KR20160118869A - 레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치 - Google Patents

레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 케이스, 상기 케이스 내부에 위치하는 압전 변압기 및 전기를 입력 및 출력하는 와이어(wire)부를 포함하며, 상기 케이스와 상기 압전 변압기 사이의 이격된 공간을 형성하는 에어부를 더 포함하는 레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치에 관한 것으로, 케이스와 압전 변압기 사이에 에어부를 구비함으로써 purious mode 발생을 억제 시키고, 스퓨리어스 모드 시 발생하는 소음을 억제 시키는 레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치 {Radial mode contour type piezoelectric transformer}
본 발명은 레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는, 케이스(case) 내부의 스프링부와 고정용 나사, 케이스와 압전 변압기 사이에 에어(air)부를 포함하며, 전기를 기계적인 힘으로 변환하고 이를 다시 전기로 변환하는 레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치에 관한 것이다.
압전 변압기는 전기적 에너지를 기계적 에너지를 매개로 하여 전기적 에너지로 변환하는 것으로, 권선이 불필요하고 소형, 박형, 경량화가 가능하며 고주파 구동시 권선형 변압기와 같은 자기손실(와류손, 히스테리시스손)이 생기지 않아 고효율화가 가능하다.
이와 같은 종래의 압전 변압장치는 입출력주파수 이외의 주파수로부터 발생하는 스퓨리어스 모드(spurious mode) 시 발생하는 소음을 억제 시키는 기술을 제시하지 못하였고, 납땜을 이용해 전선을 연결함으로 인해 오히려 연결이 끊어질 수 있다는 문제점이 있어왔다.
한편, 압전 변압장치와 관련한 종래 기술로서 대한민국 등록특허공보 제10-2015-0023639호(2015.03.05 공개, 액체 충전 변압기 또는 인덕터용 탱크)를 예로 들 수 있다.
해당 특허 문헌에서는, "작동 중 변압기들 또는 인덕터들의 음향 방출(acoustic emission)들이 외부 치수들을 허용할 수 없는 크기로 증가시키지 않으면서 가능한 작은, 액체 충전 변압기들 또는 인덕터들용 탱크"가 개시되어 있다.
하지만, 해당 특허 문헌은 본 발명의 스퓨리어스 모드 발생을 억제 시키고, 스퓨리어스 모드 시 발생하는 소음을 억제 시키는 기술에 대한 언급이 없으며, 따라서 그에 대한 억제방법을 제시하지 못하고 있으며 그 구성이나 작동방식이 매우 상이하다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0023639호(2015.03.05 공개), 액체 충전 변압기 또는 인덕터용 탱크
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명은 케이스 내부의 스프링부와 고정용 나사, 케이스와 압전 변압기 사이에 에어부를 구비함으로써 스퓨리어스 모드 발생을 억제 시키고, 스퓨리어스 모드 시 발생하는 소음을 억제 시키는 레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 종래 변압기의 전극 위에 납땜이 떨어짐으로써 연결이 끊어질 수 있는 가능성을 4개의 고정나사를 통해 따로 전선을 납땜하지 않고 PCB에 고정하는 것이 가능한 레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치는, 케이스, 상기 케이스 내부에 위치하는 압전 변압기 및 전기를 입력 및 출력하는 와이어(wire)부를 포함하며, 상기 케이스와 상기 압전 변압기 사이의 이격된 공간을 형성하는 에어부를 더 포함한다.
상기 압전 변압기는 표면이 코팅된 압전체, 상기 압전체의 상면 및 하면의 내표면의 코팅된 부분인 제 1 코팅부, 상기 제 1 코팅부의 중심과 동일한 원심을 갖고, 상기 압전체의 상면 및 하면에 원주형태로 형성되는 비 코팅부, 상기 압전체의 상면 및 하면의 외표면의 코팅된 부분인 제 2 코팅부 및 상기 전기가 출력되는 출력부를 포함하며, 상기 출력부는 음극 아웃풋(output) 접속용 플레이트(plate); 및 양극 아웃풋(ouput) 접촉 및 고정용 나사를 포함한다.
여기서, 상기 제 1 코팅부의 내측에 존재하는 압전체에서는 입력받은 전기를 기계적인 힘으로 변환하며, 상기 비 코팅부의 내부에서는 상기 제 1 코팅부의 내측에 존재하는 압전체로부터 상기 기계적인 힘을 전달받아 상기 제 2 코팅부의 내측에 존재하는 압전체로 원주형태로 전달하고, 상기 제 2 코팅부의 내측에 존재하는 압전체는 상기 비 코팅부의 내부로부터 상기 기계적인 힘을 전달받아 전력으로 변환하여 상기 양극 아웃풋 접촉 및 고정용 나사로 전기를 보내는 것이 가능하다.
상기 와이어부는 상기 압전 변압기에 상기 전기를 입력하는 인풋(input) 와이어 및 상기 압전 변압기로부터 상기 전기를 출력하는 아웃풋(output) 와이어를 포함하며, 상기 인풋 와이어는 양극 인풋 와이어 및 음극 인풋 와이어를 포함하고, 상기 아웃풋 와이어는 양극 아웃풋 와이어 및 음극 아웃풋 와이어를 포함하고, 상기 케이스는 상기 양극 인풋 와이어, 상기 음극 인풋 와이어, 상기 양극 아웃풋 와이어 및 상기 음극 아웃풋 와이어를 상기 케이스에 고정 시키는 고정나사를 더 포함한다.
이때, 상기 양극 인풋 와이어는 상기 압전체의 상면에 위치한 제 1 코팅부와, 상기 음극 인풋 와이어는 상기 압전체의 하면에 위치한 제 1 코팅부와, 상기 양극 아웃풋 와이어는 상기 양극 아웃풋 접촉 및 고정용 나사와, 상기 음극 아웃풋 와이어는 상기 음극 아웃풋 접속용 플레이트(plate)와 결합되는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치는 상기 압전체의 상면 중심에 위치하는 제 1 스프링, 상기 압전체의 하면 중심에 위치하는 제 2 스프링 및 상기 양극 아웃풋 접촉 및 고정용 나사에 위치하는 제 3 스프링을 더 포함한다.
여기서 상기 제 1 스프링, 상기 제 2 스프링 및 상기 제 3 스프링이 도전성 물질로 형성될 경우, 상기 제 1 스프링은 상기 양극 인풋 와이어와, 상기 제 2 스프링은 상기 음극 인풋 와이어와, 상기 제 3 스프링은 상기 양극 아웃풋 와이어와, 상기 음극 아웃풋 와이어는 상기 음극 아웃풋 접속용 플레이트와 결합되는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치에 의하면,
첫째, 진동이 최소인 지점인 압전체의 중심부를 스프링의 탄성계수를 크게해 강하게 고정시키고, 진동이 최대인 지점인 압전체의 가장자리를 스프링의 탄성계수를 낮춰 부드럽게 고정시키는 것으로 비대칭적 진동요소를 억제함으로써, 입출력주파수 이외의 주파수로부터 출력이 얻어지는 스퓨리어스 모드 발생을 억제 시킨다.
둘째, 소음의 원인 중 하나인 케이스와 압전체의 접촉이 일어나지 않게 해주는 에어부 및 압전체로부터 발생하는 소음을 제거하는 댐퍼역할을 하는 스프링을 형성함으로써 스퓨리어스 모드 시 발생하는 소음을 억제 시킨다.
셋째, 에어부가 존재함에도 불구하고 압전체를 고정시켜주는 역할을 하는 스프링을 형성함으로써 에어부를 구비하는 것이 가능해져 비접촉(non contact) 방식으로 케이스와 압전 변압기 사이에 발생하는 소음을 억제시킨다.
넷째, 종래 변압기의 전극 위에 납땜이 떨어짐으로써 연결이 끊어질 수 있는 문제점을 4개의 고정나사를 통해 따로 전선을 납땜하지 않고 PCB에 고정함으로써 해결하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치의 케이스 커버 분리상태에 대한 일실시예이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치의 케이스 커버 분리상태에 대한 또 다른 실시예이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치의 케이스 커버 분리상태에 대한 일실시예이다.
도 1에 따르면, 본 발명의 레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치는 케이스(case)(10), 압전 변압기, 와이어(wire)부 및 에어(air)부(90)를 포함한다.
도시된 바와 같이, 케이스(10)는 내부에 압전 변압기를 포함하여 에어부(90)를 구비할 수 있는 공간을 포함하고 있다.
에어부(90)를 포함함으로써 입출력주파수 이외의 주파수 및 비대칭적 진동에 의해 발생하는 스퓨리어스 모드(spurious mode)의 발생을 억제하고 스퓨리어스 모드가 발생했을 시에 그에 따른 소음을 억제한다.
케이스(10)는 내부에 압전 변압기 및 에어부(90)가 형성되는 공간 외에 별도로 고정 나사(50) 및 와이어부를 구비할 수 있는 공간을 추가로 포함할 수 있다.
여기서 압전 변압기란, 공명을 줄 수 있는 일정한 진동의 교류전원을 입력하면 압전 물질 즉, 압전체가 진동하고 이 진동에 의해 또 다른 형태의 교류전기를 출력해 낼 수 있으며, 이 때 진동수의 비율을 조절하여 변압이 가능하다.
압전 변압기는 압전체(20)와 압전체의 상면과 하면에 위치하는 제 1 코팅부(21), 비 코팅부(22) 및 제 2 코팅부(23)를 포함하며, 출력부는 도시되지는 않았으나, 압전 변압기 또는 케이스 내부 중 어느 하나에 위치할 수 있다.
출력부는 음극 아웃풋(output) 접속용 플레이트(plate)(102)와 양극 아웃풋(ouput) 접촉 및 고정용 나사(101)를 포함한다.
전기를 기계적 힘으로 기계적 힘을 전기로 바꾸는 것이 가능한 압전체(20)는 세라믹, 폴리머와 같은 물질로 구성되며, 압전체(20)를 코팅하는 물질로는 대표적으로 은, 금 구리 등이 있다.
이때, 압전체를 코팅하는 물질은 전도성이 좋으며, 산화 즉, 부식이 잘 일어나지 않는 금속으로 전도성과 유지성이 뛰어난 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
제 1 코팅부(21)와 제 2 코팅부(23)는 도시된 바와 같이 제 1 코팅부(21)의 중심과 동일한 원심을 갖고, 원주형태로 형성되는 비 코팅부(22)를 사이에 두고 있으며, 제 1 코팅부(21)는 전기를 공급받아 기계적인 힘으로 변환시시켜 비 코팅부(22)의 원주를 통해 제 2 코팅부(23)로 전달한다.
제 2 코팅부(23)는 전달받은 기계적인 힘을 다시 전기로 변환시켜 출력부를 통해 전기를 출력한다.
이 과정에서 압전 변압기의 진동이 일어나며 이 진동으로 인한 충격을 에어부(90)와 제 1 스프링(81), 제 2 스프링(82) 및 제 3 스프링(83)을 통해 완화시킬 수 있다.
이와 같은 케이스(10)와 압전 변압기의 비접촉(non contact) 방식으로 케이스와 압전 변압기 사이에 발생하는 소음을 억제시키는 것이 가능하다.
와이어부는 양극 인풋 와이어(31), 음극 인풋 와이어(32), 양극 아웃풋 와이어(41) 및 음극 아웃풋 와이어(42)를 포함하며 케이스(10)와 연결되는 부분은 도시된 바와 같이 고정 나사(50)로 고정되는 것이 가능하다.
이때, 케이스(10)는 음극 인풋 와이어(32)를 위를 향해 올려 고정나사에 의해 고정될 수 있도록 음극 인풋 와이어가 지나는 통로인 와이어 홈(110)을 더 포함할 수 있다.
종래 변압기의 전극 위에 납땜이 떨어짐으로써 연결이 끊어질 수 있는 문제점을 4개의 고정나사를 통해 따로 전선을 납땜하지 않고 PCB에 고정함으로써 해결하는 것이 가능하다.
이때, 양극 인풋 와이어(31)는 압전체(20)의 상면에 위치한 제 1 코팅부(21)와, 음극 인풋 와이어(32)는 압전체(20)의 하면에 위치한 제 1 코팅부(21)와, 양극 아웃풋 와이어(41)는 양극 아웃풋 접촉 및 고정용 나사(101)와, 음극 아웃풋 와이어(42)는 음극 아웃풋 접속용 플레이트(102)와 납땜을 통해 전기적으로 결합되는 것이 가능하다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치의 케이스 커버 분리상태에 대한 또 다른 실시예이다.
도 2 및 도 3에 따르면, 제 1 스프링, 상기 제 2 스프링 및 상기 제 3 스프링이 도전성 물질로 형성될 경우, 제 1 스프링은 양극 인풋 와이어와, 제 2 스프링은 음극 인풋 와이어와, 제 3 스프링은 양극 아웃풋 와이어와, 음극 아웃풋 와이어는 음극 아웃풋 접속용 플레이트와 납땜을 통해 전기적으로 결합되는 것이 가능하다.
이때, 제 1 스프링 및 제 2 스프링은 인풋 터미널(inpu terminal)로써의 역할을 수행하고, 제 3 스프링은 아웃풋 터미널(output terminal)로써의 역할을 수행하는 것이 가능하다.
도전성 물질로 형성된 스프링은 그 예시로서, 도전성 금속선을 코일 형태로 형성한 스프링이 있으며, 도전성 실리콘 또는 도전성 탄성부재로 대체가 가능하다.
와이어를 압전체가 아닌 압전체에 연결된 스프링에 연결함으로써 압전체에 직접적인 납땜을 할 필요가 없어진다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10...케이스 20...압전체
21...제 1 코팅부 22...비 코팅부
23...제 2 코팅부 31...양극 인풋 와이어
32...음극 인풋 와이어 41...양극 아웃풋 와이어
42...음극 아웃풋 와이어 50...고정 나사
60...납땜 연결 70...에어부
81...제 1 스프링 82...제 2 스프링
83...제 3 스프링 90...에어부
101...양극 아웃풋 접촉 및 고정용 나사
102...음극 아웃풋 접속용 플레이트 110...와이어 홈

Claims (9)

  1. 케이스(case);
    상기 케이스 내부에 위치하는 압전 변압기; 및
    전기를 입력 및 출력하는 와이어(wire)부;를 포함하는,
    레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스와 상기 압전 변압기 사이의 이격된 공간을 형성하는 에어(air)부;를 더 포함하는,
    레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전 변압기는,
    표면이 코팅된 압전체;
    상기 압전체의 상면 및 하면의 내표면의 코팅된 부분인 제 1 코팅부;
    상기 제 1 코팅부의 중심과 동일한 원심을 갖고, 상기 압전체의 상면 및 하면에 원주형태로 형성되는 비 코팅부;
    상기 압전체의 상면 및 하면의 외표면의 코팅된 부분인 제 2 코팅부; 및
    상기 전기가 출력되는 출력부;를 포함하는,
    레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 출력부는,
    음극 아웃풋(output) 접속용 플레이트(plate); 및 양극 아웃풋(ouput) 접촉 및 고정용 나사;를 포함하는,
    레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 코팅부의 내측에 존재하는 압전체에서는 입력받은 전기를 기계적인 힘으로 변환하며,
    상기 비 코팅부의 내부에서는 상기 제 1 코팅부의 내측에 존재하는 압전체로부터 상기 기계적인 힘을 전달받아 상기 제 2 코팅부의 내측에 존재하는 압전체로 원주형태로 전달하고,
    상기 제 2 코팅부의 내측에 존재하는 압전체는 상기 비 코팅부의 내부로부터 상기 기계적인 힘을 전달받아 전력으로 변환하여 상기 양극 아웃풋 접촉 및 고정용 나사로 전기를 보내는 것이 가능한,
    레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이어부는,
    상기 압전 변압기에 상기 전기를 입력하는 인풋(input) 와이어; 및
    상기 압전 변압기로부터 상기 전기를 출력하는 아웃풋(output) 와이어;를 포함하며,
    상기 인풋 와이어는 양극 인풋 와이어 및 음극 인풋 와이어를 포함하고, 상기 아웃풋 와이어는 양극 아웃풋 와이어 및 음극 아웃풋 와이어를 포함하고,
    상기 케이스는,
    상기 양극 인풋 와이어, 상기 음극 인풋 와이어, 상기 양극 아웃풋 와이어 및 상기 음극 아웃풋 와이어를 상기 케이스에 고정 시키는 고정나사;를 더 포함하는,
    레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 압전체의 상면 중심에 위치하는 제 1 스프링;
    상기 압전체의 하면 중심에 위치하는 제 2 스프링; 및
    상기 양극 아웃풋 접촉 및 고정용 나사에 위치하는 제 3 스프링;을 더 포함하는,
    레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 양극 인풋 와이어는 상기 압전체의 상면에 위치한 제 1 코팅부와, 상기 음극 인풋 와이어는 상기 압전체의 하면에 위치한 제 1 코팅부와, 상기 양극 아웃풋 와이어는 상기 양극 아웃풋 접촉 및 고정용 나사와, 상기 음극 아웃풋 와이어는 상기 음극 아웃풋 접속용 플레이트와 결합되는 것이 가능한,
    레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 스프링, 상기 제 2 스프링 및 상기 제 3 스프링이 도전성 물질로 형성될 경우, 상기 제 1 스프링은 상기 양극 인풋 와이어와, 상기 제 2 스프링은 상기 음극 인풋 와이어와, 상기 제 3 스프링은 상기 양극 아웃풋 와이어와, 상기 음극 아웃풋 와이어는 상기 음극 아웃풋 접속용 플레이트와 결합되는 것이 가능한,
    레이디얼 모드 컨투어형 압전 변압장치.
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