KR20210110820A - 진공 커패시터 - Google Patents

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KR20210110820A
KR20210110820A KR1020217020995A KR20217020995A KR20210110820A KR 20210110820 A KR20210110820 A KR 20210110820A KR 1020217020995 A KR1020217020995 A KR 1020217020995A KR 20217020995 A KR20217020995 A KR 20217020995A KR 20210110820 A KR20210110820 A KR 20210110820A
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Abstract

본 발명은, 진공 유전체 매체를 갖는 인클로저(9), 상기 진공 유전체 매체에 의해 분리 된 제1 전극(12) 및 제2 전극(13)을 포함하는 진공 커패시터(1,30)로서, 인클로저(9)가 제1 전극(12)과 전기적으로 접촉하는 제1 전도성 칼라(2) 및 제2 전극(13)과 전기적으로 접촉하는 제2 전도성 칼라(3)를 포함하고, 제1 전도성 칼라(2) 및 제2 전도성 칼라(3)가 인클로저(9)의 절연 요소(4)에 의해 분리되며, 인클로저(9)가 적어도 하나의 돌출 엣지(6)를 나타내며, 상기 돌출 엣지(6)가 제1 전도성 칼라(2) 또는 제2 전도성 칼라(3)의 가장 가까운 부분과 전기적으로 접촉하는, 진공 커패시터(1,30)에 있어서, 진공 캐패시터(1,30)는 진공 인클로저의 외측에서 돌출 엣지(6)를 덮는 적어도 하나의 보호 수단(7,37)을 포함하며, 보호 수단(7,37)은 적어도 부분적으로 탄성중합체로 제조되고, 보호 수단(7,37)의 적어도 외부 표면(7b,37b)은 전기 전도성이고, 돌출 엣지(6)에 가장 가까운 전도성 칼라와 동일한 전위에 있고, 그리고 보호 수단(7,37)의 외부 표면(7b,37b)은 돌출 엣지(6)의 곡률 반경보다 더 큰 곡률 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 진공 커패시터(1,30)에 관한 것이다.

Description

진공 커패시터
본 발명은 진공 커패시터 분야에 관한 것이다. 보다 정확하게는, 본 발명은 진공 커패시터 인클로저의 돌출부와 주변 구성요소 사이의 방전을 방지하는 보호 수단을 포함하는 진공 커패시터에 관한 것이다. 더욱이, 보호 수단은 커패시터의 진공 인클로저가 기계적 충격으로부터 보호되도록 배치되어 운송 중 또는 이후에 가혹한 동작 환경에서 인클로저의 변형 또는 손상을 방지한다.
진공 커패시터는 종래 기술에 잘 알려져 있으며 고주파수와 고 전력이 모두 필요한 응용 분야에 사용된다. 일반적인 응용 분야에는, 예를 들어 고 전력 무선 주파수 전송에 사용되는 발진 회로와 반도체, 태양광 패널 및 평판 디스플레이 제조에 사용되는 고주파 전력 공급 장치가 포함된다.
커패시터는 일반적으로 전극이라고 불리는 2개 이상의 전도성 표면을 포함하며 유전체 매체에 의해 분리된다(도 1 참조). 진공 커패시터의 경우 유전체 매체는 진공이다. 진공 커패시터는 일반적으로 고진공(10-6 Torr 미만) 또는 초고 진공(10-9 Torr 미만)이 필요하다. 진공은 이러한 적용에서 인클로저라고도 하는 기밀 하우징 내부에서 유지된다. 일반적인 하우징은 커패시터의 동작 수명 동안 인클로저 내부에서 고 진공을 유지할 수 있도록 밀폐 밀봉을 보장하는 금속 칼라와 긴밀하게 결합된 절연 요소, 종종 세라믹 실린더를 포함할 수 있다. 캐패시턴스 생성 표면, 즉 캐패시터의 전극은 인클로저 내부에 서로 마주 보게 배치되며, 진공 유전체의 우수한 특성으로 인해, 일반적으로 kV 범위 또는 수십 kV 범위의 고전압 진공 커패시터를 사용할 수 있으며 비교적 적은 양을 차지한다. 이를 위해 전극 표면은 진공 인클로저 내부의 이용 가능한 공간을 최대한 활용하기 위해 교호 동심원 실린더 또는 꼬인 나선형으로 배치될 수 있지만, 기본적으로 다른 형상을 가질 수도 있다. 커패시터 내부의 각 전극(또는 더 정확하게는 각각의 커패시턴스 생성 표면 세트)은 하우징의 하나의 금속 칼라와 전기적으로 접촉하지만, 유전체 진공 매체 및 커패시터 인클로저의 절연 요소에 의해 다른 전극 및 다른 칼라로부터 격리된다. 전술한 칼라는 또한 적절하게 전기 전도성이 있는 조건에서 합금 또는 기타 재료로 구성될 수 있다. 칼라는 고전력 공급 시스템의 다른 회로 요소와 진공 커패시터를 통합하는 접속 가능성을 제공한다. 종종 여러 진공 커패시터는 임피던스 정합 박스에 통합된다(하나 또는 여러 코일과 함께).
진공 캐패시터는 두 가지 주요 카테고리로 분류된다: 전극들 간의 기하학적 관계가 일정 상태인 고정 커패시턴스를 갖는 것과, 일방 또는 양방의 전극의 형상, 배향, 및/또는 분리를 변하게 할 수 있는 가변 커패시터, 이에 의해 장치의 커패시턴스가 변한다. 예를 들어, 벨로우즈 장치, 또는 자석 및 코일, 또는 다른 전극에 대해 전극 중 하나의 움직임을 가능하게 하는 임의의 기타 장치가 이용될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 진공 커패시터는 예를 들어 플라즈마 코팅 및 에칭 공정, 특히 27.12 MHz, 13.56 MHz, 6.78 MHz 또는 기타 무선 주파수 전원에서 전력을 사용하는 공정과 같은 반도체 산업의 응용 분야에서 일반적으로 사용된다. 매우 일반적으로 진공 커패시터는 튜닝 요소로 사용되며, 고주파 발생기(출력 임피던스 50 Ohm)로부터 동적 부하(즉, 임피던스가 변화함)의 플라즈마 처리 챔버로 최적의 전력 공급을 확실하게 하는 임피던스 정합 박스 또는 기타 기기 내에 통합된다. 이러한 임피던스 정합 박스를 점점 더 높은 전력으로 사용하여 더 높은 동작 전압을 얻을 수 있기를 원한다. 커패시터 또는 커패시터가 배치되어 있는 기기의 크기를 늘리지 않고, 더 높은 전력을 달성해야 하므로 전력 밀도를 높일 필요가 있다. 이러한 경향은 6.78 MHz 미만 및 심지어는 4 MHz 미만의 주파수로 전력 공급이 더 빈번해지고 있어 동일한 공칭 전력 이용에 사용한 때에도 이 주파수에서 높은 임피던스 때문에 진공 커패시터의 전압이 높아진다는 사실로 인해 더욱 악화된다.
전력 밀도를 증가시킬 필요가 있기 때문에, 커패시터는 아크 발생 가능성을 최소화하거나 커패시터와 그 주변 소자 사이의 다른 형태의 원치 않는 전류 흐름을 최소화하는 방식으로 구축되는 것이 가장 중요하다. 제어되지 않는 방전, 코로나 방전 또는 절연 파괴라고도 하는 아크 방전은 커패시터와 다른 전기 전도성 구성요소 사이의 어느 지점에서나 전기장이 특정 파괴 값을 초과할 때 발생한다. 이 파괴 값은 인가된 전압 차이, 커패시터 내부의 진공 깊이, 커패시터와 구성요소 사이의 간격 거리(서로 가장 가까운 지점에서), 진공 커패시터 주변의 공기 조성(예를 들어, 습도 함량), 및 커패시터의 물리적 및 전기적 특성을 포함한 파라미터의 조합에 따라 달라진다.
진공 커패시터의 전기장 강도는 이러한 제어되지 않은 방전의 발생 없이 달성될 수 있는 최대 허용 전기장이다. 전기장 강도는 궁극적으로 주어진 전극 분리에 대한 커패시터의 동작 전압을 제한한다. 전기장 강도를 높이면 특정 기하학적 구조를 갖는 진공 커패시터를 고전력 응용 분야에 이용할 수 있기 때문에 장치에서 가능한 가장 높은 전기장 강도를 달성하는 것이 유리하다. 대안으로, 주어진 인가 전압에 대해, 높은 전기장 강도 진공 커패시터의 기하학적 구조(치수)를 낮은 전기장 강도를 갖는 커패시터보다 작게 만들 수 있다.
최근까지 진공 커패시터의 전기장 강도에 대한 제한 요인은 일반적으로 커패시터 전극들 사이의 진공 파괴에 의해 주어졌다. 오늘날 이 문제는 크게 경감되었으며, 제한 요인은 종종 커패시터와 주변 구성요소 간의 고장이다. 이는 전력 밀도를 높여야 하고 임피던스 정합 박스 또는 기타 전력 공급 장비가 동일한 물리적 치수를 유지해야 하는 경우에 특히 문제가 된다.
세라믹 실린더와 같은 절연 요소를 칼라라고 불리우는 인클로저의 전도성 요소와 긴밀하게 결합하는 진공 커패시터의 제조 공정으로 인해, 인클로저의 절연 요소는 칼라보다 반경 방향으로 더 연장된다. 그러므로 칼라와 절연(세라믹) 요소 사이의 전환 단계를 형성한다. 세라믹과 칼라가 일반적으로 함께 브레이징되기(brazed) 때문에, 브레이징 공정 중에 액상선(liquidus) 온도에 도달하면 브레이즈 필러 재료가 흐를 가능성이 있으며, 위에서 언급한 단계는 최종적으로 전기 전도성 재료로 코팅된다. 이는 이러한 단계의 돌출부에서 매우 높은 전기장이 생성되기 때문에 문제가 된다. 이 효과를 전기장 향상(field enhancement)이라고 한다. 돌출부가 날카로울수록 돌출부의 전기장이 강해지고 코로나 방전 위험이 높아진다. 따라서 진공 커패시터와 주변 구성요소 사이의 원치 않는 방전이 이러한 돌출 엣지와 이러한 구성요소 사이에서 발생할 가능성이 있다.
이러한 문제를 회피하기 위해, 소위 코로나 링이라고 하는 돌출부 위 또는 가까이에 배치하는 것이 제안되었다. 이러한 링의 효과는 돌출부를 "보호(shield)"하고 코로나 방전 위험을 경감하는 것이다. 당 업계에 공지된 진공 커패시터 용 코로나 링은 벌크 금속 링 또는 링 형상의 금속 시트이다. 당 업계에 알려진 이러한 벌크 또는 형상의 금속 코로나 링은 무겁고 제조 비용이 높으며 무엇보다도 유연하지 않아 진공 커패시터 인클로저의 엣지에 장착할 때 문제를 일으킨다. 그러한 진공 커패시터의 예는 커패시터 외부에 코로나 보호 수단을 갖는 진공 커패시터를 개시하는 미국 특허출원 US 2 511 338 A에 제시되어 있다. 이들 및 다른 선행 기술의 진공 커패시터의 코로나 수단은 완전히 금속제이고, 코로나 방전 프로세스로 인한 손상으로부터 커패시터를 보호하는 것 외에 기계적 손상으로부터 커패시터를 보호하는 것은 불가능 하다.
미국 특허출원 US 3 270 259 A는 진공 캐패시터의 진공 인클로저 내부에서 코로나 방전을 방지하는 문제에 관한 것이다. 이러한 인클로저 내부에 배치된 보호 수단은 진공 외부에 있는 물체와의 기계적 충격으로 인한 손상을 방지하지 못하며, 진공에 적합한 재료로 제조하여야 한다.
중국 특허출원 CN105185587A는 코로나 방전을 방지하기 위해 2개의 플레이트 전극이 아크 형상의 엣지를 가진 폴리테트라플루오로에틸렌 원통 벽에 의해 분리된 DC 차단 커패시터에 관한 것이다. 원통형 벽의 형태는 코로나 방전을 방지하는 데 도움이 될 수 있지만, 기계적 손상을 방지할 수는 없다.
러시아 특허출원 SU 1 667 166 A1은 진공 인클로저와 전극 사이에 부착 수단을 포함하는 진공 커패시터에 관한 것이다. 그러나 이러한 수단은 진공 인클로저의 돌출 엣지보다 작은 곡률 반경을 가지며, 그 결과 이러한 수단이 전기 전도성인 경우, 이를 방지하기보다는 코로나 방전 프로세스의 형성에 유리하다.
따라서 본 발명의 목적은 코로나 방전의 위험이 크게 경감되고 동시에 진공 커패시터 인클로저에 대한 기계적 보호를 제공하는 새로운 진공 커패시터를 제안하는 데 있다.
발명의 개요
따라서, 본 발명의 구성 요소는 공지된 시스템의 전술한 결점을 완전히 극복하거나 적어도 크게 경감시킨 새로운 진공 커패시터를 제안하는 것이다.
본 발명의 요소는 특히 커패시터와 근처에 배치된 구성요소 사이의 코로나 방전 위험을 동시에 경감시키고 커패시터의 진공 인클로저의 기계적 손상 위험을 경감시키는 보호 수단을 포함하는 진공 커패시터를 제안한다.
본 발명에 따르면, 이 구성 요소는 특히 독립 청구항의 요소를 통해 달성된다. 더욱이 유리한 실시형태는 종속 청구항 및 상세한 설명으로부터 이어진다.
특히, 본 발명의 목적은 진공 유전체 매체를 갖는 인클로저, 상기 진공 유전체 매체에 의해 분리된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 진공 커패시터에 의해 달성되는데, 인클로저는 제1 전극과 전기적으로 접촉하는 제1 전도성 칼라 및 인클로저의 절연 요소에 의해 분리된 제2 전극과 전기적으로 접촉하는 제2 전도성 칼라를 포함하고, 인클로저가 적어도 하나의 돌출 엣지를 나타내며, 상기 돌출 엣지가 제1 전도성 칼라 또는 제2 전도성 칼라의 가장 가까운 부분과 전기적으로 접촉하고, 진공 캐패시터는 진공 인클로저의 외측에서 돌출 엣지를 덮는 적어도 하나의 보호 수단을 포함하며, 보호 수단은 적어도 부분적으로 탄성중합체로 제조되고, 보호 수단의 적어도 외부 표면은 전기 전도성이고 돌출 엣지에 가장 가까운 전도성 칼라와 동일한 전위에 있고, 그리고 보호 수단의 외부 표면은 돌출 엣지의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는다.
이러한 진공 커패시터, 특히 보호 수단으로 인해, 돌출 엣지의 전기장을 감소할 수 있다. 진공 커패시터를 사용하는 상황에 따라 보호 수단의 정확한 형상과 치수를 선택함으로써, 진공 커패시터와 주변 구성요소 사이의 코로나 방전 위험을 줄이거나 배제할 수 있다. 또한, 보호 수단의 변형 가능성으로 인해, 후자는 기계적 충격으로부터 진공 커패시터를 기계적으로 보호한다. 변형 가능성으로 인해 또한 보호 수단이 진공 커패시터의 엣지에 더 잘 맞을 수 있다. 이러한 보호 수단은 또한 인클로저의 절연 요소 모양의 불규칙성을 수용할 수 있기 때문에 유리하다. 이는 소결 세라믹이 정밀한 치수 공차로 쉽게 제조되지 않기 때문에, 절연 요소가 소결 세라믹 요소인 경우 특히 유리하다. 더욱이, 커버하고 보호해야 하는 돌출 엣지에 분리 및 재 부착 가능한 보호 수단을 제공하는 것이 유리하다. 그 다음, 커패시터의 특정 응용 분야에 가장 적합한 크기의 보호 수단을 선택하고, 보호할 돌출 엣지에 장착할 수 있다. 적합한 탄성중합체의 예로는 폴리테트라플루오로에틸렌 탄성중합체, 실리콘 탄성중합체, 또는 에틸렌프로필렌디엔 단량체이다.
본 발명의 바람직한 제1 실시형태에서, 보호 수단의 외부 표면의 곡률 반경은 적어도 1mm, 유리하게는 적어도 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm 또는 10mm이다. 이는 전기장 강도가 코로나 방전 위험이 높은 값에 해당하는 임계 값 미만임을 보장한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 진공 커패시터는 2개의 돌출 엣지를 포함하고, 각각의 돌출 엣지는 보호 수단에 의해 덮여있다. 이에 의해, 돌출 엣지가 각각 보호 수단에 의해 덮이는 동안 공통된 형상을 갖는 진공 커패시터를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 돌출 엣지는 본질적으로 원형이고, 보호 수단은 링 형태이다. 이것은 하우징이 본질적으로 실린더 형태인 진공 커패시터를 제공할 수 있게 한다. 원통형 대칭은 일반적으로 고주파 전력 신호를 포함하여 고주파 신호를 전송하는 데 바람직하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 보호 수단은 원형 또는 타원형 단면을 갖는다. 이에 의해, 보호 수단이 코로나 방전의 위험을 효과적으로 경감시킬 수 있는 형태의 단면을 가지고 있음을 보장할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 보호 수단은 본질적으로 반 원추형 단면을 가지며, 원추의 정상은 가장 가까운 전도성 칼라를 향하고 베이스는 인클로저의 절연 요소를 향한다. 이 형상에 의해 보호 수단은 금속 칼라를 따라 확장된 접촉면이 구비된 진공 커패시터에 쉽게 장착될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 보호 수단은 그것이 덮는 돌출 엣지를 수용하기 위한 요부(recess)를 포함한다. 이에 의해, 돌출 엣지를 보호 수단 내부에 수용할 수 있다. 이것은 무엇보다도 공간 절약형 진공 커패시터를 가질 수 있게 한다. 더욱이, 요부를 제공함으로써, 돌출 엣지를 효과적으로 덮을 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 보호 수단의 외부 표면과 인클로저의 절연 요소의 외부 표면은 접촉하고, 90°이하의 각도를 형성한다. 이로 인해, 보호 수단이 하우징의 절연 요소와 접촉하는 생성된 전기장은 코로나 방전 생성을 위한 임계 값보다 적다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 보호 수단은 2013년 UL94 표준의 V1 또는 V0 분류 중 하나에 따라 불연성 재료로 적어도 부분적으로 제조된다. 이것은 코로나 방전의 가능성이 없는 경우에 보호 수단에서 화염이 생성 및 유지되지 않도록 보장한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 보호 수단은 전기 전도성 재료로 코팅된 절연 재료로 제조된다. 이것은 효과적인 보호 수단을 제공하는 간단한 방법을 가능하게 한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 보호 수단은 알루미늄 또는 은으로 코팅된다. 이것은 보호 수단의 외부 표면이 전도성임을 보장하게 한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 보호 수단은 노화 없이 실온과 150 ℃ 사이에서 반복적으로 순환될 수 있는 재료로 제조된다. 이것은 고 전력으로 동작하는 동안 진공 커패시터가 약 125 내지 145 ℃까지 가열될 수 있기 때문에, 진공 커패시터의 수명을 길게 하는 장점이 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 보호 수단은 폴리테트라플루오르에틸렌 탄성중합체, 실리콘 탄성중합체 또는 에틸렌-프로필렌-디엔-단량체(EPDM)와 같은 탄성중합체 매트릭스를 니켈 및/또는 흑연 입자를 포함하는 분말과 같은 전도성 매트릭스 충전제와 조합하는 화합물로 적어도 부분적으로 제조된다. 이는, 커패시터가 산화 환경에서 동작하고 있는 경우에도, 긴 수명의 성능이 보장될 수 있다는 장점이 있다. 코팅된 보호 수단과 비교하면, 열 순환으로 코팅이 박리될 위험이 없다는 추가적인 장점이 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 보호 수단은 접착제에 의해 하우징에 부착된다. 이에 의해, 보호 수단이 진공 커패시터로부터 분리되지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 접착제는 전기 전도성이다. 이것은 보호 수단의 외부 표면을 가장 가까운 칼라와 전기적으로 접촉시키는 간단하고 효과적인 방법을 가능하게 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 실시형태에서, 커패시터는 가변 진공 커패시터 또는 고정 진공 커패시터이다. 가변 커패시터는 전극들 사이의 거리 또는 진공 유전체 매체 내부의 전극 표면이 겹치는 정도를 조정함으로써 커패시턴스를 조정할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 알려진 진공 커패시터의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 진공 커패시터의 바람직한 제1 실시형태의 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 제1 실시형태에 따른 진공 커패시터의 보호 수단의 상세 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 진공 커패시터의 바람직한 제2 실시형태의 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 바람직한 제2 실시형태에 따른 진공 커패시터의 보호 수단의 상세 단면도이다.
도 1은 최첨단 진공 커패시터(20)의 단면도를 도시한다. 이러한 진공 커패시터는 진공 유전체 매체(16)를 갖는 인클로저(9)를 포함하고, 인클로저는 인클로저(9)의 절연 요소(4)에 의해 분리된 제1 전도성 칼라(2) 및 제2 전도성 칼라(3)(여기서는 금속 칼라의 형태)를 포함한다. 일반적으로 절연 요소(4)는 원통형의 세라믹 재료로 제조된다. 제조 공정 및 특히 접합과 관련된 요건으로 인해, 예를 들어 절연 요소(4)를 금속 칼라(2,3)에 브레이징 함으로써 절연 요소(4)는 칼라보다 반경 방향으로 더 연장된다. 따라서, 절연 요소(4)는 적어도 하나의 돌출 엣지, 도 1의 경우 2개의 돌출 엣지(6)를 나타낸다. 언급한 바와 같이, 절연 요소(4)는 칼라(2,3)에 결합되어야 하므로, 칼라에 수직인 절연 요소(4)의 표면은 결국 전기 전도성인 브레이징 재료로 덮여진다. 이 브레이징 재료와, 결과적으로 형성된 칼라(2,3)와 돌출 엣지(6) 사이의 전기적 접속(6a)으로 인해, 진공 커패시터가 사용 중일 때 돌출 엣지(6)에서 매우 높은 전기장이 생성된다. 이와 같이 매우 높은 전기장은, 진공 커패시터와 돌출 엣지(6) 근처의 구성 요소 사이에 코로나 방전이 발생할 수 있기 때문에, 진공 커패시터 고전압 적용의 실패 원인 중 하나이다. 또한, 도 1에는 진공 유전체(16) 내부에 배치되고, 전도성 칼라(2,3)와 각각 전기적으로 접촉하는 용량성 생성 표면, 즉 전극(12,13)이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 진공 커패시터는 이동 메커니즘(14) 및 확장 가능한 벨로우즈(15)를 사용함으로써 조정 가능한 전극(12)을 갖는 가변 진공 커패시터가 될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 진공 커패시터(1)의 바람직한 제1 실시형태의 단면도를 도시한다. 종래 기술로부터 알려진 진공 커패시터(20)와 유사하게, 진공 커패시터(1)는 인클로저(9)의 절연 요소(4)에 의해 분리된 제1 전도성 칼라(2) 및 제2 전도성 칼라(3)를 갖는 인클로저(9)를 포함한다. 돌출 엣지(6)에서 높은 전기장 발생에 대해 위에서 언급된 문제를 회피하기 위해, 진공 커패시터(1)는 엣지(6)를 덮는 보호 수단(7)을 포함한다. 유리하게는, 각각의 보호 수단(7)은 그것이 덮고 있는 돌출 엣지를 수용하기 위해 요부(7a)를 제공한다(도 2a 참조). 더욱이, 보호 수단(7)은 유리하게는 링 형태를 갖는다. 이것은 일반적인 진공 커패시터의 돌출 엣지가 원형이기 때문에 유리하다. 예를 들어, 링 형태의 보호 수단(7)의 단면은 이를테면 원형 또는 타원형일 수 있다. 당 업자는 보호 수단(7)의 단면이 엣지의 형태 및 진공 커패시터(1)의 구성, 특히 칼라(2,3)의 구성, 그리고 인클로저(9)의 절연 요소(4)에 따라 다른 형태를 가질 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 보호 수단의 적어도 외부 표면(7b)이 전기 전도성이고, 제1 또는 제2 칼라(2,3) 중 가장 가까운 것과 접촉하는 것이 중요하다. 전기장의 감소를 달성하기 위해, 보호 수단(7)의 외부 표면(7b)의 곡률 반경은 그것이 덮고 있는 돌출 엣지에 의해 규정된 곡률 반경보다 더 커야 한다. 그러나, 외부 표면(7b)의 곡률 반경이 거시적으로 볼 때 돌출 엣지(6)의 곡률 반경보다 더 큰 것이 중요할 뿐만 아니라, 보호 수단의 외부 표면이 돌출 엣지보다 작은 곡률 반경을 가진 미세한 돌출을 나타내지 않을 정도로 충분히 매끄럽다는 것이 중요하다. 미세한 돌출부 형태의 표면 불규칙성 또는 표면에 입자 또는 입자 덩어리(clump)의 존재는, 돌출부 또는 덩어리가 전기장 방출에 의해 전자가 더 쉽게 방출되는 장소 및/또는 흡착된 입자의 이온화 및 후속 가속이 시작될 수 있는 장소를 제공하기 때문에 전압 파괴의 시작을 촉진한다. 두 효과 모두 제어되지 않은 방식으로 진공 커패시터와 주변 구성요소 사이의 매체를 가로지르는 전하의 소위 "눈사태(avalanche)"로 이어질 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 진공 커패시터(30)의 바람직한 제2 실시형태의 단면도를 도시한다. 진공 커패시터(1)와 달리 동일한 진공 커패시터(30)는 엣지(6)를 덮고 있고 보호 수단(7)과 약간 다른 형태를 나타내는 보호 수단(37)을 포함한다. 이 실시형태에서, 칼라(2)의 표면을 따라 보호 수단(37)의 연장된 형상은 유리하게는 보호 수단(37)의 더 쉬운 고정을 가능하게 하는데, 이는 예를 들어 보호 수단을 제자리에 고정하기 위해 금속 접착제와 함께 사용하는 더 큰 표면적을 제공하기 때문이다. 이 실시형태에서 그리고 도 3a에 도시된 바와 같이, 보호 수단 단면은 원추의 정상(37d)이 가장 가까운 금속 칼라를 향해 배향되고, 베이스(37c)가 인클로저의 절연 요소를 향해 배향되어 본질적으로 반 원추형이다. 알 수 있는 바와 같이, 반 원추 표면(37b)의 베이스(37c)는 완전하게 평면적이지는 않지만, 대향하는 금속 칼라(3)를 향한 인클로저의 절연 요소 표면을 따라 전기장 파괴로부터 추가로 보호하기 위해 곡률각이 구비되어 있다.
보호 수단(7,37)은, 본 발명에 따라 적어도 부분적으로 탄성 변형 가능한 재료, 유리하게는 탄성중합체로 제조된다. 이것은 기계적 충격으로부터 인클로저(4)를 보호할 수 있게 한다. 이것은 인클로저(9)의 절연 요소(4)가 상대적으로 부서지기 쉬운 세라믹 재료로 제조될 때 특히 유리할 수 있다. 따라서, 보호 수단(7,37)은 두 가지 효과가 있다. 첫째는 전기장 강도의 감소이므로 진공 커패시터(1)와 주변에 배치된 구성요소 사이의 코로나 방전 위험을 최소화하는 효과이고, 둘째는 진공 커패시터(1), 특히 하우징(9)의 기계적 충격으로부터의 보호이다. 보호 수단(7,37)의 변형 가능성은 기계적 보호를 제공하는 데 유리할 뿐만 아니라 엣지(6)에 보호 수단(7,37)의 간단한 조립도 제공한다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 일반적으로 소결 또는 주요 온도 변화를 수반하는 기타 공정에 의해 수행되는 절연 요소(4)의 제조 공정으로 인해, 후자의 치수는 정확하게 재현할 수 없다. 따라서 탄성중합체로 제조된 보호 수단은 절연 요소(4)의 형태에서 이러한 불규칙성에 적응할 수 있다는 장점이 있다. 더욱이, 보호 수단(7,37)의 탄성중합체의 변형성 및 탄성은 또한 보호 수단(7,37)이 자체적으로 절연 요소(4)를 유지할 수 있다는 이점을 가질 수 있다. 보호 수단은 대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들어 접착제, 유리하게는 전기 전도성 접착제를 사용함으로써 인클로저(9)의 절연 요소(4) 또는 다른 요소에 부착될 수 있다. 후에는 전극과 보호 수단(7,37)의 외부 표면(7b,37b) 사이에 간단한 전기적 접속을 가능하게 한다.
마지막으로, 전술한 내용은 2개의 적절한 비 제한적 실시형태를 개략적으로 설명했다는 점을 주목하여야 한다. 개시된 비 제한적인 실시형태에 대한 수정이 그 사상 및 범위를 벗어나지 않고 수행될 수 있다는 것은 당 업자에게 명백할 것이다. 이와 같이, 설명된 비 제한적인 실시형태는 단지 더 두드러진 특징 및 적용의 일부를 예시하는 것으로 간주되어야 한다. 비 제한적인 실시형태를 다른 방식으로 적용하거나 당 업자에게 알려진 방식으로 수정함으로써 다른 유익한 결과를 실현할 수 있다. 여기서 모든 실시형태, 특히 전기장 강도의 감소를 초래할 보호 수단의 모든 형태를 설명하는 것이 불가능하다는 것을 주목하는 것이 특히 중요하다. 그럼에도 불구하고, 당 업자는 보호 수단의 형태를 진공 커패시터의 형태 및 커패시터가 사용되는 정확한 상황에 어떻게 적응하는지 알 것이다. 예를 들어, 커패시터 및 가장 가까운 구성요소 사이의 공간이 한 방향으로 특히 제한되는 상황에서, 보호 수단이 다른 방향을 가리키는 긴 형상을 갖는 것이 유리할 수 있다. 이것은 보호 수단의 외부 표면과 이러한 가장 가까운 구성요소 사이의 전기장이 임계 값 미만임을 보장한다. 진공 커패시터의 상이한 엣지를 덮는 보호 수단이 상이한 형상일 수 있다는 것을 주목하는 것이 중요하다. 마지막으로, 바람직한 실시형태에 제시된 진공 커패시터가 모두 가변 진공 커패시터인 경우에도, 본 발명은 인클로저의 돌출 엣지를 덮는 보호 수단을 나타내는 고정 진공 커패시터에 관한 것이기도 하다.
1,20,30: 진공 커패시터 2: 제1 전도성 칼라
3: 제2 전도성 칼라 4: 절연 요소
6: 돌출 엣지 6a: 전기적 접속
7,37: 보호 수단 7a,37a: 요부
7b: 외부 표면 9: 인클로저
12,13: 전극 14: 이동 메커니즘
15: 벨로우즈 16: 진공 유전체 매체
37b: 외부 표면 37c: 원추 베이스
37d: 원추 정상

Claims (15)

  1. 진공 유전체 매체를 갖는 인클로저(9), 상기 진공 유전체 매체에 의해 분리 된 제1 전극(12) 및 제2 전극(13)을 포함하는 진공 커패시터(1,30)로서, 인클로저(9)가 제1 전극(12)과 전기적으로 접촉하는 전도성 칼라(2) 및 제2 전극(13)과 전기적으로 접촉하는 제2 전도성 칼라(3)를 포함하고, 제1 전도성 칼라(2) 및 제2 전도성 칼라(3)가 인클로저(9)의 절연 요소(4)에 의해 분리되며, 인클로저(9)가 적어도 하나의 돌출 엣지(6)를 나타내며, 상기 돌출 엣지(6)가 제1 전도성 칼라(2) 또는 제2 전도성 칼라(3)의 가장 가까운 부분과 전기적으로 접촉하는, 진공 커패시터(1,30)에 있어서,
    진공 캐패시터(1,30)는 진공 인클로저의 외측에서 돌출 엣지(6)를 덮는 적어도 하나의 보호 수단(7,37)을 포함하며, 보호 수단(7,37)은 적어도 부분적으로 탄성중합체로 제조되고, 보호 수단(7,37)의 적어도 외부 표면(7b,37b)은 전기 전도성이고 돌출 엣지(6)에 가장 가까운 전도성 칼라와 동일한 전위에 있고, 그리고 보호 수단(7,37)의 외부 표면(7b,37b)은 돌출 엣지(6)의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 진공 커패시터(1,30).
  2. 제 1 항에 있어서,
    보호 수단(7,37)의 외부 표면의 곡률 반경은 적어도 1mm, 바람직하게는 적어도 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm 또는 10mm인 것을 특징으로 하는 진공 커패시터(1,30).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    2개의 돌출 엣지(6)를 포함하고, 각각의 돌출 엣지(6)는 보호 수단(7,37)에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는 진공 커패시터(1,30).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    돌출 엣지(6)는 본질적으로 원형이고, 보호 수단(7,37)은 링 형태인 것을 특징으로 하는 진공 커패시터(1,30).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    보호 수단(7)은 원형 또는 타원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 진공 커패시터(1).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    보호 수단은 원추 정상(37d)이 가장 가까운 전도성 칼라를 향해 배향되는 본질적으로 반 원추형 단면을 갖고, 원추의 베이스(37c)는 인클로저(9)의 절연 요소(4)를 향해 배향되는 것을 특징으로 하는 진공 커패시터(30).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    보호 수단(7,37)은 그것이 덮는 돌출 엣지(6)를 수용하기 위한 요부(7a, 37a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 커패시터(1,30).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    보호 수단(7,37)의 외부 표면과 인클로저(9)의 절연 요소(4)의 외부 표면이 접촉하고 90°미만의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 진공 커패시터(1,30).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    보호 수단(7,37)은 2013년 UL94 표준의 V1 또는 V0 분류 중 하나에 따라 불연성 재료로 적어도 부분적으로 제조되는 것을 특징으로 하는 진공 커패시터(1,30).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    보호 수단(7,37)은 전기 전도성 재료로 코팅된 절연 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 진공 커패시터(1,30).
  11. 제 10 항에 있어서,
    보호 수단(7,37)은 알루미늄 또는 은으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 진공 커패시터(1).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    보호 수단(7,37)은 폴리테트라플루오르에틸렌 탄성중합체, 실리콘 탄성중합체, 또는 에틸렌프로필렌디엔 단량체와 같은 탄성중합체 매트릭스를 니켈 및/또는 흑연 입자를 포함하는 분말과 같은 전도성 매트릭스 충전제와 조합하는 화합물로 적어도 부분적으로 제조되는 것을 특징으로 하는 진공 커패시터(1,30).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    보호 수단(7,37)은 접착제에 의해 하우징에 부착되는 것을 특징으로 하는 진공 커패시터(1,30).
  14. 제 13 항에 있어서,
    접착제는 전기 전도성인 것을 특징으로 하는 진공 커패시터(1,30).
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    커패시터는 가변 진공 커패시터 또는 고정 진공 커패시터인 것을 특징으로 하는 진공 커패시터(1,30).


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