KR101598889B1 - 선형 운동 가변 진공 축전기 - Google Patents

선형 운동 가변 진공 축전기 Download PDF

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KR101598889B1 KR1020150014532A KR20150014532A KR101598889B1 KR 101598889 B1 KR101598889 B1 KR 101598889B1 KR 1020150014532 A KR1020150014532 A KR 1020150014532A KR 20150014532 A KR20150014532 A KR 20150014532A KR 101598889 B1 KR101598889 B1 KR 101598889B1
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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 선형 운동 가변 진공 축전기는 제1 전극, 상기 제1 전극에 대향하여 배치되는 제2 전극, 상기 제2 전극에 연결된 직선 운동축, 및 상기 직선 운동축의 주위를 진공도를 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 서로 마주보는 축전 공간의 진공도와 서로 다르게 유지하는 주름관을 포함하는 가변 진공 축전기; 일단은 상기 직선 운동축에 축결합하고 유전체로 형성된 절연 직선 운동축; 상기 절연 직선 운동축을 감싸도록 배치되고 일단은 상기 가변 진공 축전기와 진공을 유지하면서 결합하는 유전체 튜브; 일단은 상기 유전체 튜브의 타단에 결합하고 진공을 유지하면서 결합하는 자석 고정 튜브; 상기 자석 고정 튜브의 외주면을 감싸도록 배치되는 외부 자석; 상기 자석 고정 튜브의 내부에 배치되고 상기 외부 자석과 자기 결합하는 내부 자석; 및 상기 내부 자석과 고정 결합하고, 일단은 상기 절연 직선 운동축의 타단에 고정 결합하는 내부 자석 슬라이드부;를 포함한다.

Description

선형 운동 가변 진공 축전기{Linear Motion Variable Vacuum Capacitor}
본 발명은 가변 진공 축전기에 관한 것으로, 회전 운동없이 직선 운동을 직접 제공하는 선형 운동 가변 진공 축전기에 관한 것이다.
미국등록특허 3,447,047는 진공 축전기를 개시하고 있다. 상기 진공 축전기는 고전공 구역과 저진공 구역으로 구분되고, 모터가 저진공 영역에 배치됨에 따라, 주름관에 걸리는 압착 차이가 감소되고, 모터의 토크가 감소된다. 한편, 상기 모터가 진공 내에 배치됨에 따라, 상기 모터에 사용되는 윤활유는 오염을 발생시키고, 진공도를 저하시킬 수 있다.
PCT/EP2013/061174는 진공 축전기를 개시하고 있다. 상기 진공 축전기는 대기압 영역과 상기 대기압 영역에 대칭적으로 배치된 한 쌍의 고진공 영역을 가진다. 한 쌍의 고진공 영역은 주름관에 걸리는 압력 차이에 의한 진공 흡입력를 상쇄한다. 한편, 한 쌍의 고진공 영역은 추가 비용을 요구한다. 또한, 이러한 구조는 이동 전극을 이동시키기 위한 구동력을 제공하기 어렵다. 또한, 이러한 구조는 상기 이동 전극의 이동 거리 측정이 어렵다.
모터에 의한 오염 문제가 발생하지 않으며, 간단한 구조로 빠른 속도를 이동하는 이동 전극을 구비하는 선형 운동 진공 축전기가 요구된다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 고속의 직선 운동을 제공할 수 있는 선형 운동 가변 진공 축전기를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 진공 흡입력을 억제하고, 유지 보수가 용이하고, 윤활유 오염이 없는 고속 선형 운동 가변 진공 축전기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 선형 운동 가변 진공 축전기는 제1 전극, 상기 제1 전극에 대향하여 배치되는 제2 전극, 상기 제2 전극에 연결된 직선 운동축, 및 상기 직선 운동축의 주위를 진공도를 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 서로 마주보는 축전 공간의 진공도와 서로 다르게 유지하는 주름관을 포함하는 가변 진공 축전기; 일단은 상기 직선 운동축에 축결합하고 유전체로 형성된 절연 직선 운동축; 상기 절연 직선 운동축을 감싸도록 배치되고 일단은 상기 가변 진공 축전기와 진공을 유지하면서 결합하는 유전체 튜브; 일단은 상기 유전체 튜브의 타단에 결합하고 진공을 유지하면서 결합하는 자석 고정 튜브; 상기 자석 고정 튜브의 외주면을 감싸도록 배치되는 외부 자석; 상기 자석 고정 튜브의 내부에 배치되고 상기 외부 자석과 자기 결합하는 내부 자석; 및 상기 내부 자석과 고정 결합하고, 일단은 상기 절연 직선 운동축의 타단에 고정 결합하는 내부 자석 슬라이드부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 외부 자석은 솔레노이드 형태의 전자석이고, 상기 내부 자석은 사각형 단면을 가진 토로이드 형태의 영구 자석이고, 상기 내부 자석의 자화 방향은 원통 원통 좌표계의 반경 방향 또는 중심축 방향일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내부 자석의 자화 방향이 중심축 방향인 경우, 상기 외부 자석을 둘러싸고 있는 자성체 요크 링을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내부 자석 슬라이드부는 일단이 막힌 원통 형상이고, 상기 내부 자석 슬라이부의 외주면에서는 상기 내부 자석이 안착되도록 링 형태의 안착 홈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자석 고정 튜브의 내부에 배치되고 상기 내부 자석 슬라이드부를 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하도록 가이드하는 직선 운동 가이드부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내부 자석 슬라이드부는 일단이 막힌 원통 형상이고, 상기 내부 자석 슬라이부의 외주면에서는 상기 내부 자석이 안착되도록 링 형태의 안착 홈을 포함하고, 상기 직선 운동 가이드부는 상기 자석 고정 튜브의 타단에서 상기 절연 직선 운동축을 향하도록 내부로 삽입되고, 상기 직선 운동 가이드부는 일단이 막힌 원통 형상이고, 상기 내부 자석 슬라이드부는 상기 직선 운동 가이부의 외주면을 따라 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내부 자석 슬라이드부의 일단은 상기 절연 직선 운동축의 타단에 형성된 링 형태의 정렬 홈에 삽입될 수 있다. 상기 절연 직선 운동축의 타단에 삽입되고, 상기 내부 자석 슬라이드부를 고정하는 고정수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 대기중에 배치되고, 상기 내부 자석 슬라이드부가 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하는 이동 거리를 측정하는 이동 거리 측정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 직선 운동 가이드부의 내부에 삽입되고, 상기 내부 자석 슬라이드부가 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하는 이동 거리를 측정하는 이동 거리 측정부를 더 포함할 수 있다. 상기 이동 거리 측정부는: 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향 방향으로 서로 이격되어 배치된 한 쌍의 지지판; 상기 한 쌍의 지지판을 서로 연결하고, 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 연장되는 봉 형상의 센서 가이드부; 내부에 관통홀을 가지는 원통 형상이고, 상기 센서 가이드부에 가이드되어 슬라이드하는 센서 슬라이드부; 상기 내부 자석과 자기 결합하고, 상기 내부 자석의 이동에 따라 같이 이동하고, 상기 센서 슬라이드부의 관통홀에 고정되는 보조 영구 자석; 상기 센서 슬라이드부의 외측면에 장작되는 인코더 스케일; 상기 한 쌍의 지지판을 연결하도록 배치되는 인쇄 회로 기판; 및 상기 인쇄 회로 기판에 배치되고 상기 인코더 스케일을 마주보도록 배치된 인코더 헤드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 직선 운동 가이드부의 내부에 삽입되고, 상기 내부 자석 슬라이드부가 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하는 이동 거리를 측정하는 이동 거리 측정부를 더 포함할 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부는 상기 직선 운동 가이드부의 일단에 배치되고 빛을 투과시키는 유전체 창문을 포함할 수 있다. 상기 이동 거리 측정부는 상기 직선 운동 가이드부의 상기 유전체 창문을 통하여 빛을 제공하고, 이동하는 부위에서 반사되는 빛을 측정하여 상기 내부 자석 슬라이드부의 이동 거리를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선형 운동 가변 진공 축전기는 제1 전극, 상기 제1 전극에 대향하여 배치되는 제2 전극, 상기 제2 전극에 연결된 직선 운동축, 및 상기 직선 운동축의 주위를 진공도를 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 서로 마주보는 축전 공간의 진공도와 서로 다르게 유지하는 주름관을 포함하는 가변 진공 축전기; 일단은 상기 직선 운동축에 축결합하고 유전체로 형성된 절연 직선 운동축; 상기 절연 직선 운동축을 감싸도록 배치되고, 일단은 상기 가변 진공 축전기와 진공을 유지하면서 결합하는 유전체 튜브; 일단은 상기 유전체 튜브의 타단에 결합하고 진공을 유지하면서 결합하는 자석 고정 튜브; 상기 자석 고정 튜브의 외주면을 감싸도록 배치되는 외부 자석; 상기 절연 직선 운동축의 외주면에 삽입되어 고정되고 상기 자석 고정 튜브의 내부에 배치되고 상기 외부 자석과 자기 결합하는 내부 자석; 상기 절연 직선 운동축의 타단에 축결합하고 원기둥 형상의 내부 슬라이드부; 및 상기 내부 슬라이드부의 타단이 삽입되는 원통 형상이고, 상기 자석 고정 튜브의 내부에 배치되고 상기 내부 슬라이드부를 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하도록 가이드하는 직선 운동 가이드부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 외부 자석은 솔레노이드 형태의 전자석이고, 상기 내부 자석은 사각형 단면을 가진 토로이드 형태의 영구 자석이고, 상기 내부 자석의 자화 방향은 원통 원통 좌표계의 반경 방향 또는 중심축 방향일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내부 슬라이드부가 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하는 이동 거리를 측정하는 이동 거리 측정부를 더 포함할 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부는 상기 직선 운동축의 중심축 방향으로 개방된 관통홀을 포함할 수 있다. 상기 자석 고정 튜브는 상기 자석 고정 튜브의 타단에 배치된 유전체 창문을 포함할 수 있다. 상기 이동 거리 측정부는 상기 자석 고정 튜브의 상기 유전체 창문 및 상기 직선 운동 가이드부의 관통홀을 통하여 빛을 제공하고, 이동하는 부위에서 반사되는 빛을 측정하여 상기 내부 슬라이드부의 이동 거리를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선형 운동 가변 축전기는 펄스 플라즈마 등 시간에 따라 빠르게 변하는 시변 부하에 고속으로 임피던스 매칭에 사용될 수 있다. 상기 가변 축전기는 다수의 진공 상태를 사용하지 않기 때문에 구조적으로 간단하고, 영구 자석을 진공 내부에 배치한 선형 모터 구조를 채용하여 유지 보수에 용이하다. 또한, 윤활유를 사용하지 않아, 윤활유 오염이 제거될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 운동 가변 진공 축전기를 설명하는 단면도이다.
도 2a은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 운동 가변 진공 축전기를 설명하는 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 선형 운동 가변 진공 축전기의 이동 거리 측정부를 설명하는 사시도이다.
도 2c는 도 2b의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 2d는 도 2b의 이동 거리 측정부를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선형 운동 가변 진공 축전기를 설명하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선형 운동 가변 진공 축전기를 설명하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선형 운동 가변 진공 축전기를 설명하는 단면도이다.
가변 진공 축전기는 고전압의 응용에 주로 사용된다. 특히, 플라즈마는 시간에 따라 변하는 시변 부하이다. 최근, 상기 플라즈마는 펄스의 지속 시간이 수 밀리초 이하의 펄스 모드로 생성된다. 따라서, 이러한 펄스 모드 플라즈마는 빠른 임피던스 정합을 요구한다. 따라서, 진공 축전기의 정전 용량을 빠른 속도로 가변하기 위한 직선 운동 가변 진공 축전기가 요구된다.
통상적으로, 가변 진공 축전기의 정전 용량은 회전 운동을 직선운동으로 바꾸어 동작한다. 고가의 장비를 장시간 사용하는 경우, 가변 축전기 자체의 구조적 불량보다는 회전 운동을 직선운동으로 변환시 발생하는 마찰에 의한 마모가 문제된다. 이에 따라, 상기 마모를 제거하기 위하여 윤활유를 사용하는 경우, 윤활유 오염 및 윤활유 증발 등의 문제가 발생한다. 또한, 회전 운동을 이용한 구동부는 가속, 감속 구간을 가지는 운전 특성으로, 고소고도 구현을 위해 높은 제작 비용 및 공간을 요한다.
한국 공개특허 10-2013-0003784는 회전 운동을 제거하고 직선 운동을 가지는 가변 진공 축전기를 개시한다. 그러나, 상기 가변 진공 축전기를 구동하는 직선 운동 구동부는 대기중에 배치된다. 상기 직선 운동 구동부는 압력 차이에 의한 진공흡입력을 견디도록 큰 힘을 요구한다. 따라서, 상기 가변 진공 축전기의 따른 속도의 제어가 어렵다.
압력 차이에 의한 진공 흡입력을 억제하고, 고속 선형 운동을 제공할 수 있는 선형 운동 가변 진공 축전기가 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가변 진공 축전기는 진공 흡입력을 억제하기 위하여 제1 진공 영역과 제2 진공 영역으로 구분된다. 한편, 제2 진공 영역에 선형 모터의 일부(영구자석)가 배치되는 경우, 상기 제2 진공 영역 외부에 선형 모터의 나머지 일부(전자석)가 배치된다. 이에 따라, 진공 흡입력이 억제될 수 있다. 상기 선형 모터를 구동하기 위한 전기 배선이 제2 진공 영역으로 도입되지 않는다. 따라서, 기구적 안정성이 향상되고, 유지 보수가 용이하다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 운동 가변 진공 축전기를 설명하는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 선형 운동 가변 진공 축전기(100)는 가변 진공 축전기(110), 절연 직선 운동축(120), 유전체 튜브(130), 자석 고정 튜브(140), 외부 자석(160), 내부 자석(150), 및 내부 자석 슬라이드부(170)를 포함한다. 상기 가변 진공 축전기(110)는 제1 전극(112), 상기 제1 전극(112)에 대향하여 배치되는 제2 전극(114), 상기 제2 전극(114)에 연결된 직선 운동축(115), 및 상기 직선 운동축(115)의 주위를 진공도를 상기 제1 전극(112)과 상기 제2 전극(114)이 서로 마주보는 축전 공간의 진공도와 서로 다르게 유지하는 주름관(116)을 포함한다.
상기 절연 직선 운동축(120)의 일단은 상기 직선 운동축(115)에 축결합하고, 상기 절연 직선 운동축(120)은 유전체로 형성된다. 상기 유전체 튜브(130)는 상기 절연 직선 운동축(120)을 감싸도록 배치되고, 상기 유전체 튜브(130)의 일단은 상기 가변 진공 축전기와 진공을 유지하면서 결합한다. 자석 고정 튜브(140)의 일단은 상기 유전체 튜브(130)의 타단에 결합하고, 상기 자석 고정 튜브(140)는 진공을 유지하면서 결합한다. 상기 외부 자석(160)은 상기 자석 고정 튜브(140)의 외주면을 감싸도록 배치된다. 상기 내부 자석(150)은 상기 자석 고정 튜브(140)의 내부에 배치되고 상기 외부 자석(160)과 자기 결합한다. 상기 내부 자석 슬라이드부(170)는 상기 내부 자석(150)과 고정 결합하고, 상기 내부 자석 슬라이드부(170)의 일단은 상기 절연 직선 운동축(120)의 타단에 고정 결합한다.
상기 가변 진공 축전기(110)는 동심원 원통 구조의 제1 전극(112), 상기 제1 전극(112)에 대향하여 배치되고 동심원의 중심축 방향으로 이동하는 동심원 원통 구조의 제2 전극(114), 상기 제2 전극(114)을 지지하는 원판 형상의 제2 전극 지지판(113), 상기 제2 전극 지지판(113)의 중심에서 동심원의 중심축 방향으로 연장되는 직선 운동축(115), 상기 제1 전극(112)을 지지하는 원판 형상의 제1 전극 지지판(111), 상기 직선 운동축(115)을 가이드하는 원통 형상의 가이드 튜브(117), 상기 가이드 튜브(117)를 고정하는 와셔 형상의 제2 전극 연결부(119), 상기 제1 전극 지지판(111)의 외주면과 상기 제2 전극 연결부(119)를 밀봉 상태로 서로 연결하는 진공 축전기 절연 튜브(118), 및 상기 직선 운동축(115)을 감싸도록 배치되고 상기 제2 전극 지지판(113)과 상기 제2 전극 연결부(119)를 연결하는 주름관(116)을 포함한다. 상기 제2 전극(114)이 상기 직선 운동축 방향으로 이동함에 따라, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 마주보는 면적이 변화한다. 이에 따라, 정전용량이 가변된다.
상기 제1 전극(112)은 동심원 구조의 도전성 원통들을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극 지지판(111)은 도전성 원판 형상이고, 상기 제1 전극의 일단은 제1 전극 지지판(111)에 고정될 수 있다.
상기 제2 전극(114)은 동심원 구조의 도선성 원통들을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극의 중심축과 상기 제2 전극의 중심축은 서로 일치할 수 있다. 상기 제1 전극의 원통들과 상기 제2 전극의 원통들은 서로 교차하여 배치될 수 있다. 상기 제2 전극 지지판(113)은 도전성 원판 형상이고, 상기 제2 전극의 일단은 제2 전극 지지판(113)에 고정될 수 있다. 상기 제2 전극 지지판(113)의 직경은 상기 진공 축전기 절연 튜브(118)의 내경보다 작을 수 있다. 상기 제1 전극 지지판(111)과 상기 제2 전극 지지판(113)은 서로 평행할 수 있다.
상기 직선 운동축(115)은 상기 제2 전극 지지판(113)의 중심축에서 동심원의 중심축 방향으로 연장될 수 있다. 상기 직선 운동축(115)은 도전성 재질의 원기둥 형상이고, 상기 직선 운동축(115)은 상기 제2 전극 지지판(113)과 일체형으로 형성될 수 있다. 상기 직선 운동축(115)의 타단에는 암나사가 형성된 홀(115a)이 형성될 수 있다.
상기 가이드 튜브(117)는 도전성 재질이고, 원통 형상일 수 있다. 상기 가이드 튜브(117)는 상기 직선 운동축(115)을 감싸도록 배치되어, 직선 운동을 가이드할 수 있다.
상기 제2 전극 연결부(119)는 와셔 형상을 포함할 수 있다. 상기 가이드 튜브(117)는 상기 제2 전극 연결부(119)의 중심에 배치된 관통홀에 삽입되어 고정될 수 있다. 상기 제2 전극 연결부(119)는 상기 제1 전극을 바라보도록 상기 직선 운동축의 연장 방향으로 연장되는 보조 도전 튜브(119a)를 포함할 수 있다. 상기 가이드 튜브(117), 상기 보조 도전 튜브(119a), 및 원판 형상의 제2 전극 연결부(119)는 일체형으로 제작될 수 있다.
상기 진공 축전기 절연 튜브(118)는 상기 제1 전극 지지판(111)과 상기 제2 전극 연결부의 보조 도전 튜브(119a)를 서로 연결할 수 있다. 상기 진공 출전기 절연 튜브의 밀봉은 금속과 세라믹의 브레이징 기술을 이용할 수 있다.
상기 주름관(116)은 도전성 재질로 형성되고, 원통 형상이고, 상기 직선 운동축(115)의 중심축 방향으로 신축될 수 있다. 상기 주름관(116)은 상기 직선 운동축을 감싸도록 배치되고 상기 제2 전극 지지판(113)과 상기 제2 전극 연결부(119)를 연결할 수 있다. 상기 주름관(116)은 상기 진공 축전기 절연 튜브(118)의 내부에 배치되어 진공을 유지할 수 있다. 상기 제1 전극(112)과 제2 전극(114)이 서로 마주보는 축전 영역은 고진공 상태로 유지되고, 상기 주름관의 내부와 연통되는 비축전 영역은 저진공 상태로 유지될 수 있다. 상기 축전 영역과 상기 비축전 영역 사이의 압력 차이에 기인하여 진공 흡입력이 발생할 수 있다. 바람직하게는, 상기 축전 영역과 상기 비축전 영역은 압력 차이는 작은 것이 바람직할 수 있다.
상기 절연 직선 운동축(120)은 세라믹 또는 알루미나와 같은 절연체 재질일 수 있다. 상기 절연 직선 운동축(120)은 상기 직선 운동축(115)의 중심축 방향으로 연장되는 원기둥 형상일 수 있다. 상기 절연 직선 운동축(120)의 일단은 숫나사 형상(120a)을 가지고, 상기 직선 운동축(115)의 타단의 암나사가 형성된 홀(115a)에 삽입되어 나사 결합할 수 있다. 상기 절연 직선 운동축(120)은 링 형상의 이동 정지부(121)를 포함할 수 있다. 상기 이동 정지부(121)의 직경은 상기 가이드 튜브(117)의 직경보다 클 수 있다. 상기 이동 정지부(121)는 진공 흡입력에 의하여 상기 직선 운동축이 상기 가변 진공 축전기 내부로 빨려드러가는 것을 방지할 수 있다. 상기 절연 직선 운동축(120)의 타단은 상기 내부 자석 슬라이드부(170)에 고정될 수 있다.
상기 내부 자석 슬라이드부(170)는 일단이 막힌 원통 형상일 수 있다. 상기 내부 자석 슬라이부(170)의 외주면에서는 상기 내부 자석(150)이 안착되도록 링 형태의 안착 홈(171)을 포함할 수 있다. 상기 내부 자석(150)은 상기 안착 홈(171)에 삽입되어 고정된다.
상기 내부 자석 슬라이드부(170)의 일단의 원판(172)은 상기 절연 직선 운동축(120)의 타단에 형성된 링 형태의 정렬 홈(122)에 삽입될 수 있다. 상기 내부 자석 슬라이드부(170)는 상기 직선 운동축 방향으로 연장되고, 상기 절연 직선 운동축(120)의 타단에 끼움 결합할 수 있는 보조 원통(173)을 포함할 수 있다.
고정수단(174)은 상기 절연 직선 운동축(120)의 타단에 삽입되고, 상기 내부 자석 슬라이드부(170)를 고정할 수 있다. 상기 절연 직선 운동축의 타단에는 암나사가 형성된 너트 홀(123)이 형성될 수 있다. 상기 고정 수단(174)은 숫나사를 포함하고, 상기 고정 수단(174)은 상기 너트 홀(123)에 삽입되어 상기 내부 자석 슬라이드부(170)를 상기 절연 직선 운동축(120)에 고정할 수 있다.
상기 내부 자석(150)은 사각형 단면을 가진 토로이드 형상일 수 있다. 상기 내부 자석(150)은 상기 내부 자석 슬라이드부(170)의 안착홈(171)에 삽입되어 상기 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동할 수 있다. 상기 내부 자석(150)은 영구 자석이고, 상기 내부 자석(150)의 자화 방향은 원통좌표계에서 반경 방향일 수 있다. 상기 내부 자석(150)은 상기 자석 고정 튜브(140)의 내에 배치될 수 있다. 상기 내부 자석(150)은 상기 외부 자석(160)과 자기 결합할 수 있다. 예를 들어, 상기 내부 자석(150)은 상기 외부 자석(160)으로부터 로렌츠 힘(Lorentz force)을 받아 상기 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 내부 자석(150)은 중심축 방향(z축 방향)으로 절단될 수 있다. 이에 따라, 상기 외부 자석(160)에 의한 와류의 흐름이 차단되고, 열 발생이 억제될 수 있다. 또한, 상기 내부 자석(150)은 반경 방향으로 자화되고, 상기 내부 자석(150)은 복수의 부품으로 분할되어 대칭적으로 배치될 수 있다.
상기 유전체 튜브(130)는 유전체로 형성된 원통 형상일 수 있다. 상기 유전체 튜브(130)는 상기 제2 전극 연결부(119)와 상기 자석 고정 튜브(140)를 서로 연결할 수 있다. 상기 유전체 튜브(120)의 직경은 실질적으로 상기 자석 고정 튜브(140)와 동일할 수 있다. 상기 유전체 튜브는 세라믹 재질로 진공을 유지될 수 있도록 밀봉될 수 있다. 상기 밀봉은 금속과 세라믹의 브레이징 기술을 사용할 수 있다.
상기 자석 고정 튜브(140)는 도전성 재질로 형성된 원통 형상일 수 있다. 상기 자석 고정 튜브(140)는 외주면에 상기 외부 자석(160)이 배치되는 외부 자석 안착홈(141)을 포함할 수 있다. 상기 외부 자석 안착홈(141)은 상기 직선 운동축 방향으로 연장되는 링 형태일 수 있다. 상기 자석 고정 튜브(140)의 일단은 상기 유전체 튜브와 결합하고, 상기 자석 고정 튜브의 타단은 원판(142)으로 막힐 수 있다. 상기 자석 고정 튜브의 원판(142)의 중심에 유전체 창문(143)이 배치될 수 있다. 상기 유전체 창문(143)은 상기 자석 고정 튜브와 진공을 유지되면서 밀봉될 수 있다.
상기 외부 자석(160)은 솔레노이드 형상의 전자석일 수 있다. 상기 외부 자석(160)은 외부 자석 구동부(162)에 연결되고, 상기 외부 자석(160)은 상기 직선 운동 중심축 방향의 자기장을 형성할 수 있다. 상기 외부 자석(160)은 피복된 도선을 이용하여 솔레노이드 형태로 감길 수 있다.
이동 거리 측정부(190)는 상기 내부 자석 슬라이드부(170)의 이동 거리를 측정할 수 있다. 예를 들어, 이동 거리 측정부(190)는 광학식 거리 센서일 수 있다. 상기 이동 거리 측정부(190)는 상기 자석 고정 튜브의 원판에 배치된 상기 유전체 창문(190)을 통하여 전자기파 또는 빛을 상기 내부 자석 슬라이드부(170)에 제공하고, 반사되는 전자기파 또는 빛을 측정하여 이동 거리를 산출할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 이동 거리 측정부는 홀 센서, 광학 거리 센서, 정전 용량을 이용하여 거리를 측정하는 정전 용량 센서 등으로 변형될 수 있다. 상기 홀 센서는 자기장의 세기를 측정하고, 상기 자기장의 세기를 이용하여 이동 거리를 산출할 수 있다.
도 2a은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 운동 가변 진공 축전기를 설명하는 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 선형 운동 가변 진공 축전기의 이동 거리 측정부를 설명하는 사시도이다.
도 2c는 도 2b의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 2d는 도 2b의 이동 거리 측정부를 나타내는 평면도이다.
도 1에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 선형 운동 가변 진공 축전기(200)는 가변 진공 축전기(110), 절연 직선 운동축(120), 유전체 튜브(130), 자석 고정 튜브(240), 외부 자석(160), 내부 자석(150), 및 내부 자석 슬라이드부(170)를 포함한다. 상기 가변 진공 축전기(110)는 제1 전극(112), 상기 제1 전극(112)에 대향하여 배치되는 제2 전극(114), 상기 제2 전극(114)에 연결된 직선 운동축(115), 및 상기 직선 운동축(115)의 주위를 진공도를 상기 제1 전극(112)과 상기 제2 전극(114)이 서로 마주보는 축전 공간의 진공도와 서로 다르게 유지하는 주름관(116)을 포함한다.
상기 절연 직선 운동축(120)의 일단은 상기 직선 운동축(115)에 축결합하고, 상기 절연 직선 운동축(120)은 유전체로 형성된다. 상기 유전체 튜브(130)는 상기 절연 직선 운동축(120)을 감싸도록 배치되고, 상기 유전체 튜브(130)의 일단은 상기 가변 진공 축전기와 진공을 유지하면서 결합한다. 자석 고정 튜브(240)의 일단은 상기 유전체 튜브(130)의 타단에 결합하고, 상기 자석 고정 튜브(240)는 진공을 유지하면서 결합한다. 상기 외부 자석(160)은 상기 자석 고정 튜브(240)의 외주면을 감싸도록 배치된다. 상기 내부 자석(150)은 상기 자석 고정 튜브(240)의 내부에 배치되고 상기 외부 자석(160)과 자기 결합한다. 상기 내부 자석 슬라이드부(170)는 상기 내부 자석(150)과 고정 결합하고, 상기 내부 자석 슬라이드부(170)의 일단은 상기 절연 직선 운동축(120)의 타단에 고정 결합한다.
상기 가변 진공 축전기(110)는 동심원 원통 구조의 제1 전극(112), 상기 제1 전극(112)에 대향하여 배치되고 동심원의 중심축 방향으로 이동하는 동심원 원통 구조의 제2 전극(114), 상기 제2 전극(114)을 지지하는 원판 형상의 제2 전극 지지판(113), 상기 제2 전극 지지판(113)의 중심에서 동심원의 중심축 방향으로 연장되는 직선 운동축(115), 상기 제1 전극(112)을 지지하는 원판 형상의 제1 전극 지지판(111), 상기 직선 운동축(115)을 가이드하는 원통 형상의 가이드 튜브(117), 상기 가이드 튜브(117)를 고정하는 와셔 형상의 제2 전극 연결부(119), 상기 제1 전극 지지판(111)의 외주면과 상기 제2 전극 연결부(119)를 밀봉 상태로 서로 연결하는 진공 축전기 절연 튜브(118), 상기 직선 운동축(115)을 감싸도록 배치되고 상기 제2 전극 지지판(113)과 상기 제2 전극 연결부(119)를 연결하는 주름관(116)을 포함한다. 상기 제2 전극(114)이 상기 직선 운동축 방향으로 이동함에 따라, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 마주보는 면적이 변화한다. 이에 따라, 정전용량이 가변된다.
상기 제1 전극(112)은 동심원 구조의 도전성 원통들을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극 지지판(111)은 도전성 원판 형상이고, 상기 제1 전극의 일단은 제1 전극 지지판(111)에 고정될 수 있다.
상기 제2 전극(114)은 동심원 구조의 도선성 원통들을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극의 중심축과 상기 제2 전극의 중심축은 서로 일치할 수 있다. 상기 제1 전극의 원통들과 상기 제2 전극의 원통들은 서로 교차하여 배치될 수 있다. 상기 제2 전극 지지판(113)은 도전성 원판 형상이고, 상기 제2 전극의 일단은 제2 전극 지지판(113)에 고정될 수 있다. 상기 제2 전극 지지판(113)의 직경은 상기 진공 축전기 절연 튜브의 내경보다 작을 수 있다. 상기 제1 전극 지지판(111)과 상기 제2 전극 지지판(113)은 서로 평행할 수 있다.
상기 직선 운동축(115)은 상기 제2 전극 지지판(113)의 중심축에서 동심원의 중심축 방향으로 연장될 수 있다. 상기 직선 운동축(115)은 도전성 재질의 원기둥 형상이고, 상기 직선 운동축(115)은 상기 제2 전극 지지판(113)과 일체형으로 형성될 수 있다. 상기 직선 운동축의 타단에는 암나사가 형성된 홀(115a)이 형성될 수 있다.
상기 가이드 튜브(117)는 도전성 재질이고, 원통 형상일 수 있다. 상기 가이드 튜브(117)는 상기 직선 운동축(115)을 감싸도록 배치되어, 직선 운동을 가이드할 수 있다.
상기 제2 전극 연결부(119)는 와셔 형상을 포함할 수 있다. 상기 가이드 튜브(117)는 상기 제2 전극 연결부(119)의 중심에 배치된 관통홀에 삽입되어 고정될 수 있다. 상기 제2 전극 연결부(119)는 상기 제1 전극을 바라보도록 상기 직선 운동축의 연장 방향으로 연장되는 보조 도전 튜브(119a)를 포함할 수 있다. 상기 가이드 튜브(117), 상기 보조 도전 튜브(119a), 및 원판 형상의 제2 전극 연결부(119)는 일체형으로 제작될 수 있다.
상기 진공 축전기 절연 튜브(118)는 상기 제1 전극 지지판(111)과 상기 제2 전극 연결부의 보조 도전 튜브(119a)를 서로 연결할 수 있다. 상기 진공 출전기 절연 튜브의 밀봉은 금속과 세라믹의 브레이징 기술을 이용할 수 있다.
상기 주름관(116)은 도전성 재질로 형성되고, 원통 형상이고, 상기 직선 운동축(115)의 중심축 방향으로 신축될 수 있다. 상기 주름관(116)은 상기 직선 운동축을 감싸도록 배치되고 상기 제2 전극 지지판(113)과 상기 제2 전극 연결부(119)를 연결할 수 있다. 상기 주름관(116)은 상기 진공 축전기 절연 튜브(118)의 내부에 배치되어 진공을 유지할 수 있다. 상기 제1 전극(112)과 제2 전극(114)이 서로 마주보는 축전 영역은 고진공 상태로 유지되고, 상기 주름관의 내부와 연통되는 비축전 영역은 저진공 상태로 유지될 수 있다. 상기 축전 영역과 상기 비축전 영역 사이의 압력 차이에 기인하여 진공 흡입력이 발생할 수 있다. 바람직하게는, 상기 축전 영역과 상기 비축전 영역은 압력 차이는 작은 것이 바람직할 수 있다.
상기 절연 직선 운동축(120)은 세라믹 또는 알루미나와 같은 절연체 재질일 수 있다. 상기 절연 직선 운동축(120)은 상기 직선 운동축(115)의 중심축 방향으로 연장되는 원기둥 형상일 수 있다. 상기 절연 직선 운동축(120)의 일단은 숫나사 형상(120a)을 가지고, 상기 직선 운동축(115)의 타단의 암나사가 형성된 홀(115a)에 삽입되어 나사 결합할 수 있다. 상기 절연 직선 운동축(120)은 링 형상의 이동 정지부(121)를 포함할 수 있다. 상기 이동 정지부(121)의 직경은 상기 가이드 튜브(117)의 직경보다 클 수 있다. 상기 이동 정지부(121)는 진공 흡입력에 의하여 상기 직선 운동축이 상기 가변 진공 축전기 내부로 빨려드러가는 것을 방지할 수 있다. 상기 절연 직선 운동축(120)의 타단은 상기 내부 자석 슬라이드부(170)에 고정될 수 있다.
상기 내부 자석 슬라이드부(170)는 일단이 막힌 원통 형상일 수 있다. 상기 내부 자석 슬라이부(170)의 외주면에서는 상기 내부 자석(150)이 안착되도록 링 형태의 안착 홈(171)을 포함할 수 있다. 상기 내부 자석(150)은 상기 안착 홈(171)에 삽입되어 고정된다.
상기 내부 자석 슬라이드부(170)의 일단의 원판(172)은 상기 절연 직선 운동축(120)의 타단에 형성된 링 형태의 정렬 홈(122)에 삽입될 수 있다. 상기 내부 자석 슬라이드(170)는 상기 직선 운동축 방향으로 연장되고, 상기 절연 직선 운동축(120)의 타단에 끼움 결합할 수 있는 보조 원통(173)을 포함할 수 있다.
고정수단(174)은 상기 절연 직선 운동축(120)의 타단에 삽입되고, 상기 내부 자석 슬라이드부(170)를 고정할 수 있다. 상기 절연 직선 운동축의 타단에는 암나사가 형성된 너트 홀(123)이 형성될 수 있다. 상기 고정 수단(174)은 숫나사를 포함하고, 상기 고정 수단(174)은 상기 너트 홀(123)에 삽입되어 상기 내부 자석 슬라이드부(170)를 상기 절연 직선 운동축(120)에 고정할 수 있다.
상기 내부 자석(150)은 사각형 단면을 가진 토로이드 형상일 수 있다. 상기 내부 자석(150)은 상기 내부 자석 슬라이드부(170)의 안착홈(171)에 삽입되어 상기 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동할 수 있다. 상기 내부 자석(150)은 영구 자석이고, 상기 내부 자석(150)의 자화 방향은 원통좌표계에서 반경 방향일 수 있다. 상기 내부 자석(150)은 상기 자석 고정 튜브(240)의 내에 배치될 수 있다. 상기 내부 자석(150)은 상기 외부 자석(160)과 자기 결합할 수 있다. 예를 들어, 상기 내부 자석(150)은 상기 외부 자석(160)으로부터 로렌츠 힘(Lorentz force)을 받아 상기 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동할 수 있다.
상기 유전체 튜브(130)는 유전체로 형성된 원통 형상일 수 있다. 상기 유전체 튜브(130)는 상기 제2 전극 연결부(119)와 상기 자석 고정 튜브(240)를 서로 연결할 수 있다. 상기 유전체 튜브(120)의 직경은 실질적으로 상기 자석 고정 튜브(240)와 동일할 수 있다. 상기 유전체 튜브는 세라믹 재질로 진공을 유지될 수 있도록 밀봉될 수 있다. 상기 밀봉은 금속과 세라믹의 브레이징 기술을 사용할 수 있다.
상기 자석 고정 튜브(240)는 도전성 재질로 형성된 원통 형상일 수 있다. 상기 자석 고정 튜브(240)는 외주면에 상기 외부 자석(160)이 배치되는 외부 자석 안착홈(241)을 포함할 수 있다. 상기 외부 자석 안착홈(241)은 상기 직선 운동축 방향으로 연장되는 링 형태일 수 있다. 상기 자석 고정 튜브(240)의 일단은 상기 유전체 튜브와 결합하고, 상기 자석 고정 튜브의 타단은 와셔 형상의 원판(242)으로 막힐 수 있다. 상기 자석 고정 튜브의 원판(242)에는 직선 운동 가이드가 연결될 수 있다.
상기 직선 운동 가이드부(280)는 상기 자석 고정 튜브(240)의 내부에 배치되고 상기 내부 자석 슬라이드부(170)를 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하도록 가이드할 수 있다. 또한, 상기 직선 운동 가이드부(280)는 원통 형상의 상기 내부 자석 슬라이드부(170)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부(280)와 상기 내부 자석 슬라이드부(170)는 동축 원통 구조를 가질 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부(280)는 상기 자석 고정 튜브의 타단에서 상기 절연 직선 운동축을 향하도록 내부로 삽입될 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부(280)는 일단이 막힌 원통 형상일 수 있다. 상기 내부 자석 슬라이드부(170)는 상기 직선 운동 가이부의 외주면을 따라 이동할 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부(280)의 내부는 대기압에 노출될 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부(280)는 상기 자석 고정 튜브의 타단에 배치된 와셔 형태의 원판(242)에 고정되고, 밀봉될 수 있다. 밀봉 방법은 용접되거나, 통상적인 진공 밀봉 방법이 적용될 수 있다. 상기 내부 자석 슬라이드부(170)와 상기 직선 운동 가이부의 유격을 감소시키기 위하여, 상기 직선 운동 가이드부(280)의 외주면에는 부싱(bushing, 282)이 배치될 수 있다.
상기 외부 자석(160)은 솔레노이드 형상의 전자석일 수 있다. 상기 외부 자석(160)은 외부 자석 구동부(162)에 연결되고, 상기 외부 자석(160)은 상기 직선 운동 중심축 방향의 자기장을 형성할 수 있다. 상기 외부 자석(160)은 피복된 도선을 이용하여 솔레노이드 형태로 감길 수 있다.
이동 거리 측정부(290)는 상기 내부 자석 슬라이드부(170) 또는 상기 내부 자석(150)의 이동 거리를 측정할 수 있다.
상기 이동 거리 측정부(290)는 보조 영구 자석(295)을 포함하고, 상기 보조 영구 자석(295)은 상기 내부 자석(150)과 자기적으로 결합할 수 있다. 상기 보조 영구 자석(295)은 상기 내부 자석(150)과 공간적으로 이격된 경우에도, 자기력을 준다. 이에 따라, 상기 내부 자석(150)이 이동하는 경우, 상기 보조 영구 자석(295)도 같이 이동한다. 상기 보조 영구 자석에 거리를 측정하는 인코더를 설치하면, 상기 내부 자석의 이동 거리를 측정할 수 있다. 상기 내부 자석(150)이 반경 방향으로 자화된 경우, 상기 보조 영구 자석(295)은 역시 반경 방향으로 자화될 수 있다.
상기 이동 거리 측정부(290)는 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향 방향으로 서로 이격되어 배치된 한 쌍의 지지판(292a,292b); 상기 한 쌍의 지지판을 서로 연결하고, 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 연장되는 봉 형상의 센서 가이드부(293); 내부에 관통홀을 가지는 원통 형상이고, 상기 센서 가이드부에 가이드되어 슬라이드하는 센서 슬라이드부(294); 상기 내부 자석과 자기 결합하고 상기 내부 자석의 이동에 따라 같이 이동하고, 상기 센서 슬라이드부의 관통홀에 고정되는 보조 영구 자석(295); 상기 센서 슬라이드부의 외측면에 장작되는 인코더 스케일(297); 상기 한 쌍의 지지판을 연결하도록 배치되는 인쇄 회로 기판(296); 및 상기 인쇄 회로 기판에 배치되고 상기 인코더 스케일을 마주보도록 배치된 인코더 헤드(298)를 포함한다.
한 쌍의 지지판(292a, 292b)은 원판 형태이고, 서로 이격되어 평행하게 배치된다. 상기 지지판(292a, 292b)의 직경은 상기 직선 운동 가이드부(280)의 내직경보다 작을 수 있다. 하나의 지지판(292a)은 원판 형태의 고정판(291)에 고정될 수 있다. 상기 고정판(291)은 상기 자석 고정 튜브(240)의 타단에 고정될 수 있다. 이에 따라, 상기 이동 거리 측정부(290)가 고정된다. 상기 한 쌍의 지지판(292a, 292b)의 외주면은 현을 가지도록 평면 처리될 수 있다. 상기 처리된 평면에 인쇄 회로 기판(296)이 장착될 수 있다.
거리를 측정하기 위한 인코더 헤드(298)는 상기 인쇄 회로 기판(296)에 장착될 수 있다. 상기 인코터 헤드(298)는 고정되고, 상기 센서 슬라이드부(294)에 고정된 인코더 스케일(297)이 이동함에 따라, 상기 인코더 헤드(298)는 이동 거리를 산출할 수 있다. 상기 인코더 헤드(298)는 광학식인 것이 바람직할 수 있다.
센서 가이드부(292)는 봉 형태이고, 상기 한 쌍의 지지판(292a,292b)을 서로 연결할 수 있다. 상기 센서 가이드부(292)는 서로 나란히 연장되는 3 개의 봉을 포함할 수 있다.
상기 센서 슬라이드부(294)는 상기 한 쌍의 지지판을 서로 연결하는 봉 형태의 센서 가이드부(292)에 탑재되어 움직일 수 있다. 상기 센서 슬라이부(294)는 마찰력을 억제하기 위한 베어링이 장착될 수 있다. 상기 센서 슬라이드부(294)는 기본적으로 원통 형상이고, 상기 센서 가이드부(293)에 안내되도록 원형의 홀 또는 일부기 개방된 홀(294a)을 포함할 수 있다. 상기 센서 가이드부(293)는 상기 홀에 삽입되어 직선 운동할 수 있다.
상기 센서 슬라이드부(294)의 측면은 평면으로 처리될 수 있다. 상기 인코더 스케일(297)은 처리된 평면에 배치될 수 있다.
상기 센서 슬라이드부(294)에 직선 운동을 제공하기 위하여, 보조 영구자석(295)이 상기 센서 슬라이드부의 내부에 배치될 수 있다. 상기 보조 영구 자석(295)은 원통 형상의 영구 자석이고, 상기 보조 영구 자석의 자화 방향은 반경 방향일 수 있다. 상기 내부 자석과 상기 보조 영구 자석의 흡인력을 증가시키기 위하여, 상기 센서 슬라이드부 및/또는 상기 직선 운동 가이드부는 상자성체 또는 강자성체 재질로 제작될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선형 운동 가변 진공 축전기를 설명하는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 선형 운동 가변 진공 축전기(300)는 가변 진공 축전기(110), 절연 직선 운동축(120), 유전체 튜브(130), 자석 고정 튜브(240), 외부 자석(160), 내부 자석(150), 및 내부 자석 슬라이드부(170)를 포함한다. 상기 가변 진공 축전기(110)는 제1 전극(112), 상기 제1 전극(112)에 대향하여 배치되는 제2 전극(114), 상기 제2 전극(114)에 연결된 직선 운동축(115), 및 상기 직선 운동축(115)의 주위를 진공도를 상기 제1 전극(112)과 상기 제2 전극(114)이 서로 마주보는 축전 공간의 진공도와 서로 다르게 유지하는 주름관(116)을 포함한다.
상기 절연 직선 운동축(120)의 일단은 상기 직선 운동축(115)에 축결합하고, 상기 절연 직선 운동축(120)은 유전체로 형성된다. 상기 유전체 튜브(130)는 상기 절연 직선 운동축(120)을 감싸도록 배치되고, 상기 유전체 튜브(130)의 일단은 상기 가변 진공 축전기와 진공을 유지하면서 결합한다. 자석 고정 튜브(240)의 일단은 상기 유전체 튜브(130)의 타단에 결합하고, 상기 자석 고정 튜브(240)는 진공을 유지하면서 결합한다. 상기 외부 자석(160)은 상기 자석 고정 튜브(240)의 외주면을 감싸도록 배치된다. 상기 내부 자석(150)은 상기 자석 고정 튜브(240)의 내부에 배치되고 상기 외부 자석(160)과 자기 결합한다. 상기 내부 자석 슬라이드부(170)는 상기 내부 자석(150)과 고정 결합하고, 상기 내부 자석 슬라이드부(170)의 일단은 상기 절연 직선 운동축(120)의 타단에 고정 결합한다.
상기 직선 운동 가이드부(380)는 상기 자석 고정 튜브(240)의 내부에 배치되고 상기 내부 자석 슬라이드부(170)를 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하도록 가이드할 수 있다. 또한, 상기 직선 운동 가이드부(380)는 원통 형상의 상기 내부 자석 슬라이드부(170)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부(380)와 상기 내부 자석 슬라이드부(170)는 동축 원통 구조를 가질 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부(380)는 상기 자석 고정 튜브의 타단에서 상기 절연 직선 운동축을 향하도록 내부로 삽입될 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부(380)는 일단이 막힌 원통 형상일 수 있다. 상기 내부 자석 슬라이드부(170)는 상기 직선 운동 가이부의 외주면을 따라 이동할 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부(380)의 내부는 대기압에 노출될 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부(380)는 상기 자석 고정 튜브의 타단에 배치된 와셔 형태의 원판에 고정되고, 밀봉될 수 있다. 밀봉 방법은 용접되거나, 통상적인 진공 밀봉 방법이 적용될 수 있다. 상기 내부 자석 슬라이드부(170)와 상기 직선 운동 가이부의 유격을 감소시키기 위하여, 상기 직선 운동 가이드부(380)의 외주면에는 부싱(bushing, 382)이 배치될 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부(380)의 막힌 일단은 원판 형상일 수 있다. 상기 원판에는 빛을 투과시키는 유전체 창문(381)이 배치될 수 있다. 상기 유전체 창문(381)은 상기 직선 운동 가이드부(380)와 밀봉될 수 있다.
이동 거리 측정부(390)는 상기 직선 운동 가이드부(380)의 내부에 삽입되고, 상기 내부 자석 슬라이드부(170)가 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하는 이동 거리를 측정할 수 있다. 상기 이동 거리 측정부(390)는 상기 직선 운동 가이드부의 상기 유전체 창문(381)을 통하여 빛을 제공하고, 이동하는 부위에서 반사되는 빛을 측정하여 상기 내부 자석 슬라이드부(170)의 이동 거리를 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선형 운동 가변 진공 축전기를 설명하는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 선형 운동 가변 진공 축전기(400)는 가변 진공 축전기(110), 절연 직선 운동축(420), 유전체 튜브(130), 자석 고정 튜브(440), 외부 자석(160), 내부 자석(150), 내부 슬라이드부(470), 및 직선 운동 가이드부(480)를 포함한다. 상기 가변 진공 축전기(110)는 제1 전극(112), 상기 제1 전극(112)에 대향하여 배치되는 제2 전극(114), 상기 제2 전극(114)에 연결된 직선 운동축(115), 및 상기 직선 운동축(115)의 주위를 진공도를 상기 제1 전극(112)과 상기 제2 전극(114)이 서로 마주보는 축전 공간의 진공도와 서로 다르게 유지하는 주름관(116)을 포함한다.
상기 절연 직선 운동축(420)의 일단은 상기 직선 운동축(115)에 축결합하고, 상기 절연 직선 운동축(420)은 유전체로 형성된다. 상기 유전체 튜브(130)는 상기 절연 직선 운동축(420)을 감싸도록 배치되고, 일단은 상기 가변 진공 축전기(110)와 진공을 유지하면서 결합한다. 상기 자석 고정 튜브(440)의 일단은 상기 유전체 튜브(130)의 타단에 결합하고 진공을 유지하면서 결합한다. 상기 외부 자석(160)은 상기 자석 고정 튜브(440)의 외주면을 감싸도록 배치된다. 상기 내부 자석(150)은 상기 절연 직선 운동축(420)의 외주면에 삽입되어 고정되고 상기 자석 고정 튜브(440)의 내부에 배치되고 상기 외부 자석(160)과 자기 결합한다. 상기 내부 슬라이드부(470)는 상기 절연 직선 운동축(420)의 타단에 축결합하고 원기둥 형상이다. 상기 직선 운동 가이드부(480)는 상기 내부 슬라이드부(470)의 타단이 삽입되는 원통 형상이고, 상기 자석 고정 튜브(440)의 내부에 배치되고 상기 내부 슬라이드부(470)를 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하도록 가이드한다.
상기 절연 직선 운동축(420)은 세라믹 또는 알루미나와 같은 절연체 재질일 수 있다. 상기 절연 직선 운동축(420)은 상기 직선 운동축(115)의 중심축 방향으로 연장되는 원기둥 형상일 수 있다. 상기 직선 운동축(115)의 타단에는 암나사가 형성된 홀(115a)이 형성될 수 있다. 상기 절연 직선 운동축(420)의 일단은 숫나사 형상(420a)을 가지고, 상기 직선 운동축(115)의 타단의 암나사가 형성된 홀(115a)에 삽입되어 나사 결합할 수 있다. 상기 절연 직선 운동축(420)은 링 형상의 이동 정지부(421)를 포함할 수 있다. 상기 이동 정지부(421)의 직경은 상기 가이드 튜브(117)의 직경보다 클 수 있다. 상기 이동 정지부(421)는 진공 흡입력에 의하여 상기 직선 운동축(115)이 상기 가변 진공 축전기 내부로 빨려드러가는 것을 방지할 수 있다. 상기 절연 직선 운동축(420)의 타단의 둘레에는 안착홈(422)을 포함할 수 있다. 상기 내부 자석(150)은 상기 안착홈(422)에 배치되고 고정될 수 있다. 상기 안착홈(422)은 상기 절연 직선 운동축(420)의 직경을 감소시켜 형성될 수 있다.
상기 내부 슬라이드부(470)는 원기둥 형상일 수 있다. 상기 내부 슬라이드부(470)의 일단은 나사산을 포함할 수 있다. 상기 내부 슬라이드부(470)의 일단은 상기 절연 직선 운동축의 타단에 삽입되어 나사결합할 수 있다. 상기 내부 슬라이부(40)의 외주면에서는 링 형태의 고정부(471)가 배치될 수 있다. 상기 고정부(471)는 상기 절연 직선 운동부의 안착홈에 삽입된 내부 자석(150)을 고정한다. 또한, 상기 고정부(471)는 상기 내부 슬라이드부(471)가 상기 직선 운동 가이드(480)를 향하여 이동하는 경우, 더 이상 직선 운동하지 못하도록 정지시키는 기능을 수행할 수 있다.
상기 내부 자석(150)은 사각형 단면을 가진 토로이드 형상일 수 있다. 상기 내부 자석(150)은 상기 절연 직선 운동축(420)의 안착홈(422)에 삽입되어 상기 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동할 수 있다. 상기 내부 자석(150)은 영구 자석이고, 상기 내부 자석(150)의 자화 방향은 원통좌표계에서 반경 방향일 수 있다. 상기 내부 자석(150)은 상기 자석 고정 튜브(440)의 내에 배치될 수 있다. 상기 내부 자석(150)은 상기 외부 자석(160)과 자기 결합할 수 있다. 예를 들어, 상기 내부 자석(150)은 상기 외부 자석(160)으로부터 로렌츠 힘(Lorentz force)을 받아 상기 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동할 수 있다.
상기 유전체 튜브(130)는 유전체로 형성된 원통 형상일 수 있다. 상기 유전체 튜브(130)는 상기 제2 전극 연결부(119)와 상기 자석 고정 튜브(440)를 서로 연결할 수 있다. 상기 유전체 튜브(120)의 직경은 실질적으로 상기 자석 고정 튜브(440)와 동일할 수 있다. 상기 유전체 튜브는 세라믹 재질로 진공을 유지될 수 있도록 밀봉될 수 있다. 상기 밀봉은 금속과 세라믹의 브레이징 기술을 사용할 수 있다.
상기 자석 고정 튜브(440)는 도전성 재질로 형성된 원통 형상일 수 있다. 상기 자석 고정 튜브(440)는 외주면에 상기 외부 자석(160)이 배치되는 외부 자석 안착홈(441)을 포함할 수 있다. 상기 외부 자석 안착홈(441)은 상기 직선 운동축 방향으로 연장되는 링 형태일 수 있다. 상기 자석 고정 튜브(440)의 일단은 상기 유전체 튜브와 결합하고, 상기 자석 고정 튜브의 타단은 와셔 형상의 원판(442)으로 막힐 수 있다. 상기 자석 고정 튜브의 원판(442)에는 직선 운동 가이드(480)가 연결될 수 있다.
상기 직선 운동 가이드부(480)는 상기 자석 고정 튜브(440)의 내부에 배치되고 상기 내부 슬라이드부(470)를 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하도록 가이드할 수 있다. 또한, 상기 직선 운동 가이드부(480)는 원통 형상일 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부는 상기 내부 슬라이드부(470)를 감싸도로 배치될 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부(480)와 상기 내부 슬라이드부(470)는 동일한 중심축을 가질 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부(480)는 상기 자석 고정 튜브의 타단에서 상기 절연 직선 운동축을 향하도록 내부에 배치될 수 있다. 상기 직선 운동 가이드부(480)는 원통 형상일 수 있다. 상기 내부 슬라이드부(470)는 상기 직선 운동 가이부의 내주면을 따라 이동할 수 있다. 상기 내부 슬라이드부의 일단은 상기 절연 직선 운동축(420)의 타단에 삽입될 수 있다. 상기 절연 직선 운동축의 타단에는 암나사가 형성된 너트 홀(423)이 형성될 수 있다. 상기 내부 슬라이드부의 일단은 숫나사(473)를 포함하고, 상기 숫나사(473)는 상기 너트 홀(423)에 삽입되어 상기 내부 슬라이드부(470)를 상기 절연 직선 운동축(420)에 고정할 수 있다.
상기 직선 운동 가이드부(480)는 상기 자석 고정 튜브의 타단에 배치된 와셔 형태의 원판에 고정되고, 밀봉될 수 있다. 밀봉 방법은 용접되거나, 통상적인 진공 밀봉 방법이 적용될 수 있다. 상기 내부 슬라이드부(470)와 상기 직선 운동 가이부의 유격을 감소시키기 위하여, 상기 내부 슬라이드부의 외주면에는 부싱이 배치될 수 있다.
상기 외부 자석(160)은 솔레노이드 형상의 전자석일 수 있다. 상기 외부 자석(160)은 외부 자석 구동부(162)에 연결되고, 상기 외부 자석(160)은 상기 직선 운동 중심축 방향의 자기장을 형성할 수 있다. 상기 외부 자석(160)은 피복된 도선을 이용하여 솔레노이드 형태로 감길 수 있다.
이동 거리 측정부(490)는 상기 내부 슬라이드부(470) 또는 상기 내부 자석(150)의 이동 거리를 측정할 수 있다. 상기 이동 거리 측정부(490)는 상기 내부 슬라이드부가 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하는 이동 거리를 측정할 수 있다.
상기 직선 운동 가이드부(480)는 상기 직선 운동축의 중심축 방향으로 개방된 관통홀(481)을 포함할 수 있다. 상기 자석 고정 튜브(440)는 상기 자석 고정 튜브(440)의 타단에 배치된 유전체 창문(443)을 포함할 수 있다. 상기 이동 거리 측정부는 상기 자석 고정 튜브의 상기 유전체 창문(443) 및 상기 직선 운동 가이드부(480)의 관통홀(481)을 통하여 빛을 제공하고, 이동하는 부위에서 반사되는 빛을 측정하여 상기 내부 슬라이드부(470)의 이동 거리를 측정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선형 운동 가변 진공 축전기를 설명하는 단면도이다. 도 2에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 선형 운동 가변 진공 축전기(200a)는 가변 진공 축전기(110), 절연 직선 운동축(120), 유전체 튜브(130), 자석 고정 튜브(240), 외부 자석(160), 내부 자석(150), 및 내부 자석 슬라이드부(170)를 포함한다. 상기 가변 진공 축전기(110)는 제1 전극(112), 상기 제1 전극(112)에 대향하여 배치되는 제2 전극(114), 상기 제2 전극(114)에 연결된 직선 운동축(115), 및 상기 직선 운동축(115)의 주위를 진공도를 상기 제1 전극(112)과 상기 제2 전극(114)이 서로 마주보는 축전 공간의 진공도와 서로 다르게 유지하는 주름관(116)을 포함한다.
상기 외부 자석(160)은 솔레노이드 형상의 전자석이고, 상기 내부 자석(150)은 토로이드 형상의 영구 자석일 수 있다. 상기 내부 자석(150)의 자화 방향은 원통 좌표계의 중심축 방향(z축)일 수 있다. 이 경우, 자성체 요크 링(161)은 상기 외부 자석(160)을 감싸도록 배치되어 고정될 수 있다. 상기 자성체 요크 링(161)의 길이는 상기 외부 자석의 길이보다 길 수 있다. 이에 따라, 상기 내부 자석(150)의 자기장은 원통 좌표계의 반경 방향 성분을 상기 외부 자석에 제공할 수 있다. 상기 자성체 요크 링(161)은 철심 또는 페라이트와 같이 투자율이 높은 물질일 수 있다. 상기 보조 영구 자석(295)의 자화 방향(음의 z축 방향)은 상기 내부 자석(295)의 자화 방향(양의 z축 방향)과 반대일 수 있다. 이에 따라, 상기 내부 자석(150)과 상기 보조 영구 자석(295)은 서로 흡입력를 제공하여, 비접촉식으로 같이 움직일 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 내부 자석(150)은 중심축 방향(z축 방향)으로 절단될 수 있다. 이에 따라, 상기 외부 자석(160)에 의한 와류의 흐름이 차단되고, 열 발생이 억제될 수 있다. 또한, 상기 내부 자석(150)은 중심축 방향으로 자화되고, 상기 내부 자석(150)은 복수의 부품으로 분할되어 중심축에 대하여 대칭적으로 배치될 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
110: 가변 진공 축전기
120: 절연 직선 운동축
130: 유전체 튜브
140: 자석 고정 튜브
150: 내부 자석
160: 외부 자석
170: 내부 자석 슬라이드부

Claims (13)

  1. 제1 전극, 상기 제1 전극에 대향하여 배치되는 제2 전극, 상기 제2 전극에 연결된 직선 운동축, 및 상기 직선 운동축의 주위를 진공도를 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 서로 마주보는 축전 공간의 진공도와 서로 다르게 유지하는 주름관을 포함하는 가변 진공 축전기;
    일단은 상기 직선 운동축에 축결합하고 유전체로 형성된 절연 직선 운동축;
    상기 절연 직선 운동축을 감싸도록 배치되고 일단은 상기 가변 진공 축전기와 진공을 유지하면서 결합하는 유전체 튜브;
    일단은 상기 유전체 튜브의 타단에 결합하고 진공을 유지하면서 결합하는 자석 고정 튜브;
    상기 자석 고정 튜브의 외주면을 감싸도록 배치되는 외부 자석;
    상기 자석 고정 튜브의 내부에 배치되고 상기 외부 자석과 자기 결합하는 내부 자석; 및
    상기 내부 자석과 고정 결합하고, 일단은 상기 절연 직선 운동축의 타단에 고정 결합하는 내부 자석 슬라이드부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 운동 가변 진공 축전기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 외부 자석은 솔레노이드 형태의 전자석이고,
    상기 내부 자석은 사각형 단면을 가진 토로이드 형태의 영구 자석이고,
    상기 내부 자석의 자화 방향은 원통 원통 좌표계의 반경 방향 또는 중심축 방향인 것을 특징으로 하는 선형 운동 가변 진공 축전기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 내부 자석의 자화 방향이 중심축 방향인 경우, 상기 외부 자석을 둘러싸고 있는 자성체 요크 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 운동 가변 진공 축전기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 내부 자석 슬라이드부는 일단이 막힌 원통 형상이고,
    상기 내부 자석 슬라이부의 외주면에서는 상기 내부 자석이 안착되도록 링 형태의 안착 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 운동 가변 진공 축전기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 자석 고정 튜브의 내부에 배치되고 상기 내부 자석 슬라이드부를 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하도록 가이드하는 직선 운동 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 운동 가변 진공 축전기.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 내부 자석 슬라이드부는 일단이 막힌 원통 형상이고,
    상기 내부 자석 슬라이부의 외주면에서는 상기 내부 자석이 안착되도록 링 형태의 안착 홈을 포함하고,
    상기 직선 운동 가이드부는 상기 자석 고정 튜브의 타단에서 상기 절연 직선 운동축을 향하도록 내부로 삽입되고,
    상기 직선 운동 가이드부는 일단이 막힌 원통 형상이고,
    상기 내부 자석 슬라이드부는 상기 직선 운동 가이부의 외주면을 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 선형 운동 가변 진공 축전기.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 내부 자석 슬라이드부의 일단은 상기 절연 직선 운동축의 타단에 형성된 링 형태의 정렬 홈에 삽입되고,
    상기 절연 직선 운동축의 타단에 삽입되고, 상기 내부 자석 슬라이드부를 고정하는 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 운동 가변 진공 축전기.
  8. 제1 항에 있어서,
    대기중에 배치되고, 상기 내부 자석 슬라이드부가 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하는 이동 거리를 측정하는 이동 거리 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 운동 가변 진공 축전기.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 직선 운동 가이드부의 내부에 삽입되고, 상기 내부 자석 슬라이드부가 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하는 이동 거리를 측정하는 이동 거리 측정부를 더 포함하고,
    상기 이동 거리 측정부는:
    상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향 방향으로 서로 이격되어 배치된 한 쌍의 지지판;
    상기 한 쌍의 지지판을 서로 연결하고, 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 연장되는 봉 형상의 센서 가이드부;
    내부에 관통홀을 가지는 원통 형상이고, 상기 센서 가이드부에 가이드되어 슬라이드하는 센서 슬라이드부;
    상기 내부 자석과 자기 결합하고, 상기 내부 자석의 이동에 따라 같이 이동하고, 상기 센서 슬라이드부의 관통홀에 고정되는 보조 영구 자석;
    상기 센서 슬라이드부의 외측면에 장작되는 인코더 스케일;
    상기 한 쌍의 지지판을 연결하도록 배치되는 인쇄 회로 기판; 및
    상기 인쇄 회로 기판에 배치되고 상기 인코더 스케일을 마주보도록 배치된 인코더 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 운동 가변 진공 축전기.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 직선 운동 가이드부의 내부에 삽입되고, 상기 내부 자석 슬라이드부가 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하는 이동 거리를 측정하는 이동 거리 측정부를 더 포함하고,
    상기 직선 운동 가이드부는 상기 직선 운동 가이드부의 일단에 배치되고 빛을 투과시키는 유전체 창문을 포함하고,
    상기 이동 거리 측정부는 상기 직선 운동 가이드부의 상기 유전체 창문을 통하여 빛을 제공하고, 이동하는 부위에서 반사되는 빛을 측정하여 상기 내부 자석 슬라이드부의 이동 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 선형 운동 가변 진공 축전기.
  11. 제1 전극, 상기 제1 전극에 대향하여 배치되는 제2 전극, 상기 제2 전극에 연결된 직선 운동축, 및 상기 직선 운동축의 주위를 진공도를 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 서로 마주보는 축전 공간의 진공도와 서로 다르게 유지하는 주름관을 포함하는 가변 진공 축전기;
    일단은 상기 직선 운동축에 축결합하고 유전체로 형성된 절연 직선 운동축;
    상기 절연 직선 운동축을 감싸도록 배치되고, 일단은 상기 가변 진공 축전기와 진공을 유지하면서 결합하는 유전체 튜브;
    일단은 상기 유전체 튜브의 타단에 결합하고 진공을 유지하면서 결합하는 자석 고정 튜브;
    상기 자석 고정 튜브의 외주면을 감싸도록 배치되는 외부 자석;
    상기 절연 직선 운동축의 외주면에 삽입되어 고정되고 상기 자석 고정 튜브의 내부에 배치되고 상기 외부 자석과 자기 결합하는 내부 자석;
    상기 절연 직선 운동축의 타단에 축결합하고 원기둥 형상의 내부 슬라이드부; 및
    상기 내부 슬라이드부의 타단이 삽입되는 원통 형상이고, 상기 자석 고정 튜브의 내부에 배치되고 상기 내부 슬라이드부를 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하도록 가이드하는 직선 운동 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 운동 가변 진공 축전기.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 외부 자석은 솔레노이드 형태의 전자석이고,
    상기 내부 자석은 사각형 단면을 가진 토로이드 형태의 영구 자석이고,
    상기 내부 자석의 자화 방향은 원통 원통 좌표계의 반경 방향 또는 중심축 방향인 것을 특징으로 하는 선형 운동 가변 진공 축전기.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 내부 슬라이드부가 상기 절연 직선 운동축의 중심축 방향으로 이동하는 이동 거리를 측정하는 이동 거리 측정부를 더 포함하고,
    상기 직선 운동 가이드부는 상기 직선 운동축의 중심축 방향으로 개방된 관통홀을 포함하고,
    상기 자석 고정 튜브는 상기 자석 고정 튜브의 타단에 배치된 유전체 창문을 포함하고,
    상기 이동 거리 측정부는 상기 자석 고정 튜브의 상기 유전체 창문 및 상기 직선 운동 가이드부의 관통홀을 통하여 빛을 제공하고, 이동하는 부위에서 반사되는 빛을 측정하여 상기 내부 슬라이드부의 이동 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 선형 운동 가변 진공 축전기.
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