KR101332844B1 - 차량용 전류센서 제조방법 및 이에 의한 차량용 전류센서 - Google Patents

차량용 전류센서 제조방법 및 이에 의한 차량용 전류센서 Download PDF

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김춘식
박종민
오영석
이희성
최성진
김대원
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Abstract

차량용 전류센서 제조방법은 도전성을 갖는 버스 바를 마련하는 단계; 버스 바와 커넥터 터미널들을 인서트해서 센서 바디를 사출 성형하되, 하면 부위가 개구된 수용 공간을 가지며 상면 부위로 관통된 장착 홀이 형성되며 버스 바의 양단부가 센서 바디로부터 노출되고 커넥터 터미널들이 수용 공간에 배치되는 형태로 센서 바디를 사출 성형하는 단계; 기판 베이스에 홀 소자와 홀 소자로부터 이격된 상태로 홀 소자와 전기적으로 연결된 접속 단자들을 구비한 회로기판을 마련해서, 기판 베이스를 수용 공간에 수용한 상태에서 홀 소자를 버스 바의 하측에 배치하고 접속 단자들을 커넥터 터미널들과 접속시키는 단계; 커버를 마련해서, 센서 바디의 개구된 하면 부위에 결합시키는 단계; 실드 부재를 마련해서, 장착 홀을 통해 버스 바와 홀 소자를 감싼 상태로 수용 공간으로 삽입시킨 후 센서 바디에 고정시키는 단계; 및 도전성 소재로 이루어진 포스트 터미널을 마련해서, 포스트 터미널의 일단부를 버스 바의 일단부에 결합시키고, 포스트 터미널의 타단부를 절연된 상태로 버스 바의 타단부에 결합시키는 단계;를 포함한다.

Description

차량용 전류센서 제조방법 및 이에 의한 차량용 전류센서{Method of manufacturing current sensor for vehicle and current sensor for vehicle thereby}
본 발명은 차량의 배터리로부터 각종 전기장치로 공급되는 전류의 양을 측정할 수 있는 차량용 전류센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
차량에 설치된 각종 전기장치를 구동하기 위해서는 전기가 필요하므로, 차량에는 전기장치에 전기를 공급하기 위하여 배터리와 발전기가 구비되어 있다. 차량이 운행되기 전에는 전기장치에 배터리로부터 전기가 공급되며, 차량이 운행되기 시작하면 발전기에 의해 생성된 전기가 전기장치에 공급된다.
최근에는 차량이 고급화됨에 따라 많은 자동화 장치가 부착되고 있으며, 자동화 장치의 대부분은 전기에 의해 구동된다. 자동화 장치의 구동을 위해 더 많은 전기가 요구되고 있으며, 이에 따라 배터리를 보조 전원으로 사용하는 경우가 더욱 많아지고 있다. 이 때문에, 배터리에 충전된 전기를 시동을 걸기 위해 필요한 최소한의 전기마저 소모할 가능성이 더욱 높아지고 있다.
최근에는 더 큰 용량의 배터리와 발전기를 사용하지 않고도 차량에 부착된 자동화 장치나 부가 전자장치에 사용되는 전기를 효율적으로 사용하기 위한 방안이 모색되고 있다. 이들 방안의 대부분은 배터리로부터 공급되는 전류의 양을 전류센서에 의해 측정하는 것으로부터 출발하고 있다. 이러한 전류센서로는 홀 효과(Hall effect)를 이용한 홀 센서가 주로 이용된다. 홀 효과란 자기장이 전류가 흐르는 도체를 쇄교할 때 그 도체의 양단에 전위차가 생기는 물리 현상을 가리킨다.
홀 센서는 마그네틱 코어와 홀 소자를 포함하여 구성된 예가 있다. 이 경우, 마그네틱 코어는 고리형으로 이루어지고 일부분이 절단되어 에어 갭(air gap)을 갖는다. 홀 소자는 에어 갭에 배치된 상태로 마그네틱 코어와 함께 센서 바디에 설치된다. 이러한 홀 센서의 홀 소자를 전류가 흐르는 전도부재 주위에 설치하면, 전류에 의해 마그네틱 코어에 자속이 발생하고, 홀 소자는 마그네틱 코어의 자속에 대응하는 홀 효과로 인해 전압을 발생시킨다. 이 전압을 전류로 환산하면 전류를 측정할 수 있다.
그런데, 전술한 홀 센서는 외부 온도 변화에 따라 센서 바디가 수축 또는 팽창하게 되면, 마그네틱 코어가 변형되면서 에어 갭이 변화하게 된다. 이로 인해, 전류 검출의 정확도 및 감도가 저하될 수 있다. 또한, 마그네틱 코어는 고가일 뿐 아니라, 크기와 중량이 큰 것이 대부분인바 홀 센서의 크기와 중량을 줄이는데 한계 요인이 될 수 있다.
등록특허 제10-0592978호(2006.06.28, 공고)
본 발명의 과제는 전류 검출의 정확도 및 감도 저하를 방지할 수 있고 소형화 또는 경량화에 유리한 차량용 전류센서 제조방법 및 이에 의한 차량용 전류센서를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 전류센서 제조방법은, 도전성을 갖는 버스 바를 마련하는 단계; 상기 버스 바와 커넥터 터미널들을 인서트해서 센서 바디를 사출 성형하되, 하면 부위가 개구된 수용 공간을 가지며 상면 부위로 관통된 장착 홀이 형성되며 상기 버스 바의 양단부가 상기 센서 바디로부터 노출되고 상기 커넥터 터미널들이 상기 수용 공간에 배치되는 형태로 상기 센서 바디를 사출 성형하는 단계; 기판 베이스에 홀 소자와 상기 홀 소자로부터 이격된 상태로 상기 홀 소자와 전기적으로 연결된 접속 단자들을 구비한 회로기판을 마련해서, 상기 기판 베이스를 상기 수용 공간에 수용한 상태에서 상기 홀 소자를 상기 버스 바의 하측에 배치하고 상기 접속 단자들을 상기 커넥터 터미널들과 접속시키는 단계; 커버를 마련해서, 상기 센서 바디의 개구된 하면 부위에 결합시키는 단계; 실드 부재를 마련해서, 상기 장착 홀을 통해 상기 버스 바와 홀 소자를 감싼 상태로 상기 수용 공간으로 삽입시킨 후 상기 센서 바디에 고정시키는 단계; 및 도전성 소재로 이루어진 포스트 터미널을 마련해서, 상기 포스트 터미널의 일단부를 상기 버스 바의 일단부에 결합시키고, 상기 포스트 터미널의 타단부를 절연된 상태로 상기 버스 바의 타단부에 결합시키는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 차량용 전류센서는 전술한 제조방법에 의해 제조된다.
본 발명에 따르면, 마그네틱 코어를 포함하지 않고 전류를 안정되게 검출할 수 있도록 실드 부재를 포함하여 차량용 전류센서를 구성하므로, 종래와 달리 외부 온도 변화에 따른 마그네틱 코어의 에어 갭 변화로 인한 전류 검출의 정확도 및 감도가 저하되는 현상이 방지될 수 있다. 그리고, 차량용 전류센서는 저가로 소형화 또는 경량화될 수 있는 이점이 있을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 버스 바를 인서트 하여 센서 바디를 사출 성형하여 버스 바와 센서 바디를 일체화시킬 수 있으므로, 볼트만으로 버스 바를 센서 바디에 체결하는 것에 비해, 고정 힘이 강화될 수 있고, 차량의 진동으로부터 견고해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전류센서 제조방법에 의해 제조된 차량용 전류센서에 대한 사시도.
도 2는 도 1에 대한 분해 사시도.
도 3은 도 2의 A-A 선을 따라 절취한 단면도.
도 4는 도 2에 있어서, 센서 바디에 조립된 회로기판, 실드 부재, 커버를 분해하여 도시한 분해 사시도.
도 5 및 도 6은 도 2에 있어서, 센서 바디에 실드 부재를 고정하는 과정을 설명하기 위한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전류센서 제조방법에 의해 제조된 차량용 전류센서에 대한 사시도이다. 도 2는 도 1에 대한 분해 사시도이다. 도 3은 도 2의 A-A 선을 따라 절취한 단면도이다. 도 4는 도 2에 있어서, 센서 바디에 조립된 회로기판, 실드 부재, 커버를 분해하여 도시한 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 차량용 전류센서(100)는 버스 바(bus bar, 110)와, 센서 바디(120)와, 회로기판(130)과, 커버(140)와, 실드 부재(shield member, 150), 및 포스트 터미널(160)을 포함한다.
도전성을 갖는 버스 바(110)를 마련한다. 버스 바(110)는 도전성 금속 소재로 바 형상을 갖도록 제조된다. 버스 바(110)의 일단부에는 포스트 터미널(160)과 체결되도록 체결 홀이 형성될 수 있다. 또한, 버스 바(110)의 타단부에는 포스트 터미널(160)과 그라운드 케이블(170)과 체결되도록 체결 홀이 형성될 수 있다. 따라서, 버스 바(110)는 배터리의 마이너스 단자에 연결된 포스트 터미널(160)을 통해 전류가 유도되며, 차체에 연결된 그라운드 케이블(170)을 통해 접지된다. 버스 바(110)에 배터리의 전류가 흐르게 되면, 후술할 회로기판(130)에 마련된 홀 소자(132)에 의해 전류가 측정될 수 있다.
센서 바디(120)를 다음과 같이 마련한다. 버스 바(110)와 커넥터 터미널(101)들을 인서트해서 센서 바디(120)를 사출 성형한다. 커넥터 터미널(101)들은 도전성 금속 소재로 이루어진다. 커넥터 터미널(101)들은 회로기판(130)으로부터 출력되는 전류 값에 해당하는 신호를 외부의 하니스(harness, 미도시)에 의해 차량의 제어부(ECU)로 송출하는 기능을 한다.
센서 바디(120)는 플라스틱 소재로 사출 성형될 수 있다. 센서 바디(120)는 하면 부위가 개구된 수용 공간(121)을 가지며 상면 부위로 관통된 장착 홀(122)이 형성되도록 사출 성형된다. 센서 바디(120)는 버스 바(110)의 양단부가 센서 바디(120)로부터 노출되도록 사출 성형된다. 버스 바(110)의 양단부가 인출되는 방향은 센서 바디(120)의 전후 방향일 수 있다. 버스 바(110)는 인서트 사출에 의해 센서 바디(120)에 일체화됨으로써, 센서 바디(120)에 안정되게 지지될 수 있다.
센서 바디(120)는 커넥터 터미널(101)들이 수용 공간(121)에 배치되는 형태로 사출 성형된다. 여기서, 커넥터 터미널(101)들은 수용 공간(121) 내에서 버스 바(110)와 이격된 상태로 각 전후 부위가 노출될 수 있게 센서 바디(120)와 일체화될 수 있다. 커넥터 터미널(101)들이 외부의 하니스와 연결될 수 있도록 센서 바디(120)의 사출 성형시 커넥터부(123)가 함께 사출 성형될 수 있다. 커넥터부(123)는 커넥터 터미널(101)들과 대응되는 센서 바디(120)의 배면 부위로부터 중공 관의 형태로 외측으로 연장될 수 있다.
회로기판(130)을 다음과 같이 마련한다. 회로기판(130)은 기판 베이스(131)와 홀 소자(132) 및 접속 단자(133)들을 구비하도록 제조된다. 기판 베이스(131)는 센서 바디(120)의 수용 공간(121)에 수용될 수 있는 크기로 이루어진다. 홀 소자(132)는 기판 베이스(131)에 장착된다. 홀 소자(132)는 전류가 흐르는 버스 바(110)의 주위에 배치되어 홀 효과로 인한 전압을 발생시킴으로써, 전류가 측정될 수 있게 한다. 접속 단자(133)들은 기판 베이스(131)에 홀 소자(132)로부터 이격된 상태로 홀 소자(132)와 전기적으로 연결된다.
이러한 회로기판(130)을 마련한 후, 기판 베이스(131)를 수용 공간(121)에 수용한 상태에서 홀 소자(132)를 버스 바(110)의 하측에 배치하고 접속 단자(133)들을 커넥터 터미널(101)들과 접속시킨다. 이때, 홀 소자(132)를 기판 베이스(131)를 사이에 두고 버스 바(110)의 반대쪽에 배치할 수 있다. 그리고, 센서 바디(120)의 수용 공간에는 버스 바(110)와 기판 베이스(131) 사이에 격벽(124)이 형성될 수 있다.
커버(140)를 다음과 같이 마련한다. 커버(140)는 센서 바디(120)의 개구된 하면 부위를 폐쇄할 수 있는 크기로 제조된다. 이러한 커버(140)를 센서 바디(120)의 개구된 하면 부위에 결합시킴으로써, 센서 바디(120)의 수용 공간(121)에 수납된 회로기판(130)을 보호할 수 있게 한다.
커버(140)는 플라스틱 등의 절연 소재로 제조될 수 있다. 커버(140)는 센서 바디(120)에 레이저 용접 또는 초음파 융착기 등에 의해 고정될 수 있다. 커버(140)의 상면에는 회로기판(130)을 센서 바디(120)의 상측 내면에 밀착시켜 고정하기 위한 보스(141)들이 형성될 수 있다.
실드 부재(150)를 마련해서, 실드 부재(150)를 장착 홀(122)을 통해 버스 바(110)와 홀 소자(132)를 감싼 상태로 수용 공간(121)으로 삽입시킨 후 센서 바디(120)에 고정시킬 수 있다. 실드 부재(150)는 금속 소재로 이루어질 수 있다. 실드 부재(150)는 버스 바(110)와 홀 소자(132)를 감싸도록 배치됨으로써, 홀 소자(132)에 가해지는 외란을 방지할 수 있게 한다. 따라서, 전류 검출이 안정되게 이루어질 수 있다.
도전성 소재로 이루어진 포스트 터미널(160)을 마련해서, 포스트 터미널(160)의 일단부(161a)를 버스 바(110)의 일단부에 결합시킨다. 따라서, 배터리의 마이너스 단자에 연결된 포스트 터미널(160)을 통해 버스 바(110)로 전류가 유도될 수 있다. 그리고, 포스트 터미널(160)의 타단부(161b)를 절연된 상태로 버스 바(110)의 타단부에 결합시킨다. 포스트 터미널(160)의 타단부(161b)와 버스 바(110)의 타단부를 절연시키는 이유는 버스 바(110)의 타단부는 그라운드 케이블(170)과 연결되므로, 포스트 터미널(160)의 타단부(161b)로부터 나오는 전류가 버스 바(110)의 타단부로 흐르지 않도록 차단하기 위함이다.
전술한 제조방법에 의해 제조된 차량용 전류센서(100)는 마그네틱 코어를 포함하지 않고 실드 부재(150)를 포함하여 전류를 안정되게 검출할 수 있도록 구성되므로, 종래와 달리 외부 온도 변화에 따른 마그네틱 코어의 에어 갭 변화로 인한 전류 검출의 정확도 및 감도가 저하되는 현상이 방지될 수 있다. 또한, 차량용 전류센서(100)는 저가로 소형화 또는 경량화될 수 있는 이점이 있을 수 있다.
한편, 포스트 터미널(160)을 다음과 같이 마련할 수 있다. 포스트 터미널(160)은 클램핑부(162)를 가지며, 클램핑부(162)로부터 양단부(161a)(161b)가 양 갈래로 연장된 형상으로 제조될 수 있다.
클램핑부(162)는 도전성 금속 소재로 이루어진다. 클램핑부(162)는 한쪽이 개구되고 배터리의 마이너스 단자를 감싸는 형상으로 이루어질 수 있다. 클램핑부(162)의 개구된 부위가 볼트(164)와 너트(165)를 포함한 고정기구에 의해 조여짐으로써, 클램핑부(162)는 마이너스 단자에 고정될 수 있다. 포스트 터미널(160)의 양단부(161a)(161b)는 버스 바(110)의 양단부와 면 접촉할 수 있도록 형성된다.
포스트 터미널(160)의 일단부(161a)를 버스 바(110)의 일단부에 클린칭(clinching) 방법이나 바리오 조인팅(vario jointing) 방법 등으로 압착시켜 고정할 수 있다. 따라서, 포스트 터미널(160)을 버스 바(110)에 브레이징에 의해 접합하는 것에 비해, 제조 공정상 불량 요인이 제거될 수 있다.
그리고, 포스트 터미널(160)의 타단부(161b)를 버스 바(110)의 타단부에 절연된 상태로 결합시키기 위해, 버스 바(110)의 타단부와 맞닿는 포스트 터미널(160)의 타단부(161b)의 상면과 타단부(161b)의 체결 홀의 내면 및 바깥 주위 면에 걸쳐 절연 몰드(163)를 형성할 수 있다. 이 상태에서, 포스트 터미널(160)의 타단부(161b)를 버스 바(110)의 타단부에 볼트(166)와 너트(167)에 의해 체결하면, 포스트 터미널(160)의 타단부(161b)가 버스 바(110)의 타단부에 절연된 상태로 결합될 수 있다.
또한, 버스 바(110)의 타단부에는 그라운드 케이블(170)이 연결될 수 있다. 예컨대, 그라운드 케이블(170)의 한쪽 단부에는 어태치먼트 터미널(171)을 설치한다. 어태치먼트 터미널(171)에는 버스 바(110)의 타단부의 체결 홀과 대응되게 체결 홀이 형성된다. 어태치먼트 터미널(171)을 버스 바(110)의 타단부에 올려놓고 볼트(166)를 체결 홀들에 끼운 후 너트(167)와 결합시키게 되면, 그라운드 케이블(170)이 버스 바(110)에 연결될 수 있다.
실드 부재(150)를 다음과 같이 마련할 수 있다. 사각 플레이트의 양쪽 부위를 하측으로 굽혀 버스 바(110)와 홀 소자(132)의 둘레를 감싸는 형태로 실드 부재(150)를 제조할 수 있다. 실드 부재(150)의 굽어진 양쪽 부위는 센서 바디(120)의 수용 공간(121)에서 커버(140)에 맞닿을 수 있는 길이를 가질 수 있다. 이와 함께, 센서 바디(120)를 사출 성형하는 과정에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 장착 홀(122)의 주변으로부터 상측으로 돌출된 융착 돌기(125)들을 형성한다. 융착 돌기(125)들은 장착 홀(122)의 양 옆으로 적어도 하나씩 나뉘어 배치될 수 있다.
이와 같이 실드 부재(150)와 융착 돌기(125)들을 마련한 상태에서, 실드 부재(150)를 장착 홀(122)을 통해 버스 바(110)와 홀 소자(132)를 감싼 상태로 수용 공간(121)으로 삽입시킨다. 이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 융착 돌기(125)들을 초음파 융착기 등에 의해 실드 부재(150)의 상면에 융착시킨다. 그러면, 융착된 부위(125')들에 의해 실드 부재(150)가 센서 바디(120)의 수용 공간(121)에 수용된 상태로 고정될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
110..버스 바 120..센서 바디
122..장착 홀 125..융착 돌기
130..회로기판 132..홀 소자
140..커버 150..실드 부재
160..포스트 터미널 170..그라운드 케이블

Claims (3)

  1. 도전성을 갖는 버스 바를 마련하는 단계;
    상기 버스 바와 커넥터 터미널들을 인서트해서 센서 바디를 사출 성형하되, 하면 부위가 개구된 수용 공간을 가지며 상면 부위로 관통된 장착 홀이 형성되며 상기 버스 바의 양단부가 상기 센서 바디로부터 노출되고 상기 커넥터 터미널들이 상기 수용 공간에 배치되는 형태로 상기 센서 바디를 사출 성형하는 단계;
    기판 베이스에 홀 소자와 상기 홀 소자로부터 이격된 상태로 상기 홀 소자와 전기적으로 연결된 접속 단자들을 구비한 회로기판을 마련해서, 상기 기판 베이스를 상기 수용 공간에 수용한 상태에서 상기 홀 소자를 상기 버스 바의 하측에 배치하고 상기 접속 단자들을 상기 커넥터 터미널들과 접속시키는 단계;
    커버를 마련해서, 상기 센서 바디의 개구된 하면 부위에 결합시키는 단계;
    실드 부재를 마련해서, 상기 장착 홀을 통해 상기 버스 바와 홀 소자를 감싼 상태로 상기 수용 공간으로 삽입시킨 후 상기 센서 바디에 고정시키는 단계; 및
    도전성 소재로 이루어진 포스트 터미널을 마련해서, 상기 포스트 터미널의 일단부를 상기 버스 바의 일단부에 결합시키고, 상기 포스트 터미널의 타단부를 절연된 상태로 상기 버스 바의 타단부에 결합시키는 단계;
    를 포함하는 차량용 전류센서 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서 바디를 사출 성형하는 단계는, 상기 장착 홀의 주변으로부터 상측으로 돌출된 융착 돌기들을 형성하는 과정을 포함하며;
    상기 실드 부재를 마련하는 과정은, 사각 플레이트의 양쪽 부위를 하측으로 굽혀 상기 버스 바와 홀 소자의 둘레를 감싸는 형태로 형성하는 과정을 포함하며;
    상기 실드 부재를 상기 센서 바디에 고정시키는 과정은, 상기 실드 부재의 상면으로 상기 융착 돌기들을 융착시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전류센서 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 의해 제조된 차량용 전류센서.
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