WO2016122174A1 - 선형 운동 가변 진공 축전기 - Google Patents

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WO2016122174A1
WO2016122174A1 PCT/KR2016/000758 KR2016000758W WO2016122174A1 WO 2016122174 A1 WO2016122174 A1 WO 2016122174A1 KR 2016000758 W KR2016000758 W KR 2016000758W WO 2016122174 A1 WO2016122174 A1 WO 2016122174A1
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WO
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linear motion
magnet
electrode
axis
insulated
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PCT/KR2016/000758
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English (en)
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이원오
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주식회사 온조랩
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    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01G5/01—Details
    • H01G5/013—Dielectrics
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01G2005/02—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture having air, gas, or vacuum as the dielectric

Definitions

  • the present invention relates to a variable vacuum capacitor, and more particularly to a linear motion variable vacuum capacitor that directly provides linear motion without rotational motion.
  • U.S. Patent No. 3,447,047 discloses a vacuum capacitor.
  • the vacuum capacitor is divided into a high vacuum zone and a low vacuum zone, and as the motor is placed in the low vacuum zone, the compression difference applied to the corrugated pipe is reduced, and the torque of the motor is reduced.
  • the lubricating oil used in the motor may cause contamination and lower the degree of vacuum.
  • PCT / EP2013 / 061174 discloses a vacuum capacitor.
  • the vacuum capacitor has an atmospheric pressure region and a pair of high vacuum regions symmetrically disposed in the atmospheric pressure region.
  • the pair of high vacuum regions offset the vacuum suction force due to the pressure difference across the corrugated tube.
  • a pair of high vacuum regions require additional costs.
  • such a structure is difficult to provide a driving force for moving the moving electrode.
  • such a structure is difficult to measure the moving distance of the moving electrode.
  • One technical problem to be solved of the present invention is to provide a linear motion variable vacuum capacitor capable of providing a high-speed linear motion.
  • One technical problem to be solved of the present invention is to provide a high-speed linear motion variable vacuum capacitor to suppress the vacuum suction force, easy maintenance, free of lubricant contamination.
  • a linear motion variable vacuum capacitor has a vacuum degree around a first electrode, a second electrode disposed to face the first electrode, a linear motion axis connected to the second electrode, and the linear motion axis.
  • a variable vacuum capacitor including a corrugated pipe that maintains different degrees of vacuum in a storage space where the first electrode and the second electrode face each other;
  • An insulated linear motion axis one end of which is axially coupled to the linear motion axis and formed of a dielectric;
  • a dielectric tube disposed to surround the insulated linear motion axis and having one end coupled to the variable vacuum capacitor while maintaining a vacuum;
  • a magnet fixing tube having one end coupled to the other end of the dielectric tube and coupled while maintaining a vacuum;
  • An outer magnet disposed to surround an outer circumferential surface of the magnet fixing tube;
  • An inner magnet disposed inside the magnet fixing tube and magnetically coupled to the outer magnet;
  • an inner magnet slide part fixedly coupled to the inner magnet and having one end fixedly coupled to the other end of the insulated
  • the outer magnet is a solenoid type electromagnet
  • the inner magnet is a toroidal permanent magnet having a rectangular cross section
  • the magnetization direction of the inner magnet is a radial direction or a center of a cylindrical cylindrical coordinate system. It may be axial.
  • the magnetization direction of the inner magnet when the magnetization direction of the inner magnet is the central axis direction, may further include a magnetic yoke ring surrounding the outer magnet.
  • the inner magnet slide portion may have a cylindrical shape, one end of which is blocked, and may include a ring-shaped mounting groove so that the inner magnet is seated on the outer circumferential surface of the inner magnet slice portion.
  • it may include a linear motion guide portion disposed inside the magnet fixing tube and guides the inner magnetic slide to move in the direction of the center axis of the insulated linear motion axis.
  • the inner magnet slide portion has a cylindrical shape, one end of which is closed, and on the outer circumferential surface of the inner magnet slice portion includes a ring-shaped seating groove so that the inner magnet is seated, and the linear motion guide portion is the magnet
  • the linear motion guide portion has a cylindrical shape closed at one end, the inner magnetic slide portion may move along the outer circumferential surface of the linear motion guide portion.
  • one end of the inner magnetic slide portion may be inserted into a ring-shaped alignment groove formed on the other end of the insulated linear motion axis. It may further include a fixing means inserted into the other end of the insulated linear motion axis, and fixing the inner magnetic slide.
  • it may further include a movement distance measurer disposed in the atmosphere, the movement distance measuring unit for measuring the movement distance of the inner magnetic slide portion moving in the direction of the center axis of the insulated linear motion axis.
  • the linear movement guide portion may further include a movement distance measuring unit for measuring the movement distance of the inner magnetic slide portion moving in the direction of the center axis of the insulated linear motion axis.
  • the moving distance measuring unit may include: a pair of support plates disposed to be spaced apart from each other in the direction of the central axis of the insulated linear motion axis; A rod-shaped sensor guide portion connecting the pair of support plates to each other and extending in the direction of the center axis of the insulated linear motion axis; A sensor slide part having a cylindrical shape having a through hole therein and guided and slid to the sensor guide part; An auxiliary permanent magnet magnetically coupled to the inner magnet, moving together with the movement of the inner magnet, and fixed to the through hole of the sensor slide part; An encoder scale mounted on an outer surface of the sensor slide part; A printed circuit board arranged to connect the pair of support plates; And an encoder head disposed on the printed circuit board and disposed to face the encoder scale.
  • the linear movement guide portion may further include a movement distance measuring unit for measuring the movement distance of the inner magnetic slide portion moving in the direction of the center axis of the insulated linear motion axis.
  • the linear motion guide part may include a dielectric window disposed at one end of the linear motion guide part and transmitting light.
  • the movement distance measuring unit may provide light through the dielectric window of the linear motion guide unit, and measure the movement distance of the inner magnet slide unit by measuring light reflected from the moving portion.
  • a linear motion variable vacuum capacitor has a vacuum degree around a first electrode, a second electrode disposed to face the first electrode, a linear motion axis connected to the second electrode, and the linear motion axis.
  • a variable vacuum capacitor including a corrugated pipe that maintains different degrees of vacuum in a storage space where the first electrode and the second electrode face each other;
  • An insulated linear motion axis one end of which is axially coupled to the linear motion axis and formed of a dielectric;
  • a dielectric tube disposed to surround the insulated linear motion axis and having one end coupled to the variable vacuum capacitor while maintaining a vacuum;
  • a magnet fixing tube having one end coupled to the other end of the dielectric tube and coupled while maintaining a vacuum;
  • An outer magnet disposed to surround an outer circumferential surface of the magnet fixing tube;
  • An inner magnet inserted into and fixed to an outer circumferential surface of the insulated linear motion shaft and disposed inside the magnet fixing tube and magnetically coupled to the outer magnet;
  • An inner slide portion axially
  • the outer magnet is a solenoid type electromagnet
  • the inner magnet is a toroidal permanent magnet having a rectangular cross section
  • the magnetization direction of the inner magnet is a radial direction or a center of a cylindrical cylindrical coordinate system. It may be axial.
  • the inner slide may further include a movement distance measuring unit for measuring the movement distance to move in the direction of the central axis of the insulated linear motion axis.
  • the linear motion guide part may include a through hole opened in the direction of the central axis of the linear motion axis.
  • the magnet fixing tube may include a dielectric window disposed at the other end of the magnet fixing tube.
  • the movement distance measuring unit may provide light through the dielectric window of the magnet fixing tube and the through hole of the linear motion guide unit, and measure the movement distance of the inner slide unit by measuring light reflected from the moving portion.
  • the linear motion variable capacitor according to an embodiment of the present invention may be used for impedance matching at high speed to a time varying load that changes rapidly with time such as pulsed plasma.
  • the variable capacitor is simple in structure because it does not use a plurality of vacuum states, and is easy to maintain by adopting a linear motor structure in which a permanent magnet is disposed in the vacuum. In addition, since no lubricant is used, lubricant contamination can be eliminated.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a linear motion variable vacuum capacitor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating a linear motion variable vacuum capacitor according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a perspective view illustrating a moving distance measuring unit of the linear motion variable vacuum capacitor of FIG. 2A.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 2B.
  • FIG. 2D is a plan view illustrating the moving distance measuring unit of FIG. 2B.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a linear motion variable vacuum capacitor according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a linear motion variable vacuum capacitor according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a linear motion variable vacuum capacitor according to another embodiment of the present invention.
  • Variable vacuum capacitors are mainly used for high voltage applications.
  • the plasma is a time varying load that changes over time.
  • the plasma is generated in a pulse mode in which the duration of the pulse is several milliseconds or less.
  • pulsed mode plasmas require fast impedance matching. Therefore, there is a need for a linear motion variable vacuum capacitor for rapidly changing the capacitance of the vacuum capacitor.
  • the capacitance of a variable vacuum capacitor operates by converting rotational motion into linear motion.
  • wear due to friction generated when converting rotational motion into linear motion is more problematic than structural failure of the variable capacitor itself.
  • lubricating oil is used to remove the wear, problems such as lubricating oil and lubricating oil may occur.
  • the driving unit using the rotational movement is an operation characteristic having an acceleration and a deceleration section, and requires a high manufacturing cost and a space to implement a high height.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0003784 discloses a variable vacuum capacitor that eliminates rotational motion and has a linear motion.
  • the linear motion drive unit for driving the variable vacuum capacitor is arranged in the atmosphere.
  • the linear motion drive unit requires a large force to withstand the vacuum suction input due to the pressure difference. Therefore, it is difficult to control the speed according to the variable vacuum capacitor.
  • the variable vacuum capacitor is divided into a first vacuum region and a second vacuum region to suppress the vacuum suction force.
  • a part (permanent magnet) of the linear motor is disposed in the second vacuum region
  • the other part (electromagnet) of the linear motor is disposed outside the second vacuum region. Accordingly, the vacuum suction force can be suppressed. Electrical wiring for driving the linear motor is not introduced into the second vacuum region. Therefore, mechanical stability is improved and maintenance is easy.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a linear motion variable vacuum capacitor according to an embodiment of the present invention.
  • the linear motion variable vacuum capacitor 100 includes a variable vacuum capacitor 110, an insulated linear motion axis 120, a dielectric tube 130, a magnet fixing tube 140, an external magnet 160, and an inner portion. Magnet 150, and an inner magnetic slide 170.
  • the variable vacuum capacitor 110 may include a first electrode 112, a second electrode 114 disposed to face the first electrode 112, a linear motion shaft 115 connected to the second electrode 114, And a corrugated pipe 116 that maintains a degree of vacuum around the linear motion axis 115 differently from the degree of vacuum of the storage space where the first electrode 112 and the second electrode 114 face each other.
  • One end of the insulated linear motion axis 120 is axially coupled to the linear motion axis 115, and the insulated linear motion axis 120 is formed of a dielectric.
  • the dielectric tube 130 is disposed to surround the insulated linear motion shaft 120, and one end of the dielectric tube 130 is coupled to the variable vacuum capacitor while maintaining a vacuum.
  • One end of the magnet fixing tube 140 is coupled to the other end of the dielectric tube 130, and the magnet fixing tube 140 is coupled while maintaining a vacuum.
  • the outer magnet 160 is disposed to surround the outer circumferential surface of the magnet fixing tube 140.
  • the inner magnet 150 is disposed inside the magnet fixing tube 140 and magnetically coupled to the outer magnet 160.
  • the inner magnet slide unit 170 is fixedly coupled to the inner magnet 150, and one end of the inner magnet slide unit 170 is fixedly coupled to the other end of the insulated linear motion shaft 120.
  • the variable vacuum capacitor 110 may include a first electrode 112 having a concentric cylindrical structure, a second electrode 114 having a concentric cylindrical structure disposed opposite to the first electrode 112 and moving in the direction of the center axis of the concentric circle.
  • the disk-shaped second electrode support plate 113 for supporting the second electrode 114, a linear motion axis 115 extending in the direction of the center axis of the concentric circle from the center of the second electrode support plate 113, the first A first electrode support plate 111 having a disk shape for supporting the electrode 112, a cylindrical guide tube 117 for guiding the linear motion axis 115, and a washer-shaped agent for fixing the guide tube 117.
  • the second electrode support plate 113 and the second electrode connection part 119 Gyeolhaneun comprises a corrugated pipe (116). As the second electrode 114 moves in the linear motion axis direction, an area of the first electrode and the second electrode facing each other changes. Accordingly, the capacitance is variable.
  • the first electrode 112 may include conductive cylinders of concentric circles.
  • the first electrode support plate 111 may have a conductive disc shape, and one end of the first electrode may be fixed to the first electrode support plate 111.
  • the second electrode 114 may include conductive cylinders having a concentric shape.
  • the central axis of the first electrode and the central axis of the second electrode may coincide with each other.
  • the cylinders of the first electrode and the cylinders of the second electrode may be disposed to cross each other.
  • the second electrode support plate 113 may have a conductive disc shape, and one end of the second electrode may be fixed to the second electrode support plate 113.
  • the diameter of the second electrode support plate 113 may be smaller than the inner diameter of the vacuum capacitor insulating tube 118.
  • the first electrode support plate 111 and the second electrode support plate 113 may be parallel to each other.
  • the linear axis of movement 115 may extend in the direction of the central axis of the concentric circle from the central axis of the second electrode support plate 113.
  • the linear motion shaft 115 may have a cylindrical shape of a conductive material, and the linear motion shaft 115 may be integrally formed with the second electrode support plate 113.
  • the other end of the linear motion shaft 115 may be formed with a hole 115a having a female thread.
  • the guide tube 117 is a conductive material and may have a cylindrical shape.
  • the guide tube 117 may be arranged to surround the linear motion axis 115 to guide the linear motion.
  • the second electrode connector 119 may have a washer shape.
  • the guide tube 117 may be inserted into and fixed to a through hole disposed at the center of the second electrode connection part 119.
  • the second electrode connector 119 may include an auxiliary conductive tube 119a extending in the extension direction of the linear axis of movement so as to face the first electrode.
  • the guide tube 117, the auxiliary conductive tube 119a, and the disc-shaped second electrode connection part 119 may be integrally manufactured.
  • the vacuum capacitor insulating tube 118 may connect the first electrode support plate 111 and the auxiliary conductive tube 119a of the second electrode connection part to each other.
  • the sealing of the vacuum generator insulation tube may use a brazing technique of metal and ceramic.
  • the corrugated pipe 116 may be formed of a conductive material, may have a cylindrical shape, and may be expanded and contracted in the direction of the central axis of the linear motion axis 115.
  • the corrugated pipe 116 may be disposed to surround the linear motion axis and connect the second electrode support plate 113 and the second electrode connection part 119.
  • the corrugated pipe 116 may be disposed inside the vacuum capacitor insulating tube 118 to maintain a vacuum.
  • the power storage region in which the first electrode 112 and the second electrode 114 face each other may be maintained in a high vacuum state, and the non-power storage region in communication with the inside of the corrugated pipe may be maintained in a low vacuum state. Vacuum suction force may occur due to the pressure difference between the power storage region and the non-power storage region.
  • the pressure difference between the power storage region and the non-power storage region may be small.
  • the insulated linear motion shaft 120 may be an insulator material such as ceramic or alumina.
  • the insulated linear motion axis 120 may have a cylindrical shape extending in the direction of the central axis of the linear motion axis 115.
  • One end of the insulated linear motion shaft 120 may have a male screw shape 120a and may be inserted into a hole 115a having a female thread formed at the other end of the linear motion shaft 115 to be screwed thereto.
  • the insulated linear motion shaft 120 may include a ring-shaped moving stop 121.
  • the diameter of the movement stop 121 may be larger than the diameter of the guide tube 117.
  • the movement stopper 121 may prevent the linear motion shaft from being sucked into the variable vacuum capacitor by the vacuum suction force.
  • the other end of the insulated linear motion shaft 120 may be fixed to the inner magnet slide unit 170.
  • the inner magnet slide unit 170 may have a cylindrical shape with one end blocked.
  • the outer circumferential surface of the inner magnet slice unit 170 may include a ring-shaped mounting groove 171 to seat the inner magnet 150.
  • the inner magnet 150 is inserted into and fixed to the mounting groove 171.
  • the disc 172 of one end of the inner magnetic slide unit 170 may be inserted into a ring-shaped alignment groove 122 formed at the other end of the insulated linear motion shaft 120.
  • the inner magnet slide unit 170 may include an auxiliary cylinder 173 extending in the linear motion axis direction and fitted to the other end of the insulated linear motion axis 120.
  • the fixing means 174 may be inserted into the other end of the insulated linear motion shaft 120 to fix the inner magnet slide unit 170.
  • a nut hole 123 having a female screw may be formed at the other end of the insulated linear motion shaft.
  • the fixing means 174 may include a male screw, and the fixing means 174 may be inserted into the nut hole 123 to fix the inner magnetic slide part 170 to the insulated linear motion shaft 120. .
  • the inner magnet 150 may have a toroidal shape having a rectangular cross section.
  • the inner magnet 150 may be inserted into the seating groove 171 of the inner magnet slide unit 170 to move in the direction of the central axis of the linear motion axis.
  • the inner magnet 150 is a permanent magnet, and the magnetization direction of the inner magnet 150 may be a radial direction in the cylindrical coordinate system.
  • the inner magnet 150 may be disposed in the magnet fixing tube 140.
  • the inner magnet 150 may be magnetically coupled to the outer magnet 160.
  • the inner magnet 150 may receive a Lorentz force from the outer magnet 160 and move in the direction of the central axis of the linear motion axis.
  • the inner magnet 150 may be cut in the central axis direction (z-axis direction). Accordingly, the flow of the vortex by the external magnet 160 can be blocked, and heat generation can be suppressed.
  • the inner magnet 150 may be magnetized in a radial direction, and the inner magnet 150 may be divided into a plurality of parts and disposed symmetrically.
  • the dielectric tube 130 may have a cylindrical shape formed of a dielectric.
  • the dielectric tube 130 may connect the second electrode connector 119 and the magnet fixing tube 140 to each other.
  • the diameter of the dielectric tube 120 may be substantially the same as the magnet fixed tube 140.
  • the dielectric tube may be sealed to maintain a vacuum in a ceramic material. The seal may use a brazing technique of metal and ceramic.
  • the magnet fixing tube 140 may have a cylindrical shape formed of a conductive material.
  • the magnet fixing tube 140 may include an external magnet seating groove 141 in which the external magnet 160 is disposed on an outer circumferential surface thereof.
  • the outer magnet seating groove 141 may have a ring shape extending in the linear motion axis direction.
  • One end of the magnet fixing tube 140 may be coupled to the dielectric tube, and the other end of the magnet fixing tube 140 may be blocked by the disc 142.
  • the dielectric window 143 may be disposed at the center of the disc 142 of the magnet fixing tube. The dielectric window 143 may be sealed while maintaining a vacuum with the magnet fixing tube.
  • the external magnet 160 may be a solenoid-shaped electromagnet.
  • the external magnet 160 may be connected to the external magnet driver 162, and the external magnet 160 may form a magnetic field in the direction of the central axis of the linear motion.
  • the external magnet 160 may be wound in the form of a solenoid by using a coated conductive wire.
  • the movement distance measuring unit 190 may measure the movement distance of the inner magnetic slide unit 170.
  • the moving distance measuring unit 190 may be an optical distance sensor.
  • the moving distance measuring unit 190 provides electromagnetic waves or light to the inner magnetic slide unit 170 through the dielectric window 190 disposed on the disc of the magnet fixing tube, and measures the reflected electromagnetic waves or light. The travel distance can be calculated.
  • the moving distance measuring unit may be transformed into a hall sensor, an optical distance sensor, a capacitive sensor that measures a distance by using the capacitance, and the like.
  • the hall sensor may measure the strength of the magnetic field and calculate a moving distance using the strength of the magnetic field.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating a linear motion variable vacuum capacitor according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a perspective view illustrating a moving distance measuring unit of the linear motion variable vacuum capacitor of FIG. 2A.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 2B.
  • FIG. 2D is a plan view illustrating the moving distance measuring unit of FIG. 2B.
  • the linear motion variable vacuum capacitor 200 includes a variable vacuum capacitor 110, an insulated linear motion axis 120, a dielectric tube 130, a magnet fixing tube 240, and an external magnet 160. ), An inner magnet 150, and an inner magnet slide unit 170.
  • the variable vacuum capacitor 110 may include a first electrode 112, a second electrode 114 disposed to face the first electrode 112, a linear motion shaft 115 connected to the second electrode 114, And a corrugated pipe 116 that maintains a degree of vacuum around the linear motion axis 115 differently from the degree of vacuum of the storage space where the first electrode 112 and the second electrode 114 face each other.
  • One end of the insulated linear motion axis 120 is axially coupled to the linear motion axis 115, and the insulated linear motion axis 120 is formed of a dielectric.
  • the dielectric tube 130 is disposed to surround the insulated linear motion shaft 120, and one end of the dielectric tube 130 is coupled to the variable vacuum capacitor while maintaining a vacuum.
  • One end of the magnet fixing tube 240 is coupled to the other end of the dielectric tube 130, and the magnet fixing tube 240 is coupled while maintaining a vacuum.
  • the outer magnet 160 is disposed to surround the outer circumferential surface of the magnet fixing tube 240.
  • the inner magnet 150 is disposed inside the magnet fixing tube 240 and magnetically coupled to the outer magnet 160.
  • the inner magnet slide unit 170 is fixedly coupled to the inner magnet 150, and one end of the inner magnet slide unit 170 is fixedly coupled to the other end of the insulated linear motion shaft 120.
  • the variable vacuum capacitor 110 may include a first electrode 112 having a concentric cylindrical structure, a second electrode 114 having a concentric cylindrical structure disposed opposite to the first electrode 112 and moving in the direction of the center axis of the concentric circle.
  • the disk-shaped second electrode support plate 113 for supporting the second electrode 114, a linear motion axis 115 extending in the direction of the center axis of the concentric circle from the center of the second electrode support plate 113, the first A first electrode support plate 111 having a disk shape for supporting the electrode 112, a cylindrical guide tube 117 for guiding the linear motion axis 115, and a washer-shaped agent for fixing the guide tube 117.
  • the first electrode 112 may include conductive cylinders of concentric circles.
  • the first electrode support plate 111 may have a conductive disc shape, and one end of the first electrode may be fixed to the first electrode support plate 111.
  • the second electrode 114 may include conductive cylinders having a concentric shape.
  • the central axis of the first electrode and the central axis of the second electrode may coincide with each other.
  • the cylinders of the first electrode and the cylinders of the second electrode may be disposed to cross each other.
  • the second electrode support plate 113 may have a conductive disc shape, and one end of the second electrode may be fixed to the second electrode support plate 113.
  • the diameter of the second electrode support plate 113 may be smaller than the inner diameter of the vacuum capacitor insulating tube.
  • the first electrode support plate 111 and the second electrode support plate 113 may be parallel to each other.
  • the linear axis of movement 115 may extend in the direction of the central axis of the concentric circle from the central axis of the second electrode support plate 113.
  • the linear motion shaft 115 may have a cylindrical shape of a conductive material, and the linear motion shaft 115 may be integrally formed with the second electrode support plate 113.
  • the other end of the linear axis of movement may be formed with a hole 115a having a female thread.
  • the guide tube 117 is a conductive material and may have a cylindrical shape.
  • the guide tube 117 may be arranged to surround the linear motion axis 115 to guide the linear motion.
  • the second electrode connector 119 may have a washer shape.
  • the guide tube 117 may be inserted into and fixed to a through hole disposed at the center of the second electrode connection part 119.
  • the second electrode connector 119 may include an auxiliary conductive tube 119a extending in the extension direction of the linear axis of movement so as to face the first electrode.
  • the guide tube 117, the auxiliary conductive tube 119a, and the disc-shaped second electrode connection part 119 may be integrally manufactured.
  • the vacuum capacitor insulating tube 118 may connect the first electrode support plate 111 and the auxiliary conductive tube 119a of the second electrode connection part to each other.
  • the sealing of the vacuum generator insulation tube may use a brazing technique of metal and ceramic.
  • the corrugated pipe 116 may be formed of a conductive material, may have a cylindrical shape, and may be expanded and contracted in the direction of the central axis of the linear motion axis 115.
  • the corrugated pipe 116 may be disposed to surround the linear motion axis and connect the second electrode support plate 113 and the second electrode connection part 119.
  • the corrugated pipe 116 may be disposed inside the vacuum capacitor insulating tube 118 to maintain a vacuum.
  • the power storage region in which the first electrode 112 and the second electrode 114 face each other may be maintained in a high vacuum state, and the non-power storage region in communication with the inside of the corrugated pipe may be maintained in a low vacuum state. Vacuum suction force may occur due to the pressure difference between the power storage region and the non-power storage region.
  • the pressure difference between the power storage region and the non-power storage region may be small.
  • the insulated linear motion shaft 120 may be an insulator material such as ceramic or alumina.
  • the insulated linear motion axis 120 may have a cylindrical shape extending in the direction of the central axis of the linear motion axis 115.
  • One end of the insulated linear motion shaft 120 may have a male screw shape 120a and may be inserted into a hole 115a having a female thread formed at the other end of the linear motion shaft 115 to be screwed thereto.
  • the insulated linear motion shaft 120 may include a ring-shaped moving stop 121.
  • the diameter of the movement stop 121 may be larger than the diameter of the guide tube 117.
  • the movement stopper 121 may prevent the linear motion shaft from being sucked into the variable vacuum capacitor by the vacuum suction force.
  • the other end of the insulated linear motion shaft 120 may be fixed to the inner magnet slide unit 170.
  • the inner magnet slide unit 170 may have a cylindrical shape with one end blocked.
  • the outer circumferential surface of the inner magnet slice unit 170 may include a ring-shaped mounting groove 171 to seat the inner magnet 150.
  • the inner magnet 150 is inserted into and fixed to the mounting groove 171.
  • the disc 172 of one end of the inner magnetic slide unit 170 may be inserted into a ring-shaped alignment groove 122 formed at the other end of the insulated linear motion shaft 120.
  • the inner magnet slide 170 may include an auxiliary cylinder 173 extending in the linear motion axis direction and fitted to the other end of the insulated linear motion axis 120.
  • the fixing means 174 may be inserted into the other end of the insulated linear motion shaft 120 to fix the inner magnet slide unit 170.
  • a nut hole 123 having a female screw may be formed at the other end of the insulated linear motion shaft.
  • the fixing means 174 may include a male screw, and the fixing means 174 may be inserted into the nut hole 123 to fix the inner magnetic slide part 170 to the insulated linear motion shaft 120. .
  • the inner magnet 150 may have a toroidal shape having a rectangular cross section.
  • the inner magnet 150 may be inserted into the seating groove 171 of the inner magnet slide unit 170 to move in the direction of the central axis of the linear motion axis.
  • the inner magnet 150 is a permanent magnet, and the magnetization direction of the inner magnet 150 may be a radial direction in the cylindrical coordinate system.
  • the inner magnet 150 may be disposed in the magnet fixing tube 240.
  • the inner magnet 150 may be magnetically coupled to the outer magnet 160.
  • the inner magnet 150 may receive a Lorentz force from the outer magnet 160 and move in the direction of the central axis of the linear motion axis.
  • the dielectric tube 130 may have a cylindrical shape formed of a dielectric.
  • the dielectric tube 130 may connect the second electrode connector 119 and the magnet fixing tube 240 to each other.
  • the diameter of the dielectric tube 120 may be substantially the same as the magnet fixed tube 240.
  • the dielectric tube may be sealed to maintain a vacuum in a ceramic material. The seal may use a brazing technique of metal and ceramic.
  • the magnet fixing tube 240 may have a cylindrical shape formed of a conductive material.
  • the magnet fixing tube 240 may include an outer magnet seating groove 241 in which the outer magnet 160 is disposed on an outer circumferential surface thereof.
  • the external magnet seating groove 241 may have a ring shape extending in the linear motion axis direction.
  • One end of the magnet fixing tube 240 may be coupled to the dielectric tube, and the other end of the magnet fixing tube 240 may be blocked by a washer-shaped disc 242.
  • a linear motion guide may be connected to the disc 242 of the magnet fixing tube.
  • the linear motion guide part 280 may be disposed in the magnet fixing tube 240 and guide the internal magnetic slide part 170 to move in the direction of the central axis of the insulated linear motion axis.
  • the linear motion guide portion 280 may be disposed inside the inner magnetic slide portion 170 of a cylindrical shape.
  • the linear motion guide part 280 and the inner magnet slide part 170 may have a coaxial cylindrical structure.
  • the linear motion guide part 280 may be inserted into the linear motion guide part 280 toward the insulating linear motion axis at the other end of the magnet fixing tube.
  • the linear motion guide part 280 may have a cylindrical shape with one end blocked.
  • the inner magnet slide unit 170 may move along an outer circumferential surface of the linear motion guide unit.
  • the interior of the linear motion guide portion 280 may be exposed to atmospheric pressure.
  • the linear motion guide portion 280 may be fixed to the washer-shaped disc 242 disposed at the other end of the magnet fixing tube and sealed.
  • the sealing method may be welded or a conventional vacuum sealing method may be applied.
  • a bushing 282 may be disposed on an outer circumferential surface of the linear motion guide part 280 to reduce the clearance between the inner magnetic slide part 170 and the linear motion guide part.
  • the external magnet 160 may be a solenoid-shaped electromagnet.
  • the external magnet 160 may be connected to the external magnet driver 162, and the external magnet 160 may form a magnetic field in the direction of the central axis of the linear motion.
  • the external magnet 160 may be wound in the form of a solenoid by using a coated conductive wire.
  • the movement distance measuring unit 290 may measure the movement distance of the inner magnet slide unit 170 or the inner magnet 150.
  • the movement distance measuring unit 290 may include an auxiliary permanent magnet 295, and the auxiliary permanent magnet 295 may be magnetically coupled to the internal magnet 150.
  • the auxiliary permanent magnet 295 provides a magnetic force even when spaced apart from the inner magnet 150. Accordingly, when the inner magnet 150 moves, the auxiliary permanent magnet 295 also moves.
  • the encoder for measuring the distance is installed in the auxiliary permanent magnet, the moving distance of the inner magnet can be measured.
  • the auxiliary permanent magnet 295 may also be magnetized in the radial direction.
  • the moving distance measuring unit 290 may include a pair of support plates 292a and 292b spaced apart from each other in the direction of the central axis of the insulated linear motion axis; A rod-shaped sensor guide portion 293 connecting the pair of support plates to each other and extending in the direction of the center axis of the insulated linear motion axis; A sensor slide unit 294 having a cylindrical shape having a through hole therein and guided to the sensor guide unit and sliding; An auxiliary permanent magnet 295 magnetically coupled to the inner magnet and moving together as the inner magnet moves, and fixed to the through hole of the sensor slide part; An encoder scale 297 mounted on an outer surface of the sensor slide part; A printed circuit board 296 disposed to connect the pair of support plates; And an encoder head 298 disposed on the printed circuit board and disposed to face the encoder scale.
  • the pair of support plates 292a and 292b are in the form of discs, and are spaced apart from each other and arranged in parallel. Diameters of the support plates 292a and 292b may be smaller than an inner diameter of the linear motion guide part 280.
  • One support plate 292a may be fixed to the fixed plate 291 in the form of a disc.
  • the fixing plate 291 may be fixed to the other end of the magnet fixing tube 240. Accordingly, the moving distance measuring unit 290 is fixed.
  • the outer circumferential surface of the pair of support plates 292a and 292b may be planarized to have a string.
  • the printed circuit board 296 may be mounted on the processed plane.
  • An encoder head 298 for measuring distance can be mounted to the printed circuit board 296.
  • the encoder head 298 is fixed, and as the encoder scale 297 fixed to the sensor slide unit 294 moves, the encoder head 298 may calculate a moving distance.
  • the encoder head 298 may be optical.
  • the sensor guide portion 292 has a rod shape, and the pair of support plates 292a and 292b may be connected to each other.
  • the sensor guide portion 292 may include three rods extending parallel to each other.
  • the sensor slide unit 294 may be mounted and moved on a rod-shaped sensor guide unit 292 connecting the pair of support plates to each other.
  • the sensor slice 294 may be equipped with a bearing for suppressing friction.
  • the sensor slide unit 294 is basically cylindrical in shape, and may include a circular hole or a hole 294a partially opened to guide the sensor guide unit 293.
  • the sensor guide portion 293 may be inserted into the hole to linearly move.
  • Side surfaces of the sensor slide unit 294 may be processed in a plane.
  • the encoder scale 297 may be disposed in the processed plane.
  • an auxiliary permanent magnet 295 may be disposed inside the sensor slide unit.
  • the auxiliary permanent magnet 295 may be a cylindrical permanent magnet, and the magnetization direction of the auxiliary permanent magnet may be a radial direction.
  • the sensor slide part and / or the linear motion guide part may be made of a paramagnetic or ferromagnetic material.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a linear motion variable vacuum capacitor according to another embodiment of the present invention.
  • the linear motion variable vacuum capacitor 300 includes a variable vacuum capacitor 110, an insulated linear motion axis 120, a dielectric tube 130, a magnet fixing tube 240, an external magnet 160, and an inner portion. Magnet 150, and an inner magnetic slide 170.
  • the variable vacuum capacitor 110 may include a first electrode 112, a second electrode 114 disposed to face the first electrode 112, a linear motion shaft 115 connected to the second electrode 114, And a corrugated pipe 116 that maintains a degree of vacuum around the linear motion axis 115 differently from the degree of vacuum of the storage space where the first electrode 112 and the second electrode 114 face each other.
  • One end of the insulated linear motion axis 120 is axially coupled to the linear motion axis 115, and the insulated linear motion axis 120 is formed of a dielectric.
  • the dielectric tube 130 is disposed to surround the insulated linear motion shaft 120, and one end of the dielectric tube 130 is coupled to the variable vacuum capacitor while maintaining a vacuum.
  • One end of the magnet fixing tube 240 is coupled to the other end of the dielectric tube 130, and the magnet fixing tube 240 is coupled while maintaining a vacuum.
  • the outer magnet 160 is disposed to surround the outer circumferential surface of the magnet fixing tube 240.
  • the inner magnet 150 is disposed inside the magnet fixing tube 240 and magnetically coupled to the outer magnet 160.
  • the inner magnet slide unit 170 is fixedly coupled to the inner magnet 150, and one end of the inner magnet slide unit 170 is fixedly coupled to the other end of the insulated linear motion shaft 120.
  • the linear motion guide part 380 may be disposed in the magnet fixing tube 240 and guide the internal magnetic slide part 170 to move in the direction of the central axis of the insulated linear motion axis.
  • the linear motion guide part 380 may be disposed inside the inner magnetic slide part 170 having a cylindrical shape.
  • the linear motion guide part 380 and the inner magnet slide part 170 may have a coaxial cylindrical structure.
  • the linear motion guide part 380 may be inserted inward from the other end of the magnet fixing tube toward the insulated linear motion axis.
  • the linear motion guide part 380 may have a cylindrical shape with one end blocked.
  • the inner magnet slide unit 170 may move along an outer circumferential surface of the linear motion guide unit.
  • the interior of the linear motion guide portion 380 may be exposed to atmospheric pressure.
  • the linear motion guide part 380 may be fixed to a washer-shaped disc disposed at the other end of the magnet fixing tube and sealed.
  • the sealing method may be welded or a conventional vacuum sealing method may be applied.
  • a bushing 382 may be disposed on an outer circumferential surface of the linear motion guide part 380 to reduce the clearance between the inner magnetic slide part 170 and the linear motion guide part.
  • the closed end of the linear motion guide portion 380 may have a disc shape.
  • a dielectric window 381 that transmits light may be disposed on the disc. The dielectric window 381 may be sealed with the linear motion guide portion 380.
  • the movement distance measuring unit 390 may be inserted into the linear motion guide unit 380 and measure a movement distance of the inner magnet slide unit 170 moving in the direction of the central axis of the insulated linear motion axis.
  • the movement distance measuring unit 390 provides light through the dielectric window 381 of the linear motion guide unit and measures the light reflected from the moving portion to measure the movement distance of the inner magnet slide unit 170. can do.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a linear motion variable vacuum capacitor according to another embodiment of the present invention.
  • the linear motion variable vacuum capacitor 400 includes a variable vacuum capacitor 110, an insulated linear motion axis 420, a dielectric tube 130, a magnet fixing tube 440, an external magnet 160, and an inner portion thereof. Magnet 150, an inner slide 470, and a linear motion guide 480.
  • the variable vacuum capacitor 110 may include a first electrode 112, a second electrode 114 disposed to face the first electrode 112, a linear motion shaft 115 connected to the second electrode 114, And a corrugated pipe 116 that maintains a degree of vacuum around the linear motion axis 115 differently from the degree of vacuum of the storage space where the first electrode 112 and the second electrode 114 face each other.
  • One end of the insulated linear motion axis 420 is axially coupled to the linear motion axis 115, and the insulated linear motion axis 420 is formed of a dielectric material.
  • the dielectric tube 130 is disposed to surround the insulated linear motion shaft 420, and one end of the dielectric tube 130 is coupled to the variable vacuum capacitor 110 while maintaining a vacuum.
  • One end of the magnet fixing tube 440 is coupled to the other end of the dielectric tube 130 and coupled while maintaining a vacuum.
  • the outer magnet 160 is disposed to surround the outer circumferential surface of the magnet fixing tube 440.
  • the inner magnet 150 is inserted into and fixed to an outer circumferential surface of the insulated linear motion shaft 420, disposed inside the magnet fixing tube 440, and magnetically coupled to the outer magnet 160.
  • the inner slide portion 470 is axially coupled to the other end of the insulated linear motion shaft 420 and has a cylindrical shape.
  • the linear motion guide part 480 has a cylindrical shape in which the other end of the inner slide part 470 is inserted, and is disposed inside the magnet fixing tube 440 and moves the inner slide part 470 to the insulated linear motion axis. Guide to move in the direction of the center axis.
  • the insulating linear motion axis 420 may be an insulator material such as ceramic or alumina.
  • the insulated linear motion axis 420 may have a cylindrical shape extending in the direction of the central axis of the linear motion axis 115.
  • the other end of the linear motion shaft 115 may be formed with a hole 115a having a female thread.
  • One end of the insulated linear motion shaft 420 may have a male screw shape 420a and may be inserted into a hole 115a having a female thread at the other end of the linear motion shaft 115 to be screwed thereto.
  • the insulated linear motion axis 420 may include a ring stop moving part 421.
  • the diameter of the movement stop 421 may be larger than the diameter of the guide tube 117.
  • the movement stopper 421 may prevent the linear motion shaft 115 from being sucked into the variable vacuum capacitor by a vacuum suction force.
  • the other end of the insulated linear motion shaft 420 may include a seating groove 422.
  • the inner magnet 150 may be disposed and fixed in the seating groove 422.
  • the seating groove 422 may be formed by reducing the diameter of the insulated linear motion shaft 420.
  • the inner slide 470 may have a cylindrical shape. One end of the inner slide 470 may include a thread. One end of the inner slide portion 470 may be inserted into the other end of the insulated linear motion shaft to be screwed.
  • a ring-shaped fixing part 471 may be disposed on the outer circumferential surface of the inner slice part 40. The fixing part 471 fixes the inner magnet 150 inserted into the seating groove of the insulated linear motion part. In addition, when the inner slide 471 moves toward the linear motion guide 480, the fixing part 471 may perform a function to stop the linear motion no longer.
  • the inner magnet 150 may have a toroidal shape having a rectangular cross section.
  • the inner magnet 150 may be inserted into the seating groove 422 of the insulated linear motion axis 420 to move in the direction of the central axis of the linear motion axis.
  • the inner magnet 150 is a permanent magnet, and the magnetization direction of the inner magnet 150 may be a radial direction in the cylindrical coordinate system.
  • the inner magnet 150 may be disposed in the magnet fixing tube 440.
  • the inner magnet 150 may be magnetically coupled to the outer magnet 160.
  • the inner magnet 150 may receive a Lorentz force from the outer magnet 160 and move in the direction of the central axis of the linear motion axis.
  • the dielectric tube 130 may have a cylindrical shape formed of a dielectric.
  • the dielectric tube 130 may connect the second electrode connector 119 and the magnet fixing tube 440 to each other.
  • the diameter of the dielectric tube 120 may be substantially the same as the magnet fixed tube 440.
  • the dielectric tube may be sealed to maintain a vacuum in a ceramic material. The seal may use a brazing technique of metal and ceramic.
  • the magnet fixing tube 440 may have a cylindrical shape formed of a conductive material.
  • the magnet fixing tube 440 may include an outer magnet seating groove 441 in which the outer magnet 160 is disposed on an outer circumferential surface thereof.
  • the outer magnet seating groove 441 may have a ring shape extending in the linear motion axis direction.
  • One end of the magnet fixing tube 440 may be coupled to the dielectric tube, and the other end of the magnet fixing tube may be blocked by a washer-shaped disc 442.
  • the linear motion guide 480 may be connected to the disc 442 of the magnet fixing tube.
  • the linear motion guide part 480 may be disposed in the magnet fixing tube 440 to guide the inner slide part 470 to move in the direction of the central axis of the insulated linear motion axis.
  • the linear motion guide portion 480 may have a cylindrical shape.
  • the linear motion guide part may be arranged to surround the inner slide part 470.
  • the linear motion guide part 480 and the inner slide part 470 may have the same central axis.
  • the linear motion guide part 480 may be disposed inside to face the insulated linear motion axis at the other end of the magnet fixing tube.
  • the linear motion guide part 480 may have a cylindrical shape.
  • the inner slide part 470 may move along the inner circumferential surface of the linear motion guide part.
  • One end of the inner slide may be inserted into the other end of the insulated linear motion shaft 420.
  • a nut hole 423 having a female thread may be formed at the other end of the insulated linear motion shaft.
  • One end of the inner slide may include a male screw 473, and the male screw 473 may be inserted into the nut hole 423 to fix the inner slide 470 to the insulated linear motion shaft 420. .
  • the linear motion guide part 480 may be fixed and sealed to a washer-shaped disc disposed at the other end of the magnet fixing tube.
  • the sealing method may be welded or a conventional vacuum sealing method may be applied.
  • a bushing may be disposed on an outer circumferential surface of the inner slide portion.
  • the external magnet 160 may be a solenoid-shaped electromagnet.
  • the external magnet 160 may be connected to the external magnet driver 162, and the external magnet 160 may form a magnetic field in the direction of the central axis of the linear motion.
  • the external magnet 160 may be wound in the form of a solenoid by using a coated conductive wire.
  • the movement distance measuring unit 490 may measure the movement distance of the inner slide 470 or the inner magnet 150.
  • the movement distance measuring unit 490 may measure a movement distance of the inner slide unit moving in the direction of the central axis of the insulated linear motion axis.
  • the linear motion guide part 480 may include a through hole 481 opened in the direction of the central axis of the linear motion axis.
  • the magnet fixing tube 440 may include a dielectric window 443 disposed at the other end of the magnet fixing tube 440.
  • the moving distance measuring part provides light through the dielectric window 443 of the magnet fixing tube and the through hole 481 of the linear motion guide part 480, and measures the light reflected from the moving part. The moving distance of the slide unit 470 may be measured.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a linear motion variable vacuum capacitor according to another embodiment of the present invention. Descriptions overlapping with those described in FIG. 2 will be omitted.
  • the linear motion variable vacuum capacitor 200a includes a variable vacuum capacitor 110, an insulated linear motion axis 120, a dielectric tube 130, a magnet fixing tube 240, an external magnet 160, and an inner portion thereof. Magnet 150, and an inner magnetic slide 170.
  • the variable vacuum capacitor 110 may include a first electrode 112, a second electrode 114 disposed to face the first electrode 112, a linear motion shaft 115 connected to the second electrode 114, And a corrugated pipe 116 that maintains a degree of vacuum around the linear motion axis 115 differently from the degree of vacuum of the storage space where the first electrode 112 and the second electrode 114 face each other.
  • the outer magnet 160 may be a solenoid-shaped electromagnet, and the inner magnet 150 may be a toroidal permanent magnet.
  • the magnetization direction of the inner magnet 150 may be the central axis direction (z-axis) of the cylindrical coordinate system.
  • the magnetic yoke ring 161 may be disposed and fixed to surround the outer magnet 160.
  • the length of the magnetic yoke ring 161 may be longer than the length of the external magnet. Accordingly, the magnetic field of the inner magnet 150 may provide a radial component of the cylindrical coordinate system to the outer magnet.
  • the magnetic yoke ring 161 may be a material having a high permeability such as iron core or ferrite.
  • the magnetization direction (negative z-axis direction) of the auxiliary permanent magnet 295 may be opposite to the magnetization direction (positive z-axis direction) of the inner magnet 295. Accordingly, the inner magnet 150 and the auxiliary permanent magnet 295 may provide a suction force to each other, and move together in a non-contact manner.
  • the inner magnet 150 may be cut in the central axis direction (z-axis direction). Accordingly, the flow of the vortex by the external magnet 160 can be blocked, and heat generation can be suppressed.
  • the inner magnet 150 may be magnetized in the direction of the central axis, and the inner magnet 150 may be divided into a plurality of components and disposed symmetrically with respect to the central axis.

Landscapes

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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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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
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.

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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