KR101323127B1

KR101323127B1 - 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터

Info

Publication number: KR101323127B1
Application number: KR1020130003669A
Authority: KR
Inventors: 서대호; 정선영; 이은호
Original assignee: 서대호; 이은호; 정선영
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2013-10-30

Abstract

본 발명은 세라믹 소성체를 이용하여 제조공정을 줄일 수 있고 절전 효율이 탁월한 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 장치는, 내부에 수용공간을 형성하는 하우징; 한쌍의 전극; 세라믹 분말이 상기 한쌍의 전극을 인서트한 상태로 일체로 소성되어 형성된 소성체; 상기 소성체를 하우징과 일정 간격을 유지하면서 고정하기 위한 고정수단; 및 상기 한쌍의 전극을 상용 전기를 사용하는 부하측과 병렬로 연결하기 위한 커넥터로 구성된다. 상기 소성체는 광물질을 건조시킨 후 분쇄하고 혼합 및 교반하며 성형 후 챔버에 넣고 600℃ 내지 1000℃에서 6 내지 12시간 소성시킨 것으로서, 중앙에 상호 유도자계를 형성하기 위한 홀이 형성되어 있으며, 실리카와 알루미나, 이산화티탄, 탄산리툼, 산화마그네슘, 카본으로 이루어진다. 본 발명에 따른 세라믹 소성체를 이용한 필터는 도선 표면에 이온에 대해 현관문 역할을 하는 실리콘 입자를 배치하여 전기를 띤 이온이 보다 원활히 도선을 통과할 수 있도록 하고, 이에 따라 이온을 받아들이는 실리콘 입자가 많을수록 전류의 흐름이 빠르게 달성되는 효과가 있다.

Description

세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터{ DIELECTRIC FILTER FOR POWER-SAVING USING FIRED CERAMIC }

본 발명은 부하측으로 공급되는 교류전원을 안정화시키기 위한 전원 안정화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세라믹 소성체를 이용하여 제조공정을 줄일 수 있고 절전 효율이 탁월한 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터에 관한 것이다.

일반적으로, 각 가정이나 산업체에서 에너지원으로 사용하는 상용 교류전기는 발전소로부터 송전용 변전소와 배전용 변전소를 거쳐 일반 수용가에게 전송되기까지의 송전환경에 따라 다양한 형태의 잡음과 변동이 포함되어 있다. 따라서 양질의 전기를 공급하기 위한 노력이 계속되고 있으나 수용가측의 부하 특성이 다양하고, 송전환경이 워낙 다양하다 보니 최적으로 조건을 맞추기 어려운 문제점이 있다.

그리고 인입되는 전기에 잡음이 많이 포함될 경우에는 효율이 떨어져 전기 에너지의 낭비가 발생되고, 전자파 발생에 따른 유해한 환경이 조성되며, 각종 장비의 오동작을 일으키는 원인이 되기도 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 가정이나 산업체에서 사용되는 전기의 흐름을 개선하고, 잡음을 제거할 수 있는 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 내부에 수용공간을 형성하는 하우징; 한쌍의 전극; 세라믹 분말이 상기 한쌍의 전극을 인서트한 상태로 일체로 소성되어 형성된 소성체; 상기 소성체를 하우징과 일정 간격을 유지하면서 고정하기 위한 고정수단; 및 상기 한쌍의 전극을 상용 전기를 사용하는 부하측과 병렬로 연결하기 위한 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 소성체는 광물질을 건조시킨 후 분쇄하고 혼합 및 교반하며 성형 후 챔버에 넣고 600℃ 내지 1000℃에서 6 내지 12시간 소성시킨 것으로서, 중앙에 상호 유도자계를 형성하기 위한 홀이 형성되어 있으며, 실리카와 알루미나, 이산화티탄, 탄산리툼, 산화마그네슘, 카본으로 이루어진다.

상기 하우징은 소성체를 바닥면으로부터 소정 간격을 유지하기 위한 스페이서가 형성되어 있고, 측면에는 커넥터를 설치하기 위한 홀이 형성되어 있으며, 상기 한쌍의 전극은 서로 나란히 배치되어 일부가 상기 소성체에 인서트되어 소성체와 일체를 이루고 있고, 카본(흑연)이 코팅되어 있는 것이다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 세라믹 소성체의 원료가 되는 광물질을 준비하는 단계; 광물질을 건조시키는 단계; 건조된 광물질을 분쇄기에 투입하여 소정 크기로 분쇄하는 단계; 원료물질을 혼합하여 교반시키는 단계; 교반시킨 분말을 성형틀에 넣어 성형시키는 단계; 성형틀을 챔버에 넣고 600℃ 내지 1000℃에서 6 내지 12시간 소성시키는 단계; 및 완성된 소성체를 하우징에 조립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터는 도선 표면에 이온에 대해 현관문 역할을 하는 실리콘 입자를 배치하여 전기를 띤 이온이 보다 원활히 도선을 통과할 수 있도록 하고, 이에 따라 이온을 받아들이는 실리콘 입자가 많을수록 전류의 흐름이 빠르게 달성되는 효과가 있다. 즉, 실리콘 입자로만 구성된 곳에 전류를 흘리면 전류의 흐르는 성질이 골고루 전달되지 않으나 본 발명에서와 같이 실리콘 입자(규소:Si)를 탄소로 코팅해서 전류를 흘리면, 전류의 흐름이 고르게 퍼지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터의 분리 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터의 결합 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터의 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터의 측단면도,
도 5는 본 발명에 따른 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터의 제조 공정도,
도 6은 본 발명에 따른 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터의 주파수 특성을 도시한 그래프이다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터의 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터의 결합 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터의 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터의 측단면도이다.

본 발명에 따른 절전용 유전체 필터는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 뚜껑(150)과 하부 케이스(110)로 이루어져 내부에 수용공간을 형성하는 하우징과, 한쌍의 전극(130a,130b)과, 세라믹 분말이 한쌍의 전극(130a,130b)을 인서트한 상태로 일체로 소성되어 형성된 소성체(120)와, 소성체(120)를 하우징과 일정 간격을 유지하면서 고정하기 위한 고정수단과, 한쌍의 전극(130a,130b)을 상용 전기를 사용하는 부하측과 병렬로 연결하기 위한 커넥터(140)로 구성된다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 하부 케이스(110)의 바닥면에는 소성체(120)를 바닥면으로부터 소정 간격을 유지하기 위한 스페이서(112)가 형성되어 있으며, 스페이서(112)에는 소성체(120)를 고정하기 위한 나사구멍(144)이 형성되어 소성체 체결 브라켓(142)을 나사(146)로 고정할 수 있게 되어 있다. 또한 하부 케이스(110)의 측면에는 연결 커넥터(140)를 설치하기 위한 홀(110a)이 형성되어 있다.

세라믹 소성체(120)는 광물질을 건조시킨 후 분쇄하고 혼합 및 교반하며 성형 후 챔버에 넣고 600℃ 내지 1000℃에서 6 내지 12시간 소성시킨 것으로서, 중앙에 상호 유도자계를 형성하기 위한 홀(120a)이 형성되어 있으며, 다음 표 1과 같은 조성물로 이루어진다. 홀(120a)의 크기는 용량에 따라 선택할 수 있고, 세라믹 소성체의 주파수 특성 그래프는 도 6에 도시된 바와 같다. 도 6에서 횡축은 주파수 축이고, 종축은 용량 리액턴스를 나타내며, 정전용량에 따른 특성 그래프들이 도시되어 있다.

성분	중량비
실리카(SiO₂)	60~70
알루미나(Al₂O₃)	20
이산화티탄(TiO₂)	1.52
탄산리툼(Li₂CO₃)	4.2
산화마그네슘(MgO)	4
카본(C)	2.2

이러한 세라믹 소성체(120)는 유전체 형성공간을 위하여 하우징과 상,하,좌,우로 대략 1㎝ 정도의 빈공간을 유지하고 있으며, 이를 위해 스페이서(112)와 고정수단이 구비되어 있다. 즉, 세라믹 소성체(120)는 스페이서(112)에 의해 지지되고, 브라켓(142)의 양단 홀에 나사(146)가 삽입되어 스페이서의 구멍(144)에 체결되도록 되어 있다. 경우에 따라서는 스페이서(112)의 볼트에 끼워 너트로 체결할 수도 있다.

한쌍의 전극(130a,130b)은 서로 나란히 배치되어 일부가 소성체(120)에 인서트되어 소성체(120)와 일체를 이루고 있고, 노출된 단부가 연결 커넥터(140)에 끼워져 커넥터(140)를 통해 외부 전기 배선(도시 생략함)과 연결되도록 되어 있다. 이때 한쌍의 전극(130a,130b)은 세라믹 소성체(120)와의 결합력을 향상시키고 전류의 흐름을 고르게 분포시키기 위해 카본 입자(132)가 코팅되어 있다.

연결 커넥터(140)는 하우징 측면의 홀(110a)에 끼워져 내측에서 삽입된 전극(130a,130b)과 외측에서 끼워지는 전선을 연결하여 서로 전기적으로 도통시키고 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터는 에너지 밀도가 400Wh/l 이하인 저역 H형 필터와, 에너지 밀도가 400Wh/l 이상인 저역 I 형필터가 있으며, 그 사이즈의 예는 다음 표 2와 같다. 여기서 에너지 밀도는 전력을 체적으로 나눈 값이다.

구분	저역 H형 필터	저역 I형 필터
H	8㎝±0.5㎝	12㎝±0.5㎝
D	3㎝±0.5㎝	5㎝±0.5㎝
L	12㎝±0.5㎝	20㎝±0.5㎝

본 발명에 따른 절전용 유전체 필터는 커넥터(140)를 통해 사용자의 부하측에 병렬로 연결되어 인입 전원과 연결된다.

인입 전원은 한쌍의 전극(130a,130b)을 통해 본 발명에 따른 유전체 필터의 내부 세라믹 소성체(120)로 전달되고, 세라믹 소성체(120)는 인입전원에 포함된 노이즈를 필터링함과 아울러 상호 유도성 자계를 형성한다. 이때 본 발명에 따른 세라믹 소성체를 이용한 필터는 한쌍의 전극(도선;130a,130b)의 표면에 이온에 대해 현관문 역할을 하는 실리콘 입자를 코팅하여 전기를 띤 이온이 보다 원활히 전극(도선)을 통과할 수 있도록 하고, 이에 따라 이온을 받아들이는 실리콘 입자가 많을수록 전류의 흐름이 빨라지게 된다. 즉, 실리콘 입자로만 구성된 곳에 전류를 흘리면 전류의 흐르는 성질이 골고루 전달되지 않으나 본 발명에서와 같이 실리콘 입자(규소:Si)를 탄소로 코팅해서 전류를 흘리면, 전류의 흐름이 고르게 퍼지는 효과가 있다.

도 5는 본 발명에 따른 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터의 제조 공정도이다.

본 발명에 따른 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터의 제조방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 세라믹 소성체(120)의 원료가 되는 광물질을 준비하는 단계(S1)와, 광물질을 300℃로 건조시켜 수분함량이 5% 이내가 되게 하고, 유해물질을 제거하는 단계(S2)와, 건조된 광물질을 분쇄기에 투입하여 1000mesh 내지 1500mesh 크기로 분쇄하는 단계(S3)와, 원료물질을 혼합하여 교반시키는 단계(S4,S5)와, 교반시킨 분말을 성형틀에 넣어 성형시키는 단계(S6)와, 성형틀을 챔버에 넣고 600℃ 내지 1000℃에서 6 내지 12시간 소성시키는 단계(S7)와, 소성된 완제품(소성체)을 검사한 후 하우징에 조립하는 단계(S8,S9)와, 최종 완제품을 성능검사하고 양호품을 포장하는 단계(S10,S11)로 구성된다.

도 5를 참조하면, 광물질을 준비하는 단계(S1)에서는 세라믹 소성체(120)를 위한 광물질을 준비하고, 건조 단계(S2)에서는 300℃로 건조시켜 수분함량이 5% 이내가 되게 하고, 유해물질을 제거한다. 분쇄단계(S3)에서는 분쇄된 광물질을 분쇄기에 투입하여 1000 mesh 내지 1500 mesh 크기로 분쇄하고, 상기 표1과 같은 조성비로 혼합하여 교반시킨다(S4,S5). 성형 및 소성단계(S6,S7)에서는 세라믹 분말에 한쌍의 전극을 나란히 인서트시켜 성형 후 챔버에 넣고, 600℃ 내지 1000℃에서 6 내지 12시간 소성시킨다.

그리고 완성된 세라믹 소성체의 외형을 검사한 후 노출된 전극의 단부를 커넥터(140)에 끼움과 아울러 하부 케이스의 스페이서(112) 위에 올려놓고, 브라켓(142)을 이용하여 하부 케이스(110)에 고정시킨 후 상부 뚜껑(150)과 하부 케이스(110)를 접합하여 조립 완성한다(S8,S9).

조립 완성된 제품은 절연저항이나 임피던스, 내압 등의 성능검사를 수행하여 양호품은 포장하여 출하한다(S10,S11).

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

110: 하부 케이스 112: 스페이서
120: 세라믹 소성체
130a,130b: 전극 140: 커넥터
142: 브라켓 144: 나사구멍
146: 나사 150: 상부 뚜껑

Claims

광물질을 건조시킨 후 분쇄하고 혼합 및 교반하며 성형 후 챔버에 넣고 600℃ 내지 1000℃에서 6 내지 12시간 소성시킨 것으로서, 용량에 따라 크기가 다른 홀이 중앙에 형성되어 상호 유도자계를 형성하며, 실리카와 알루미나, 이산화티탄, 탄산리툼, 산화마그네슘, 카본으로 이루어진 세라믹 소성체;
상기 세라믹 소성체를 바닥면으로부터 소정 간격을 유지하기 위한 스페이서가 형성되어 있고, 측면에는 커넥터를 설치하기 위한 홀이 형성되어 있는 하부 케이스에 상부 뚜껑이 결합되어 내부에 수용공간을 형성하는 하우징;
상기 세라믹 소성체와의 결합력을 향상시키고 전류의 흐름을 고르게 분포시키기 위해 카본 입자가 코팅되어 있고, 서로 나란히 배치되어 일부가 상기 세라믹 소성체에 인서트되어 상기 세라믹 소성체와 일체를 이루고 있는 한쌍의 전극;
상기 세라믹 소성체를 상기 하우징과 일정 간격을 유지하면서 고정하기 위한 고정수단; 및
상기 한쌍의 전극을 상용 전기를 사용하는 부하측과 착탈 가능하게 병렬로 연결하기 위한 커넥터를 포함하는 세라믹 소성체를 이용한 절전용 유전체 필터.
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