KR100508898B1

KR100508898B1 - 전자기 유도 센서 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100508898B1
Application number: KR10-2003-0021478A
Authority: KR
Inventors: 채창수
Original assignee: 채창수
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2005-08-18
Also published as: CN1768263A; KR20040087202A; WO2004088300A1; CN100578211C

Abstract

본 발명은 전자기 유도 센서와 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 고전류를 검출하는 전자기 유도 센서와 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 직선형이지만 유연한 튜브와, 상기 튜브에 일정한 장력으로 권선되는 코일과, 상기 코일이 권선된 튜브가 그 내부 공간 형태에 맞도록 변형되어 장착되고, 그 코일의 양끝이 외부로 인출되는 고정된 형태를 갖는 비직선형의 센서틀과, 상기 센서틀 내에 주입되어 밀봉하는 함침제를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전자기 유도 센서 및 그 제조 방법{ELECTROMAGNETIC INDUCTION SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING}

본 발명은 전자기 유도 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 고전류를 검출하는 전자기 유도 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

전자기 유도란 회로를 관통하는 전류가 변화하면, 그 회로에 흐르는 전류의 크기 변화에 따라 자기력선이 변화하여 기전력이 생기는 현상을 말한다. 그리고 전자기 유도 센서란 유도된 전자기를 검출하여 회로에 흐르는 전류(유도전류)의 변화를 검출하기 위한 센서이다.

전자기 유도 센서를 사용하고 있는 설비, 제품 및 전기회로의 응용과 제어분야는 대단히 넓다. 산업용으로부터 가전용 제품 및 전기회로에 이르기까지 그 응용범위는 다양하다. 통상적으로 전자기 유도 센서는 권선기를 사용하여 코일을 코아나 고정된 형태의 보빈에 권선하며, 상기 코일을 회로에 직접 부착하거나 센서틀에 장착함으로써 제작된다.

이러한 전자기 유도 센서는 사용 용도에 따라 규격, 크기 및 특성들이 달라지게 된다. 특정한 크기/모양으로 전자기 유도 센서를 제작하고자 하는 경우, 원자재인 코아나 보빈은 상기 센서의 크기 및 모양에 적합한 것을 사용하여야 한다. 이에 따라 상기 코아나 보빈의 틀을 이루는 금형의 변경이 필요할 수가 있다.

또한 종래에는 코아나 보빈에 코일을 권선시키기 위한 권선 공정이 복잡하였다. 즉, 먼저 권선기는 원형의 보조보빈 둘레에 코일을 권선한다. 그리고 권선해야 될 코아나 보빈이 상기 권선기에 조립되면, 권선기는 롤러를 이용하여 코아나 보빈을 회전시키며, 회전하는 코아나 보빈에 보조보빈에 권선된 코일을 권선한다. 상술한 바와 같이, 코아나 보빈에 코일을 권선하기 위해서는 보조보빈을 사용하여야 하여, 권선 공정이 복잡하다.

또한 종래에는 센서틀 내부 공간에, 코아나 보빈에 코일을 권선하여 이루어진 센서부를 장착시켜야 하므로, 센서틀을 제작하기 위한 금형의 변경 또한 필요하였다. 따라서 센서의 크기 및 모양에 따라 코아나 보빈 뿐만 아니라 센서틀을 제작하기 위한 금형의 변경이 필요하다.

그리고 변경된 크기 및 모양을 갖는 코아나 보빈에 코일을 권선하는데 있어 새로운 권선기가 필요로 되어질 수 있다. 예를 들어, 원형의 보빈에 코일을 권선하기 위해서는 보빈을 자전시키는 복잡한 메카니즘과, 추가로 자전하는 보빈에 고속으로 코일을 감기 위한 이중의 권선 메카니즘을 가진 고가의 장비가 필요하다. 센서의 크기 및 모양이 달라지면 현재의 권선기로는 새로운 센서를 위한 코아나 보빈에 권선하는 것이 불가능하거나 적합하지 않을 수가 있다. 이에 따라 전자기 유도 센서를 생산하기 위한 권선기의 변경이 필요하게 된다.

특히, 종래에는 원자재인 코아나 보빈에 코일을 권선하는 데에 있어서, 코일이 엇갈리게 권선되는 편조 권선(cross winding)이 발생한다. 예를 들어, 코아나 보빈의 모양이 원형인 경우에는 권선기가 곡선에 맞추어 코일을 권선해야 하므로, 코일을 고르게 권선하지 못하고 엇갈리게 권선할 수가 있다. 이에 따라 제조된 센서가 감도가 균일하지 않고 사용하기에 적합하지 않은 불량품으로 생산되는 경우가 많았다.

또한 새로운 제품에 적용할 센서를 개발할 때나 정밀센서를 필요로 하는 제품에 적용할 때는 제작과정에서 센서 감도를 맞추기 위해 시행착오 및 시험의 반복에 따라 많은 작업시간을 소비하게 되었다.

본 발명은 이러한 상황에서 도출된 것으로, 전자기 유도 센서의 크기 및 모양의 변경이 요구될 때에도 권선기의 변경이 없도록 하고 금형의 변경에 소비되는 작업시간을 줄여서, 전자기 유도 센서의 제작을 용이하게 할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

나아가 본 발명은 코일이 원자재에 엇갈리게 권선되지 않고, 균일하게 권선되도록 하는 데에 다른 목적이 있다.

더 나아가 본 발명은 요구되는 전자기 유도 센서의 크기 및 모양을 용이하게 변경할 수 있도록 하는 데에 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 의하면, 본 발명의 전자기 유도 센서는, 직선형이지만 유연한 튜브와, 상기 튜브에 일정한 장력으로 권선되는 코일과, 상기 코일이 권선된 튜브가 그 내부 공간 형태에 맞도록 변형되어 장착되고, 그 코일의 양끝이 외부로 인출되는 고정된 형태를 갖는 비직선형의 센서틀과, 상기 센서틀 내에 주입되어 밀봉하는 함침제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 직선형이지만 유연한 튜브에 권선을 하게 되므로, 요구되는 센서의 모양과 크기에 각각 대응하는 권선기가 별도로 필요하지 않으며 직선형의 보빈축을 지니는 권선기에서 작업을 용이하게 할 수 있고, 보조보빈이 필요 없으므로 공정을 단축시킬 수 있으며, 코일이 엇갈리게 권선되는 편조 권선(cross winding)이 발생하지 않아 불량품이 생산될 확률이 낮아졌으며, 유연한 튜브를 사용하여 모양을 변경할 수 있으므로 고정된 형태를 갖는 비직선형의 센서틀에 용이하게 장착하여 센서의 모양을 변경할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 직선형이지만 유연한 튜브와, 상기 튜브에 일정한 장력으로 권선되는 코일과, 상기 코일이 권선된 튜브 내에 삽입되는 고정된 형태를 갖는 비직선형의 철심과, 상기 철심이 삽입되고 상기 코일이 권선된 튜브를 함침하는 함침제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 직선형이지만 유연한 튜브에 권선을 하게 되므로, 요구되는 센서의 모양과 크기에 각각 대응하는 권선기가 별도로 필요하지 않으며 직선형의 보빈축을 지니는 권선기에서 작업을 용이하게 할 수 있고, 보조보빈이 필요 없으므로 공정을 단축시킬 수 있으며, 코일이 엇갈리게 권선되는 편조 권선(cross winding)이 발생하지 않아 불량품이 생산될 확률이 낮아졌으며, 고정된 형태를 갖는 비직선형의 철심을 사용하므로 센서틀 없이도 철심을 코일이 권선된 튜브 내에 끼워서 센서의 모양을 변경할 수 있으며, 튜브 내에 철심이 삽입되므로 전류량의 조절을 할 수가 있다.

본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 상기 철심이, 단면이 사각형인 적층코아인 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 센서에서 주로 이용되는 적층코아를 사용함으로써 센서의 효과를 높일 수가 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 권선기의 직선형 보빈축에 직선형이지만 유연한 튜브를 장착하는 1단계, 상기 튜브에 장력을 일정하게 유지하면서 코일을 권선하는 2단계, 상기 코일이 권선된 튜브를 상기 보빈축에서 분리하는 3단계, 상기 코일이 권선된 튜브를 고정된 형태를 갖는 비직선형의 센서틀에 장착하고, 상기 코일의 양끝을 상기 센서틀 외부로 인출하는 4단계, 상기 센서틀 내에 함침제를 넣고 밀봉하는 5단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 특히 본 발명은 유연한 튜브에 장력을 일정하게 유지하면서 코일을 권선하므로 코일이 튜브에 함몰되어 권선 반경이 불규칙해지는 일이 없어, 센서 감도를 정밀하게 조절하는 것이 가능하다.

본 발명의 이와 같은, 또 다른 추가적인 양상은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 전자기 유도 센서를 제조하기 위한 권선기의 일 예를 보여주는 개략도이다. 도 2는 상기 도 1의 권선기에 의해 코일이 권선된 튜브의 외형도이다. 도 3은 상기 도 2의 튜브가 고정된 형태를 갖는 비직선형의 센서틀에 장착된 전자기 유도 센서의 외형도이다. 이하 상기 도면들을 참조하여 설명하기로 한다.

작업자는 보빈축(109)에 직선형이지만 유연한 튜브(111)를 삽입한다. 작업자는 참조부호A(도면에 도시하지 않은 코일공급부에 연결되어 있음)로부터의 코일(107)을 수평이송체(105)와 상기 보빈축(109)에 삽입된 상기 튜브(111)에 연결한다. 작업자가 상기 수평이송체(105)와 상기 보빈축(109)의 모터(도면에 도시하지 않음)를 구동시킨다. 상기 수평이송체(105)는 일정한 속도로 상기 코일(107)을 수평으로 이동시킨다. 상기 보빈축(109)은 일정한 속도로 회전하면서 상기 튜브(111)에 코일을 권선한다. 장력조절부(101)는 장력제어신호(113)를 입력받아 상기 코일(107)의 장력을 조절한다. 장력센서(103)는 상기 코일(107)의 장력을 센싱하고, 센싱값(115)을 작업자가 알 수 있도록 장력표시부(도면에 도시하지 않음)에 나타낸다. 작업자는 상기 장력표시부에서 표시되는 센싱값(115)으로부터 이상여부를 알 수 있다. 장력이 적정값을 벗어난 경우에는, 작업자는 수동조작을 통해 상기 장력조절부(101)에 장력제어신호(113)를 송신할 수도 있고, 장력 컨트롤러(도면에 도시하지 않음)가 있어서 자동으로 장력제어신호(113)를 송신할 수도 있다.

권선 작업이 끝나면 작업자는 상기 보빈축(109)으로부터 상기 코일(107)이 권선된 상기 튜브(111)를 분리한다. 작업자는 상기 튜브(111)에 감긴 코일의 한쪽 끝을 튜브 내로 통과시켜 코일의 끝부분을 한쪽으로 위치시킬 수도 있다(상기 도 2의 200참조). 작업자는 코일이 권선된 튜브(111)를 고정된 형태를 갖는 비직선형의 센서틀(상기 도 3의 302참조)에 장착하고, 튜브에 감긴 코일의 양끝(신호선)을 외부로 인출한 후, 상기 센서틀(302)내에 함침제를 주입하고 밀봉한다.

여기서 함침제는 절연제로 많이 쓰이는 에폭시가 사용될 수 있다. 또한 튜브의 모양은 직선형이지만 유연한 튜브로서, 폴리우레탄 튜브가 사용될 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 코일을 직선형인 튜브에 권선을 하게 되므로 공정이 단순화되었으며, 편조권선(cross winding)이 발생할 염려가 없어 불량품이 생산될 확률이 낮아졌으며, 유연한 튜브를 사용하게 되므로 권선 작업 후 센서틀을 이용하여 외부모형을 변경할 수가 있다. 또한, 함침제를 사용하므로 절연효과를 얻을 수가 있다.

물론 이러한 효과를 얻기 위해서는 필수적인 전제 조건들이 있다.

첫째, 유연한 튜브에 권선을 하게 되므로 코일에 가해지는 장력이 일정해야만 한다. 장력이 너무 클 경우에는 권선 작업 후 튜브가 관에서 빠지지가 않는다. 장력이 너무 작을 경우에는 코일이 튜브에 느슨하게 권선되는 문제점이 생기게 된다.

둘째, 튜브의 크기와 코일의 크기가 일정해야 한다. 일정한 장력으로 코일이 튜브에 권선되는 데, 튜브의 크기가 일정하지 않고, 부분부분마다 틀리다면, 센서의 특성에 영향을 미쳐, 정확한 전류감지 수행을 할 수 없게 된다.

예를 들어, 보빈축의 지름이 3.8mm일 경우에, 튜브의 내경은 4mm, 외경은 6mm, 두께 1mm 정도로 전체적으로 균일한 크기가 사용되어져야 한다. 마찬가지로 코일의 직경 또한 일정하지가 않다면, 센서의 특성이 달라지게 된다.

또한 예를 들어, 코일과 장력의 관계에 있어서, 코일의 직경이 0.1∼0.21mm일 경우에는 장력은 100g정도를 가하게 된다.

본 발명의 특징적 양상에 따르면, 상기 보빈축(109)으로부터 분리된 코일이 권선된 튜브 내에 고정된 형태를 갖는 비직선형의 철심이 삽입되고, 함침제로 함침하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

튜브의 재질이 유연하므로 코일이 권선된 튜브 내에 고정된 형태를 갖는 비직선형의 철심을 끼울 수 있다. 따라서 센서틀 없이도 고정된 형태를 갖는 비직선형의 철심을 사용하여 원하는 모양의 센서를 얻을 수가 있다. 또한 철심을 끼움에 따라 손쉽고 용이하게 전류량의 증감 조절을 할 수 있다. 또한 철심을 트위스트로 꼬아 유기되는 전자장의 전압의 위상을 상쇄시킬 수 있다. 이에 따라, 전자장으로부터 발생되어질 수 있는 전자파 장애(electromagnetic interference, EMI)에 대한 대처기능을 발휘할 수 있다. 또한 상술한 바와 같이 절연을 위하여 사용되는 함침제로는 에폭시가 사용될 수 있다. 예를 들어, 작업자는 액체인 에폭시에 실온에서 24시간동안 코일이 권선되고 내부에 철심이 삽입된 튜브를 담구어 절연을 할 수 있다.

본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 튜브 내에 삽입되는 철심이 단면이 사각형인 적층코아인 것을 특징으로 한다.

통상적으로 센서를 제작함에 있어, 센서의 효과를 높일 수 있도록 하는 데에 주로 사용되는 것이 단면이 사각형인 적층코아이다. 튜브를 사용해서 센서를 제작하는 데에 있어서, 적층코아를 상기 튜브내에 삽입하여 이용함으로써 센서의 효과를 더욱 높일 수가 있게 된다.

도 4는 본 발명의 제조 방법에 대한 흐름도이다. 이하 도 1 및 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

작업자는 직선형이지만 유연한 튜브(111)를 보빈축(109)에 삽입한다(401). 작업자가 코일(107)을 권선기에 연결한다(403). 작업자가 수평이송체(105)와 보빈축(109)의 모터(도면에 도시하지 않음)를 구동시킨다(405). 장력조절부(101)에서는 장력제어신호(113)를 입력받아 장력을 일정하게 유지시킨다. 장력센서(103)에서는 상기 코일의 장력을 센싱하고, 센싱값(115)을 장력표시부(도면에 도시하지 않음)에 표시 상기 장력표시부에 표시되어지는 센싱값(115)이 적정값을 벗어난 경우에는, 작업자는 수동조작을 통해 상기 장력조절부(101)에 장력제어신호(113)를 송신할 수도 있고, 장력 컨트롤러(도면에 도시하지 않음)가 있어서 자동으로 장력제어신호(113)를 송신하여 장력을 일정하게 유지시킬 수 있다(407)(409). 상기 코일(107)에 일정한 장력이 가해지며 상기 튜브(111)에 상기 코일(107)이 권선된다(411). 권선 작업이 끝나면(413), 작업자는 상기 보빈축(109)으로부터 상기 코일(107)이 권선된 상기 튜브(111)를 분리한다(415). 작업자는 상기 분리된 코일이 권선된 튜브(111)를 고정된 형태를 갖는 비직선형의 센서틀에 장착한다(417). 신호선을 형성하는 코일의 양 끝을 상기 센서틀 외부로 인출시킨다(419). 절연을 위하여 상기 센서틀 내에 함침제를 넣고 밀봉한다(421).

유연한 재질의 튜브에 코일을 권선해야 하기 때문에, 코일에 가해지는 장력이 매우 중요하다. 상기에서 서술한 바와 같이 장력조절부(101)에서 장력을 일정하게 유지하고, 장력센서(103)에서 장력을 센싱하여 센싱값(115)을 통해 장력을 조절할 수 있도록 하여 코일에 일정한 장력이 가해지도록 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 직선형이지만 유연한 튜브에 권선을 하게 되므로, 요구되는 센서의 모양과 크기에 각각 대응하는 권선기가 별도로 필요하지 않으며 직선형의 보빈축을 지니는 권선기에서 작업을 용이하게 할 수 있고, 보조보빈이 필요 없으므로 공정을 단축시킬 수 있으며, 코일이 엇갈리게 권선되는 편조 권선(cross winding)이 발생하지 않아 불량품이 생산될 확률이 낮아졌으며, 유연한 튜브를 사용하여 모양을 변경할 수 있으므로 고정된 형태를 갖는 비직선형의 센서틀에 용이하게 장착하여 센서의 모양을 변경할 수 있다.

또한, 직선형이지만 유연한 튜브에 권선을 하게 되므로, 요구되는 센서의 모양과 크기에 각각 대응하는 권선기가 별도로 필요하지 않으며 직선형의 보빈축을 지니는 권선기에서 작업을 용이하게 할 수 있고, 보조보빈이 필요 없으므로 공정을 단축시킬 수 있으며, 코일이 엇갈리게 권선되는 편조 권선(cross winding)이 발생하지 않아 불량품이 생산될 확률이 낮아졌으며, 고정된 형태를 갖는 비직선형의 철심을 사용하므로 센서틀 없이도 철심을 코일이 권선된 튜브 내에 끼워서 센서의 모양을 변경할 수 있으며, 튜브 내에 철심이 삽입되므로 전류량의 조절을 할 수가 있다.

또한, 센서에서 주로 이용되는 적층코아를 사용함으로써 센서의 효과를 높일 수가 있다.

도 1은 전자기 유도 센서를 제조하기 위한 권선기의 일 예를 보여주는 개략도.

도 2는 상기 도 1의 권선기에 의해 코일이 권선된 튜브의 외형도.

도 3은 상기 도 2의 튜브가 고정된 형태를 갖는 비직선형의 센서틀에 장착된 전자기 유도 센서의 외형도.

도 4는 전자기 유도 센서 제조 방법의 흐름도.

Claims

직선형이지만 유연한 튜브와;

상기 튜브에 일정한 장력으로 권선되는 코일과;

상기 코일이 권선된 튜브가 그 내부 공간 형태에 맞도록 변형되어 장착되고, 그 코일의 양끝이 외부로 인출되는 고정된 형태를 갖는 비직선형의 센서틀과;

상기 센서틀 내에 주입되어 밀봉하는 함침제;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 유도 센서.
직선형이지만 유연한 튜브와;

상기 튜브에 일정한 장력으로 권선되는 코일과;

상기 코일이 권선된 튜브 내에 삽입되는 고정된 형태를 갖는 비직선형의 철심과;

상기 철심이 삽입되고, 상기 코일이 권선된 튜브를 함침하는 함침제;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 유도 센서.
청구항 2에 있어서,

상기 철심이,

단면이 사각형인 적층코아인 것;

을 특징으로 하는 전자기 유도 센서.
권선기의 직선형 보빈축에 직선형이지만 유연한 튜브를 장착하는 1단계;

상기 튜브에 장력을 일정하게 유지하면서 코일을 권선하는 2단계;

상기 코일이 권선된 튜브를 상기 보빈축에서 분리하는 3단계;

상기 코일이 권선된 튜브를 고정된 형태를 갖는 비직선형의 센서틀에 장착하고, 상기 코일의 양끝을 상기 센서틀 외부로 인출하는 4단계;

상기 센서틀 내에 함침제를 넣고 밀봉하는 5단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 유도 센서 제조 방법.