KR100838055B1 - 전류 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 피측정 전류가 흐르는 전도체에 인접하게 위치되어 피측정 전류가 흐름으로써 발생하는 자속을 집속하는 자성체와; 상기 자성체에 인서트 사출 성형하여 일체로 형성되는 하우징과; 상기 하우징에 고정되어 상기 집속된 자속을 검출하는 검출부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전류 센서를 제공한다. 바람직하게는, 상기 자성체는 관통공을 구비하고, 상기 하우징은 상기 자성체를 수납하도록 인서트 사출 성형되되 상기 자성체와 대응되게 관통공을 구비하여 중공 박스 형상을 가지고, 상기 검출부는 상기 자성체의 상부에서 상기 하우징에 고정되되 상기 자성체 및 하우징과 대응되게 관통공을 구비한다. 바람직하게는, 상기 검출부의 상부에서 상기 하우징에 고정되되, 상기 자성체, 하우징 및 검출부와 대응되게 관통공을 구비하는 커버를 추가적으로 포함한다. 바람직하게는, 피측정 전류가 흐르는 전도체가 상기 자성체, 하우징, 검출부 및 커버의 관통공을 관통하여 설치된다.

Description

전류 센서{SENSOR FOR DETECTING ELECTRIC CURRENT}

도 1은 종래의 전류 센서를 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류 센서의 자성체 어셈블리를 보여주는 도면이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류 센서의 하우징 어셈블리를 보여주는 도면이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류 센서의 검출부를 보여주는 도면이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류 센서의 서브 어셈블리를 보여주는 도면이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류 센서의 커버를 보여주는 도면이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류 센서의 완제품을 보여주는 도면이다.

본 발명은 전류 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 우수한 생산성, 품질 수준 및 범용성을 가지는 전류 센서에 관한 것이다.

전류 센서는 가변 속도 모터 시스템의 모터 속도 제어 또는 무정전 전원 공급 장치의 소비 전류 제어와 같은 산업 분야의 제어 및 기타 자동차용 배터리 소비 전류 제어들을 위하여 전도체(예컨대 도선)에 흐르는 전류를 Hall 효과를 이용한 비접촉 방식으로 측정한다.

일반적으로 전류 측정 방식에는 Shunt 저항을 이용하여 측정 회로에 직접 측정 소자를 연결하는 접촉 방식과 홀 효과를 이용한 비접촉 방식으로 분류된다.

전자의 경우 비접촉 방식에 반하여 가격적으로는 유리하지만, 측정 회로에 직접 측정 소자를 삽입하기 때문에 정밀도 저하, 소비 전력의 증대, 회로의 열발생, 전기적 절연성 저하 등의 기술적 문제를 가지고 있다.

후자의 경우 전류가 흐르는 도선에서 발생하는 자기장의 세기를 직접 측정하여 전류의 세기를 계산하는 방식으로 전자의 기술적 단점이 개선된 반면 가격적으로 비싸다는 단점이 있다. 그러나, 고정밀의 전류값이 요구되어지는 제어에는 정확한 전류값을 공급하여 전체 시스템의 성능 개선을 위한 용도로 비접촉 전류 측정 방식을 채택하고 있다.

도 1은 종래의 전류 센서를 보여주는 도면이다.

도시한 바와 같이, 도 1의 전류 센서는 자성체(1)와 검출부(3)와 하우징(2) 과 커버(4)를 포함하여 이루어진다.

검출부(3)는 PCB(3a)와 홀 아이씨(Hall IC)(3b)와 커넥터(3c)를 포함한다.

하우징(2)과 PCB(3a)와 커버(4)는 나사 결합에 의하여 상호 고정된다.

자성체(1)는 PCB(3a) 상에 고정된다.

피측정 전류가 흐르는 전도체(W), 즉 도선은 자성체(1)의 내외측에서 PCB(3a)에 형성된 다수의 천공(2a)을 관통하여 설치된다.

전류의 세기를 검출하는 과정을 살펴본다.

전도체(W)에 전류가 흐르면, 전도체(W)의 주위에는 전도체(W)에 흐르는 전류의 세기에 비례하는 자장이 형성된다.

형성된 자장은 자성체(1)에 집속된다.

집속된 자장은 홀 아이씨(3b)에 의하여 검출되고, PCB(3a)는 검출된 신호를 커넥터(3c)를 통하여 외부로 출력한다. 검출부(3)를 구동하는 구동 전압은 커넥터(3c)를 통하여 입력받는다. 이를 위하여, 커넥터(3c)의 단자들은 하우징(2)에 형성된 천공(2b)을 통하여 외부로 인출된다.

이와 같은 과정을 거쳐 전류 제어 대상물의 전류의 세기를 검출하고, 이를 기초로 제어를 하게 된다.

그러나 상기 구조의 종래의 전류 센서는 다음과 같은 문제점을 가지고 있었다.

하우징(2)과 PCB(3a)가 나사 결합되는 구조로 되어 있어, 나사공의 형성 및 조립 공정이 필요하여, 그 자체로서 제조 공정을 복잡하게 하고 공정 시간의 상승 을 가져와 원가를 상승시킨다.

또한 나사공의 위치 및 조립 공정의 정밀도에 따라 전류 센서의 신뢰도가 영향을 받아, 품질 문제의 가능성을 내포하고 있었다.

또한 나사의 풀림 등, 내진동성이 취약한 문제점이 있다. 아울러, 자성체(1)가 PCB(3a)에 고정됨으로써, 기계적인 진동 등에 의하여 자성체(1)가 PCB(3a)의 손상을 유발하는 등의 문제점이 있었다.

또한 전도체(W)가 PCB(3a)에 꿰어져 있는 구조를 가짐으로써, 피측정 대상물이 달라지는 경우, 즉 다른 전도체(W)의 전류를 측정하고 하는 경우, 이에 대처할 수 없거나 최소한 전류 센서를 완전히 분해하고 다시 설치하여야 하므로, 범용성이 좋지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 제조 공정의 단순화 및 공정 시간의 절감을 통하여 생산성 향상 및 원가 절감이 가능한 전류 센서를 제공하는데 목적이 있다.

또한 본 발명은 조립 위치에 따른 치수 편차 등의 요인을 사전에 제거하여, 우수한 품질 수준을 확보할 수 있는 전류 센서를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한 자성체를 하우징에 고정함으로써, 기계적인 진동 등에 의하여 자성체, 홀 아이씨 등이 정위치를 벗어나거나 홀 아이씨, PCB 등이 손상되는 등의 문제점을 미연에 제거하여 우수한 품질 수준을 유지할 수 있는 전류 센서를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한 피측정 전도체가 달라지는 경우, 즉 다른 전도체의 전류를 측정하고자 하는 경우라도, 간단한 작업만으로 설치를 완료할 수 있도록 함으로써, 우수한 범용성을 가지는 전류 센서를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 피측정 전류가 흐르는 전도체에 인접하게 위치되어 피측정 전류가 흐름으로써 발생하는 자속을 집속하는 자성체와; 상기 자성체에 인서트 사출 성형하여 일체로 형성되는 하우징과; 상기 하우징에 고정되어 상기 집속된 자속을 검출하는 검출부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전류 센서를 제공한다.

바람직하게는, 상기 자성체는 관통공을 구비하고, 상기 하우징은 상기 자성체를 수납하도록 인서트 사출 성형되되 상기 자성체와 대응되게 관통공을 구비하여 중공 박스 형상을 가지고, 상기 검출부는 상기 자성체의 상부에서 상기 하우징에 고정되되 상기 자성체 및 하우징과 대응되게 관통공을 구비한다.

바람직하게는, 상기 검출부의 상부에서 상기 하우징에 고정되되, 상기 자성체, 하우징 및 검출부와 대응되게 관통공을 구비하는 커버를 추가적으로 포함한다.

바람직하게는, 피측정 전류가 흐르는 전도체가 상기 자성체, 하우징, 검출부 및 커버의 관통공을 관통하여 설치된다.

바람직하게는, 상기 검출부는 외부와의 입출력을 위한 커넥터를 구비하고, 상기 커버는 상기 커넥터가 외부로 노출될 수 있도록 노출창을 구비한다.

바람직하게는, 상기 검출부는 상기 하우징에 고정되는 PCB를 구비하고, 상기 자성체와 상기 PCB 사이에는 그라운딩 와이어가 연결된다.

바람직하게는, 상기 자성체는 일 부위가 끊겨 간극이 형성된 고리 형상을 가지고, 상기 검출부는 상기 하우징에 고정되는 PCB와 상기 PCB에 결합되되 상기 간극에 위치되는 홀 아이씨 또는 MR 아이씨와, 상기 PCB에 결합되되 외부와의 입출력을 위한 커넥터를 구비한다.

바람직하게는, 상기 검출부는 상기 하우징에 고정되는 PCB를 구비하고, 상기 PCB에는 캘리브레이션을 통하여 선정된 레지스터가 솔더링된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류 센서의 자성체 어셈블리를 보여주는 도면이다.

자성체(1)는 전형적으로는 페라이트 코어가 사용된다. 자성체(1)는 후술하는 전도체(미도시)에 인접하게 위치되어 피측정 전류가 전도체를 따라 흐름으로써 발생하는 자속을 집속한다.

자성체(1)는 중앙에 관통공(111)을 구비하고, 그 일 부위가 끊겨 간극(113)이 형성된 고리 형상을 가진다.

자성체(1)의 모서리에는 그라운딩 와이어(120)가 솔더링(soldering)된다. 그라운딩 와이어(120)는 예컨대 동선(cooper wire)이 사용된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류 센서의 하우징 어셈블리를 보여주는 도면이다.

하우징 어셈블리는 도 2의 자성체 어셈블리에 하우징(200)을 인서트 사출 성형하여 얻는다. 하우징(200)은 자성체 어셈블리를 수납하도록 인서트 사출 성형된다. 따라서 자성체 어셈블리와 하우징(200)은 일체로 형성된다.

도 1의 종래의 전류 센서와는 달리, 자성체(1)가 하우징(200)에 일체로 고정되므로, 자성체(1)가 PCB(310)의 손상을 유발하거나, 사용에 의하여 정위치를 벗어나는 등의 위험성을 방지할 수 있다.

또한 자성체 어셈블리가 하우징에 나사 결합되거나 본딩되는 것이 아니라, 자성체 어셈블리를 금형 내의 정밀한 위치에 위치시킨 후 인서트 사출 성형하여 하우징 어셈블리를 얻기 때문에, 작업 지그 및 조립 치수에 따라 전류 센서의 정밀도가 민감하게 영향을 받는 문제점과, 사용에 따라 내진동성이 취약해질 수 있는 잠재적 문제점을 미연에 방지할 수 있다.

또한 자성체 어셈블리와 하우징 간의 별도의 조립 공정을 통하여 하우징 어셈블리를 제작하는 것이 아니라, 하우징(200) 제작 공정이 곧 하우징 어셈블리의 제작 공정이 되므로, 공정이 단순해지며, 공정수 및 부품수(예컨대 나사 또는 에폭시 본드)의 저감을 통해서 관리 비용 및 공정 시간을 절감할 수 있게 된다.

하우징(200)은 자성체와 대응되게 관통공(211)을 구비하여, 전체적으로 중공 박스 형상을 갖는다. 하우징(200)의 하부에는 전류 센서의 취부를 위한 마운팅 브래킷이 형성되어 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류 센서의 검출부(300)를 보여주는 도면이다.

검출부(300)는 PCB(310)와 홀 아이씨(320)(또는 MR 아이씨)와 커넥터(330)를 포함한다. 홀 아이씨(320)의 리드와 커넥터(330)의 터미널을 PCB(310)에 접합(솔더링, 스폿 웰딩, 등)하여, 홀 아이씨(320) 및 커넥터(330)를 PCB(210)에 결합한다.

검출부(300), 정확하게는 PCB(310)는 자성체(1) 및 하우징(200)과 대응되게 관통공(311)을 구비한다.

검출부(300)는 커넥터(330)를 통하여 외부와의 입출력을 수행한다. 예컨대 커넥터(330)를 통하여 검출부(300)의 구동 전압을 입력받고, 검출부(300)에서 검출된 신호는 커넥터(330)를 통하여 외부로 출력된다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류 센서의 서브 어셈블리를 보여주는 도면이다.

PCB(310)는 자성체(1)의 상부에서 하우징(200)에 고정된다. 전술한 그라운딩 와이어(120)는 PCB(310)의 삽입공(317)에 끼워진 상태로 솔더링되어, 자성체(1)와 PCB(310) 사이에 그라운딩 와이어(120)가 연결되도록 한다. 홀 아이씨(320)는 자성체(1)의 간극(113)에 위치된다.

검출부(300)를 하우징 어셈블리 내에 삽입한 후, 전기적 성능 규격을 만족시키기 위한 캘리브레이션을 통해 최종 선정된 레지스터(Resistor, 저항소자)를 PCB(310)에 솔더링하여 서브 어셈블리를 얻는다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류 센서의 커버(400)를 보여주 는 도면이다.

커버(400)는 자성체(1), 하우징(200) 및 검출부(300)와 대응되게 관통공(411)을 구비한다. 커버(400)는 커넥터(330)가 외부로 노출될 수 있도록 노출창(417)을 구비한다. 커버(400)는 예컨대 사출 성형하여 제작한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전류 센서의 완제품을 보여주는 도면이다.

서브 어셈블리에 커버(400)를 조립함으로써 전류 센서 완제품을 제작한다.

커버(400)는 검출부(300)의 상부에서 하우징(200)에 고정된다.

이렇게 제작 완료된 전류 센서를 설치하는 방법은 매우 간단한데, 피측정 전류가 흐르는 전도체(미도시), 예컨대 도선이 전류 센서의 자성체(1), 하우징(200), 검출부(300) 및 커버(400)의 관통공(111, 211, 311, 411)을 관통하도록 설치하는 것으로 충분하다.

피측정 전도체가 달라지는 경우, 즉 다른 전도체의 전류를 측정하고자 하는 경우라도, 전류 센서의 관통공(111, 211, 311, 411)에 끼워져 있는 기존의 전도체를 빼내고 새로운 전도체를 전류 센서의 관통공(111, 211, 311, 411)에 끼워 넣는 간단한 작업만으로 설치 작업을 완료할 수 있으므로, 우수한 범용성을 갖게 된다.

전류 센서의 작동을 살펴본다.

전도체에 전류가 흐르면, 전도체의 주위에는 그 전류의 세기에 비례하는 자장이 형성되며, 이는 자성체(1)에 집속된다. 이때 홀 아이씨(320)는 집속된 자속을 검출하며, PCB(310)에서 필요한 처리 과정을 거쳐 커넥터(330)를 통하여 외부로 출 력한다. 이를 기초로 필요한 제어를 하게 된다.

상기한 구성에 따르면, 본 발명은 제조 공정의 단순화, 공정수, 부품수 및 공정 시간의 절감을 통하여 생산성 향상 및 원가 절감을 달성할 수 있는 전류 센서를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 우수한 품질 수준을 확보하고 유지할 수 있는 전류 센서를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 우수한 범용성을 가지는 전류 센서를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 피측정 전류가 흐르는 전도체에 인접하게 위치되어 피측정 전류가 흐름으로써 발생하는 자속을 집속하고 관통공을 구비하는 자성체와;

   상기 자성체와 일체로 형성되고 상기 자성체에 대응되는 관통공을 구비하는 중공형 박스 형상을 갖는 하우징과;

   상기 하우징에 고정되어 상기 집속된 자속을 검출하는 검출부를 포함하고,

   상기 하우징은 자성체에 인서트 사출성형하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전류 센서.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 검출부는 상기 자성체의 상부에서 상기 하우징에 고정되되 상기 자성체 및 하우징과 대응되게 관통공을 구비하고,

   피측정 전류가 흐르는 전도체가 상기 자성체, 하우징 및 검출부의 관통공을 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 전류 센서.
4. 제3항에 있어서,

   상기 검출부의 상부에서 상기 하우징에 고정되되, 상기 자성체, 하우징 및 검출부와 대응되게 관통공을 구비하는 커버를 추가적으로 포함하고,

   피측정 전류가 흐르는 전도체가 상기 자성체, 하우징, 검출부 및 커버의 관통공을 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 전류 센서.
5. 제4항에 있어서,

   상기 검출부는 외부와의 입출력을 위한 커넥터를 구비하고,

   상기 커버는 상기 커넥터가 외부로 노출될 수 있도록 노출창을 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 센서.
6. 제1항에 있어서,

   상기 검출부는 상기 하우징에 고정되는 PCB를 구비하고,

   상기 자성체와 상기 PCB 사이에는 그라운딩 와이어가 연결되는 것을 특징으 로 하는 전류 센서.
7. 제1항에 있어서,

   상기 자성체는 일 부위가 끊겨 간극이 형성된 고리 형상을 가지고,

   상기 검출부는

   상기 하우징에 고정되는 PCB와

   상기 PCB에 결합되되 상기 간극에 위치되는 홀 아이씨 또는 MR 아이씨와,

   상기 PCB에 결합되되 외부와의 입출력을 위한 커넥터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 센서.
8. 제1항에 있어서,

   상기 검출부는 상기 하우징에 고정되는 PCB를 구비하고,

   상기 PCB에는 캘리브레이션을 통하여 선정된 레지스터가 솔더링되는 것을 특징으로 하는 전류 센서.

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