공(6b)(7b)을 각각 형성하여 유동극판(20a)을 고정 및 회전시키기 위해 사용되는 회전봉(30a)의 양단부가 각각 조립될 수 있도록 구성된다.
유동극판(20a)과 고정극판(20b)은 일정 간격 이격 배치된 두 개의 축 고정판(6)(7) 사이에 고정되되 각 극판이 엇갈리게 삽입될 수 있도록 배열되며, 유동극판(20a)은 한 개의 회전봉(30a)에 의해 일정 간격 이격되는 상태로 배열되어 고정극판(20b)과 서로 엇갈려 삽입될 수 있도록 배열되는 상태에서 회전 가능하게 고정되고, 고정극판(20b)은 두 개의 지지봉(30b)에 의해 일정 간격 이격되는 상태로 배열되어 고정된다.
회전봉(30a)은 축 고정판(6)(7)의 회전봉 조립공(6b)(7b)에 끼워져 조립될 수 있는 두께와 유동극판(20a) 여러 장이 병렬로 배열될 수 있는 길이의 원통 몸체로 구성되어 각각의 축 고정판(6)(7)의 회전봉 조립공(6b)(7b)에 양단부가 각각 삽입되어 회전 가능하게 고정된다.
지지봉(30b)은 축 고정판(6)(7)의 지지봉 조립공(6a)(7a)에 각각 끼워져 조립될 수 있는 두께와 고정극판(20b) 여러 장이 병렬로 배열될 수 있는 길이의 원통 몸체로 각각 구성되어 각각의 축 고정판(6)(7)의 지지봉 조립공(6a)(7a)에 양단부가 각각 삽입되어 고정된다.
도 4의 (a)와 (b)는 도 1의 유동극판과 고정극판이 조립된 상태와 분해된 상태를 각각 예시한 측면도이다.
고정극판(20b)은 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 두 개의 지지봉(30b)에 각각 조립되기 위한 지지봉 조립홈(20d)이 형성되는 다수 개의 극판으로 이루어지며, 각각의 극판이 지지봉 조립홈(20d)에 의해 두 개의 지지봉(30b)에 조립된다.
유동극판(20a)은 회전봉(30a)에 조립되기 위한 회전봉 조립홈(20c)이 회전 중심부에 형성되는 다수 개의 극판으로 이루어지며, 각각의 극판이 회전봉 조립홈(20c)에 의해 회전봉(30a)에 조립된다.
도 5는 본 발명에 의한 공기 가변 콘덴서의 유동극판 및 고정극판의 층구조를 예시한 극판 확대 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 유동극판(20a) 및 고정극판(20b)은 각각의 전극층이 구리 등과 같이 전도성이 높은 물질로 이루어지는 상부 극판층(21)과 하부 극판층(22)을 내부에 구비하고, 상부 극판층(21)과 하부 극판층(22)의 표면을 유리섬유 등과 같이 절연성이 좋고 유전율이 높은 유전층(23-26)으로 각각 감싸 구성되며, 유전층(23-26)으로 감싼 상부 극판층(21)과 하부 극판층(22) 사이에 중간 수지층(27)이 적층되어 형성되고, 그 상,하부에 상부 수지층(28)과 하부 수지층(29)이 각각 적층되어 박막 형태로 구성된다. 여기서 상기 유전층(23-26)은 단일 유전층 또는 다수의 유전층 물질들로 이루어지며, 이렇게 형성되는 유동극판(20a)과 고정극판(20b)은 총 두께가 얇은 박막 형태로 제작된다. 즉 예를 들어 총 두께가 0.6m 미만인 박막 형태로 형성될 수 있다.
도 6의 (a)와 (b)는 유동극판 및 고정극판의 제작에 사용되는 각 제작틀을 예시한 사시도로서, 도면에 도시된 바와 같이 유동극판(20a)과 고정극판(20b)은 각각의 전극판 성형용 슬롯이 형성된 전극판 성형틀(40a)(40b)을 사용하여 여러 장의 극판을 동시에 제작할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 공기 가변 콘덴서는, 유리섬유 등과 같이 절연성이 좋고 유전율이 높은 단일 유전층 또는 다수의 유전층 물질들로 내부 전극층을 감싸서 박막형 유동극판(20a)과 고정극판(20b)의 내부 극판을 각각 형성하게 되므로 고내압·고용량 및 소형화를 실현할 수 있게 되며, 또한 이러한 박막형 유동극판(20a)과 고정극판(20b)을 동일 공간에 여러 장 각각 병렬로 배열하여, 유동극판(20a)의 움직임을 통해 고정극판(20b)의 각 극판 사이로 유동극판(20a)이 출입할 수 있도록 엇갈려서 조립하게 되므로, 용량을 가변시키고자 하는 경우 회전봉(30a)을 회전시켜 고정극판(20b)의 각 극판 사이로 유동극판(20a)의 각 극판이 서로 엇갈려 출입시키게 되면, 유동극판(20a)과 고정극판(20b)의 대향 면적이 달라지게 되어 용량 가변이 가능하게 된다.
이로써 본 발명에 의한 공기 가변 콘덴서는 기존의 공기 가변 콘덴서보다 소형화, 저가화, 고내압·고용량화를 가능케 한다.
본 발명에 의한 공기 가변 콘덴서는 유리섬유 등과 같이 절연성이 좋고 유전율이 높은 단일 유전층 또는 다수의 유전층 물질들을 사용하여 내부 전극층을 감싸게 되는데, 이러한 극판을 고정극판과 유동극판으로 병렬로 나열하여 고정극판과 유동극판 사이에 엇갈려 삽입한 다음 유동극판을 고정극판 사이로 출입하게 하여 가변 용량성 콘덴서의 제작이 가능하게 되며, 이렇게 제작된 공기 가변 콘덴서의 내압은 수만 볼트에 해당하는 것으로, 유전율이 커지고, 크기가 작아지며 극판이 겹쳐도 안전성을 보장할 수 있게 된다.
1 : 모터 2 : 커플링/모터 결합판
3 : 커플링 4 : 인쇄회로기판
5 : 피시비 고정판 6,7 : 축 고정판
8 : 출력핀 고정판 9a,9b : 출력핀
10 : 전원연결핀 11-15 : 커버
20a : 유동극판 20b : 고정극판
21 : 상부 전극층 22 : 하부 전극층
23-26 : 유전층 27 : 중간 수지층
28 : 상부 수지층 29 : 하부 수지층
30a : 회전봉 30b : 지지봉
40a,40b : 성형틀

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 판의 하부 양측 및 중앙부에 각각 지지봉 조립공 및 회전봉 조립공을 각각 형성하고, 다수의 극판이 삽입될 수 있는 공간만큼 일정 간격 이격되어 나란히 배치되는 두 개의 축 고정판;
    상기 지지봉 조립공에 끼워져 조립될 수 있는 두께와 다수의 극판이 배열될 수 있는 길이의 원통 몸체로 각각 구성되며, 상기 각각의 축 고정판의 지지봉 조립공에 양단부가 각각 삽입되어 고정되는 두 개의 지지봉;
    상기 회전봉 조립공에 끼워져 조립될 수 있는 두께와 다수의 극판이 배열될 수 있는 길이의 원통 몸체로 구성되며, 상기 각각의 축 고정판의 회전봉 조립공에 양단부가 각각 삽입되어 회전 가능하게 고정되는 회전봉;
    상기 두 개의 지지봉에 각각 조립되기 위한 지지봉 조립홈이 형성되는 다수 개의 극판으로 이루어지며, 각각의 극판이 상기 지지봉 조립홈에 의해 상기 두 개의 지지봉에 조립되는 박막형 고정극판;
    상기 회전봉에 조립되기 위한 회전봉 조립홈이 회전 중심부에 형성되는 다수 개의 극판으로 이루어지며, 각각의 극판이 상기 회전봉 조립홈에 의해 상기 회전봉에 조립되는 박막형 유동극판;을 포함하여,
    상기 회전봉의 회전에 의해 상기 박막형 유동극판과 박막형 고정극판 간의 대향면적을 가변시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 공기 가변 콘덴서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 박막형 유동극판과 박막형 고정극판은,
    각각의 극판 내부에 상부 극판층과 하부 극판층을 구비하고, 상기 상부 극판층과 하부 극판층의 표면을 절연성을 가진 단일 유전층 또는 다수의 유전층 물질들로 각각 감싸 박막형으로 구성된 것을 특징으로 하는 공기 가변 콘덴서.
  5. 제3항에 있어서, 상기 박막형 유동극판과 박막형 고정극판은,
    글라스화이버, 에폭시, 세라믹 중에서 선택되는 어느 하나의 부도체, 또는 이들이 겹쳐서 형성되는 부도체로 유전층이 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 가변 콘덴서.
  6. 제3항에 있어서, 상기 박막형 유동극판과 박막형 고정극판은,
    구리, 스텐레스 중에서 선택되는 어느 하나의 도체로 전극층이 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 가변 콘덴서.
  7. 제4항에 있어서, 상기 박막형 유동극판과 박막형 고정극판은,
    각각의 극판이 상기 단일 유전층 또는 다수의 유전층으로 감싼 상부극판층과 하부극판층 사이에 중간수지층이 적층되어 형성되고, 그 상,하부에 상부수지층과 하부수지층이 각각 적층된 박막형으로 구성된 것을 특징으로 하는 공기 가변 콘덴서.
  8. 제3항에 있어서, 상기 박막형 유동극판과 박막형 고정극판은,
    각각 박막형으로 이루어진 극판이 병렬로 나열되며, 상기 박막형 유동극판의 회전동작에 의해 상기 박막형 고정극판의 각 극판 사이로 상기 박막형 유동극판의 각 극판이 서로 엇갈려 출입할 수 있도록 일정 간격 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 공기 가변 콘덴서.
KR1020100118003A 2010-11-25 2010-11-25 공기 가변 용량성 콘덴서 KR101281475B1 (ko)

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