KR102362583B1 - 슬립링 조립체 - Google Patents

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KR102362583B1
KR102362583B1 KR1020210072591A KR20210072591A KR102362583B1 KR 102362583 B1 KR102362583 B1 KR 102362583B1 KR 1020210072591 A KR1020210072591 A KR 1020210072591A KR 20210072591 A KR20210072591 A KR 20210072591A KR 102362583 B1 KR102362583 B1 KR 102362583B1
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KR
South Korea
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electrodes
electrode
slip ring
ring assembly
distance
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KR1020210072591A
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임병민
최선호
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연합정밀주식회사
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    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/08—Slip-rings
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 슬립링 조립체는 복수의 케이블이 인입 및 인출되며, 외형을 형성하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 장착되며, 복수의 제1 전극이 배치되는 제1 부재; 상기 하우징의 내부에 장착되며, 상기 복수의 제1 전극에 대응하는 복수의 제2 전극이 배치되는 제2 부재; 및 상기 제1 전극과 연결되어 전기적 신호를 전송하는 복수의 케이블;을 포함하고, 제1 방향으로, 상기 제1 부재가 상기 제2 부재에 대해 상대 회전 운동하거나, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재에 대해 상대 회전 운동하고, 상기 제2 부재는, 상기 제1 방향을 따라 외주면에 형성되는 복수의 홈에 상기 복수의 제2 전극을 배치하고, 상기 전기적 신호는, 복수의 데이터가 변조된 반송파 신호이다.

Description

슬립링 조립체{SLIP RING ASSEMBLY}
실시 예는 슬립링 조립체에 관한 것이다.
일반적으로 슬립링(slip ring)은 회전체를 갖는 회전부분의 전기회로와 고정부분의 전기회로를 회전 중에도 배선의 꼬임 없이 전기적 접속이 이루어질 수 있도록 하는 장치로서 사용 용도에 따라 다양한 구조를 이루고 있다. 슬립링은 레이더의 기동이나, 전차 및 자주포의 포탑을 비롯하여, 건설 중장비, 각종 산업기계, 항공장비, 전자공한 추적장치, 미사일 발사대, 헬기 회전자, 원심분리기, 초음파 탐지기, 풍력 터빈 발전기 등과 같이 고속으로 회전하는 곳에 전기신호를 안정적으로 공급하기 위해 사용되고 있다.
슬립링은 채널을 통해 전기신호를 송·수신하게 된다. 따라서, 전기 신호가 많을수록, 즉, 송·수신하고자 하는 데이터의 양이 많을수록 많은 수의 채널이 요구된다. 하지만, 채널의 수가 많아 질수록 슬립링의 부피가 커지게 되어 어플리케이션에 탑재시 문제가 발생할 뿐만 아니라, 제조 비용이 증가하게 되는 문제점이 발생하게 된다. 또한, 많은 수의 채널을 구비함에 따라 채널 간 신호 간섭 등의 문제가 발생할 수도 있다.
따라서, 채널의 수를 최소화함과 동시에 많은 양의 데이터 신호를 송·수신 할 수 있는 슬립링 조립체가 요구된다.
실시 예는 반송파 신호를 직접 송·수신할 수 있는 슬립링 조립체에 관한 것이다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함 된다고 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 슬립링 조립체는 복수의 케이블이 인입 및 인출되며, 외형을 형성하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 장착되며, 복수의 제1 전극이 배치되는 제1 부재; 상기 하우징의 내부에 장착되며, 상기 복수의 제1 전극에 대응하는 복수의 제2 전극이 배치되는 제2 부재; 및 상기 제1 전극과 연결되어 전기적 신호를 전송하는 복수의 케이블;을 포함하고, 제1 방향으로, 상기 제1 부재가 상기 제2 부재에 대해 상대 회전 운동하거나, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재에 대해 상대 회전 운동하고, 상기 제2 부재는, 상기 제1 방향을 따라 외주면에 형성되는 복수의 홈에 상기 복수의 제2 전극을 배치하고, 상기 전기적 신호는, 복수의 데이터가 변조된 반송파 신호이다.
상기 복수의 제1 전극은, 다면체 형상으로 형성되고, 상기 복수의 제2 전극은, 링 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제2 전극과 상기 제2 부재 사이에 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향으로 제1 거리를 가지는 이격공간이 형성될 수 있다.
상기 제1 거리는, 상기 제2 전극의 제1 방향으로의 폭, 상기 복수의 홈 사이의 거리, 상기 제2 부재의 비유전율 및 상기 이격공간의 비유전율에 기초하여 설정될 수 있다.
상기 제1 거리는, 상기 복수의 홈 사이의 거리보다 클 수 있다.
상기 제2 전극의 폭은, 상기 복수의 홈의 폭보다 작을 수 있다.
상기 제1 거리는, 아래의 수학식에 기초하여 설정될 수 있다.
Figure 112021064733549-pat00001
여기서, 상기 z0는 기 설정된 특성 임피던스를 의미하고, εe는 상기 제2 전극의 제1 방향으로의 폭, 상기 제2 부재의 비유전율 및 상기 이격공간의 비유전율에 기초하여 산출되는 비유전율을 의미하고, 상기 d는 인접한 제2 전극 사이의 제2 방향으로의 거리를 의미하고, 상기 w는 상기 제2 전극의 제1 방향으로의 폭을 의미한다.
상기 제2 부재는, 상기 복수의 홈 중 적어도 하나에 소정의 간격으로 형성되는 복수의 볼록부를 포함할 수 있다.
상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나는 복수의 전극 세그먼트를 포함하고, 상기 복수의 전극 세그먼트는 상기 복수의 볼록부 사이에 배치될 수 있다.
상기 복수의 전극 세그먼트 사이의 제2 거리는, 상기 제2 부재의 비유전율 및 상기 이격공간의 비유전율에 기초하여 산출되는 비유전율, 상기 제2 전극의 제1 방향으로의 폭 및 인접한 제2 전극 사이의 제2 방향으로의 거리에 기초하여 설정될 수 있다.
상기 복수의 전극 세그먼트 사이의 제2 거리는, 아래의 수학식에 기초하여 설정될 수 있다.
Figure 112021064733549-pat00002
여기서, 상기 Z0o는 기 설정된 특성 임피던스를 의미하고, 상기 η0는 무손실 매질의 고유 임피던스를 의미하고, 상기 w는 복수의 제2 전극의 제1 방향으로의 폭을 의미하고, 상기 s는 전극 세그먼트 사이의 거리를 의미하고, 상기 d는 인접한 제2 전극 사이의 제2 방향으로의 거리를 의미하고, εr은 제2 부재의 비유전율과 이격공간의 비유전율을 합한 비유전율을 의미한다.
상기 제2 부재는, 상기 복수의 볼록부가 형성된 상기 홈과 상기 복수의 볼록부가 형성되지 않은 상기 홈이 순차적으로 반복하여 형성될 수 있다.
상기 복수의 제1 전극의 길이는, 상기 제2 부재의 비유전율 및 상기 이격공간의 비유전율에 기초하여 산출되는 비유전율 및 상기 반송파 신호의 주파수에 기초하여 설정될 수 있다.
상기 복수의 제1 전극의 길이는, 아래의 수학식에 기초하여 설정될 수 있다.
Figure 112021064733549-pat00003
여기서, λg는 제1 전극의 상기 제1 방향으로의 길이를 의미하고, c는 빛의 속도를 의미하고, f는 상기 반송파 신호의 주파수를 의미하고, εr은 상기 제2 부재의 비유전율 및 상기 이격공간의 비유전율에 기초하여 산출되는 비유전율을 의미한다.
상기 복수의 제1 전극과 접촉하는 상기 복수의 제2 전극의 접촉면은, 카본(carbon) 또는 합금 물질로 형성될 수 있다.
상기 복수의 케이블에 배치되며, 잡음 신호를 제거하는 복수의 케이블 브레이드;를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 복수의 신호 라인을 하나의 반송파에 실어 단일 채널로 전송할 수 있어, 많은 양의 데이터를 송·수신할 수 있는 장점이 있다.
슬립링에 포함된 복수의 채널을 하나의 채널로 취합할 수 있으므로, 채널의 개수를 줄임과 동시에 슬립링의 부피를 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
슬립링의 소형화가 가능하므로 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬립링 조립체의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬립링 조립체에 대한 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 슬립링 조립체에 대한 개략적인 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬립링 조립체에 대한 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 전극의 구조를 도시한 개략적인 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 전극의 구조를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시뮬레이션 결과이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 전극의 구조를 도시한 개략적인 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 전극의 구조를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 시뮬레이션 결과이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극의 구조를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 또는 제2 전극의 구조를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬립링 조립체의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬립링 조립체에 대한 개략적인 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬립링 조립체에 대한 개략적인 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬립링 조립체에 대한 개략적인 단면도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬립링 조립체(10)는 하우징(100), 제1 부재(200), 제2 부재(300), 제1 전극(400), 제2 전극(500) 및 케이블(600)을 포함할 수 있다.
하우징(100)은 슬립링 조립체(10)의 외형을 형성할 수 있다. 하우징(100)은 슬립링 조립체(10)의 외형을 형성하는 덮개부일 수 있다. 하우징(100)의 형상은 슬립링 조립체(10)가 적용되는 어플리케이션에 따라 다르게 형성될 수도 있다.
하우징(100)은 내부에 제1 부재(200) 및 제2 부재(300)를 수용할 수 있다. 하우징(100)은 내부에 배치되는 제1 부재(200) 및 제2 부재(300)를 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 하우징(100)은 외부로부터 먼지 등의 이물질이 제1 부재(200) 및 제2 부재(300)에 유입되는 것을 방지할 수 있다. 하우징(100)은 슬립링 조립체(10) 외부로부터의 전기적 잡음을 차단할 수 있다. 하우징(100)의 형상은 내부에 제1 부재(200) 및 제2 부재(300)를 수용할 수 있는 형상일 수 있으면 제한되지 않는다.
하우징(100)은 제1 부재(200) 및 제2 부재(300) 중 적어도 하나를 지지하는 고정자 역할을 할 수 있다. 일예로, 하우징(100)의 양단부의 내측면에는 제2 부재(300)를 지지하기 위하여 제2 부재(300)의 양단부의 외주면을 지지하는 베어링이 구비될 수 있다.
하우징(100)은 복수의 케이블(600)을 인입 및 인출 할 수 있다.
제1 부재(200)는 하우징(100)의 내부 공간에 장착될 수 있다. 일 실시예로, 제1 부재(200)는 하우징(100)의 내주면을 따라 배치될 수 있다. 그리고, 제1 부재(200)는 적어도 하나의 제1 전극(400)을 포함할 수 있다. 제1 부재(200)는 복수의 제1 전극(400)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 부재(200)는 브러쉬(brush)로 구현될 수 있다. 제1 부재(200)가 브러쉬의 형태로 구현될 경우, 브러쉬의 끝단에는 적어도 하나의 제1 전극(400)이 배치될 수 있다. 제1 부재(200)는 절연성 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 절연성 물질은 염화비닐, 합성고무, 폴리에스테르, 에폭시, 실리콘, 마이카, 아스베스트, 세라믹, 유리 등과 같이 전기 또는 열에 대한 저항이 큰 물질을 포함할 수 있다.
제2 부재(300)는 하우징(100)의 내부 공간에 장착될 수 있다. 그리고, 제2 부재(300)는 적어도 하나의 제2 전극(500)을 포함할 수 있다. 제2 부재(300)는 복수의 제2 전극(500)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 부재(300)는 원기둥 형상의 원통형 구조물로 구현될 수 있다. 제2 부재(300)가 원통형 구조물로 구현될 경우, 제2 전극(500)은 원통형 구조물의 외주면을 따라 배치될 수 있다. 제2 부재는 제1 방향을 따라 외주면에 형성되는 복수의 홈을 포함할 수 있다. 홈과 제2 홈 사이에는 볼록부가 형성될 수 있다. 홈에는 제2 전극이 배치될 수 있다. 제2 부재(300)는 절연성 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 절연성 물질은 염화비닐, 합성고무, 폴리에스테르, 에폭시, 실리콘, 마이카, 아스베스트, 세라믹, 유리 등과 같이 전기 또는 열에 대한 저항이 큰 물질을 포함할 수 있다.
제1 부재(200) 또는 제2 부재(300)는 회전할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 부재는 회전축을 중심으로 제2 부재에 대해 상대 회전 운동할 수 있다. 이때, 제2 부재는 고정될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제2 부재는 제1 부재에 대해 상대 회전 운동할 수 있다. 이때, 제1 부재는 고정될 수 있다. 도 2를 참조하면, 제1 부재(200)는 고정되고, 제2 부재(300)는 제1 부재(200)에 대해 상대 회전 운동하도록 장착될 수 있다. 제2 부재(300)는 수용공간 내에서 제1 부재(200)에 대해 회전축을 중심으로 원주 방향인 제1 방향(A-A)을 따라 상대 회전 운동하도록 장착될 수 있다.
복수의 제1 전극(400)은 복수의 제2 전극(500)에 대응하여 형성될 수 있다. 복수의 제1 전극(400)은 다면체 형상으로 형성될 수 있다. 복수의 제1 전극(400)의 일면은 대응하는 복수의 제2 전극(500)의 일면과 접촉할 수 있다.
복수의 제2 전극(500)은 복수의 제1 전극(400)에 대응하여 형성될 수 있다. 복수의 제2 전극(500)은 링 형상으로 형성될 수 있다. 복수의 제2 전극(500)은 링 형상으로 형성되어 원통형 구조물의 외주면에 배치될 수 있다. 복수의 제2 전극(500)은 회전축 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 제2 전극(500)의 일면은 대응하는 복수의 제1 전극(400)의 일면과 접촉할 수 있다.
복수의 제1 전극(400)과 대응하는 복수의 제2 전극(500)은 서로 접촉함으로써 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 제1 전극(400) 및 복수의 제2 전극(500)은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따르면, 복수의 제1 전극(400)과 접촉하는 복수의 제2 전극(500)의 접촉면은 카본(carbon) 또는 합금 물질로 형성 될 수 있다. 또는 복수의 제2 전극(500)과 접촉하는 복수의 제1 전극(400)의 접촉면은 카본(carbon) 또는 합금 물질로 형성될 수 있다. 복수의 제1 전극(400)과 접촉하는 복수의 제2 전극(500)의 접촉면 및 복수의 제2 전극(500)과 접촉하는 복수의 제1 전극(400)의 접촉면은 카본(carbon) 또는 합금 물질로 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 복수의 제1 전극(400)은 전체가 카본(carbon) 또는 합금 물질로 형성될 수도 있다. 또는 복수의 제2 전극(500)은 전체가 카본(carbon) 또는 합금 물질로 형성될 수 있다. 또는 복수의 제1 전극(400) 및 복수의 제2 전극(500)은 전체가 카본(carbon) 또는 합금 물질로 형성될 수 있다.
제1 전극(400)과 대응하는 제2 전극(500)은 하나의 채널을 형성 할 수 있다.
복수의 케이블(600)은 인입선 및 인출선을 포함 할 수 있다. 케이블(600)은 제1 전극(400) 또는 제2 전극(500) 중 어느 하나와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(400)이 2개이고 대응하는 제2 전극(500)이 2개인 경우, 복수의 케이블(600)은 4개의 제1 전극(400) 및 제2 전극(500)에 각각 연결되는 4개의 케이블(600)을 포함할 수 있다.
복수의 케이블(600)은 전력이나 전기적 신호 중 적어도 하나를 전달하는 전선을 의미 할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 전기적 신호는 복수의 데이터가 변조된 반송파 신호일 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 복수의 데이터 신호가 송신단의 프로세서(processor)를 통해 소정의 규칙에 따라 취합 된 후, 프로세서는 취합된 데이터를 캐리어에 변조할 수 있다. 반송파 신호는 케이블(600)을 통해 제2 전극(500)에 전달될 수 있다. 제2 전극(500)은 접촉한 제1 전극(400)으로 반송파 신호를 전달할 수 있다. 그러면 제1 전극(400)은 연결된 케이블(600)을 통해 반송파 신호를 수신단으로 전송할 수 있다. 수신단의 프로세서는 반송파 신호를 수신한 후, 상기의 소정의 규칙에 따라 복조(demodulation)함으로써 데이터 신호를 수신 할 수 있다.
다만, 반송파 신호의 경우, 방사(radiation)에 의해 슬립링 조립체(10)의 신호 전달 과정에서 신호가 왜곡되거나 소실되는 문제가 발생할 수 있다. 특히, 제1 부재(200)의 제1 전극(400)과 제2 부재(300)의 제2 전극(500) 사이에 반송파 신호가 전달되는 과정에서 방사 현상이 발생하여 신호의 왜곡이나 소실이 발생할 수 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는, 방사 현상을 방지하기 위한 제1 부재(200)의 제1 전극(400)과 제2 부재(300)의 제2 전극(500)의 전극 구조 설계가 요구된다. 이러한 구조에 관하여 하기에서 도면을 통해 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 전극의 구조를 도시한 개략적인 평면도이다. 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 전극의 구조를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 5는 제1 전극과 제2 전극이 배치된 슬립링 조립체의 측면의 일부를 도시한다. 즉, 제2 부재의 회전축에 수직하는 방향에서 바라본 슬립링 조립체의 일부를 도시한다. 도 6은 도 5의 B-B 방향 측면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 제2 전극(500)은 회전 방향인 제1 방향에 따라 형성된 홈에 배치될 수 있다. 다면체 형상의 복수의 제1 전극은 대응하는 링 형상으로 형성된 복수의 제2 전극(500)에 접촉할 수 있다. 서로 대응하는 제1 전극과 제2 전극(500)의 쌍은 하나의 채널을 형성할 수 있다. 각각의 채널은 하나의 반송파 신호를 송·수신할 수 있다. 한편, 여기서, 회전 방향은 링 형상의 제2 전극(500)의 원주 방향을 의미할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여 구체적으로 살펴보면, 링 형상으로 형성된 복수의 제2 전극(500)은 홈에 배치되되, 제2 방향(B-B)으로 제1 거리(d1)만큼 제2 부재(300)와 이격되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 첫번째 제2 전극(500-1)과 두번째 제2 전극(500-2)의 제2 방향(B-B)으로의 양측면에는 이격공간이 형성될 수 있다. 즉, 제2 방향(B-B)으로 제2 전극(500)의 양측면에는 공기층이 형성될 수 있다. 이격공간의 폭은 제1 거리(d1)가 될 수 있다. 도면에서는 제2 부재(300)의 제1 볼록부와 제2 전극(500)의 높이가 서로 동일하게 도시되었으나, 이에 제한되지 않는다. 제2 부재(300)의 제1 볼록부와 제2 전극(500)의 높이는 서로 상이할 수도 있다. 제2 방향(B-B)은 회전 방향인 제1 방향(A-A)에 수직할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 거리(d1)는 반송파 신호의 주파수에 기초하여 설정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 거리(d1)는 링 형상으로 형성된 제2 전극(500)의 제1 방향으로의 폭(w), 제2 부재(300)의 비유전율 및 이격공간의 비유전율 중 적어도 하나에 기초하여 설정될 수 있다. 제2 전극(500)의 제1 방향(A-A)으로의 폭(w)은 링의 둘레를 의미할 수 있다. 또는, 제1 거리(d1)는 링 형상으로 형성된 제2 전극(500)의 제2 방향(B-B)으로의 높이(h1), 제2 부재(300)의 비유전율 및 이격공간의 비유전율 중 적어도 하나에 기초하여 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 거리(d1)는 아래의 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 산출될 수 있다.
Figure 112021064733549-pat00004
Figure 112021064733549-pat00005
여기서, Z0는 기 설정된 특성 임피던스를 의미할 수 있다. 특성 임피던스(Z0)는 설정값일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 특성 임피던스(Z0)는 50[ohm]으로 설정될 수 있다. 또한, 본 발명에서 개시하고자 하는 효과를 달성하기 위해, 특성 임피던스(Z0)는 47 내지 53(ohm)의 값을 가질 수도 있다.
εe는 제1 비유전율을 의미할 수 있다. εe는 제2 비유전율(εr), 인접한 제2 전극 사이의 제2 방향으로의 거리(d) 및 제2 전극(500)의 폭(w)에 기초하여 산출될 수 있다.
d는 인접한 제2 전극 사이의 제2 방향으로의 거리를 의미할 수 있다(d=2*d1+h2).
w는 제2 전극(500)의 제2 방향으로의 폭(또는 제1 방향으로의 높이(h2)를 의미할 수 있다.
εr은 제2 비유전율을 의미할 수 있다. 제2 비유전율(εr)은 제2 부재(300)의 비유전율과 이격공간의 비유전율을 합한 비유전율을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이격공간이 공기가 채워진 공기층인 경우, 이격공간의 비유전율은 공기의 비유전율일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 전극(500)의 높이(h1)는 제2 부재의 제1 볼록부의 높이(h2)와 제1 거리(d1)를 합산한 값보다 작을 수 있다(h1<(h2+d1)). 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 거리(d1)는 인접한 이격공간 사이에 배치되는 제2 부재(300)(즉, 제2 부재(300)의 제1 볼록부)보다 클 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시뮬레이션 결과이다.
도 7의 시뮬레이션은 제2 전극(500)의 폭(w1)을 3.2[mm]로 설정한 후 제2 전극(500) 사이의 거리(d)를 변화시켜 모의시험을 수행하였다. 도 7의 5.5[mm]의 그래프 곡선의 경우, 제2 전극(500) 사이의 거리(d)가 5.5[mm]인 경우의 시뮬레이션 결과이며, 6.1[mm] 내지 8.6[mm]의 그래프는 제2 부재(300)의 높이(h2)를 동일하게 유지하고 제1 거리(d1)를 증가시킨 경우의 시뮬레이션 결과이다.
도 7에 나타난 것처럼, 제2 부재(300)와 제2 전극(500) 사이의 간격(즉, 제1 거리(d1))이 커짐에 따라 삽입 손실(insertion loss)이 0에 가까워짐을 알 수 있다. 즉, 제1 거리(d1)가 커짐에 전극(500)을 통해 손실되는 반송파 신호의 양이 줄어들고 있음을 나타낸다. 다만, 제1 거리를 늘릴수록 삽입 손실이 작아질 수 있으나, 이에 따라 슬립링의 부피가 커질 수 있는바, 앞서 설명한 제1 거리의 설정 조건에 따라 구현됨이 바람직하다. 또한, 반송파 신호의 주파수에 따라 제1 거리에 따른 삽입 손실이 달라질 수 있는바, 제1 거리는 반송파 신호의 주파수에 기초하여 설정됨이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 전극의 구조를 도시한 개략적인 평면도이다. 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 전극의 구조를 도시한 개략적인 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 부재(300)는 복수의 홈 중 적어도 하나에 소정의 간격으로 형성되는 복수의 제2 볼록부를 포함할 수 있다. 그리고, 복수의 제2 전극(500) 중 적어도 하나는 복수의 전극 세그먼트(510)를 포함할 수 있다. 복수의 전극 세그먼트(510)는 복수의 제2 볼록부 사이에 배치될 수 있다. 복수의 전극 세그먼트(510)와 복수의 제2 볼록부 사이에는 이격공간이 형성되지 않을 수 있다.
복수의 전극 세그먼트(510) 사이의 제2 거리는 제2 부재(300)의 비유전율 및 이격공간의 비유전율에 기초하여 산출되는 제2 비유전율, 제2 전극(500)의 제1 방향으로의 폭 및 인접한 제2 전극(500) 사이의 제2 방향으로의 거리에 기초하여 설정될 수 있다.
복수의 전극 세그먼트(510) 사이의 제2 거리는 아래의 수학식 3을 통해 설정될 수 있다.
Figure 112021064733549-pat00006
여기서, Z0o는 특성 임피던스를 의미할 수 있다. 한편, 특성 임피던스(Z0o)는 설정값일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 특성 임피던스(Z0o)는 50[ohm]으로 설정될 수 있다. 또한, 본 발명에서 개시하고자 하는 효과를 달성하기 위해, 특성 임피던스(Z0o)는 47 내지 53(ohm)의 값을 가질 수도 있다.
η0는 무손실 매질의 고유 임피던스를 의미할 수 있다. 무손실 매질의 고유 임피던스(η0)는 상수로서, 기 설정될 수 있다.
w는 복수의 제2 전극(500)의 제1 방향(A-A)으로의 폭을 의미할 수 있다.
s는 전극 세그먼트(510) 사이의 거리를 의미할 수 있다. 즉, s는 제2 볼록부의 제1 방향(A-A)으로의 폭을 의미할 수 있다.
d는 인접한 제2 전극(500) 사이의 제2 방향(B-B)으로의 거리를 의미할 수 있다(d=2*d1+h2).
εr은 제2 비유전율을 의미할 수 있다. 제2 비유전율(εr)은 제2 부재(300)의 비유전율과 이격공간의 비유전율을 합한 비유전율을 의미할 수 있다. 예를 들어, 이격공간이 공기가 채워진 공기층인 경우, 이격공간의 비유전율은 공기의 비유전율일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 부재(300)에는 복수의 볼록부가 형성된 홈과 복수의 볼록부가 형성되지 않은 홈이 순차적으로 반복하여 형성될 수 있다. 도면을 참조하면, 복수의 볼록부가 형성된 홈에 배치된 제2 전극은 복수의 세그먼트를 포함하고, 복수의 볼록부가 형성되지 않은 홈에 배치된 제2 전극은 단일의 전극으로 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 시뮬레이션 결과이다.
도 10은 제2 거리(s)를 변화시키면서 모의시험을 수행한 결과를 도시하고 있다. 제2 거리(s)가 2[mm]인 경우에는 삽입 손실이 변화가 크게 나타나나, 제2 거리(s)가 1[mm]인 경우에는 제2 거리(s)가 0[mm]에 가까운 삽입 손실이 나타나고 있음을 알 수 있다. 제2 거리(s)가 0[mm]라는 의미는 제2 전극의 전극 세그먼트가 단일 세그먼트로 연결되어 있는 특성과 같음을 의미할 수 있다. 이와 같이, 상기에서 설정(s<2[mm])하고 있는 조건에 따라 제2 거리(s)를 설정할 경우, 반송파 신호의 전송효율이 단일 세그먼트로 연결되어 있는 특성과 같음을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극의 구조를 도시한 도면이다.
도 11은 다면체 형상으로 형성된 복수의 제1 전극의 상면을 도시한다. 즉, 제2 부재의 회전축에 수직하는 방향에서 바라본 제1 전극을 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 제1 전극(400)의 제1 방향(A-A)으로의 길이는 반송파 신호의 주파수에 기초하여 설정될 수 있다. 복수의 제1 전극(400)의 제1 방향(A-A)으로의 길이는 반송파 신호의 주파수 및 제2 비유전율에 기초하여 설정될 수 있다. 제1 방향(A-A)은 제1 부재 또는 제2 부재의 회전방향일 수 있다. 제2 비유전율은 제2 부재(300)의 비유전율과 상기의 이격공간의 비유전율을 합한 비유전율을 의미할 수 있다.
도 11을 참조하여 상세하게 살펴보면, 제1 전극(400)은 육면체 형상으로 형성될 수 있다. 육면체 형상의 제1 전극(400)은 회전 부재의 회전 방향인 제1 방향(A-A)으로 소정의 길이(w5=λg)를 가질 수 있다.
제1 전극(400)의 제1 방향으로의 길이는 아래의 수학식 4에 기초하여 설정될 수 있다.
Figure 112021064733549-pat00007
여기서, λg는 제1 전극(400)의 제1 방향으로의 길이(w5)를 의미하고, c는 빛의 속도를 의미하고, f는 반송파 신호의 주파수를 의미하고, εr은 제2 비유전율을 의미한다.
도 11에서는 편의를 위해 육면체 형상의 제1 전극(400)을 예시로 설명하고 있으나 원형의 다면체 형상 등에서도 역시 동일하게 적용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 또는 제2 전극의 구조를 도시한 도면이다.
도 12는 링 형상으로 형성된 복수의 제2 전극과 이에 대응하는 다면체 형상으로 형성된 복수의 제1 전극이 배치된 슬립링 조립체의 측면의 일부를 도시한다. 도 12는 제2 부재의 회전축에 수직하는 방향에서 바라 본 슬립링 조립체의 일부를 도시한다.
도 12를 참조하면, 슬립링 조립체는 브레이드(700)를 더 포함 할 수 있다. 브레이드(700)는 복수의 케이블(600)에 배치될 수 있으며, 잡음 신호를 제거 할 수 있다.
도 12를 참조하여 상세히 살펴보면, 브레이드(700)는 다면체 형상으로 형성된 복수의 제1 전극(400)을 감싸는 형태로 구현될 수 있다. 브레이드(700)는 제1 전극(400)과 접촉하는 제2 전극(500)의 일부를 감싸는 형태로 구현될 수 있다. 브레이드(700)의 일부는 제2 부재(300)와 일부 오버랩 될 수 있다. 브레이드(700)가 상기와 같은 형태로 구현됨에 따라 채널 외부 및 서로 인접하는 채널과 해당 채널을 전기적으로 분리 할 수 있는 장점이 있다. 이를 통해 각각의 채널은 인접하는 채널이나 외부로부터 수신되는 잡음 신호를 제거할 수 있으며, 신호의 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 슬립링 조립체
100 : 하우징
200 : 제1 부재
300 : 제2 부재
400 : 제1 전극
500 : 제2 전극
600 : 케이블
700 : 브레이드

Claims (16)

  1. 복수의 케이블이 인입 및 인출되며, 외형을 형성하는 하우징;
    상기 하우징의 내부에 장착되며, 복수의 제1 전극이 배치되는 제1 부재;
    상기 하우징의 내부에 장착되며, 상기 복수의 제1 전극에 대응하는 복수의 제2 전극이 배치되는 제2 부재; 및
    상기 제1 전극과 연결되어 전기적 신호를 전송하는 복수의 케이블;을 포함하고,
    제1 방향으로, 상기 제1 부재가 상기 제2 부재에 대해 상대 회전 운동하거나, 상기 제2 부재가 상기 제1 부재에 대해 상대 회전 운동하고,
    상기 제2 부재는,
    상기 제1 방향을 따라 외주면에 형성되는 복수의 홈에 상기 복수의 제2 전극을 배치하고,
    상기 전기적 신호는,
    복수의 데이터가 변조된 반송파 신호이고,
    상기 제2 전극과 상기 제2 부재 사이에 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향으로 제1 거리를 가지는 이격공간이 형성되는 슬립링 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극은, 다면체 형상으로 형성되고,
    상기 복수의 제2 전극은, 링 형상으로 형성되는 슬립링 조립체.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 거리는,
    상기 제2 전극의 제1 방향으로의 폭, 상기 복수의 홈 사이의 거리, 상기 제2 부재의 비유전율 및 상기 이격공간의 비유전율에 기초하여 설정되는 슬립링 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 거리는,
    상기 복수의 홈 사이의 거리보다 큰 슬립링 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극의 폭은,
    상기 복수의 홈의 폭보다 작은 슬립링 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 거리는,
    아래의 수학식에 기초하여 설정되는 슬립링 조립체;
    Figure 112021141573794-pat00008

    여기서, 상기 z0는 기 설정된 특성 임피던스를 의미하고, εe는 상기 제2 전극의 제1 방향으로의 폭, 상기 제2 부재의 비유전율 및 상기 이격공간의 비유전율에 기초하여 산출되는 비유전율을 의미하고, 상기 d는 인접한 제2 전극 사이의 제2 방향으로의 거리를 의미하고, 상기 w는 상기 제2 전극의 제1 방향으로의 폭을 의미한다.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 부재는,
    상기 복수의 홈 중 적어도 하나에 소정의 간격으로 형성되는 복수의 볼록부를 포함하는 슬립링 조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나는 복수의 전극 세그먼트를 포함하고,
    상기 복수의 전극 세그먼트는 상기 복수의 볼록부 사이에 배치되는 슬립링 조립체.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 전극 세그먼트 사이의 제2 거리는,
    상기 제2 부재의 비유전율 및 상기 이격공간의 비유전율에 기초하여 산출되는 비유전율, 상기 제2 전극의 제1 방향으로의 폭 및 인접한 제2 전극 사이의 제2 방향으로의 거리에 기초하여 설정되는 슬립링 조립체.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 전극 세그먼트 사이의 제2 거리는,
    아래의 수학식에 기초하여 설정되는 슬립링 조립체;
    Figure 112021064733549-pat00009

    여기서, 상기 Z0o는 기 설정된 특성 임피던스를 의미하고, 상기 η0는 무손실 매질의 고유 임피던스를 의미하고, 상기 w는 복수의 제2 전극의 제1 방향으로의 폭을 의미하고, 상기 s는 전극 세그먼트 사이의 거리를 의미하고, 상기 d는 인접한 제2 전극 사이의 제2 방향으로의 거리를 의미하고, εr은 제2 부재의 비유전율과 이격공간의 비유전율을 합한 비유전율을 의미한다.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제2 부재는,
    상기 복수의 볼록부가 형성된 상기 홈과 상기 복수의 볼록부가 형성되지 않은 상기 홈이 순차적으로 반복하여 형성되는 슬립링 조립체.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극의 길이는,
    상기 제2 부재의 비유전율 및 상기 이격공간의 비유전율에 기초하여 산출되는 비유전율 및 상기 반송파 신호의 주파수에 기초하여 설정되는 슬립링 조립체.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극의 길이는,
    아래의 수학식에 기초하여 설정되는 슬립링 조립체;
    Figure 112021141573794-pat00010

    여기서, λg는 제1 전극의 상기 제1 방향으로의 길이를 의미하고, c는 빛의 속도를 의미하고, f는 상기 반송파 신호의 주파수를 의미하고, εr은 상기 제2 부재의 비유전율 및 상기 이격공간의 비유전율에 기초하여 산출되는 비유전율을 의미한다.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극과 접촉하는 상기 복수의 제2 전극의 접촉면은,
    카본(carbon) 또는 합금 물질로 형성되는 슬립링 조립체.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 케이블에 배치되며, 잡음 신호를 제거하는 복수의 케이블 브레이드;를 더 포함하는 슬립링 조립체.
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