KR100897229B1 - 홀센서를 이용한 전류측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 홀센서를 이용하여 배터리에 연결된 도선에 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류측정 장치에 관한 것으로, 사각 함체 형상의 하우징(20)과; 상기 하우징(20)에 설치되되, 그 중앙부분에 삽입홀(13)이 형성되며, 일정 크기의 간극(11)을 형성하도록 일부가 절개된 사각 고리형의 판이 적층되어 구성된 자기코어(10)와; 상기 하우징(20) 내부에 형성되되, 상기 자기코어(10)의 삽입홀(13)에 삽입되며 그 내부에 관통홀(21)이 형성된 고정돌기(23)와; 일단은 배터리(300)의 마이너스 단자(310)에 연결되고, 타단은 상기 관통홀(21)에 관통 삽입된 후 전선(51)과 연결되는 연결바(30) 및; 상기 자기코어(10)의 간극(11)에 설치되는 홀센서(40)로 이루어진 것이다.

상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 진동이 심한 자동차 등에 설치될 경우에도 측정되는 전류값의 오차를 최소화할 수 있고, 본 발명의 전류측정 장치를 이용하여 측정된 전류값을 시스템의 전원을 보다 체계적으로 관리할 수 있도록 제어부에 연계시킴으로써 방전으로 인한 시스템의 운행정지와 같은 돌발 상황을 방지할 수 있다.

전류센서, 홀효과(hall effect), 홀센서, 홀소자

Description

홀센서를 이용한 전류측정 장치{CURRENT MEASURING DEVICE USING HALL SENSOR}

본 발명은 홀센서를 이용하여 도선에 흐르는 전류의 양을 측정하는 전류측정 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 배터리에 연결된 도선으로부터 흐르는 전류의 양을 측정하는 장치를 도선 주위에 유동 없이 견고하게 고정함으로써 도선에 흐르는 전류를 더욱 정밀하고 안정적으로 측정할 수 있도록 한 전류측정 장치에 관한 것이다.

자동차에 설치된 각종 전기장치를 구동하기 위해서는 전기가 필요하며, 이에 따라 자동차에는 이들 전기장치에 전기를 공급하기 위하여 배터리와 발전기를 구비하고 있다.

자동차를 운행하기 전에는 전기장치에 배터리로부터 전기가 공급되며, 자동차가 운행되기 시작하면 발전기에 의해 생성된 전기가 전기장치에 공급된다. 그리고 자동차에 부착된 전기장치에 필요한 양 이상의 전기가 발전기에 의해 생성되는 경우 남는 만큼의 전기는 배터리를 다시 충전시키는데 사용하고, 자동차에 부착된전기장치에 필요한 양보다 적은 양의 전기가 발전기에 의해 생성되는 경우에는 모자란 만큼의 전기는 배터리에 충전된 전기에 의해 보충되는데, 이때 자동차의 시동을 걸 수 있는 최소의 전기량 이상으로 배터리에 충전된 전기를 소모하게 되면 자동차의 시동을 걸 수 없는 상태가 된다.

또한 최근 자동차가 고급화됨에 따라 많은 자동화 장치가 부착되고, 이들 자동화 장치들은 거의 모두 전기에 의해 구동되므로 이들 자동화 장치를 구동시키는 데에 더 많은 전기가 필요하며, 이에 따라 배터리를 보조 전원으로 사용하는 경우가 더욱 많아지고 있고, 이 때문에 배터리에 충전된 전기를 시동을 거는데 필요한 최소한의 전기마저 소모할 가능성이 더욱 높아지고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 더 큰 용량의 배터리와 발전기를 사용할 필요가 있는데, 이는 곧 원가상승이나 자동차 중량의 증가로 이어지고 이 때문에 이들의 용량을 늘리는 데에는 한계가 있다.

최근 더 큰 용량의 배터리와 발전기를 사용하지 않고도 자동차에 부착된 자동화 장치나 부가장치에 사용되는 전기를 효율적으로 사용함으로써 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 방안이 모색되고 있는데, 이들 방안의 대부분은 배터리로부터 공급되는 전류의 양을 측정하는 것으로부터 출발하고 있다.

이에 따라 배터리로부터 공급되는 전류의 양을 측정하는 방법으로서 자기 증폭기형, 자기 멀티바이브레이터형, 홀소자(이하 "홀센서(Hole Sensor)"라 한다.)등의 센서를 이용하는 방법 등이 알려져 있는데, 이 중에서도 비접촉식인 홀센서를 이용하는 방법이 널리 알려지고 또한 사용되고 있다.

홀센서는 도선에 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장을 이용하면 전류를 측정할 수 있다는 암페어의 오른손 나사법칙에 기초하는 것으로서 고리형의 페라이트 또는 퍼멀로이계로 이루어진 자기코어의 끝단에 형성된 일정한 간격 사이에 홀센서를 설치하고, 이 홀센서를 전류가 흐르는 도선 주위에 설치하면 전류에 의해 생성된 자속에 비례하여 전압이 출력되고, 이 출력된 전압을 다시 전류로 환산하면 전류를 측정할 수 있다.

상기와 같은 구조의 홀센서를 이용하여 배터리에 연결된 도선에 흐르는 전류를 측정하는 방법으로서 공개특허 제10-2007-0029239호(직류 전류센서)가 공지되어 있다.

상기 공개공보에 개시된 전류측정 장치는 도선이 관통하는 중공부를 가지면서 두개로 분리되는 한 쌍의 자기코어(100)와, 상기 자기코어(100)의 한쪽에 권선되어 기전력을 측정하는 검출코일(110)과, 상기 자기코어(100)가 접근과 이격을 반복하여 자기회로상에 기전력이 발생하도록 상기 작동부재를 제어하는 제어부(120)로 구성되어 있는데, 자기코어(100)에서 발생된 기전력은 검출코일(110)을 통해 측정되고, 검출코일(110)에서 측정된 값은 증폭회로를 통해 출력되어 도선에 흐르는 직류 전류가 검출되도록 한 것이다.

그러나 이러한 방법은 전류가 흐르는 도선이 고정되어 있지 않으면 자기코어에서 발생하는 자기장이 균일하지 못하기 때문에 측정되는 전류값의 정확성이 담보되지 못한다. 이와 반대로 도선은 고정되어 있으나 자기코어가 유동될 경우에도 마 찬가지로 자기장이 불규칙하게 형성되고 이로 인하여 측정되는 전류값의 정확성이 담보되지 못한다.

또한 자기코어의 간극이 작으면 홀센서를 설치하기 곤란하고, 이와 반대로 간극의 치수가 너무 크면 자속밀도가 불균일하게 되어 측정 정도가 저하되므로 간극의 크기도 상당한 정도로 고려되어야 하며, 이와 더불어 측정 신뢰도를 높이기 위해서는 일단 설정된 자기코어의 간극이 항상 일정하게 유지되어야 한다.

즉, 홀센서를 이용하여 전류를 측정하는 경우 측정 신뢰도를 높이기 위해서는 자기코어와 도선이 유동되지 않아야 하며, 또한 자기 코어의 간극이 일정하게 유지되어야 함에도, 홀센서를 이용하여 전류를 측정하는 종래의 기술은 전류센서가 도선 사이에 장착되므로 도선에 의해 장착된 전류센서의 유동이 심하고, 자기코어의 간격 또한 일정하게 유지되지 않는 구조로 되어 있어 상기와 같은 기술적 요건을 충족하고 있지 못하다.

더구나 상기와 같은 종래의 홀센서를 이용한 전류센서를 진동이나 심한 자동차 등에 적용될 경우에는 그 유동이 더욱 커지게 되고, 이에 따라 측정값을 신뢰할 수 없는 경우도 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 종래의 홀센서를 이용한 전류센서의 문제점을 개선하여 진동이 심한 자동차 등에 설치될 경우에도 측정되는 전류값의 오차를 최소화할 수 있는 구조의 전류측정 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 이러한 전류측정 장치를 이용하여 측정된 전류값을 시스템의 전원을 보다 체계적으로 관리할 수 있도록 제어부에 연계시킴으로써 방전으로 인한 시스템의 운행정지와 같은 돌발 상황을 방지하는 데에 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전류측정 장치는 사각 함체 형상의 하우징(20)과; 상기 하우징(20)에 설치되되, 그 중앙부분에 삽입홀(13)이 형성되며, 일정 크기의 간극(11)을 형성하도록 일부가 절개된 사각 고리형의 판이 적층되어 구성된 자기코어(10)와; 상기 하우징(20) 내부에 형성되되, 상기 자기코어(10)의 삽입홀(13)에 삽입되며 그 내부에 관통홀(21)이 형성된 고정돌기(23)와; 일단은 배터리(300)의 마이너스 단자(310)에 연결되고, 타단은 상기 관통홀(21)에 관통 삽입된 후 전선(51)과 연결되는 연결바(30) 및; 상기 자기코어(10)의 간극(11)에 설치되는 홀센서(40)를 포함하는 구성에 의해 달성된다.

본 발명은 자기코어가 고정돌기와 체결핀에 의해 고정되고, 연결바가 고정돌기에 형성된 관통홀에 삽입되어 고정됨으로써 자기코어와 도선이 안정적으로 장착되고, 아울러 간극의 크기가 그대로 유지됨으로써 진동이 심한 자동차에 적용하는 경우에도 배터리에 연결된 도선에 흐르는 전류를 정확하게 측정할 수 있다.

본 발명은 이러한 전류측정 장치를 이용하여 측정된 전류값을 시스템의 전원을 보다 체계적으로 관리할 수 있도록 제어부에 연계시킴으로써 방전으로 인한 시스템의 운행정지와 같은 돌발 상황을 방지할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 구성과 실시예를 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 배터리에 연결된 도선에 흐르는 전류를 정확하게 측정하기 위한 것으로 이를 위해 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 사각 함체 형상의 하우징(20)과; 그 중앙부분에 삽입홀(13)이 형성되며, 일정 크기의 간극(11)을 형성하도록 일부가 절개된 사각 고리형의 판이 적층되어 구성된 자기코어(10)와; 상기 자기코어(10)의 삽입홀(13)에 삽입되며 그 내부에 관통홀(21)이 형성된 고정돌기(23)와; 일단은 배터리(300)의 마이너스 단자(310)에 연결되고, 타단은 상기 관통홀(21)에 관통 삽입된 후 전선(51)과 연결되는 연결바(30) 및; 상기 자기코어(10)의 간극(11)에 설치되는 홀센서(40)를 포함한다.

자기코어(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 그 중앙부분에 삽입홀(13)이 형성 되며, 일부가 절개된 사각 고리형의 판을 적층하여 구성한 것으로 절개된 양 끝단은 일정 크기의 간극(11)을 형성하며, 이 간극(11)에는 후술하는 홀센서(14)가 삽입된다. 이때 간극(11)의 크기는 장착되는 홀센서(14)의 크기에 따라서 달라질 수 있다.

또한 자기코어(10)의 양 측면에는 그 전후로 관통되는 체결공(12)이 각각 형성되며, 이들 체결공(12)에는 후술하는 체결핀(22)이 삽입되어 고정되는데, 이에 의하여 자기코어(10)가 유동되는 것이 방지됨과 함께 열 등에 의해 자기코어(10)가 늘어나거나 수축되는 것이 제한되어 간극(11)의 크기가 변하는 것이 방지된다.

하우징(20)은 도 4에 도시된 바와 같이 사각 함체 형상으로서 그 내부 상부에는 위에서 설명한 자기코어(10)의 삽입홀(13)이 그 외부에 밀착되어 설치되고, 아울러 그 내부에 관통홀(21)이 형성된 고정돌기(23)가 돌출 형성되고, 이 고정돌기(23)의 양 측면에는 자기코어(10)의 양 측면에 형성된 체결공(12)에 삽입되는 체결핀(22)이 형성된다. 또한 하우징(20)의 내부 하부 쪽에는 회로기판(E)이 수납된다.

상기와 같은 구조에 의해 도 5 및 도 6에 보인 바와 같이 자기코어(10)가 그 내부에 관통홀(21)이 형성된 고정돌기(23)의 외면에 설치되면서 아울러 자기코어(10)에 형성된 체결공(12)에 고정돌기(23)의 양 측면에 형성된 체결핀(22)이 삽입됨으로써 고정돌기(23) 주위에 유동 없이 견고하게 고정된다.

상기한 바와 같은 구조에 의해 자기코어(10)가 고정돌기(23) 주위에 견고하게 고정되고 나면, 자기코어(10)의 간극(11) 사이에 홀센서(14)를 삽입하여 고정시 키게 되는데, 이 홀센서(14)는 하우징(20)의 내부 하부에 수납된 회로기판(E)에 연결되어 전류값을 연산하게 된다.

그 내부에 자기코어(10)와 회로기판(E) 및 홀센서(14)가 설치된 하우징(20)에는 하우징(20)의 개방된 면을 밀폐하여 외부로 노출되지 않도록 하는 커버(25)가 설치된다. 이때 커버(25)에도 관통홀(27)이 형성되는데, 도선 역할을 하는 연결바(30)가 이 관통홀(27)을 거쳐 고정돌기(23)의 관통홀(21)에 삽입되는 것이다. 관통홀(21)의 크기와 폭은 연결바(30)의 두께와 폭에 의해 결정되며, 그 크기와 폭은 연결바(30)가 밀착 고정되는 정도이다.

배터리(300)에 충전된 전기를 차체 등에 공급하는 역할을 하는 연결바(30)는 "ㄱ"자 형상의 전류가 잘 흐르는 금속판재로 이루어지며, 그 일단은 배터리(300)의 마이너스 단자(310)에 결합되고, 타단은 하우징(20)의 관통홀(21)을 통해 관통된 다음 도선에 결합되며, 이를 위해 그 끝단에는 후술하는 전선(51)이 체결부재(B)에 의해 고정될 수 있도록 홀(31)이 형성된다.

이러한 연결바(30)를 커버(25)에 형성된 관통홀(27)을 거쳐 고정돌기(23)의 관통홀(21)에 삽입되도록 함으로써 자기코어(10) 및 홀센서(14)와 함께 하우징(20)에 유동 없이 견고하게 고정되는 것이다.

본 발명에서는 연결바(30)를 하우징(20)에 더욱 견고하게 고정하기 위해 하우징(20)에 장착되는 고정브래킷(40)을 더 구비한다.

고정브래킷(40)은 도 6에 보인 바와 같이 수직의 "ㄱ"자형 판과 수평의 "ㄴ"자형 판이 일체로 성형된 것으로, 그 일단이 하우징(20)의 후면 쪽에 형성된 결합 홈(26)에 삽입되어 고정된다.

결합홈(26)에 고정브래킷(40)의 "ㄱ"자형 판이 삽입되면, 자동적으로 수평의 "ㄴ"자형 판이 연결바(30)의 저면에 맞닿아 연결바(30)를 지지하게 되고, 그 끝단은 연결바(30)의 끝단과 일치하게 된다.

또한 연결바(30)의 끝단과 일치하는 고정브래킷(40)의 끝단에는 연결바(30)의 홀(31)과 일치하는 결속홀(41)이 형성되어 있어 도 7에서와 같이 고정브래킷(40)과 연결바(30)를 장착하게 되면 양 끝단의 홀(31)과 결속홀(41)이 일치하게 되고 이들 홀을 하나의 체결부재로 관통 체결하게 되면, 연결바(30)가 고정브래킷(40)에 단단히 고정되게 된다.

본 발명에서 연결바(30)에는 마이너스 단자 측에 결합되는 방향의 끝단 양측으로 하향 절곡되는 가이드판(32)을 더 형성하여 실시될 수 있는데, 이들 가이드판(32)에 의해 그 저면에 장착된 고정브래킷(40)이 움직이거나 비틀리는 것이 방지됨과 동시에 도 9에서와 같이 배터리포스트 터미널(200)의 장착판(210) 측면에 밀착되어 연결바(30)가 체결부재(B)를 중심으로 회동되지 않도록 걸림 고정하는 역할도 한다.

도 9는 본 발명의 전류측정 장치를 자동차 배터리에 장착하는 실시예를 도시한 것으로 이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 배터리(300)의 마이너스 단자(310)에 배터리포스트 터미널(200)을 결합하고, 그 일측의 장착판(210)에 연결바(30)의 일단을 장착하며 타단은 하우징(20)을 관통시킨 다음 그 끝단에 체결부재(B)가 설치된 연결단자를 구비한 전선(51)에 연결된다. 이때 조립의 편의를 위해 서 체결볼트가 전선의 끝단에 형성된 연결부와 일체로 구성된 볼트 일체형 연결단자(50)가 사용될 수 있다.

그리고 하우징(20)의 하단에는 단자결합부(24)가 결합되는데, 이는 하우징(20) 내의 홀센서(14)를 통해 측정되는 전류값을 자동차의 제어부(ECU)로 송출하는 기능을 한다.

본 발명은 자동차가 심하게 흔들리거나 진동하는 경우에도 전류를 측정하는 자기코어 및 홀센서가 유동되지 않고 그 설치상태가 그대로 유지될 수 있어 정확하고 안정적으로 전류를 측정할 수 있는데, 이는 위에서 설명한 바와 같이 본 발명의 자기코어(10)의 내부에 형성된 삽입홀(13)의 형상에 맞추어 성형된 고정돌기(23)와, 자기코어(10)를 고정하여 간극(11)의 크기를 그대로 유지할 수 있도록 하는 체결공(12) 및 체결핀(22)과, 배터리포스트 터미널(200)과 결합되어 고정되는 연결바(30) 및, 상기 연결바(30)를 하우징(30)에 고정하는 고정브래킷(40)의 구성에 의해 달성된다.

또한 본 발명은 정확하게 측정된 전류값을 안정적으로 제어부(ECU)로 송출할 수 있고, 이에 의하여 제어부(ECU)에서는 전원을 보다 효율적이고 체계적으로 관리할 수 있다.

도 1은 종래의 홀센서를 이용한 전류센서의 예를 보인 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 홀센서를 이용한 전류측정 장치의 예를 보인 분리 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 홀센서를 이용한 전류측정 장치의 중 자기코어를 보인 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 홀센서를 이용한 전류측정 장치에 자기코어를 결합한 예를 보인 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 홀센서를 이용한 전류측정 장치에 자기코어를 결합한 예를 보인 정면도,

도 6은 본 발명에 따른 홀센서를 이용한 전류측정 장치에 자기코어와 고정브래킷을 결합한 예를 보인 사시도,

도 7은 본 발명에 따른 홀센서를 이용한 전류측정 장치에 자기코어와 고정브래킷 및 연결바를 결합한 예를 보인 사시도,

도 8은 본 발명에 따른 홀센서를 이용한 전류측정 장치를 보인 사시도,

도 9는 본 발명에 따른 홀센서를 이용한 전류측정 장치의 사용례를 보인 사용상태도이다.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10: 자기코어 11: 간극

12: 체결공 13: 삽입홀

14: 홀센서 20: 하우징

21: 관통홀 22: 체결핀

23: 고정돌기 24: 단자결합부

25: 커버 26: 결합홈

27: 관통홀 30: 연결바

31: 홀 32: 가이드판

40: 고정브래킷 41: 결속홀

50: 연결단자 51: 전선

200: 배터리포스트 터미널 210: 장착판

300: 배터리 310: 마이너스 단자

B: 체결부재 E: 회로기판

Claims (5)

1. 홀센서를 이용하여 배터리에 연결된 도선에 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류측정 장치에 있어서,

   사각 함체 형상의 하우징(20)과; 상기 하우징(20)에 설치되되, 그 중앙부분에 삽입홀(13)이 형성되며, 일정 크기의 간극(11)을 형성하도록 일부가 절개된 사각 고리형의 판이 적층되어 구성된 자기코어(10)와; 상기 하우징(20) 내부에 형성되되, 상기 자기코어(10)의 삽입홀(13)에 삽입되며 그 내부에 관통홀(21)이 형성된 고정돌기(23)와; 일단은 배터리(300)의 마이너스 단자(310)에 연결되고, 타단은 상기 관통홀(21)에 관통 삽입된 후 전선(51)과 연결되는 연결바(30) 및; 상기 자기코어(10)의 간극(11)에 설치되는 홀센서(40)로 구성되되;

   상기 자기코어(10)의 양 측면 각각에는 그 전후로 관통되는 체결공(12)이 형성되고, 상기 하우징(20) 내부에는 상기 체결공(12)에 삽입되는 체결핀(22)이 형성되고;

   상기 하우징(20)의 후면에는 결합홈(26)이 형성되며, 상기 결합홈(26)에는 연결바(30)의 저면에 맞닿는 고정브래킷(40)의 일단이 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 홀센서를 이용한 전류측정 장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 하우징(20)에는 하우징(20)의 개방된 면을 덮는 커버(25)와 하우징(20)의 하부에 돌출 형성되는 단자결합부(24)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 홀센서를 이용한 전류측정 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 전선(51)의 끝단에는 체결부재(B)가 설치된 연결단자가 구비되는 것을 특징으로 하는 홀센서를 이용한 전류측정 장치.
5. 삭제

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