KR101565014B1 - 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서 및 그 제조방법 - Google Patents

노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동박 도금을 이용하여 피씨비 기판의 측면에서 가해지는 노이즈의 차폐성을 크게 향상시킨 로고스키 코일 전류센서 및 그 제조방법을 제공하는데 주된 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 개발된 본 발명에 따른 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서는, 피씨비 기판을 비 자성체 코어로 사용하는 로고스키 코일 전류센서에 있어서, 중앙에 측정대상인 전력매체가 통과하는 센싱홀(11)이 형성된 피씨비 기판(10); 상기 피씨비 기판(10) 상에 상기 센싱홀(11)의 둘레를 따라 일정한 방향으로 권선되어 형성된 로고스키 코일부(20); 상기 피씨비 기판(10)의 외부 테두리를 따라 상기 피씨비 기판(10)의 두께 부분을 덮도록 형성된 동박 차폐부(30); 및 상기 로고스키 코일부(20)과 전기적으로 연결된 접속 단자(41,42)가 마련된 센서 연결부(40)를 포함한다.

Description

노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서 및 그 제조방법{ROGOWSKII COIL CURRENT SENSOR WITH EXCELLENT NOISE SHIELDING EFFICIENCY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 피씨비 기판을 이용하여 제조되는 로고스키 코일 전류센서에 있어서 동박 도금을 이용하여 노이즈 차폐성을 향상시킨 로고스키 코일 전류센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에 전력 사용량이 급증하고 대전력을 사용하는 수용가가 증가함에 따라, 정확한 전류의 측정은 전력 시스템의 보호와 전력 사용 효율의 극대화 측면에서 필수 불가결한 요소가 되었다. 수용가의 측면에서는 정확한 전류의 측정을 통해 전력 수요를 예측 및 분석하면 효율을 높일 수 있으며, 전력 시스템의 측면에서는 정격전류뿐만 아니라 이상 및 고장 전류의 정확한 측정을 통해 사고전류를 검출하고 사고계통을 신속히 분리함으로써 전원 계통(power system)을 보호할 수 있다.
이를 위해 현재 사용되고 있는 전류센서로는 변류기(current transformer), 분류기(shunt), 홀 센서(hall sensor), 로고스키 센서(rogowski sensor) 등이 있으며, 국내외적으로 변류기(CT) 형태의 전류센서가 가장 많이 사용되고 있다.
그러나, 변류기는 CT 철심의 자기포화로 인하여 오차가 발생하는 한계로 인하여 하나의 변류기로 일정 오차범위 내에서 측정할 수 있는 전류 범위는 극히 제한적이며, 정격전류의 수십 ~ 수백 배에 이르는 사고전류를 정확히 검출하는 것은 거의 불가능하다. 또한, 현재의 전력기기는 전력전자와 펄스파워 기술의 발달로 수 십 KHz에 이르는 주파수 범위를 갖는 전원을 사용하는 예가 많으나, 변류기는 상용 주파수 전류 이외의 주파수 전류를 측정하는데 한계가 있다.
이러한 문제들로 인하여 현재 외국에서는 로고스키 코일을 이용한 전류센서가 많이 연구되어 실사용되고 있으며 대부분의 제품이 전류 표시장치 및 전력계통의 시스템화를 위한 통신장치를 부가적으로 연결하여 사용하고 있다.
도 1은 로고스키 코일을 이용한 전류측정의 원리를 개략적으로 나타낸 도면이다. 전류를 측정하고자 하는 전력매체(1)가 비 자성체로 된 원형의 내부 코어(2)를 따라 균일하게 감은 로고스키 코일(3)의 내부를 통과하도록 설치하고, 전력선(1)을 통과하는 전류에 의해 유기되는 출력전압(E)을 적분회로를 통하여 적분하고 이를 증폭함으로써 전력 매체(1)에 흐르는 전류값을 계산하게 된다.
로고스키 전류센서의 설계목표 중 하나가 전류 측정의 오차범위를 최소화하는 것이고, 이를 위해 로고스키 전류센서의 작동 중에서 외부 전자기장에 의한 노이즈의 영향을 차단하는 것이 매우 중요한 성능 평가요소가 되고 있다. 그러나, 현재 생산되고 있는 피씨비 기판(PCB)을 비 자성체 코어로 사용하는 로고스키 코일 센서는 외부 노이즈, 특히 피씨비 기판의 측면에서 가해지는 노이즈에 대해서는 매우 취약한 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 동박 도금을 이용하여 피씨비 기판의 측면에서 가해지는 노이즈의 차폐성을 크게 향상시킨 로고스키 코일 전류센서 및 그 제조방법을 제공하는데 주된 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 개발된 본 발명에 따른 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서는, 피씨비 기판을 비 자성체 코어로 사용하는 로고스키 코일 전류센서에 있어서, 중앙에 측정대상인 전력매체가 통과하는 센싱홀이 형성된 피씨비 기판; 상기 피씨비 기판 상에 상기 센싱홀의 둘레를 따라 일정한 방향으로 권선되어 형성된 로고스키 코일부; 상기 로고스키 코일부과 전기적으로 연결된 접속 단자가 마련된 센서 연결부; 및 상기 피씨비 기판의 외부 테두리를 따라 상기 로고스키 코일부 및 센서 연결부를 차폐하기 위해 상기 피씨비 기판의 두께 부분을 덮도록 형성된 동박 차폐부;를 포함한다.
또한, 상기 로고스키 코일부는 상기 피씨비 기판 상에 상기 센싱홀의 둘레를 따라 2열로 된 비아홀이 형성되고, 이 2열로 된 비아홀을 지그재로 형태로 권선되도록 형성된 코일 도금라인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 동박 차폐부는 상기 피씨비 기판의 외부 테두리의 두께 부분을 덮는 측면 덮개부와 상기 피씨비 기판 상면 또는 하면을 덮는 상하면 덮개부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 상하면 덮개부는 상기 피씨비 기판의 외부 테두리 부분에서부터 상기 센싱홀이 형성된 내부 테두리 부분까지 모두 덮도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 피씨비 기판을 복수개로 적층하는 경우에는, 중앙에 위치하는 피씨비 기판에 형성되는 상기 동박 차폐부는 상기 피씨비 기판의 외부 테두리의 두께 부분을 덮는 측면 덮개부로 이루어지고, 상단 및 하단에 위치하는 피씨비 기판에 형성되는 상기 동박 차폐부는 상기 피씨비 기판의 외부 테두리의 두께 부분을 덮는 측면 덮개부와 상기 피씨비 기판의 상면 또는 하면을 덮는 상하면 덮개부로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 피씨비 기판을 복수개로 적층하는 경우에는, 각각의 피씨비 기판의 동박 차폐부 중에서 상기 측면 덮개부가 도전성 접착제로 접합되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위해 개발된 본 발명에 따른 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서의 제조방법은, 피씨비 기판을 비 자성체 코어로 사용하여 로고스키 코일 전류센서를 제조하는 방법에 있어서, 피씨비 기판 상에 로고스키 코일이 형성될 부분의 최외각부를 표시하고, 이 외부 테두리를 따라서 일정 폭을 갖는 테두리홀을 가공하는 단계; 상기 테두리홀의 내부에 측정대상인 전력매체가 통과하는 센싱홀 및 로고스키 코일 및 센서 연결부가 권선되는 비아홀을 가공하는 단계; 상기 테두리홀, 비아홀, 로고스키 코일 및 센서 연결부의 도금라인에 도금 유도제를 도포하는 단계; 상기 도금 유도제가 도포된 부분에 동박을 형성하기 위하여 동 도금을 하는 단계; 및 상기 동 도금이 완료된 상기 피씨비 기판 중에서 상기 테두리홀의 바깥쪽 면과 안쪽 면에 중에서 상기 로고스키 코일 및 센서 연결부를 차폐하기 위해 동박 차폐부의 측면 덮개부를 형성하는 안쪽 면만이 남도록 절단하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 테두리홀 가공 단계는, 상기 로고스키 코일이 형성될 부분의 최외각부를 일정 길이의 원호 부분이 제외된 원형의 테두리 형상으로 표시하고, 상기 절단 단계는, 상기 최외각부에서 제외된 일정 길이의 원호 부분이 상기 로고스키 코일의 접속 단자가 마련된 센서 연결부가 되도록 절단할 수 있다.
또한, 상기 절단 단계는, 상기 절단된 피씨비 기판을 복수개로 적층하는 때에는 각각의 피씨비 기판의 상기 측면 덮개부를 도전성 접착제로 접합하여 적층하는 로고스키 코일 적층 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서에 따르면, 피씨비 기판을 비 전도성 내부 코어로 사용하는 로고스키 코일 전류센서에 있어서 상기 피씨비 기판의 외부 테두리의 측면을 동박을 이용해 덮어줌으로써, 전류 측정의 오차를 발생시키는 가장 중요한 원인 중 하나인 측면 노이즈를 완벽하게 차단하여 전류 측정의 정확도를 향상시켜준다.
또한, 출력 전압을 높이기 위해 복수개의 피씨비 기판을 적층하여 제조하는 경우에는, 상기 피씨비 기판의 외부 테두리 측면을 덮는 동박에 전도성 접착체를 도포함으로써 적층되는 피씨비 기판을 가장 간단한 방법으로 접착시킬 수 있다.
또한, 출력 전압을 높이기 위해 복수개의 피씨비 기판을 적층하여 제조하는 경우에는, 상단 및 하단에 위치하는 피씨비 기판은 그 상면 및 하면까지 동박을 이용해 덮어줌으로써, 상하 방향으로 가해지는 노이즈까지도 효과적으로 차단할 수 있도록 해준다.
또한, 본 발명의 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서의 제조방법에 따르면, 본 발명의 기술구성인 동박 차폐부가 하나의 동 도금 공정을 통해서 상기 피씨비 기판에 로고스키 코일을 형성하는 것과 동시에 상기 동박 차폐부도 생성되도록 해줌으로써, 별도의 추가 제조공정 없이 본 발명에 따른 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서를 제조할 수 있도록 해준다.
도 1은 로고스키 코일 전류센서의 원리를 설명한 도면.
도 2는 종래의 로고스키 코일 전류센서를 나타낸 도면.
도 3은 종래의 로고스키 코일 전류센서의 차폐성 문제점을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 로고스키 코일 전류센서를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 로고스키 코일 전류센서의 제1 실시예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 로고스키 코일 전류센서의 제2 실시예를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 제1 실시예의 적층 상태를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 제1 및 제2 실시예의 적층 상태를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 로고스키 코일 전류센서가 우수한 노이즈 차폐성을 나타내는 원리를 설명한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 로고스키 코일 전류센서의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 11은 본 발명에 따른 로고스키 코일 전류센서의 제조과정을 나타낸 도면.
이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 보다 상세히 설명한다.
이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
본 발명의 기술적 특징을 설명하기에 앞서 도 2 및 도3을 참조로 종래의 일반적으로 피씨비 기판을 이용한 로고스키 코일 전류센서의 구성 및 노이즈 차폐 상의 문제점을 간단히 설명한다.
도 2는 종래에 피씨비 기판(5)을 비 자성체 코어로 사용하는 로고스키 코일 전류센서를 나타낸다. 원형으로 된 피씨비 기판(5)의 중앙부에는 측정대상인 전력매체가 통과하는 센싱홀(9)이 형성된다. 피씨비 기판(5) 상에는 상기 센싱홀(9)의 둘레를 따라 2열로 된 비아홀(6)이 지그재그 형태로 형성된다. 이 2열의 비아홀(6)에는 로고스키 동박라인(7)이 일정한 방향으로 권선되도록 도금되어 로고스키 코일을 형성한다. 또한, 원형의 피씨비 기판(5)의 일부가 돌출되어 센서 연결부(8)가 형성되는데, 이 센서 연결부(8)에는 상기 로고스키 코일과 전기적으로 연결되는 접속 단자가 마련된다. 이 접속 단자는 외부의 IC 칩과 전기적으로 연결되어 상기 로고스키 코일로부터 유기되는 출력전압을 적분회로를 통하여 적분하고 이를 증폭함으로써 전력 매체에 흐르는 전류값을 계산할 수 있도록 해준다.
도 3은 도 2에 도시된 종래의 로고스키 코일 전류센서의 차폐성 문제점을 나타낸 도면이다. 피씨비 기판에 권선된 로고스키 코일에 있어서 비아홀의 반경(Ri), 피씨비 기판의 반경(Re), 피씨비 기판의 두께(S)를 표시하고, 로고스키 코일이 기판의 상면으로 감겨져 비아홀(코일을 통과시키기 위해 기판에 천공한 구멍)을 통과한 후 하면으로 다시 감겨진 형태를 나타낸 것이다.
이때, 로고스키 코일은 원형 루프를 형성하기 위하여 피씨비 기판의 상면과 하면에 코일라인이 정확하게 일치되는 것이 아니라 약간 비스듬하게 권선된다. 이에 의해 3가지 섹션이 나타나는데, 섹션 Ⅰ은 피씨비 기판의 상면 코일라인과 하면 코일라인에 의해 형성되는 경사면을 나타내고, 섹션 Ⅱ는 상기 섹션 Ⅰ의 경사면이 평면(x-y 평면)에 투영된 수평면을 나타내며, 섹션 Ⅲ은 피씨비 기판의 상면 코일라인과 하면 코일라인에 의해 형성되는 두께 방향의 수직면을 나타낸다.
외부 전자기장에 의해 전달되는 노이즈가 섹션 Ⅰ을 관통하여 유기되는 경우 원래 신호의 측정 오차에 직접적인 영향을 주기 때문에 측면 노이즈를 차폐하는 것이 기술적으로 매우 중요하다. 이를 위해서 피씨비 기판의 측면 두께부를 효과적으로 차단할 필요가 있다. 그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 로고스키 코일 전류센서는 피씨비 기판(5)의 측면 두께 부분이 그대로 외부로 노출되어 있기 때문에 측면 노이즈가 그대로 전달되어 로고스키 코일의 전류값 측정 오차를 크게 만드는 주요 원인이 되고 있다.
또한, 섹션 Ⅱ는 전력매체와 동일한 방향이므로 피씨비 기판에 수직한 방향으로 전달되는 상하 노이즈가 섹션 Ⅱ를 관통하면서 원래 신호의 측정 오차에 영향을 주게 된다. 그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 로고스키 코일 전류센서는 상면 또는 하면에 로고스키 코일이 그대로 노출되어 있기 때문에 상기 섹션 Ⅱ를 통과하는 상하 노이즈에 의해 전류값 측정 오차가 크게 발생하는 문제점도 있었다.
도 4는 본 발명에 따른 로고스키 코일 전류센서의 제1 실시예를 나타낸 도면이다. 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서는 원형의 피씨비 기판(10)을 비 자성체 코어로 사용한다. 이 피씨비 기판(10)의 중앙에는 측정대상인 전력매체가 통과하는 센싱홀(11)이 형성되고, 상기 피씨비 기판(10) 상에 상기 센싱홀(11)의 둘레를 따라 일정한 방향으로 권선되어 형성된 로고스키 코일부(20)이 마련되며, 상기 피씨비 기판(10)의 외부 테두리를 따라 상기 피씨비 기판(10)의 두께 부분을 덮도록 형성된 동박 차폐부(30)가 마련되고, 상기 로고스키 코일부(20)과 전기적으로 연결된 접속 단자(41,42)가 마련된 센서 연결부(40)가 마련된다.
상기 로고스키 코일부(20)는 상기 피씨비 기판(10) 상에 상기 센싱홀(11)의 둘레를 따라 2열로 된 비아홀(21)이 형성되고, 이 2열로 된 비아홀(21)을 지그재로 형태로 형성된 코일 도금라인(22)을 포함한다. 이 도금 공정을 통해 비 자성체 내부 코어인 피씨비 기판(10)에 로고스키 코일이 권선되는 것과 동일한 효과를 나타낸다.
도 2에 도시된 종래의 로고스키 코일 전류센서와 비교해 보면, 본 발명에 따른 로고스키 코일 전류센서는 상기 원형의 피씨비 기판(10)의 외부 테두리를 따라 피씨비 기판(10)의 두께 부분을 모두 덮을 수 있도록 동박 차폐부(30)가 추가로 형성되어 있다는 점에서 중요한 기술적 특징을 가진다.
도 2에는 상기 동박 차폐부(30)는 상기 피씨비 기판(10)의 외부 테두리의 두께 부분을 덮는 측면 덮개부(31)가 도시되어 있다. 상기 동박 차폐부(30)의 측면 덮개부(31)는 외부 전자기장에 의해 발생된 측면 노이즈가 섹션 Ⅰ을 관통하여 전달되는 것을 차단하여 원래 신호의 측정 오차를 감소시켜준다. 그러나, 상기 동박 차폐부(30)는 이에 한정되지 아니하며, 상기 피씨비 기판(10)의 상면 또는 하면을 덮는 상하면 덮개부(32)도 포함할 수 있는 바, 이 상하면 덮개부(32)에 대해서는 도 6을 참조로 상세히 후술하기로 한다.
또한, 상기 동박 차폐부(30)의 측면 덮개부(31)는 로고스키 코일부(20)이 형성된 원형의 피씨비 기판(10)에만 형성되는 것이 아니고, 접속 단자부에서 발생하는 노이즈에 의한 측정오차를 감소시키기 위하여 로고스키 코일 전류센서의 접속 단자가 내장된 센서 연결부(40)에까지 연장 형성될 수도 있다.
도 5의 (a)는 본 발명에 따른 로고스키 코일 전류센서의 제1 실시예에 있어서 피씨비 기판(10)에 측면 덮개부(31)가 결합된 상태를 도시한 것이고, 도 5의 (b)는 이 중에서 측면 덮개부(31)만을 별도로 도시한 것이다.
도 5의 (b)와 같이 측면 덮개부(31)만 형성된 동박 차폐부(30)는 별도 가공을 통해 제조한 다음 로고스키 코일부(20)이 형성된 피씨비 기판(10)에 부착시키는 공정을 통해 만들어질 수도 있고, 피씨비 기판(10)에 로고스키 코일부(20)을 형성하기 위한 동 도금 공정에서 동시에 만들어질 수도 있다. 본 발명에 따른 로고스키 코일 전류센서의 제조방법은 후자에 해당되는 바, 이에 대한 상세한 설명은 도 10 및 도 11을 참조로 후술하기로 한다.
도 6은 본 발명에 따른 로고스키 코일 전류센서의 제2 실시예를 나타낸다. 본 실시예에 따르면, 상기 동박 차폐부(30)가 측면 덮개부(31) 및 상하면 덮개부(32)를 모두 포함한다. 도 6의 (a)는 상기 측면 덮개부(31) 및 상하면 덮개부(32)가 모두 포함된 동박 차폐부(30)가 피씨비 기판(10)에 결합된 상태를 도시한 것이고, 도 6의 (b)는 이 중에서 동박 차폐부(30)만을 도시한 것이다.
상기 동박 차폐부(30)의 측면 덮개부(31)는 외부 전자기장에 의해 발생된 측면 노이즈가 섹션 Ⅰ을 관통하여 전달되는 것을 차단하여 원래 신호의 측정 오차에 감소시키기 위해 설치되는 것임은 이미 상기한 바와 같다.
상기 동박 차폐부(30)의 상하면 덮개부(32)는 외부 자기장에 의해 발생된 상하 노이즈가 피씨비 기판에 수직한 섹션 Ⅱ를 관통하여 전달되는 것을 차단하여 원래 신호의 측정 오차를 감소시켜 준다. 상기 상하면 덮개부(32)는 상기 피씨비 기판(10)의 외부 테두리 부분에서부터 상기 센싱홀(11)이 형성된 내부 테두리 부분까지 모두 덮도록 형성하는 것이 노이즈 차폐성을 향상시키는데 그 바람직하다.
도 6의 (b)와 같이 측면 덮개부(31) 및 상하면 덮개부(32)가 모두 형성된 동박 차폐부(30)는 별도 가공을 통해 제조된 다음 로고스키 코일부(20)이 형성된 피씨비 기판(10)에 부착시키는 공정을 통해 만들어질 수도 있고, 피씨비 기판(10)에 로고스키 코일부(20)을 형성하기 위한 동 도금 공정에서 동시에 만들어질 수도 있다. 본 발명에 따른 로고스키 코일 전류센서의 제조방법은 후자에 해당되는 바, 이에 대한 상세한 설명은 도 10 및 도 11을 참조로 후술하기로 한다.
로고스키 코일 전류센서는 출력 전압을 높이기 위하여 복수개의 코일을 적층하여 사용하기도 한다. 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 로고스키 코일 전류센서를 적층하여 사용하는 실시예를 나타낸다. 보다 상세하게 설명하면, 도 7은 도 5에 도시된 측면 덮개부(31)만이 형성된 2개의 로고스키 코일 센서(A,B)가 적층된 실시예이고, 도 8은 측면 덮개부(31)만 형성된 2개의 로고스키 코일 센서(A,B)가 중앙에 위치하고, 측면 덮개부(31) 및 상하면 덮개부(32)가 모두 형성된 2개의 로고스키 코일 센서(C,D)가 상단 및 하단에 위치하도록 적층된 실시예이다.
도 8에서와 같이, 로고스키 코일 센서의 피씨비 기판(10)을 복수개로 적층하는 경우에는, 중앙에 위치하는 피씨비 기판(10)에 형성되는 상기 동박 차폐부(30)는 상기 피씨비 기판(10)의 외부 테두리의 두께 부분을 덮는 측면 덮개부(31)로 이루어지고, 상단 및 하단에 위치하는 피씨비 기판(10)에 형성되는 상기 동박 차폐부(30)는 상기 피씨비 기판(10)의 외부 테두리의 두께 부분을 덮는 측면 덮개부(31)와 상기 피씨비 기판(10)의 상면 또는 하면을 덮는 상하면 덮개부(32)로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 적층된 4개의 로고스키 코일 전류센서(아래에서 부터 C,A,B,D)의 측면 덮개부(31)가 상하로 밀착된 상태로 접합됨으로써, 측면 노이즈가 피씨비 기판(10)의 섹션 Ⅰ을 관통하여 전달되는 것을 방지해 준다. 또한 상단 및 하단에 위치하는 로고스키 코일 센서(C,D)의 상하면 덮개부(32)가 상부 및 하부로 노출된 로고스키 코일부(20)을 완전히 덮어줌으로써, 상하 노이즈가 피씨비 기판(10)의 섹션 Ⅱ를 관통하여 전달되는 것을 방지해준다.
또한, 본 발명에 따르면 복수개의 피씨비 기판(10)을 복수개로 적층할 경우에 피씨비 기판(10)을 매우 간단한 방법으로 접합시킬 수 있다. 도 2에 도시된 종래의 로고스키 코일 전류센서의 경우에는 피씨비 기판을 별도의 커넥터를 이용하여 연결하여야 했다. 그러나, 본 발명에 따르면, 복수개의 피씨비 기판(10)을 적층하는 경우에는, 각각의 피씨비 기판(10)의 동박 차폐부(30) 중에서 상기 측면 덮개부(31)에 도전성 접착제를 도포하는 것만으로 간단하게 접합시킬 수 있는 것이다.
다시 말해, 피씨비 기판(10)에 코일을 구성하는 SMT 공정 상에서 측면 덮개부(31)에 납 또는 도전성 접착제를 도포한 후에 피씨비 기판(10)을 적층하고 리플로우 공정을 통과시키는 것만으로 양산이 가능하기 때문에 품질이 안정적이고 생산단가를 낮출 수 있다는 장점이 있다. 상기 도전성 접착제는 에폭시, 실리콘, 우레탄, 폴리아미드계 수지의 바인더에 은, 동, 니켈, 카본, 알루미늄, 도금 등의 도전성 필러가 분산되어 있는 것이며, 필요에 따라 다양한 종류의 도전성 접착제를 사용 가능하다.
도 9는 본 발명에 따른 로고스키 코일 전류센서가 복수개로 적층되는 경우에 우수한 노이즈 차폐성을 나타내는 원리를 간단히 설명한 도면이다. 도 9의 (a)는 도 2에 도시된 종래의 로고스키 코일 전류센서가 적층된 상태를 나타낸다. 복수개의 피씨비 기판(5)이 적층되는 경우에 비아홀(6)에 형성된 도금층(6a)의 두께로 인해 피씨비 기판(5)은 상호 밀착되지 못하게 된다. 그 결과, 피씨비 기판(5) 사이의 틈으로 측면 노이즈가 그대로 관통되기 때문에 원래 신호의 측정 오차가 발생하게 되는 것이다.
도 9의 (b)는 도 5에 도시된 본 발명에 따른 로고스키 코일 전류센서가 적층된 상태를 나타낸다. 복수개의 피씨비 기판(10)이 적층되고 비아홀(21)에 형성된 도금층(21a)으로 인해 피씨비 기판(10)이 상호 밀착되지 못한다 하더라도, 동박 차폐부(30)의 측면 덮개부(31)가 상호 밀착되고 전도성 접착제 등으로 완전히 밀착되면 하나의 측면 덮개부(31)가 적층된 피씨비 기판(10)의 두께 부분을 덮은 것과 동일한 결과를 나타낸다. 그 결과 측면 노이즈에 대한 차폐 효과를 발휘하여 원래 신호의 측정 오차를 크게 감소시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따라 복수개로 적층된 로고스키 코일 전류센서에 따르면, 전류 측정의 오차범위를 최소화함과 동시에 출력 전압을 최대화한다는 가장 중요한 설계목표를 실현할 수 있다.
이하에서, 도 10 및 도 11을 참조로 본 발명에 따른 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 제조방법의 가장 중요한 기술적 특징 중 하나는 종래의 로고스키 코일 전류센서에 새로이 추가되는 동박 차폐부(30)의 구성을 별도의 공정을 통하여 제조하는 것이 아니라, 로고스키 코일의 회로를 구성하는 동 도금 공정에서 동시에 제조할 수 있도록 한 것이다. 이에 의해, 본 발명에 따른 로고스키 코일 전류센서는 추가 제조공정 없이 종래의 프로세스 내에서 간편하게 제조할 수 있게 되므로, 제조비용을 절감하고 생산성을 높일 수 있다.
피씨비 기판을 비 자성체 코어로 사용하여 로고스키 코일 전류센서를 제조하는 방법을 설명한다.
먼저, 전류센서의 비 자성체 코어 및 코일 도금의 베이스를 제공하는 동박 적층판을 준비한다(S10). 제조 공정이 완료되면 동박 적층판은 회로가 프린트된 상태가 되므로 이를 피씨비(PCB: Printed Circuit Board) 기판이라고 칭한다. 따라서, 이하에서 동박 적층판과 피씨비 기판은 동일한 대상인 것으로 가정하고 설명한다.
도 11의 (a),(b)에서 보듯이 준비된 피씨비 기판(10) 상에 로고스키 코일이 형성될 부분의 최외각부(S)를 표시하고(S20), 이 외부 테두리를 따라서 일정 폭을 갖는 테두리홀(12)을 가공한다(S30). 상기 테두리홀(12)은 본 발명의 기술적 특징인 동박 적층부(30)의 측면 덮개부(31)를 형성하기 위하여 가공하는 것이다. 이 외에 상기 테두리홀(12)의 내부에 측정대상인 전력매체가 통과하는 센싱홀(11) 및 로고스키 코일이 권선되는 비아홀(21)을 함께 가공한다.
상기 테두리홀(12) 가공 단계는, 상기 로고스키 코일이 형성될 부분의 최외각부(S)를 일정 길이의 원호 부분이 제외된 원형의 테두리 형상으로 표시하고, 상기 최외각부(S)에서 제외된 일정 길이의 원호 부분은 후술하는 절단 단계에서 상기 로고스키 코일의 접속 단자(41,42)가 마련된 센서 연결부(40)가 되도록 절단한다.
상기 테두리홀(12), 센싱홀(11), 비아홀(21) 및 로고스키 코일의 도금라인(22)에 도금 유도제를 도포한다(S40). 이 도금 유도제는 후술하는 동 도금 공정에서 도금액이 피씨비 기판(10) 중에서 도금 유도제가 도포된 부분에만 도금되도록 해줌으로써 로고스키 코일의 회로가 설계된 대로 완성되도록 해준다.
상기 도금 유도제가 도포된 부분에 동박을 형성하기 위하여 동 도금을 실시한다(S50). 이 도금 공정 내에서 로고스키 코일을 위한 도금이 이루어짐과 동시에 본 발명의 기술적 특징인 동박 차폐부를 위한 도금도 동시에 이루어진다.
도금 공정이 완료되면, 도 11의 (c)에 도시된 보와 같이, 피씨비 기판(10) 중에서 상기 테두리홀(12)의 바깥쪽 면과 안쪽 면에 동시에 동 도금층이 형성된다. 이 중에서 동박 차폐부(30)의 측면 덮개부(31)를 형성하는 안쪽 면만이 남도록 절단한다.(S60). 그 결과, 본 발명에 따라 측면 덮개부(31)의 동박 차폐부(30)가 형성된 로고스키 코일 전류센서가 최종 제조된다.
필요한 경우에, 상기 절단이 완료된 피씨비 기판(10)을 복수개로 적층하여 로고스키 코일 전류센서를 제조할 수 있다. 이 때 각각의 피씨비 기판(10)의 상기 측면 덮개부(31)를 도전성 접착제로 접합하여 적층함으로써, 측면 노이즈를 완전히 차단할 수 있음은 도 9를 참조로 이미 상술한 바와 같다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 피씨비 기판 20: 로고스키 코일
21: 비아홀 22: 코일 도금라인
30: 동박 차폐부 31: 측면 덮개부
32: 상하면 덮개부 40: 센서 연결부
41,42: 접속 단자

Claims (9)

  1. 피씨비 기판을 비 자성체 코어로 사용하는 로고스키 코일 전류센서에 있어서,
    중앙에 측정대상인 전력매체가 통과하는 센싱홀(11)이 형성된 피씨비 기판(10); 상기 피씨비 기판(10) 상에 상기 센싱홀(11)의 둘레를 따라 일정한 방향으로 권선되어 형성된 로고스키 코일부(20); 상기 로고스키 코일부(20)과 전기적으로 연결된 접속 단자(41,42)가 마련된 센서 연결부(40); 및 상기 피씨비 기판(10)의 외부 테두리를 따라 상기 로고스키 코일부(20) 및 센서 연결부(40)를 차폐하기 위해 상기 피씨비 기판(10)의 두께 부분을 덮도록 형성된 동박 차폐부(30);를 포함하는 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 로고스키 코일부(20)는 상기 피씨비 기판(10) 상에 상기 센싱홀(11)의 둘레를 따라 2열로 된 비아홀(21)이 형성되고, 이 2열로 된 비아홀(21)을 지그재로 형태로 권선되도록 형성된 코일 도금라인(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 동박 차폐부(30)는 상기 피씨비 기판(10)의 외부 테두리의 두께 부분을 덮는 측면 덮개부(31)와 상기 피씨비 기판(10)의 상면 또는 하면을 덮는 상하면 덮개부(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 상하면 덮개부(32)는 상기 피씨비 기판(10)의 외부 테두리 부분에서부터 상기 센싱홀(11)이 형성된 내부 테두리 부분까지 모두 덮도록 형성된 것을 특징으로 하는 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 피씨비 기판(10)을 복수개로 적층하는 경우에는,
    중앙에 위치하는 피씨비 기판(10)에 형성되는 상기 동박 차폐부(30)는 상기 피씨비 기판(10)의 외부 테두리의 두께 부분을 덮는 측면 덮개부(31)로 이루어지고,
    상단 및 하단에 위치하는 피씨비 기판(10)에 형성되는 상기 동박 차폐부(30)는 상기 피씨비 기판(10)의 외부 테두리의 두께 부분을 덮는 측면 덮개부(31)와 상기 피씨비 기판(10)의 상면 또는 하면을 덮는 상하면 덮개부(32)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 피씨비 기판(10)을 복수개로 적층하는 경우에는, 각각의 피씨비 기판(10)의 동박 차폐부(30) 중에서 상기 측면 덮개부(31)가 도전성 접착제로 접합되는 것을 특징으로 하는 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서.
  7. 피씨비 기판을 비 자성체 코어로 사용하여 로고스키 코일 전류센서를 제조하는 방법에 있어서,
    피씨비 기판(10) 상에 로고스키 코일이 형성될 부분의 최외각부(S)를 표시하고, 이 외부 테두리를 따라서 일정 폭을 갖는 테두리홀(12)을 가공하는 단계;
    상기 테두리홀(12)의 내부에 측정대상인 전력매체가 통과하는 센싱홀(11) 및 로고스키 코일 및 센서 연결부가 권선되는 비아홀(21)을 가공하는 단계;
    상기 테두리홀(12), 비아홀(21), 로고스키 코일 및 센서 연결부의 도금라인(22)에 도금 유도제를 도포하는 단계;
    상기 도금 유도제가 도포된 부분에 동박을 형성하기 위하여 동 도금을 하는 단계; 및 상기 동 도금이 완료된 상기 피씨비 기판(10) 중에서 상기 테두리홀(12)의 바깥쪽 면과 안쪽 면에 중에서 상기 로고스키 코일 및 센서 연결부를 차폐하기 위해 동박 차폐부(30)의 측면 덮개부(31)를 형성하는 안쪽 면만이 남도록 절단하는 단계;를 포함하는 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 테두리홀(12) 가공 단계는, 상기 로고스키 코일이 형성될 부분의 최외각부(S)를 일정 길이의 원호 부분이 제외된 원형의 테두리 형상으로 표시하고,
    상기 절단 단계는, 상기 최외각부(S)에서 제외된 일정 길이의 원호 부분이 상기 로고스키 코일의 접속 단자(41,42)가 마련된 센서 연결부(40)가 되도록 절단하는 것을 특징으로 하는 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서의 제조방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 절단 단계는, 상기 절단된 피씨비 기판(10)를 복수개로 적층하는 때에는 각각의 피씨비 기판(10)의 상기 측면 덮개부(31)를 도전성 접착제로 접합하여 적층하는 로고스키 코일 적층 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 차폐성이 우수한 로고스키 코일 전류센서의 제조방법.
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