KR101967045B1 - 가변 Chamber 각도 제어 콘덴서 장치 - Google Patents

가변 Chamber 각도 제어 콘덴서 장치 Download PDF

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Abstract

제1전극(204)은 Aluminum을 포함하는 금속 혹은 비금속의 고체 도전체로 구성되고,
제1전극(204) 표면에는 고 유전율의 고체 유전체가 감싸고,
제2전극(206)은 Aluminum을 포함하는 금속 혹은 비금속의 고체 도전체로 구성되고,
제2전극(206) 표면에는 고 유전율의 고체 유전체가 감싸고,
제1전극(204)과 제2전극(206)사이에는 액체 상태의 유전체 혹은 전해액이 자유롭게 이동할 수 있는 공간으로 구성되고,
Chamber 영역(202)의 회전 상태에 따라 액체 상태의 유전체 혹은 전해액인 충전액영역(208)이 제1전극(204)과 제2전극(206)사이에 채워진 상태가 가변되어 정전용량이 가변되고,
충전액영역(208)은 중력에 의해 항상 Chamber 영역(202)의 하부에 위치하게 되고,
공핍층영역(210)은 액체 상태의 유전체 혹은 전해액이 채워지지 않는 영역으로 정의되고,
공핍층영역(210)은 항상 충전액영역(208)의 반대편인 상기 Chamber 영역(202)의 상부에 위치하게 되고,
Chamber 영역(202)의 회전 각도를 제어하기 위해 Chamber회전제어(212) 장치로 구성되고,
Chamber회전제어(212) 장치의 제어는 전동기(Motor) 혹은 직접 손에 의한 수동 제어한다.

Description

가변 Chamber 각도 제어 콘덴서 장치 {A variable chamber angle control capacitor system}
통상의 가변 콘덴서는 고정자와 회전자로 구성되고, 고정자와 회전자의 대향하는 면적을 변화시킨다. 회전자 축을 0°에서 180°까지 회전시겨서 회전자와 고정자의 대향하는 면적을 변화시킨다. 한편, 자기나 플라스틱 필름 사이에 회전자의 구동에 의해 마찰 열화를 초래하는 문제점이 발생한다.
본 발명에서는 고정자와 회전자 대신에 전부 고정자인 제1전극과 제2전극으로 대체한다. Chamber를 회전시켜 액체 유전체 혹은 전해액이 충전되는 영역을 제어하여 정전 용량을 가변하게 된다.
따라서 제1전극과 제2전극은 기계적인 움직임이 없고, 기계적 혹은 마찰 열화가 없어 고용량의 전력용 콘덴서를 구현함을 특징으로 한다
콘덴서란 전기를 축적하는 기능을 가지고 있다. 콘덴서는 기본적으로는 2장의 전극판을 대향시킨 구조로 되어 있다. 두 극판의 전극간에 유전체를 넣어 콘덴서를 만드는데, 이 재질에 따라 여러 종류의 콘덴서가 있다. 아무것도 삽입하지 않고 공기를 유전체로 하는 콘덴서도 있다. 여기에 직류전압을 걸면, 각 전극에 전하라고 하는 전기가 축적되며, 축적하고 있는 도중에는 전류가 흐른다. 축적된 상태에서는 전류는 흐르지 않게 된다. 그러므로, 직류전압이 콘덴서에 가해진 경우, 순간적으로 전류가 흐르지만 후에는 흐르지 않기 때문에 직류를 통과시키지 않으려는 용도에도 사용된다. 그러나, 일반적으로는 전기를 축적하는 기능 이외에 직류전류를 차단하고 교류전류를 통과시키려는 목적에도 사용된다.
공기 가변 콘덴서에는 반원형의 회전자를 사용하여 회전각에 대해서 정전 용량이 직선적으로 변화하는 용량 직선형과, 회전각과 파장의 관계가 직선적인 파장 직선형 및 주파수 변화 곡선이 거의 직선으로 되는 주파수 직선형이 있다.
주파수 직선형이 회전각과 동조 주파수가 정비례하도록 되어 있으므로 가장 보기 쉬운 등 간격 다이얼 눈금을 사용할 수가 있다.
자기 가변 콘덴서의 장점은 정전 잡음이 없다는 것과 자기를 사용하고 있기 때문에 내압이 높다는 것이다.
자기 가변 콘덴서는 다른 가변 콘덴서에 비해서 정전 용량의 주파수 특성이 VHF대역에 있어서 우수하고 정전 용량을 구성하는 부분이 무기물과 금속으로 되기 때문에 온도 계수 -20∼+60℃의 범위에 걸쳐서 직선적이며 또 사용하는 소재에 따라서 각종 온도 계수의 것을 얻을 수가 있다.
플라스틱 가변 콘덴서는 소형화가 특징인데, 회전자의 금속과 플라스틱 필름의 회전 접촉에 의한 마찰 전기 때문에 정전 잡음이 생기기 쉽다.
본 발명의 실시예는 다음과 같은 특징을 갖는다.
첫째, 제1전극과 제2전극은 기계적인 움직임이 없이 Chamber에 고정되어 기계적 혹은 마찰 열화를 제거하는 특징을 갖는다.
둘째, 고 유전율의 액체 충전액을 이용하여 고용량의 전력용 콘덴서를 구현하는 특징을 갖는다.
셋째, 고 유전율의 액체 충전액의 위치 제어는 중력을 이용하는 특징을 갖는다.
넷째, 기계적인 마찰 영역이 없으므로 아크 방전 없이 고용량의 전력용 콘덴서를 구현하는 특징을 갖는다.
다섯째, 아크 방전이 없으므로 내구성이 좋은 스위치 장치 응용을 구현하는 특징을 갖는다.
방송용 수신기 및 송신기 등의 동조용 콘덴서로서 가변 콘덴서가 사용되는데, 이것에는 유전체로서 자기를 사용하는 것, 플라스틱 필름을 사용하는 것 및 공기를 사용하는 것이 있다.
어떤 모양의 가변 콘덴서라도 고정자(스테이터)사이에 회전자(로우터)의 날개가 회전하여 들어가서 상대하는 부분의 면적을 변화 시킴으로써 정전 용량을 가감하는 구조를 가지고 있다.
공기 가변 콘덴서는 유전체로 공기를 사용한 가변 콘덴서로서, 라디오나 통신기의 동조회로나 발진회로에 사용된다. 축을 0°에서 180°까지 회전시겨서 회전자와 고정자의 대향하는 면적을 변화시킨다. 회전자, 고정자 모두 두께 0.4∼0.5mm의 Al판으로 만들어지고 이들 상호간의 간격은 0.35∼0.4mm정도로 되어 있다.
통상의 가변 콘덴서는 회전자의 구동에 의해 기계적인 열화를 초래하는 문제점이 발생한다.
한편, 자기나 플라스틱 필름 사이에 회전자의 구동에 의해 마찰 열화를 초래하는 문제점이 발생한다.
또한, 고용량의 전력용 콘덴서를 구성하기가 어렵게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 고정자(스테이터)와 회전자(로우터)대신에 전부 고정자인 제1전극과 제2전극으로 대체한다.. 회전자 축을 0°에서 180°까지 회전시겨서 회전자와 고정자의 대향하는 면적을 변화시키는 대신에 Chamber를 회전시켜 액체 유전체 혹은 전해액이 충전되는 영역을 제어하여 정전 용량을 가변하게 된다.
따라서 1전극과 제2전극은 기계적인 움직임이 없고, 기계적 혹은 마찰 열화가 없어 고용량의 전력용 콘덴서를 구현함을 특징으로 한다
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 제1전극과 제2전극은 기계적인 움직임이 없이 Chamber에 고정되어 기계적 혹은 마찰 열화를 제거하는 효과를 제공한다
둘째, 고 유전율의 액체 충전액을 이용하여 고용량의 전력용 콘덴서를 구현하는 효과를 제공한다.
셋째, 고 유전율의 액체 충전액의 위치 제어는 중력을 이용하는 효과를 제공한다.
넷째, 기계적인 마찰 영역이 없으므로 아크 방전 없이 고용량의 전력용 콘덴서를 구현하는 효과를 제공한다.
다섯째, 아크 방전이 없으므로 내구성이 좋은 스위치 장치 응용을 구현하는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 통상의 알루미늄 전해콘덴서의 구성도.
도 2는 본 발명의 0도 회전 가변 Capacitor 장치 구성도.
도 3은 본 발명의 90도 회전 가변 Capacitor 장치 구성도.
도 4는 본 발명의 180도 회전 가변 Capacitor 장치 구성도
도 5는 본 발명의 Chamber 회전 각도 가변 Capacitor 장치의 정전 용량 특성도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 통상의 알루미늄 전해콘덴서의 구성도이다.
알루미늄 전해콘덴서는 전해콘덴서 또는 케미콘(chemical condenser)이라고도 부른다. 이 콘덴서는 유전체로 얇은 산화막을 사용하고, 전극으로는 알루미늄을 사용하고 있다. 유전체를 매우 얇게 할 수 있으므로 콘덴서의 체적에 비해 큰 용량을 얻을 수 있다.
전해콘덴서는 산화피막을 유전체로 사용하며 양극금속으로서는 알루미늄을, 전해액으로서는 에틸렌, 글리콜, 글리세린, 붕산, 암모니아수 등으로 된 페이스트 모양의 것을 사용한다.
유전체 피막의 조성은 그 전극금속의 산화물인데, 두께는 전해처리시의 조건으로 조절할 수가 있어 매우 얇은 것을 얻게 되므로, 소형 대용량의 콘덴서를 얻을 수가 있다.
전해콘덴서는 유전체막이 얇게 되므로 대용량 콘덴서의 주류를 차지해 왔으나 주파스 특성이나 온도특성이 나쁘고 누설전류, 유전체 손실이 크다는 등의 결점도 있다. 또한, 극성을 반대로 연결하거나 정격이 넘는 고압을 걸면 가스화된 전해액이 새어나오기도 한다.
플러스 전극과 마이너스 전극이 정해져 있다. 일반적으로 콘덴서 자체에 마이너스측 리드를 표시하는 마크가 붙어 있다. 이 콘덴서는 1μF부터 수만μF라는 식으로 비교적 큰 용량이 얻어지며, 주로 전원의 평활 회로, 저주파 바이패스 등에 사용된다.
탄탈 전해콘덴서는 탄탈 콘덴서(tantalum condenser)라고도 부르며, 전극에 탄탈륨이라는 재료를 사용하고 있는 전해콘덴서이다. 알루미늄 전해콘덴서와 마찬가지로, 비교적 큰 용량을 얻을 수 있다.
알루미늄 전해콘덴서는 크라프트(kraft)지 등에 전해액이 스며 들게 한 것을 금속 알루미늄으로 삽입하여 감아 붙인 구조로 되어 있지만, 탄탈 전해콘덴서의 경우는 tantalum powder를 소결하여 굳혔을 때에 나오는 빈틈을 이용하는 구조로 되어 있다.
세라믹 콘덴서는 전극간의 유전체로 티탄산 바륨(Titanium-Barium)과 같은 전율이 큰 재료가 사용되고 있다.
세라믹 콘덴서는 고주파 특성이 양호하다는 특징을 가지고 있으며, 용량은 비교적 작다.
도 2는 본 발명의 0도 회전 가변 Capacitor 장치 구성도이다.
0도 회전 가변 Capacitor 장치(200)은 Chamber 영역(202)를 0도 상태로 회전 제어한다.
Chamber 영역(202)은 제1전극(204), 제2전극(206), 충전액영역(208) 및 공핍영역(210)으로 구성된다.
제1전극(204)은 Aluminum을 포함하는 금속 혹은 비금속의 고체 도전체로 구성되고 제1전극(204) 표면에는 고 유전율의 고체 유전체가 감싸는 구조를 한다.
따라서 제1전극(204)과 충전액영역(208)사이에 상기 고체 유전체가 위치하여 제1전극(204)은 절연되게 된다.
제2전극(206)은 Aluminum을 포함하는 금속 혹은 비금속의 고체 도전체로 구성되고 제2전극(206) 표면에는 고 유전율의 고체 유전체가 감싸는 구조를 한다.
제1전극(204)과 제2전극(206)사이에는 액체 상태의 유전체 혹은 전해액이 자유롭게 이동할 수 있는 공간으로 구성되어 있다.
0도 Chamber 회전 상태에서 제1전극(204)과 제2전극(206)은 Chamber 영역(202)의 하부 쪽에 위치한다.
0도 Chamber 회전 상태에서 액체 상태의 유전체 혹은 전해액인 충전액영역(208)이 제1전극(204)과 제2전극(206)사이에 채워진 상태가 되어 정전용량이 가장 큰 상태가 된다.
충전액영역(208)의 충전액은 순수, 증류수, 이온수, 해수 등 각종 액체 상태의 유전체를 포함한다.
상기의 각종 액체 상태의 유전체는 진공 혹은 기체 상태의 유전체에 비해 고 유전율 특성을 갖는다.
충전액영역(208)은 중력에 의해 항상 Chamber 영역(202)의 하부에 위치하게 된다.
공핍층영역(210)은 액체 상태의 유전체 혹은 전해액이 채워지지 않는 영역으로 정의한다.
공핍층영역(210)은 항상 충전액영역(208)의 반대편인 Chamber 영역(202)의 상부에 위치하게 된다.
Chamber 영역(202)의 회전 각도를 제어하기 위해 Chamber회전제어(212) 장치로 구성된다.
Chamber회전제어(212) 장치의 제어는 전동기(Motor) 혹은 직접 손에 의한 수동 제어를 포함한다.
도 3은 본 발명의 90도 회전 가변 Capacitor 장치 구성도이다.
90도 회전 가변 Capacitor 장치(300)은 Chamber 영역(302)를 90도 상태로 회전 제어한다.
Chamber 영역(302)은 제1전극(304), 제2전극(306), 충전액영역(308) 및 공핍영역(310)으로 구성된다.
제1전극(304)은 Aluminum을 포함하는 금속 혹은 비금속의 고체 도전체로 구성되고 제1전극(304) 표면에는 고 유전율의 고체 유전체가 감싸는 구조를 한다.
제2전극(306)은 Aluminum을 포함하는 금속 혹은 비금속의 고체 도전체로 구성되고 제2전극(306) 표면에는 고 유전율의 고체 유전체가 감싸는 구조를 한다.
제1전극(304)과 제2전극(306)사이에는 액체 상태의 유전체 혹은 전해액이 자유롭게 이동할 수 있는 공간으로 구성되어 있다.
90도 Chamber 회전 상태에서 제1전극(304)과 제2전극(306)은 Chamber 영역(302)의 오른 쪽에 위치한다.
90도 Chamber 회전 상태에서 액체 상태의 유전체 혹은 전해액인 충전액영역(308)이 제1전극(304)과 제2전극(306)사이에 반만 채워진 상태가 되어 정전용량이 중간 크기 상태가 된다.
충전액영역(308)의 충전액은 순수, 증류수, 이온수, 해수 등 각종 액체 상태의 유전체를 포함한다.
충전액영역(308)은 중력에 의해 항상 Chamber 영역(302)의 하부에 위치하게 된다.
공핍층영역(310)은 액체 상태의 유전체 혹은 전해액이 채워지지 않는 영역으로 정의한다.
공핍층영역(310)은 항상 충전액영역(308)의 반대편인 Chamber 영역(302)의 상부에 위치하게 된다.
Chamber 영역(302)의 회전 각도를 제어하기 위해 Chamber회전제어(312) 장치로 구성된다.
Chamber회전제어(312) 장치의 제어는 전동기(Motor) 혹은 직접 손에 의한 수동 제어를 포함한다.
도 4는 본 발명의 180도 회전 가변 Capacitor 장치 구성도이다.
180도 회전 가변 Capacitor 장치(400)은 Chamber 영역(402)를 180도 상태로 회전 제어한다.
Chamber 영역(402)은 제1전극(404), 제2전극(406), 충전액영역(408) 및 공핍영역(410)으로 구성된다.
제1전극(404)은 Aluminum을 포함하는 금속 혹은 비금속의 고체 도전체로 구성되고 제1전극(404) 표면에는 고 유전율의 고체 유전체가 감싸는 구조를 한다.
제2전극(406)은 Aluminum을 포함하는 금속 혹은 비금속의 고체 도전체로 구성되고 제2전극(406) 표면에는 고 유전율의 고체 유전체가 감싸는 구조를 한다.
제1전극(404)과 제2전극(406)사이에는 액체 상태의 유전체 혹은 전해액이 자유롭게 이동할 수 있는 공간으로 구성되어 있다.
180도 Chamber 회전 상태에서 제1전극(404)과 제2전극(406)은 Chamber 영역(202)의 상부 쪽에 위치한다.
180도 Chamber 회전 상태에서 액체 상태의 유전체 혹은 전해액인 충전액영역(408)이 제1전극(404)과 제2전극(406)사이에 전혀 채워지지 않은 상태가 되어 정전용량이 가장 작은 상태가 된다.
충전액영역(408)의 충전액은 순수, 증류수, 이온수, 해수 등 각종 액체 상태의 유전체를 포함한다.
충전액영역(408)은 중력에 의해 항상 Chamber 영역(402)의 하부에 위치하게 된다.
공핍층영역(410)은 액체 상태의 유전체 혹은 전해액이 채워지지 않는 영역으로 정의한다.
공핍층영역(410)은 항상 충전액영역(408)의 반대편인 Chamber 영역(402)의 상부에 위치하게 된다.
Chamber 영역(402)의 회전 각도를 제어하기 위해 Chamber회전제어(412) 장치로 구성된다.
Chamber회전제어(412) 장치의 제어는 전동기(Motor) 혹은 직접 손에 의한 수동 제어를 포함한다.
도 5는 본 발명의 Chamber 회전 각도 가변 Capacitor 장치의 정전 용량 특성도이다.
정전 용량 = (액체 유전체 유전률 x 전극 대향 면적) / 전극간 거리
에 의해 정전용량은 액체 유전체 유전률과 액체 유전체가 차지하는 전극 대향 면적에 비례하고 전극간 거리에 반비례한다.
본 발명 구조에서 전극간 거리와 액체 유전체 유전률은 한가지 특성으로 고정되게 되어 정전 용량은 액체 유전체가 차지하는 전극 대향 면적에 의해 결정되게 된다.
Chamber 회전 각도에 의해 액체 유전체가 차지하는 전극 대향 면적이 직선적으로 변하도록 동작하게 된다.
Chamber 회전 각도를 0도에서 180도로 회전 시킬 때의 정전 용량 변화는 최대 정전 용량 대비 100%에서 0% 사이에서 변경이 가능한 정전 용량변화의 실험 결과를 보여 준다.
0도 Chamber 회전 상태에서 제1전극(204)과 제2전극(206)은 Chamber 영역(202)의 하부 쪽에 위치한다.
0도 Chamber 회전 상태에서 액체 상태의 유전체 혹은 전해액인 충전액영역(208)이 제1전극(204)과 제2전극(206)사이에 채워진 상태가 되어 정전용량이 가장 큰 상태가 된다.
90도 Chamber 회전 상태에서 제1전극(304)과 제2전극(306)은 Chamber 영역(302)의 오른 쪽에 위치한다.
90도 Chamber 회전 상태에서 액체 상태의 유전체 혹은 전해액인 충전액영역(308)이 제1전극(304)과 제2전극(306)사이에 반만 채워진 상태가 되어 정전용량이 중간 크기 상태가 된다.
180도 Chamber 회전 상태에서 제1전극(404)과 제2전극(406)은 Chamber 영역(202)의 상부 쪽에 위치한다.
180도 Chamber 회전 상태에서 액체 상태의 유전체 혹은 전해액인 충전액영역(408)이 제1전극(404)과 제2전극(406)사이에 전혀 채워지지 않은 상태가 되어 정전용량이 가장 작은 상태가 된다.
200 0도 회전 가변 Capacitor 장치(200)
202 Chamber영역
204 제1전극
206 제2전극
208 충전액영역
210 공핍영역
212 Chamber회전제어

Claims (1)

  1. 정전 용량 소자인 Capacitor의 유전체인 액체 충전액에 의해 제어되는 Chamber 회전 가변 Capacitor 장치에 있어서,상기 Chamber 회전 가변 Capacitor 장치는
    Chamber 영역(202); 및
    제1전극(204); 및
    제2전극(206); 및
    충전액영역(208); 및
    공핍영역(210); 및
    Chamber회전제어(212)를 포함하며,
    상기 Chamber 영역(202)은 상기 제1전극(204), 상기 제2전극(206), 상기 충전액영역(208) 및 상기 공핍영역(210)을 포함하고,
    상기 제1전극(204) 및 상기 제2전극(206)은 가변 Capacitor의 양 전극에 대응되고,
    상기 충전액영역(208)은 상기 가변 Capacitor의 유전체에 대응되고,
    상기 Chamber회전제어(212)는 상기 Chamber 영역(202) 외부에 구성되고,
    상기 제1전극(204)은 고체 도전체로 구성되고,
    상기 제1전극(204) 표면에는 고체 유전체가 감싸고,
    상기 제2전극(206)은 고체 도전체로 구성되고,
    상기 제2전극(206) 표면에는 고체 유전체가 감싸고,
    상기 제1전극(204)과 상기 제2전극(206)사이에는 액체 상태의 유전체 혹은 전해액이 자유롭게 이동할 수 있는 공간으로 구성되고,
    상기 Chamber 영역(202)의 회전 상태에 따라 액체 상태의 유전체 혹은 전해액인 상기 충전액영역(208)이 상기 제1전극(204)과 상기 제2전극(206)사이에 채워진 상태가 가변되어 정전용량이 가변되고,
    상기 충전액영역(208)은 중력에 의해 항상 상기 Chamber 영역(202)의 하부에 위치하게 되고,
    상기 공핍층영역(210)은 상기 충전액영역(208)을 제외한 상기 Chamber 영역(202)으로써 액체 상태의 유전체 혹은 전해액이 채워지지 않는 영역으로 정의되고,
    상기 공핍층영역(210)은 항상 상기 충전액영역(208)의 반대편인 상기 Chamber 영역(202)의 상부에 위치하게 되고,
    상기 Chamber 영역(202)의 회전 각도를 제어하기 위해 상기 Chamber회전제어(212)로 구성되고,
    상기 Chamber회전제어(212)는 전동기(Motor) 혹은 직접 손에 의한 수동 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는 Chamber 회전 가변 Capacitor 장치.

KR1020170062626A 2017-05-22 2017-05-22 가변 Chamber 각도 제어 콘덴서 장치 KR101967045B1 (ko)

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