KR101309627B1 - 로터리 조인트 - Google Patents

로터리 조인트 Download PDF

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KR101309627B1
KR101309627B1 KR1020120128208A KR20120128208A KR101309627B1 KR 101309627 B1 KR101309627 B1 KR 101309627B1 KR 1020120128208 A KR1020120128208 A KR 1020120128208A KR 20120128208 A KR20120128208 A KR 20120128208A KR 101309627 B1 KR101309627 B1 KR 101309627B1
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rotating shaft
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rotating
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fixing part
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KR1020120128208A
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노돈석
여선구
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주식회사 엘트로닉스
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means

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Abstract

로터리 조인트가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 조인트는, 고정체에 장착되는 고정부, 고정부와 이격되어 형성되고, 회전체에 장착되는 회전부, 고정부 및 회전부의 내부에 형성되고, 일측이 고정부에서 결합되고, 타측이 회전부와 결합되는 회전축, 고정부 내에서 회전축의 일측에 결합되는 베어링부, 고정부에 형성되는 제1 입출력부, 회전부에 형성되는 제2 입출력부, 회전축과 이격되어 회전축 간에 커플링을 발생시키고, 제1 입출력부와 회전축을 전기적으로 연결하는 제1 임피던스 매칭부, 및 회전축에 형성되고 제2 입출력부와 회전축을 전기적으로 연결하는 제2 임피던스 매칭부를 포함한다.

Description

로터리 조인트{ROTARY JOINT}
본 발명의 실시예는 로터리 조인트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물리적 접촉 없이 신호를 전달하는 로터리 조인트에 관한 것이다.
일반적으로, 로터리 조인트(Rotary Joint)는 고정체와 회전체 간의 신호선을 연결하기 위한 일종의 회전 결합기를 말한다. 예를 들어, 로터리 조인트는 레이더 또는 위성 안테나와 같이 안테나가 회전하는 시스템에서 회전체와 고정체 사이에 장착되어, 회전체와 고정체 간의 신호선을 연결하는 역할을 한다.
도 1은 종래의 로터리 조인트를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 로터리 조인트(10)는 회전부(11)에 형성된 제1 동축 커넥터(13)와 고정부(15)에 형성된 제2 동축 커넥터(17)가 급전핀(19)에 의해 전기적으로 접속된다. 구체적으로, 제1 동축 커넥터(13)의 일단에 움푹 들어간 형상의 홈(21)이 형성되고, 제2 동축 커넥터(17)의 일단에 급전핀(19)이 수납되게 된다. 이때, 급전핀(19)의 말단이 제1 동축 커넥터(13)의 일단에 형성된 홈(21)에 삽입되어 제1 동축 커넥터(13)와 접촉하게 된다. 그리고, 급전핀(19)의 하부에는 스프링(23)이 형성되어 급전핀(19)에 탄성력을 제공한다.
종래의 로터리 조인트(10)에 의하면, 급전핀(19)이 제1 동축 커넥터(13)의 일단에 형성된 홈(21)에서 제1 동축 커넥터(13)와 물리적으로 접촉하기 때문에, 상호 접촉하는 부분에 금속 간의 마찰이 일어나 마모가 발생하게 되며, 그로 인해 수명이 단축되고 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 상호 접촉하는 부분에서 스파크가 발생할 우려가 있으므로 고출력의 신호는 사용할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 제1 입출력부와 제2 입출력부를 물리적 접촉 없이 전기적으로 연결하여 로터리 조인트의 수명을 연장하고 고출력의 신호를 사용할 수 있는 로터리 조인트를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 조인트는, 고정체에 장착되는 고정부; 상기 고정부와 이격되어 형성되고, 회전체에 장착되는 회전부; 상기 고정부 및 상기 회전부의 내부에 형성되고, 일측이 상기 고정부에서 결합되고, 타측이 상기 회전부와 결합되는 회전축; 상기 고정부 내에서 상기 회전축의 일측에 결합되는 베어링부; 상기 고정부에 형성되는 제1 입출력부; 상기 회전부에 형성되는 제2 입출력부; 상기 회전축과 이격되어 상기 회전축 간에 커플링을 발생시키고, 상기 제1 입출력부와 상기 회전축을 전기적으로 연결하는 제1 임피던스 매칭부; 및 상기 회전축에 형성되고 상기 제2 입출력부와 상기 회전축을 전기적으로 연결하는 제2 임피던스 매칭부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 제1 임피던스 매칭부와 회전축을 일정 간격 이격시키고 커플링에 의해 전기적으로 연결함으로써, 물리적 접촉에 따른 마모가 발생하지 않도록 하여 로터리 조인트의 수명을 연장할 수 있고, 로터리 조인트의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 물리적 마찰에 따른 스파크가 발생할 염려가 없으므로 고출력의 신호에도 사용할 수 있게 된다.
그리고, 회전축에서 제1 회전축 몸통 내지 제3 회전축 몸통을 (2n-1)λ/4의 전기적 길이를 갖도록 형성하고, 제1 회전축 몸통 및 제3 회전축 몸통을 쇼트 스터브 형태로 형성함으로써, 제1 입출력부와 제2 입출력부 간에 신호 전달 시 신호의 손실을 줄일 수 있게 된다.
또한, 베어링부 내의 제1 외륜과 제2 외륜 사이에 흔들림 방지링을 형성함으로써, 회전축의 회전 시 회전축이 흔들리는 것을 방지할 수 있으며, 그로 인해 회전축의 흔들림에 따른 로터리 조인트의 신뢰성 저하를 방지할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 로터리 조인트를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 조인트를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 조인트에서 제1 입출력부로부터 제2 입출력부로 신호가 전달되는 상태를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 조인트에서 제2 입출력부로부터 제1 입출력부로 신호가 전달되는 상태를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 조인트의 삽입 손실(Insertion Loss) 및 반사 손실(Return Loss)을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 조인트에서 신호가 외부로 누설되는 것을 차단하는 상태를 나타낸 도면.
도 7은 회전축의 회전시 베어링부의 공차로 회전축이 흔들리는 상태를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링부를 나타낸 도면.
이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 로터리 조인트에 대해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 조인트를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 로터리 조인트(100)는 고정부(102), 회전부(104), 회전축(106), 제1 입출력부(108), 제2 입출력부(110), 제1 임피던스 매칭부(112), 제2 임피던스 매칭부(114), 제1 신호 누설 차단부(116), 제2 신호 누설 차단부(118), 및 베어링부(120)를 포함한다.
고정부(102)는 고정체(미도시)에 고정 장착된다. 고정부(102)의 내부는 중공(中空) 형태로 형성될 수 있다. 고정부(102)의 일측은 회전부(104) 내에 삽입될 수 있다. 이때, 고정부(102)의 일측은 회전부(104)와 상호 이격되어 형성된다. 고정부(102)는 회전축(106)을 통해 회전부(104)와 연결된다.
회전부(104)는 회전체(미도시)에 장착되며, 회전체(미도시)와 함께 회전하게 된다. 이때, 회전부(104)는 고정부(102)와 마주 대하여 형성된다. 회전부(102)의 내부는 중공(中空) 형태로 형성될 수 있다.
회전축(106)은 고정부(102) 및 회전부(104)의 내부에서 고정부(102) 및 회전부(104)를 연결하며 형성된다. 회전축(106)은 회전부(104)가 회전할 때, 회전부(104)와 함께 회전하게 된다. 회전축(106)은 회전부(104)와 함께 회전하므로 고정부(102)와는 일정 간격 이격되어 형성된다. 이때, 회전축(106)의 일단은 베어링부(120)를 통해 고정부(102)와 결합되고, 회전축(106)의 타단은 회전부(104)와 결합된다. 회전축(106)은 제1 입출력부(108)와 제2 입출력부(110)를 전기적으로 연결하는 역할을 한다.
여기서, 회전축(106)의 몸통은 세 부분(106-1, 106-2, 106-3)으로 나눌 수 있다. 이때, 회전축(106)의 몸통은 회전축(106)의 양단(즉, 고정부(102) 및 회전부(104)와 결합되는 부분)을 제외한 나머지 부분으로, 신호의 실제 이동 경로가 되는 부분을 말한다. 제1 회전축 몸통(106-1)은 회전축(106)의 일단에서 제1 임피던스 매칭부(112)와 연결되는 부분까지이고, 제2 회전축 몸통(106-2)는 제1 임피던스 매칭부(112)와 연결되는 부분에서 제2 임피던스 매칭부(114)와 연결되는 부분까지이며, 제3 회전축 몸통(106-3)은 제2 임피던스 매칭부(114)와 연결되는 부분에서 회전축(106)의 타단까지이다.
제1 회전축 몸통(106-1) 내지 제3 회전축 몸통(106-3)은 각각 (2n-1)λ/4(λ는 해당 신호의 파장, n은 정수)의 전기적 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 여기서는 설명의 편의상, 제1 회전축 몸통(106-1) 내지 제3 회전축 몸통(106-3)이 λ/4의 전기적 길이를 갖는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 3λ/4, 5λ/4 등과 같이 (2n-1)λ/4를 만족하는 다양한 전기적 길이로 형성될 수 있다.
이때, 제1 회전축 몸통(106-1) 내지 제3 회전축 몸통(106-3)은 회전축(106)을 (2n-1)λ/4의 전기적 길이로 세 등분하여 구분할 수 있다. (2n-1)λ/4는 전기적 길이이기 때문에 제1 회전축 몸통(106-1) 내지 제3 회전축 몸통(106-3)의 물리적 길이는 서로 다를 수 있다.
그리고, 제1 회전축 몸통(106-1) 및 제3 회전축 몸통(106-3)은 쇼트 스터브(Short Stub) 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제1 회전축 몸통(106-1)의 끝부분과 고정부(102) 사이는 좁은 틈을 가지고 형성된다. 여기서, 제1 회전축 몸통(106-1)의 끝부분과 고정부(102)가 실제 접촉하여 쇼트되도록 형성하지 않고 좁은 틈을 가지고 형성되더라도, 고주파수의 신호의 입장에서 보면 제1 회전축 몸통(106-1)의 끝부분과 고정부(102)가 쇼트된 것처럼 동작하게 된다. 그리고, 제3 회전축 몸통(106-3)의 끝부분은 회전부(104)와 실제 접촉하여 쇼트되도록 형성된다. 이 경우, 제1 입출력부(108)와 제2 입출력부(110) 간의 신호 전달 시 전달 손실을 최소화 할 수 있게 된다. 이에 대한 자세한 설명은 도 3 및 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
제1 입출력부(108)는 고정부(102)에 형성된다. 제1 입출력부(108)는 신호가 입력 또는 출력되는 부분이다. 제1 입출력부(108)는 예를 들어, 고정체(미도시)에서 발생된 신호를 입력받아 제2 입출력부(110)로 전달하거나 외부의 신호를 제2 입출력부(110)로부터 전달받아 고정체(미도시) 내부로 출력하는 역할을 한다. 제1 입출력부(108)는 예를 들어, 동축 커넥터로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 그 이외의 다양한 신호 입출력 수단이 사용될 수 있다.
제2 입출력부(110)는 회전부(104)에 형성된다. 제2 입출력부(110)는 신호가 입력 또는 출력되는 부분이다. 제2 입출력부(110)는 예를 들어, 외부의 신호를 입력받아 제1 입출력부(108)로 전달하거나 고정체(미도시)에서 발생된 신호를 제1 입출력부(108)로부터 전달받아 외부로 출력하는 역할을 한다. 제2 입출력부(110)는 예를 들어, 동축 커넥터로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 그 이외의 다양한 신호 입출력 수단이 사용될 수 있다.
제1 임피던스 매칭부(112)는 고정부(102) 내에서 제1 입출력부(108)와 연결된다. 이때, 제1 임피던스 매칭부(112)는 제1 입출력부(108)의 신호선(131)과 연결될 수 있다. 제1 임피던스 매칭부(112)는 고정부(102) 내에서 회전축(106)과 일정 간격 이격되어 형성된다. 이때, 제1 임피던스 매칭부(112)는 회전축(106)을 둘러싸며 형성될 수 있다.
여기서, 제1 임피던스 매칭부(112)와 회전축(106)은 커플링(Coupling)에 의해 전기적으로 연결된다. 이때, 제1 입출력부(108)와 회전축(106)은 물리적으로 접촉하지 않은 상태에서도 전기적으로 연결되게 된다. 이 경우, 물리적 접촉에 따른 마모가 발생하지 않아 로터리 조인트(100)의 수명이 오래 가고 로터리 조인트(100)의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 물리적 마찰에 따른 스파크가 발생할 염려가 없으므로 고출력의 신호에도 사용할 수 있게 된다.
또한, 제1 임피던스 매칭부(112)는 제1 입출력부(108)와 회전축(106) 간의 임피던스를 매칭하는 역할을 수행한다. 이 경우, 제1 입출력부(108)와 회전축(106) 간에 신호가 전달될 때, 전달 손실을 줄일 수 있게 된다.
여기서는, 제1 임피던스 매칭부(112)와 회전축(106) 사이의 공간이 비어있는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제1 임피던스 매칭부(112)와 회전축(106) 사이의 공간에는 유전체(미도시)가 형성될 수도 있다. 이 경우, 유전체(미도시)는 제1 임피던스 매칭부(112)와 회전축(106) 간에 일정 간격을 유지하는 역할을 한다. 이때, 유전체(미도시)의 표면은 매끄러운 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 임피던스 매칭부(112)와 회전축(106) 간의 마찰을 최소화 할 수 있게 된다.
제2 임피던스 매칭부(114)는 회전부(104) 내에서 제2 입출력부(110)와 연결된다. 이때, 제2 임피던스 매칭부(114)는 제2 입출력부(110)의 신호선(134)과 연결될 수 있다. 제2 임피던스 매칭부(114)는 회전부(104) 내에서 회전축(106)에 형성될 수 있다. 제2 임피던스 매칭부(114)는 회전부(104)가 회전하는 경우, 회전축(106)과 함께 회전하게 된다. 이때, 제2 임피던스 매칭부(114)는 회전축(106)과 일체로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 회전축(106)과 별개로 형성된 후, 회전축(106)에 결합될 수도 있다.
또한, 제2 임피던스 매칭부(114)는 회전축(106)과 제2 입출력부(110) 간의 임피던스를 매칭하는 역할을 수행한다. 이 경우, 회전축(106)과 제2 입출력부(110) 간에 신호가 전달될 때, 전달 손실을 줄일 수 있게 된다.
제1 신호 누설 차단부(116)는 고정부(102)와 회전부(104) 사이에서 신호가 외부로 누설되는 것을 차단하는 역할을 한다. 제1 신호 누설 차단부(116)는 회전부(104) 내에 삽입되는 고정부(102)의 일측에 형성된다. 제1 신호 누설 차단부(116)는 고정부(102)의 일측에서 고정부(102)의 외측 일부를 제거한 일종의 홈 형태로 형성될 수 있다. 그러면, 고정부(102)의 일측에서 고정부(102)와 회전부(104) 사이에 일정 공간이 확보된다. 이 경우, 고정부(102)와 회전부(104) 사이의 이격된 틈을 통해 외부로 빠져나가려는 신호가 임피던스 변화로 반사되어 로터리 조인트(100) 내부로 다시 돌아오게 된다.
제2 신호 누설 차단부(118)는 회전축(106)을 통해 흐르는 신호가 고정부(102) 내부를 통해 외부로 누설되는 것을 차단하는 역할을 한다. 제2 신호 누설 차단부(118)는 회전축(106)의 타단 부분에서 고정부(102)의 타측 내부에 형성될 수 있다. 제2 신호 누설 차단부(118)는 고정부(102)의 타측 내부에서 고정부(102)의 내측 일부를 제거한 일종의 홈 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제2 신호 누설 차단부(118)는 입구가 좁은 틈의 공간을 갖도록 형성되고, 내부가 입구보다 넓은 공간을 갖도록 형성될 수 있다. 이 경우, 회전축(106)의 타단에서 고정부(102) 내부를 통해 외부로 빠져나가려는 신호가 임피던스 변화로 반사되어 로터리 조인트(100) 내부로 다시 돌아오게 된다. 제1 신호 누설 차단부(116) 및 제2 신호 누설 차단부(118)에 대한 보다 자세한 설명은 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.
베어링부(120)는 고정부(102) 내에서 회전축(106)의 일단에 결합된다. 베어링부(120)는 회전축(106)이 회전부(104)와 함께 원활하게 회전하도록 하는 역할을 한다. 여기서, 베어링의 공차(公差:Tolerance)로 인한 흔들림을 방지하기 위해, 베어링부(120)의 외륜들 사이에 흔들림 방지링(미도시)을 형성한다. 이에 대한 자세한 설명은 도 7 및 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 제1 임피던스 매칭부(112)와 회전축(106)을 일정 간격 이격시키고 커플링에 의해 전기적으로 연결함으로써, 물리적 접촉에 따른 마모가 발생하지 않도록 하여 로터리 조인트(100)의 수명을 연장할 수 있고, 로터리 조인트(100)의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 물리적 마찰에 따른 스파크가 발생할 염려가 없으므로 고출력의 신호에도 사용할 수 있게 된다.
그리고, 회전축(106)에서 제1 회전축 몸통(106-1) 내지 제3 회전축 몸통(106-3)을 (2n-1)λ/4의 전기적 길이를 갖도록 형성하고, 제1 회전축 몸통(106-1) 및 제3 회전축 몸통(106-3)을 쇼트 스터브 형태로 형성함으로써, 제1 입출력부(108)와 제2 입출력부(110) 간에 신호 전달 시 신호의 손실을 줄일 수 있게 된다.
또한, 베어링부(120) 내의 외륜들 사이에 흔들림 방지링을 형성함으로써, 회전축(106)의 회전 시 회전축(106)이 흔들리는 것을 방지할 수 있으며, 그로 인해 회전축(106)의 흔들림에 따른 로터리 조인트(100)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 조인트에서 제1 입출력부로부터 제2 입출력부로 신호가 전달되는 상태를 나타낸 도면이다. 여기서는, 제1 회전축 몸통(106-1) 내지 제3 회전축 몸통(106-3)이 λ/4의 전기적 길이를 갖는 경우를 설명하였다.
도 3을 참조하면, 고정체(미도시)로부터 제1 입출력부(108)로 신호가 입력되면, 입력되는 신호는 제1 임피던스 매칭부(112)를 통해 회전축(106)으로 전달된다. 이때, 입력되는 신호는 제1 임피던스 매칭부(112)와 회전축(106) 간의 커플링을 통해 회전축(106)으로 전달된다. 여기서, 신호는 사인(Sine)파 형태의 신호이다.
다음으로, 회전축(106)으로 전달된 신호는 회전축(106) 내에서 제2 회전축 몸통(106-2)(①)과 제1 회전축 몸통(106-1)(②)으로 나뉘어진다. 여기서, 신호는 제2 회전축 몸통(106-2)(①)과 제1 회전축 몸통(106-1)(②)으로 각각 3dB씩 나뉘어진다.
제2 회전축 몸통(106-2)으로 나뉘어진 신호(①)는 제2 회전축 몸통(106-2)과 제3 회전축 몸통(106-3)의 경계 부분에서 제2 임피던스 매칭부(114)를 통해 제2 입출력부(110)로 전달된다. 여기서, 제2 회전축 몸통(106-2)의 전기적 길이가 λ/4이므로, 제2 임피던스 매칭부(114)를 통해 제2 입출력부(110)로 전달된 신호의 위상은 90°가 되어 최대 전력의 신호가 전달되게 된다.
그리고, 제1 회전축 몸통(106-1)으로 나뉘어진 신호(②)는 제1 회전축 몸통(106-1)의 끝부분에서 반사된다(③). 제1 회전축 몸통(106-1)이 쇼트 스터브 형태로 형성되므로, 제1 회전축 몸통(106-1)으로 나뉘어진 신호(②)는 제1 회전축 몸통(106-1)의 끝부분에서 반사되게 된다. 여기서, 제1 회전축 몸통(106-1)의 끝부분과 고정부(102)가 실제 접촉되어 있는 것은 아니나, 고주파수의 신호의 입장에서 보면 제1 회전축 몸통(106-1)의 끝부분과 고정부(102) 간의 좁은 틈이 쇼트된 것으로 동작하여 반사가 이루어지게 된다. 이때, 반사된 신호(③)의 위상은 90°가 된다.
반사된 신호(③)는 제1 회전축 몸통(106-1) 및 제2 회전축 몸통(106-2)을 지나 제2 임피던스 매칭부(114)를 통해 제2 입출력부(110)로 전달된다. 여기서, 제1 회전축 몸통(106-1) 및 제2 회전축 몸통(106-2)의 전기적 길이가 각각 λ/4이므로, 반사된 신호(③)의 위상은 제1 회전축 몸통(106-1)과 제2 회전축 몸통(106-2)의 경계에서 180°가 되고, 제2 회전축 몸통(106-2)과 제3 회전축 몸통(106-3)의 경계에서 270°가 된다. 이때, 위상이 270°인 신호(③)가 제2 임피던스 매칭부(114)를 통해 제2 입출력부(110)로 전달되므로, 최대 전력의 신호가 전달되게 된다.
이와 같이, 고정체(미도시)로부터 제1 입출력부(108)로 입력된 신호가 회전축(106) 내에서 제2 회전축 몸통(106-2)(①)과 제1 회전축 몸통(106-1)(②)으로 나뉘어진 후, 위상이 각각 90°및 270°인 상태에서 제2 임피던스 매칭부(114)를 통해 제2 입출력부(110)로 전달되므로, 최대 전력의 신호가 신호의 손실 없이 전달될 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 조인트에서 제2 입출력부로부터 제1 입출력부로 신호가 전달되는 상태를 나타낸 도면이다. 여기서는, 제1 회전축 몸통(106-1) 내지 제3 회전축 몸통(106-3)이 λ/4의 전기적 길이를 갖는 경우를 설명하였다.
도 4를 참조하면, 회전체(미도시)로부터 제2 입출력부(110)로 신호가 입력되면, 입력되는 신호는 제2 임피던스 매칭부(114)를 통해 회전축(106)으로 전달된다. 여기서, 신호는 사인(Sine)파 형태의 신호이다.
다음으로, 회전축(106)으로 전달된 신호는 회전축(106) 내에서 제2 회전축 몸통(106-2)(①)과 제3 회전축 몸통(106-3)(②)으로 나뉘어진다. 여기서, 신호는 제2 회전축 몸통(106-2)(①)과 제3 회전축 몸통(106-3)(②)으로 각각 3dB씩 나뉘어진다.
제2 회전축 몸통(106-2)으로 나뉘어진 신호(①)는 제2 회전축 몸통(106-2)과 제1 회전축 몸통(106-1)의 경계 부분에서 제1 임피던스 매칭부(112)를 통해 제1 입출력부(108)로 전달된다. 이때, 제2 회전축 몸통(106-2)으로 나뉘어진 신호(①)는 제1 임피던스 매칭부(112)와 회전축(106) 간의 커플링을 통해 제1 입출력부(108)로 전달된다. 여기서, 제2 회전축 몸통(106-2)의 전기적 길이가 λ/4이므로, 제1 임피던스 매칭부(112)를 통해 제1 입출력부(108)로 전달된 신호의 위상은 90°가 되어 최대 전력의 신호가 전달되게 된다.
그리고, 제3 회전축 몸통(106-3)으로 나뉘어진 신호(②)는 제3 회전축 몸통(106-3)의 끝부분에서 반사된다(③). 즉, 제3 회전축 몸통(106-3)이 쇼트 스터브 형태로 형성되므로, 제3 회전축 몸통(106-3)으로 나뉘어진 신호(②)는 제3 회전축 몸통(106-3)의 끝부분에서 반사되게 된다. 이때, 반사된 신호(③)의 위상은 90°가 된다.
반사된 신호(③)는 제3 회전축 몸통(106-3) 및 제2 회전축 몸통(106-2)을 지나 제1 임피던스 매칭부(112)를 통해 제1 입출력부(108)로 전달된다. 이때, 반사된 신호(③)는 제1 임피던스 매칭부(112)와 회전축(106) 간의 커플링을 통해 제1 입출력부(108)로 전달된다.
여기서, 제3 회전축 몸통(106-3) 및 제2 회전축 몸통(106-2)의 전기적 길이가 각각 λ/4이므로, 반사된 신호(③)의 위상은 제3 회전축 몸통(106-3)과 제2 회전축 몸통(106-2)의 경계에서 180°가 되고, 제2 회전축 몸통(106-2)과 제1 회전축 몸통(106-1)의 경계에서 270°가 된다. 이때, 위상이 270°인 신호(③)가 제1 임피던스 매칭부(112)를 통해 제1 입출력부(108)로 전달되므로, 최대 전력의 신호가 전달되게 된다.
이와 같이, 회전체(미도시)로부터 제2 입출력부(110)로 입력된 신호가 회전축(106) 내에서 제2 회전축 몸통(106-2)(①)과 제3 회전축 몸통(106-3)(②)으로 나뉘어진 후, 위상이 각각 90°및 270°인 상태에서 제1 임피던스 매칭부(112)를 통해 제1 입출력부(108)로 전달되므로, 최대 전력의 신호가 신호의 손실 없이 전달될 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 조인트의 삽입 손실(Insertion Loss) 및 반사 손실(Return Loss)을 나타낸 그래프이다. 여기서는 로터리 조인트의 사용 주파수가 3 ~ 3.5 GHz인 경우를 나타내었다. 그리고, 그래프에서 빨간선이 삽입 손실을 나타내고, 파란선이 반사 손실을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 로터리 조인트(100)의 사용 주파수 대역인 3 GHz 및 3.5 GHz에서 삽입 손실이 각각 -0.01 dB 및 -0.03 dB로, 삽입 손실이 거의 없는 것을 볼 수 있다. 그리고, 로터리 조인트(100)의 사용 주파수 대역인 3 GHz 및 3.5 GHz에서 반사 손실이 각각 -29.83 dB 및 -21.82 dB로 낮게 나타나는 것을 볼 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 조인트에서 신호가 외부로 누설되는 것을 차단하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 제1 입출력부(108)와 제2 입출력부(110) 사이에서 회전축(106)을 통해 신호가 전달될 때, 신호가 고정부(102)와 회전부(104) 사이의 이격된 틈으로 빠져나갈 수 있다. 즉, 고정부(102)의 일측이 회전부(104) 내에 삽입될 때, 고정부(102)의 일단은 회전부(104) 내의 구조물과 일정 간격 이격되어 형성된다. 이 경우, 신호가 고정부(102)의 일단과 회전부(104) 내의 구조물 사이의 이격된 틈으로 빠져나갈 수 있다.
여기서, 제1 신호 누설 차단부(116)를 고정부(102)의 일단과 회전부(104) 내의 구조물 간의 공간보다 넓은 공간을 가지도록 형성하면, 고정부(102)의 일단과 회전부(104) 내의 구조물 사이의 이격된 틈으로 빠져나간 신호가 제1 신호 누설 차단부(116)에서 임피던스 변화로 반사되어 다시 로터리 조인트(100) 내부로 되돌아가게 되며, 그로 인해 신호가 로터리 조인트(100) 외부로 누설되는 것을 차단할 수 있게 된다. 이때, 제1 신호 누설 차단부(116)의 내부 공간은 λ/4 이상의 전기적 길이를 갖도록 형성할 수 있다. 이 경우, 고정부(102)의 일단과 회전부(104) 내의 구조물 사이의 이격된 틈으로 빠져나간 신호가 제1 신호 누설 차단부(116) 내의 λ/4가 되는 위치(즉, 신호의 최대치)에서 반사되어 다시 로터리 조인트(100) 내부로 되돌아가게 된다.
그리고, 제1 입출력부(108)와 제2 입출력부(110) 사이에서 회전축(106)을 통해 신호가 전달될 때, 신호가 고정부(102)와 회전축(106) 사이의 이격된 틈으로 빠져나갈 수 있다. 즉, 회전축(106)의 일단은 베어링부(120)에 의해 고정부(102)와 결합되는데, 상호 간의 마찰을 방지하기 위해 고정부(102)와 회전축(106)은 일정 간격 이격되게 된다. 이 경우, 신호가 고정부(102)와 회전축(106) 사이의 이격된 틈으로 빠져나갈 수 있다.
여기서, 제2 신호 누설 차단부(118)의 입구를 고정부(102)와 회전축(106) 사이의 이격된 틈과 연장하여 형성하고, 제2 신호 누설 차단부(118)의 내부를 그 입구의 공간보다 넓게 형성하면, 고정부(102)와 회전축(106) 사이의 이격된 틈으로 빠져나간 신호가 제2 신호 누설 차단부(118)의 입구로 들어가서 제2 신호 누설 차단부(118)의 내부에서 임피던스 변화로 반사되며, 그로 인해 다시 로터리 조인트(100) 내부로 되돌아 가게 된다. 이때, 제2 신호 누설 차단부(118)의 내부 공간은 λ/4 이상의 전기적 길이를 갖도록 형성할 수 있다. 이 경우, 고정부(102)와 회전축(106) 사이의 이격된 틈으로 빠져나간 신호가 제2 신호 누설 차단부(118) 내의 λ/4가 되는 위치(즉, 신호의 최대치)에서 반사되어 다시 로터리 조인트(100) 내부로 되돌아가게 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면 제1 신호 누설 차단부(116) 및 제2 신호 누설 차단부(118)를 통해 신호가 로터리 조인트(100) 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있으며, 그로 인해 신호의 손실을 줄일 수 있게 된다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 회전축(106)의 회전 시 베어링부(120) 내의 각 구성들 간의 공차(公差:Tolerance)로 인해 회전축(106)에 흔들림이 발생할 수 있다. 즉, 베어링부(120) 내의 공차로 인해 회전축(106)이 회전할 때 베어링부(120)의 전동체들이 흔들리게 되고, 그로 인해 회전축(106) 자체에 흔들림이 발생하게 된다. 회전축(106)에 흔들림이 발생하는 경우, 회전축(106)에 쇼트가 발생할 수 있고, 전기적 특성이 변화되어 로터리 조인트(100)의 신뢰성이 저하되는 요인이 된다. 이에, 본 발명의 실시예에서는 베어링부(120)의 외륜들 사이에 흔들림 방지링을 형성하여 회전축(106)의 흔들림을 방지하였다. 이에 대해 도 8을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링부를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 베어링부(120)는 제1 베어링(140), 제2 베어링(150), 및 흔들림 방지링(160)을 포함한다.
여기서, 제1 베어링(140)은 고정부(102) 내에서 회전축(106)의 일단에 결합된다. 제1 베어링(140)은 회전축(106)에 접촉하는 제1 내륜(141), 고정부(102)의 내측에 접촉하는 제1 외륜(144), 및 제1 내륜(141)과 제1 외륜(144) 사이에 형성되는 제1 전동체(147)를 포함한다. 이때, 제1 전동체(147)는 제1 내륜(141) 및 제1 외륜(144) 사이에서 일정한 정도의 공차를 가지게 되며, 그로 인해 제1 내륜(141) 및 제1 외륜(144) 사이에서 움직임이 있게 된다.
제2 베어링(150)은 고정부(102) 내에서 제1 베어링(140)과 상호 이격하여 회전축(106)의 일단에 결합된다. 제2 베어링(150)은 회전축(106)에 접촉하는 제2 내륜(151), 고정부(102)의 내측에 접촉하는 제2 외륜(154), 및 제2 내륜(151)과 제2 외륜(154) 사이에 형성되는 제2 전동체(157)를 포함한다. 이때, 제2 전동체(157)는 제2 내륜(151) 및 제2 외륜(154) 사이에서 일정한 정도의 공차를 가지게 되며, 그로 인해 제2 내륜(151)과 제2 외륜(154) 사이에서 움직임이 있게 된다.
제1 베어링(140) 및 제2 베어링(150)은 제1 외륜(144) 및 제2 외륜(154)이 고정부(102)의 내측에 형성된 삽입홈(121) 내에 끼움 삽입된 상태에서 회전축(106)의 일단에 결합된다. 제1 내륜(141)의 일측에는 베어링 조임 너트(170)가 형성된다. 그리고, 제2 내륜(151)은 회전축(106)에 형성된 걸림턱(123)에 안착된다.
흔들림 방지링(160)은 제1 외륜(144)과 제2 외륜(154) 사이에 형성된다. 흔들림 방지링(160)을 통해 제1 외륜(144)과 제2 외륜(154)은 일정한 간격을 유지하게 된다.
여기서, 베어링 조임 너트(170)를 예를 들어, 시계 방향으로 회전하여 조이기 시작하면, 제1 내륜(141)이 제2 내륜(151) 측으로 약간 이동하게 되고, 제2 내륜(151)은 제1 내륜(141) 측으로 약간 이동하게 된다. 이때, 제1 외륜(144) 및 제2 외륜(154)은 삽입홈(121) 내에 삽입되어 있고, 제1 외륜(144)과 제2 외륜(154) 사이에 흔들림 방지링(160)이 형성되어 있기 때문에, 원 위치를 그대로 유지하게 된다.
제1 외륜(144)은 고정된 상태에서 제1 내륜(141)이 제2 내륜(151) 측으로 이동함에 따라, 제1 내륜(141)과 제1 외륜(144) 사이에서 제1 전동체(147)의 하단이 제1 내륜(141)의 좌측(또는 우측)에 밀착되고, 제1 전동체(147)의 상단이 제1 외륜(144)의 우측(또는 좌측)에 밀착되게 된다. 그리고, 제2 외륜(154)은 고정된 상태에서 제2 내륜(151)이 제1 내륜(141) 측으로 이동함에 따라, 제2 내륜(151)과 제2 외륜(154) 사이에서 제2 전동체(157)의 하단이 제2 내륜(151)의 우측(또는 좌측)에 밀착되고, 제2 전동체(157)의 상단이 제2 외륜(154)의 좌측(또는 우측)에 밀착되게 된다.
이와 같이, 제1 내륜(141)과 제1 외륜(144) 사이에서 제1 전동체(147)가 제1 내륜(141) 및 제1 외륜(144)에 밀착되고, 제2 내륜(151)과 제2 외륜(154) 사이에서 제2 전동체(157)가 제2 내륜(151) 및 제2 외륜(154)에 각각 밀착되기 때문에, 회전체(106)가 회전하더라도 제1 전동체(147) 및 제2 전동체(157)가 흔들리지 않게 되고, 그로 인해 회전축(106) 자체에도 흔들림이 발생하지 않게 된다. 이 경우, 회전축(106)의 흔들림에 따른 로터리 조인트(100)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있게 된다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 로터리 조인트 102 : 고정부
104 : 회전부 106 : 회전축
106-1 : 제1 회전축 몸통 106-2 : 제2 회전축 몸통
106-3 : 제3 회전축 몸통
108 : 제1 입출력부 110 : 제2 입출력부
112 : 제1 임피던스 매칭부 114 : 제2 임피던스 매칭부
116 : 제1 신호 누설 차단부 118 : 제2 신호 누설 차단부
120 : 베어링부
121 : 삽입홈 123 : 걸림턱
131, 134 : 신호선
140 : 제1 베어링 141 : 제1 내륜
144 : 제1 외륜 147 : 제1 전동체
150 : 제2 베어링 151 : 제2 내륜
154 : 제2 외륜 157 : 제2 전동체
160 : 흔들림 방지링 170 : 베어링 조임 너트

Claims (9)

  1. 고정체에 장착되는 고정부;
    상기 고정부와 이격되어 형성되고, 회전체에 장착되는 회전부;
    상기 고정부 및 상기 회전부의 내부에 형성되고, 일측이 상기 고정부에서 결합되고, 타측이 상기 회전부와 결합되는 회전축;
    상기 고정부 내에서 상기 회전축의 일측에 결합되는 베어링부;
    상기 고정부에 형성되는 제1 입출력부;
    상기 회전부에 형성되는 제2 입출력부;
    상기 회전축과 이격되어 상기 회전축 간에 커플링을 발생시키고, 상기 제1 입출력부와 상기 회전축을 전기적으로 연결하는 제1 임피던스 매칭부; 및
    상기 회전축에 형성되고 상기 제2 입출력부와 상기 회전축을 전기적으로 연결하는 제2 임피던스 매칭부를 포함하는, 로터리 조인트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전축은,
    상기 회전축의 일측부터 상기 제1 임피던스 매칭부에 이르는 제1 회전축 몸통;
    상기 제1 임피던스 매칭부부터 상기 제2 임피던스 매칭부에 이르는 제2 회전축 몸통; 및
    상기 제2 임피던스 매칭부부터 상기 회전축의 타측에 이르는 제3 회전축 몸통을 포함하며,
    상기 제1 회전축 몸통 내지 제3 회전축 몸통은 각각 (2n-1)λ/4의 전기적 길이를 갖는, 로터리 조인트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 회전축 몸통 및 상기 제3 회전축 몸통은,
    쇼트 스터브 형태로 형성되는, 로터리 조인트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로터리 조인트는,
    상기 제1 임피던스 매칭부와 상기 회전축 사이의 이격된 공간에 형성되는 유전체를 더 포함하는, 로터리 조인트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 매칭부는,
    상기 회전축과 일정 간격 이격된 상태에서 상기 회전축을 둘러 싸고 형성되는, 로터리 조인트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고정부의 일측은 상기 회전부 내에 수납되고,
    상기 로터리 조인트는, 상기 고정부의 일측에서 상기 고정부의 외측면이 절개되어 상기 고정부와 상기 회전부 사이에 일정 공간을 형성하며, 상기 고정부와 상기 회전부 사이를 통해 외부로 누설되는 신호를 차단하는 제1 신호 누설 차단부를 더 포함하는, 로터리 조인트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로터리 조인트는,
    상기 회전축의 일측에서 상기 고정부의 내측면이 절개되어 형성되고, 상기 회전축과 상기 고정부 사이를 통해 외부로 누설되는 신호를 차단하는 제2 신호 누설 차단부를 더 포함하는, 로터리 조인트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 베어링부는,
    상기 고정부 내에서 상기 회전축의 일측에 결합되고, 상기 회전축에 접촉하는 제1 내륜, 상기 고정부에 접촉하는 제1 외륜, 및 상기 제1 내륜과 제1 외륜 사이에 형성되는 제1 전동체를 포함하는 제1 베어링;
    상기 고정부 내에서 상기 제1 베어링과 이격되어 상기 회전축의 일측에 결합되고, 상기 회전축에 접촉하는 제2 내륜, 상기 고정부에 접촉하는 제2 외륜, 및 상기 제2 내륜과 제2 외륜 사이에 형성되는 제2 전동체를 포함하는 제2 베어링; 및
    상기 제1 외륜과 상기 제2 외륜 사이에 형성되는 흔들림 방지링을 포함하는, 로터리 조인트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 로터리 조인트는,
    상기 고정부 내에 형성되고 상기 제1 외륜 및 상기 제2 외륜이 삽입되어 고정되는 삽입홈;
    상기 제1 내륜의 일측에 형성되고, 상기 제1 베어링을 조여주는 베어링 조임 너트; 및
    상기 회전축에 형성되고 제2 내륜이 안착되는 걸림턱을 더 포함하는, 로터리 조인트.
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