JP2019523415A - 多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子 - Google Patents

Abstract

本発明は、多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子に関するものでり、より詳細には、多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子を提供することにより、従来の電流の検出素子のコイルを代替するようになって電気的特性を一定均一にし、大量生産が可能な多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子に関するものである。【選択図】図８

Description

本発明は、多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子に関するものであり、より詳細には、多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子を提供することにより、従来の電流の検出素子のコイルを代替するようになって電気的特性を一定均一にし、大量生産が可能な多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子に関するものである。

従来の電流の検出素子の構成を図１を参照して説明すると、入力された電源によって動作する負荷２０と、電力供給源(PS)から発生される電力が入力され、入力される制御信号に応じて前記負荷２０側に電源を供給する電圧出力制御部１０と、前記負荷２０を経由する電流を前記電力供給源(PS)に伝達する電圧伝達用銅線(PP)に巻かれているコイル(CL)と、前記銅線(PP)を介して電流が流れる場合、電磁誘導に応じて前記コイル(CL)に誘導され、前記コイル(CL)に流れる電流を検出する誘導電流検出部４０Ａと、前記誘導電流検出部４０Ａから出力される誘導電流を電圧レベルに変化して、前記電圧出力制御部１０に提供する電圧レベル送出部４０Ｂとで構成されている。

上述したように構成されている近年の電流検出方式は、前述した電圧検出による電流検出方式から発生する問題点を解消する効果があるが、特定の容量のコイルを回路に巻くので、製造工程が複雑であり、コイルの厚さ及び方向による電気的特性が一定していない問題を持っており、電流の検出素子の検出精度を落とす問題点が発生した。

一方、導線に流れる電流を測定する方法としては、電流計測器を、その導線に電気的に直接接続して測定する直接測定方法と、その導線の電流によって周辺に発生する電磁界を電流計測器で検出して導線の電流を測定する間接的な測定方法がある。

ここで、前記直接測定方法は、計測器の接続が煩わしく難しい。また回路的に分離することができないなどの制約が付き、最近にはこのような直接測定方法の制約を脱皮するための間接的な測定方法が台頭している。

前記間接測定方法の代表的な例としては、フラックスゲート(Flux Gate)方式を利用する方法がある。

このようなフラックスゲート(Flux Gate)方式を用いた電流測定方法によれば、二つのコアに交流磁化方向が互いに反対になるように交流電流を 認可して、二つのコアにそれぞれ巻線したコイルに発生する起電力の変化を検出して導線に流れる電流による直流磁束(Magnetic Flux)を検出する。

そして、導線の電流による交流磁束は、別のコイルを用いて検出し、このように検出した直流磁束と交流磁束に対応する電流を認可して導線に流れる電流による電磁界を相殺するように構成することにより、認可した電流の検出で導線に流れる電流を測定する。

このように、フラックスゲート(Flux Gate)方式による電流を計測する従来技術たちとして、韓国登録実用新案第２０-０２８３９７１号、韓国公開特許第１０-２０１０-０００１５０４号、韓国公開特許第１０-２００４-０００１５３５号などがある。

前記従来の技術によれば、矩形波または正弦波で発振した電流を認可して、互いに反対方向に二つのコアを磁化させた状態で、導線の被測定電流に起因する電磁界の影響で２つのコアに発生する歪みを電圧信号として検出して、直流成分を検出し、交流成分は別のコアまたは別の回路構成で検出する。

そして、検出した成分に相当する補償電流で磁束を加えて被測定電流による磁束を相殺するように補償電流を收斂させ、その收斂した補償電流を測定して被測定電流を計測する。

しかしながら、前記従来技術に係るフラックスゲート方式の電流計測器は、正弦波または矩形波の発振信号を生成する構成をコアに巻線したコイルとは別に用意して、その構成による発振信号を両コアの巻線コイルに同時認可した。

これにより、コアの磁気特性に応じて時定数が相異するようになり、最終的には、コアの磁気特性を反映していない固定された周波数の発振信号を認可することにより、コアを不完全に磁化させて電流計測の精度を低下させる要因として表示される。

このような要因を除去するためには、コアの磁気特性に合った発振信号を生成しなければならが、電流計測器の製作上、コアの誤差率偏差が激しいので、発振信号を生成する回路要素をコアに合わせることは非常に難しく、生産する計測器毎いちいち合わせるのも非常に面倒で、生産性の低下や性能低下という問題を持つようになる。

さらに、前記従来技術は、両側のコアを逆極性に表示されるように、コイルを直列(発振信号の入力のために接続する接続点から見ると、並列)に接続した後、発振信号を両コイルの直列接続点に認可して、両側のコアを互いに反対方向に磁化させて、両側のコアに若干の磁化誤差が発生しても計測性能には大きなばらつきに表示される問題点があった。

一方、前記従来技術において、発振信号に磁化する両側のコアが導線に流れる被測定電流によっても磁化されるので、被測定電流が大きいと、計測初期にコアが飽和して発振信号の周波数よりも非常に大きな高周波で発振するので、フラックスゲート方式を用いた直流成分の検出が不可能になる問題点もあった。

韓国登録実用新案第２０−０２８３９７１号公報 韓国公開特許第１０−２０１０−０００１５０４号公報 韓国公開特許第１０−２００４−０００１５３５号公報

したがって、本発明は、前記ような問題点を解決するために提案された技術として、本発明の目的は、多層ピーシービー(ＰＣＢ)コア構造を有する電流の検出素子を提供することにより、従来の電流の検出素子のコイルを代替するようになって電気的特性を一定にし、大量生産が可能なようにする多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子の提供にある。

本発明の他の目的は、多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子を提供することにおいて、フラックスゲート方式の多層ピーシービーコア構造を有するようにして直流及び交流を検出することができる電流の検出素子の提供にある。

前述した目的を達成するための本発明の第１の実施例による多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子は、
非磁性体で形成され、上側から下側、下側から上側に交互にビアホール１１０を介して接続される多数のコイルパターン１２０が形成される上部コイルパターン形成層１００と;
前記上部コイルパターン形成層の下側に位置して、中央のコア層を挟んで、両側にそれぞれ水平に形成され、前記ビアホール１１０の位置に同じ大きさの多数のビアホール２１０が形成される通孔層２００と;
前記通孔層の間にコア材料で形成されている中央コア層３００と;
前記通孔層及び中央コア層の下側に位置し、非磁性体で形成され、上側から下側、下側から上側に交互に多数のビアホール４１０を介して接続される多数のコイルパターン４２０が形成されている下部コイルパターン形成層４００と;を含んで構成されることにより、本発明の課題を解決することになる。

本発明による多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子は、多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子を提供することにより、従来の電流の検出素子のコイルを代替するようになって電気的特性を一定にし、大量生産が可能な効果を提供することになる。
したがって、ZCT、CTの特性を均一に提供することになる。

また、多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子を提供することにおいて、フラックスゲート方式の多層ピーシービーコア構造を有するようにして直流及び交流を検出することができる電流の検出素子を提供することによって、従来のコイル方式のフラックスゲート方式の素子を代替することができ、印刷技法を利用して、均一な品質と機械的エラーなしで大量生産を可能にする。

従来の電流の検出素子の構成図である。 本発明の第１の実施例による多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子の各層が積層されていることを示す斜視図である。 図２の積層された例示図である。 本発明の第２の実施例による多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子の各層が積層されていることを示す斜視図である。 図４の積層された例示図である。 本発明の第２の実施例による多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子の各層が積層された後の平面図である。 本発明の第２の実施例による多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子の各層が積層された後の平面図である。 本発明の第２の実施例による多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子が正方形の形状をなすことを示した斜視図である。 三角の形状をなすことを示した斜視図である。 長方形の電流の検出素子のいずれかの領域を切断した図で例示図である。

以下、本発明による多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子の実施例を介して詳細に説明する。

図２は、本発明の第１の実施例による多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子の各層が積層されていることを示す斜視図であり、図３は、積層された例示図である。

図２乃至図３に示すように、本発明による多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子は、上側から、上部コイルパターン形成層１００と; 通孔層２００と; 前記通孔層と同じ水平線上に構成されている中央コア層３００と; 下部コイルパターン形成層４００と;を含んで構成することになる。

前記上部コイルパターン形成層１００は、非磁性体で形成され、上側から下側、下側から上側に交互にビアホール１１０を介して接続される多数のコイルパターン１２０が形成される。

そして、前記上部コイルパターン形成層の下側に通孔層２００を位置させるが、二つを中央コア層を挟んで、両側にそれぞれ水平に形成される。

このとき、前記ビアホール１１０の位置と垂直に見たとき、同じサイズの多数のビアホール２１０が形成されることになる。

このとき、前記通孔層の間にコア材料として、中央コア層３００を形成することになる。

そして、下部コイルパターン形成層４００を、前記通孔層及び中央コア層の下側に位置させ、非磁性体で形成させることになる。

そして、上側から下側、下側から上側に交互に多数のビアホール４１０を介して接続される多数のコイルパターン４２０が形成されることになる。

前記のような構成により、上部コイルパターン形成層１００のコイルパターンは、通孔層２００に形成されたビアホールと下側の下部コイルパターン形成層４００に形成されたビアホールと接続されて下部に形成されたコイルパターンと３次元的コイル形状を提供することになる。

一方、発明で説明している磁性体としては、Ni-Fe系のパーマロイ(pemalloy)を使用することになる。

図４は、本発明の第２の実施例による多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子の各層が積層されていることを示す斜視図であり、図５は、積層された例示図である。

図６乃至図７は本発明の第２の実施例による多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子の各層が積層された後の平面図である。

図４乃至図７に示すように、第２の実施例による多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子は、最上部外側用コイルパターン形成層５００と;上部コイルパターン形成層１００と、通孔層２００と、中央コア層３００と、下部コイルパターン形成層４００とを含む内部コア部１０００と；最下部外側用コイルパターン形成層６００と;を含んで構成することになる。

前記最上部外側用コイルパターン形成層５００と最下部外側用コイルパターン形成層６００との間に内部コア部１０００が形成されることになる。

より具体的に説明すると、前記最上部外側用コイルパターン形成層５００は、非磁性体で形成され、上側から下側、下側から上側に交互に外側ビアホール５１０を介して接続されている多数の外側コイルパターン５２０が形成されることになる。

また、前記最下部外側用コイルパターン形成層６００も同様に非磁性体で形成され、前記内部コア部の下側の位置に配置することになる。

そして、上側から下側、下側から上側に交互に外側ビアホール６１０を介して接続されている多数の外側コイルパターン６２０を形成することになる。

このとき、内部コア部の場合には、第１の実施例と同様に、上部コイルパターン形成層１００と、通孔層２００と、中央コア層３００と、下部コイルパターン形成層４００とを含んで構成することになる、第１の実施例との違いは、前記最上部外側用コイルパターン形成層５００と最下部外側用コイルパターン形成層６００に形成された外側ビアホールと接続させるための外側ビアホールを垂直方向に同じ位置に形成することになる。

具体的には、前記上部コイルパターン形成層１００は、前記最上部外側コイルパターン形成層の下側に位置し、上側から下側、下側から上側に交互にビアホール１１０を介して接続される多数のコイルパターン１２０が形成され、前記最上部外側用コイルパターン形成層に形成された外側ビアホールの垂直方向の位置に同じ大きさを持つ多数の外側ビアホール１３０が形成されるものである。

また、前記通孔層２００は、上部コイルパターン形成層の下側に位置して、中央のコア層を挟んで、両側にそれぞれ水平に形成され、前記ビアホール１１０及び外側ビアホール１３０の垂直位置に同じサイズのビアホール２１０及び外側ビアホール２２０が多数形成されるものである。

また、前記下部コイルパターン形成層４００は、前記通孔層及び中央コア層の下側に位置し、非磁性体で形成され、上側から下側、下側から上側に交互に多数のビアホール４１０を介して接続されている多数のコイルパターン４２０が形成されており、前記外側ビアホール１３０の垂直方向の位置に同じ大きさの外側ビアホール４３０が多数形成されるものである。

このとき、多層ピーシービーコア構造を有するフラックスゲート方式の直流及び交流の検出機能を実行するために前記内部コア部を少なくとも２つ以上を積層することになる。

したがって、フラックスゲート方式の多層ピーシービーコア構造を有するようにして直流及び交流を検出することができるようになる。

一方、付加的な様相に応じて前記本発明の積層構造を有する電流の検出素子は、中央に電線が通過することができる中央通過孔が形成されている円形、三角形、四角形、多角形の形状中からいずれか一つの形状を持っていることを特徴としている。

すなわち、電流の検出素子の動作を実行するために電線を通過させるための形状を持っている必要があるため、中央に電線が通過することができる中央通過孔が形成されている円形、三角形、四角形、多角形の形状を有することもできる。

前記多角形の形状は、例えば、菱形、六角形、八角形などの中央に中央通過孔が形成されている場合、どの形状であっても構わないものであり、電線を通過させることができるいずれかの形状を持っていても、本発明の権利範囲に属することである。

図８は、本発明の第２の実施例による多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子が正方形の形状をなすことを示した斜視図であり、図９は、三角の形状をなすことを示した斜視図である。

図２乃至６の場合には、図８のいずれか一面の一部を切断した図面を示したものであり、電流の検出素子が電流を検出するために、中央部に中央通過孔が形成され、図８のように、中央通過孔が成された正方形の形状、図９のように、中央通過孔が形成された三角形の形状を持つようになる。

従来のコイル方式の電流の検出素子の場合には、巻線機を使用してコイルを巻くことによって、間隔の不均衡、クロスの発生などにより特性が変化するしかなかった。

しかしながら、図８に示すように、本発明の場合には、一定の間隔を維持しながら、パターンが形成されるため、パターンの全体的な形状がコイルを巻いた形状を持っているようになるので、量産に均一な特性を提供することができるようになる。

つまり、巻線機や手作業でコイルを巻くと、コイル間の間隔が一定していないことができ、コイルが固まっている場合も発生することができ、特に、円形以外の形状では一定の間隔を維持するのが難しくなる。

例えば、巻線機を使用する場合には、円形の検出素子のみ可能であるが、楕円形、角がある長方形、三角形などの形態では間隔が不均衡であり、均一な特性を提供することができない。

また、産業構造が日々進化し、産業機械の構造がさまざまな形で変更されている。

例えば、太陽光発電インバータ内に構成されている電流の検出素子の場合には、円形が不適合である。

しかしながら、本発明の場合には、どのような産業機械の構造にも様々な形状の適用が可能であり、製造コストは上昇することなく、既存の産業機械の構造との組み合わせ力が優秀な効果を発揮する。

すなわち、人の介入がなく、機械的なエラーがないので、均一な品質を提供しながら、そのサイズも小型化が可能であり、様々な形態の検出素子を提供することができる相乗効果を発揮するようになる。

一方、図１０の場合には、長方形の形状の検出素子からいずれかの領域を切断した斜視図であり、切断した斜視図を再分解した斜視図を示したものであり、図２乃至図７を介して、具体的に示した。

前記のような構成を通じ、多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子を提供することにより、従来の電流の検出素子のコイルを代替するようになって、電気的な特性を一定にし、大量生産が可能な効果を提供することになる。

したがって、ＺＣＴ、ＣＴの特性を均一に提供することになる。

以上では本発明を実施例によって詳細に説明したが、本発明は実施例によって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できるであろう。

本発明は、多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子を提供することにより、従来の電流の検出素子のコイルを代替するようになって電気的特性を一定(均一)にし、大量生産が可能な効果がある。したがって、電流検出の分野に有用に活用されることがある。

１００ 上部コイルパターン形成層
２００ 通孔層
３００ 中央コア層
４００ 下部コイルパターン形成層
５００ 最上部外側用コイルパターン形成層
６００ 最下部外側用コイルパターン形成層

Claims (3)

1. 多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子において、
   非磁性体で形成され、上側から下側、下側から上側に交互にビアホール（１１０）を介して接続される多数のコイルパターン（１２０）が形成される上部コイルパターン形成層（１００）と;
   前記上部コイルパターン形成層の下側に位置して、中央コア層を挟んで、両側にそれぞれ水平に形成され、前記ビアホール（１１０）の位置に同じ大きさの多数のビアホール（２１０）が形成される通孔層（２００）と;
   前記通孔層の間にコア材料で形成されている中央コア層（３００）と;
   前記通孔層及び中央コア層の下側に位置し、非磁性体で形成され、上側から下側、下側から上側に交互に多数のビアホール（４１０）を介して接続される多数のコイルパターン（４２０）が形成されている下部コイルパターン形成層（４００）と;を含んで構成されている電流の検出素子として、
   前記電流の検出素子は、中央に電線が通過することができる中央通過孔が形成されている円形、三角形、四角形、および多角形のいずれか一つの形状を持っていることを特徴とする多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子。
2. 多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子において、
   非磁性体で形成され、上側から下側、下側から上側に交互に外側ビアホール（５１０）を介して接続されている多数の外側コイルパターン（５２０）が形成される最上部外側用コイルパターン形成層（５００）と;
   非磁性体で形成され、前記最上部外側用コイルパターン形成層の下側に位置し、上側から下側、下側から上側に交互にビアホール（１１０）を介して接続される多数のコイルパターン（１２０）が形成され、前記外側ビアホールの位置に同じ大きさの多数の外側ビアホール（１３０）が形成される上部コイルパターン形成層（１００）と、
   前記上部コイルパターン形成層の下側に位置して、中央コア層を挟んで、両側にそれぞれ水平に形成され、前記ビアホール（１１０）及び前記外側ビアホール（１３０）の位置に同じ大きさの多数の前記ビアホール（２１０）及び外側ビアホール（２２０）が形成される前記通孔層（２００）と、
   前記通孔層の間にコア材料で形成されている中央コア層（３００）と、
   前記通孔層及び前記中央コア層の下側に位置し、非磁性体で形成され、上側から下側、下側から上側に交互に多数の前記ビアホール（４１０）を介して接続される多数のコイルパターン（４２０）が形成されており、前記外側ビアホール（１３０）の位置に同じ大きさの多数の外側ビアホール（４３０）が形成される下部コイルパターン形成層（４００）とを含む内部コア部（１０００）と；
   非磁性体で形成され、前記内部コア部の下側に位置し、上側から下側、下側から上側に交互に外側ビアホール（６１０）を介して接続されている多数の外側コイルパターン（６２０）が形成される最下部外側用コイルパターン形成層（６００）と;を含んで構成されていることを特徴とする多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子。
3. 前記内部コア部を少なくとも２つ以上を積層してフラックスゲート方式の直流と交流の検出を実行することを特徴とする請求項２に記載の多層ピーシービーコア構造を有する電流の検出素子。