KR102435583B1 - 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서 - Google Patents

탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 측정하고자 하는 전류가 흐르는 1차측 권선; 측정하고자 하는 전류에 의해서 자계 유도되는 전류를 도통하되, 탄소나노튜브 권선이 적용된 2차측 권선 및 상기 2차측 권선으로 도통되는 전류에 따른 전류치를 계측하는 전류계측부를 포함하는 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서를 제공할 수 있다.

Description

탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서{Magnetic field type current sensor manufactured with Carbon nanotube wire}
본 발명은 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 2차측 권선에 탄소나노튜브 권선을 적용함으로써, 유도 전류가 도통될 시 온도 변화에 따른 저항값의 변화가 민감하지 않아 정밀도가 향상된 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서에 관한 것이다.
전류 센서는 회로에 흐르는 전류치를 측정하는 센서로서, 측정대상 전류 또는 측정대상 전류에 의해 유도되는 전류를 도통시키는 전선 또는 저항에 일반적으로 구리(Cu)를 적용하고 있다.
그러나, 구리는 온도 변화에 따른 저항값의 변화가 커 전류측정의 정밀도를 저하시키거나, 온도 변화를 억제하기 위해 방열부를 구비함으로써 전류센서의 가격, 무게 및 크기가 증가하는 문제가 있다.
한편, 탄소나노튜브(CNT: Carbon Nano Tube)는 6각형 고리로 연결된 탄소들이 긴 대롱 모양을 이루는 신소재로서 기계적, 전기적, 물리적 특성이 기존보다 우수하며, 내부 연결구조에 따라 도체, 반도체 또는 절연체로 활용될 수 있어 다양한 산업 분야에 활용이 증가되고 있다.
탄소나노튜브는 구리와 비교하였을 때, 전기전도도가 1000배 높고, 무게가 1/8로 가벼우며, 인공적으로 생산이 가능하여 생산 비용 절감이 가능함은 물론 생산 과정에서 미세먼지가 발생하지 않는다는 장점이 있다. 또한 탄소나노튜브의 열 전도도는 6000W/m.k로, 이는 구리 및 알루미늄과 비교하였을 때 약 14배 내지 17배에 해당한다.
이러한 장점을 갖는 탄소나노튜브를 전선(electric wire)으로 사용하기 위해서는 절연을 위한 외피가 필요하다. 즉 일반적으로 케이블 용으로 사용되는 탄소나노튜브 권선은 절연외피 제작공정이 필수로 추가되어 생산비용의 증가를 초래하며, 절연외피에 의해 그 무게 및 크기가 증가하는 문제가 있다.
종래 기술로 한국등록특허 제10-1939539호(차폐 구조를 가지는 로고스키 코일 전류 센서)가 공개되어 있다.
상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 2차측 권선에 탄소나노튜브 권선을 적용함으로써, 유도 전류가 도통될 시 온도 변화에 따른 저항값의 변화가 민감하지 않아 정밀도가 향상된 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서는 측정하고자 하는 전류가 흐르는 1차측 권선; 측정하고자 하는 전류에 의해서 자계 유도되는 전류를 도통하되, 탄소나노튜브 권선이 적용된 2차측 권선 및 상기 2차측 권선으로 도통되는 전류에 따른 전류치를 계측하는 전류계측부를 포함하는 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서를 제공할 수 있다.
또한 자성체인 코어를 더 포함하고, 상기 2차측 권선은 상기 코어에 코일 형태로 감겨지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 2차측 권선으로부터 나오는 전류를 증폭시키는 신호증폭기를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 탄소나노튜브 권선은 복수의 탄소나노튜브 가닥이 서로 꼬인(twisted) 구조 또는 땋인(braided) 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 탄소나노튜브 권선은 복수의 탄소나노튜브 가닥과 금속선이 혼합되어 서로 꼬인(twisted) 구조 또는 땋인(braided) 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 탄소나노튜브 권선은 내심 권선 및 상기 내심 권선과 동축을 가지며, 상기 내심 권선을 감싸는 형태로 구성되는 외심 권선을 포함할 수 있다.
또한 상기 탄소나노튜브 권선은 상기 내심 권선 및 상기 외심 권선 중 적어도 하나가 복수의 탄소나노튜브 가닥으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 탄소나노튜브 권선은 상기 내심 권선 및 상기 외심 권선 중 적어도 하나가 복수의 탄소나노튜브 가닥이 서로 꼬인(twisted) 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 탄소나노튜브 권선은 상기 내심 권선 및 상기 외심 권선 중 적어도 하나가 복수의 탄소나노튜브 가닥이 서로 땋인(braided) 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 탄소나노튜브 권선은 상기 내심 권선 및 상기 외심 권선 중 적어도 하나가 복수의 탄소나노튜브 가닥을 장방향으로 연결시킨 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 탄소나노튜브 권선은 상기 내심 권선 및 상기 외심 권선 중 하나가 복수의 탄소나노튜브 가닥이 서로 꼬인(twisted) 구조 또는 땋인(braided) 구조로 형성되고, 나머지 하나가 복수의 탄소나노튜브 가닥을 장방향으로 연결시킨 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서의 상기 2차측 권선은 상기 전류계측부 내부에 위치되어 홀 소자와 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서는 2차측 권선에 탄소나노튜브 권선을 적용함으로써, 유도 전류가 도통될 시 온도 변화에 따른 저항값의 변화가 민감하지 않아 정밀도가 향상될 수 있다.
또한 방열부, 절연외피 등이 필요하지 않아 기존 구리 등을 사용하는 전류센서에 비해 가격, 무게 및 크기를 최소화 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2의 (a) 및 (b)는 도 1의 2차측 권선에 적용되는 탄소나노튜브 권선의 일 예를 나타낸 도면.
도 3의 (a) 및 (b)는 도 1의 2차측 권선에 적용되는 탄소나노튜브 권선의 다른 예를 나타낸 도면.
도 4 내지 도 11은 도 1의 2차측 권선에 적용되는 탄소나노튜브 권선의 또 다른 예를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서를 개략적으로 나타낸 도면.
도 13은 도 12의 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서를 도시한 단면도.
도 14의 (a) 및 (b)는 탄소나노튜브 권선과 구리 권선을 실험을 위해 설치한 사진.
도 15는 탄소나노튜브 권선과 구리 권선의 온도 변화에 따른 DC 저항값 그래프.
도 16의 (a) 내지 (d)는 온도에 따른 탄소나노튜브 권선과 구리 권선의 표피 깊이 분석 결과 그래프.
도 17은 탄소나노튜브 권선과 구리 권선의 주파수 및 온도 변화에 따른 AC-DC 저항 그래프.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도 1 내지 도 17을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2의 (a) 및 (b)는 도 1의 2차측 권선에 적용되는 탄소나노튜브 권선의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 3의 (a) 및 (b)는 도 1의 2차측 권선에 적용되는 탄소나노튜브 권선의 다른 예를 나타낸 도면이며, 도 4 내지 도 11은 도 1의 2차측 권선에 적용되는 탄소나노튜브 권선의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서는 일반적으로 사용되는 구리를 전기전도도 및 열전도도가 우수하고 온도에 따른 저항변화율이 작은 탄소나노튜브(CNT: Carbon Nano Tube)로 대체함으로써, 온도변화에 민감하지 않고 전류치의 측정정밀도가 우수한 전류센서를 제공하고자 한다.
탄소나노튜브(CNT: Carbon Nano Tube)는 구리(Cu)와 비교하였을 때, 전기전도도가 1000배 높고, 무게가 1/8로 가벼우며, 인공적으로 생산이 가능하여 생산 비용 절감이 가능함은 물론 생산 과정에서 미세먼지가 발생하지 않는다는 장점 이 있다. 또한 탄소나노튜브의 열 전도도는 6000W/m.k로, 이는 구리 및 알루미늄과 비교하였을 때 약 14배 내지 17배에 해당한다.
이러한 특징을 갖는 탄소나노튜브를 전류센서에 적용할 시 절연외피가 없는 탄소나노튜브 권선(3)으로 제작하여 사용함으로써, 무게, 크기 및 가격을 최소화할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서는 1차측 권선(1), 코어(2), 2차측 권선(3) 및 전류계측부(4)를 포함할 수 있다.
1차측 권선(1)은 측정하고자 하는 전류, 즉 측정대상전류(I)가 직접적으로 흐르는 전선일 수 있다.
코어(2)는 자성체로 형성될 수 있으며, 중심 내부로 1차측 권선(1)이 지나가도록 링 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 이루어질 수도 있다.
이에 1차측 권선(1)에 전류가 흐르면, 측정하고자 하는 전류(1차측 전류)에 의해 자계가 발생하고, 코어(2) 내부의 자계 변화에 따라 코어(2)에 전류(2차측 전류)가 유도될 수 있다.
2차측 권선(3)은 코어(2)에 코일 형태로 감겨져, 코어(2)에 유도된 전류(2차측 전류)를 도통할 수 있다. 전류계측부(4)로 2차측 전류를 도통시켜 전류치가 계측되도록 할 수 있다.
이러한 2차측 권선(3)은 탄소나노튜브 권선(3)이 적용될 수 있다. 탄소나노튜브 권선(3)에 대하여는 하기에서 도 2 내지 도 11을 참조하여 자세하게 설명하기로 한다.
전류계측부(4)는 2차측 권선(3)으로 도통되는 전류에 따른 전류치를 계측할 수 있다. 이러한 전류계측부(4)는 전류의 값을 측정하는 전류계로 이루어지거나, 저항을 구비하여 저항(션트 저항)에 발생하는 전압을 측정해 전압값을 전류값으로 변환하는 장치로 이루어질 수도 있다.
또한 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서는 신호증폭기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
신호증폭기는 2차측 권선(3)으로부터 나오는 전류를 증폭시킬 수 있다. 이는 측정되는 전류값 또는 전압값이 너무 낮을 경우 측정정확도가 낮아질 수 있기 때문에, 측정되는 신호를 증폭시켜 보다 정확한 계측이 이루어지도록 할 수 있는 것이다.
도 2 내지 도 11을 참조하여, 탄소나노튜브 권선(3)에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
탄소나노튜브 권선(3)은 탄소나노튜브로 형성되는 전선으로, 복수의 탄소나노튜브 가닥(300)으로 형성됨이 보다 바람직하나, 이에 한정되지 않고, 하나의 탄소나노튜브 가닥(300)으로 구성될 수도 있다.
또한 탄소나노튜브 권선(3)은 복수의 탄소나노튜브 가닥(300)과 복수의 금속선(301)을 혼합하여 구성할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 탄소나노튜브 권선(3)은 일 예로 복수의 탄소나노튜브 가닥(300)이 서로 꼬인(twisted) 구조로 형성될 수 있다.
여기서 꼬인(twisted) 구조는 복수의 탄소나노튜브 가닥(300)을 말아 꼰 스크류 형상을 나타내는 구조로, 로프(twisted rope) 구조일 수 있다.
또한 복수의 탄소나노튜브 가닥(300)과 금속선(301)이 혼합되어 서로 꼬인(twisted) 구조를 형성할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 탄소나노튜브 권선(3)은 다른 예로 복수의 탄소나노튜브 가닥(300)이 서로 땋인(braided) 구조로 형성될 수 있다.
여기서 땋인(braided) 구조는 복수의 탄소나노튜브 가닥(300)에 브레이딩 공정을 적용하여 형성된 브레이디드 구조일 수 있다.
또한 복수의 탄소나노튜브 가닥(300)과 금속선(301)이 혼합되어 형성될 수도 있다(도 3의 (b)).
이와 같은 탄소나노튜브 권선(3)은 단일 탄소나노튜브 가닥(300)으로 이루어지는 권선에 비해 견고한 구조를 가질 수 있으며, 이에 다양한 외부 조건 하에서도 일차원 전도 특성을 유지할 수 있다.
도 4를 참조하면, 탄소나노튜브 권선(3)은 또 다른 예로, 내심 권선(30a) 및 외심 권선(30b)을 포함하는 동축 구조를 가질 수 있다.
내심 권선(30a)은 탄소나노튜브 권선(3)의 중심에 형성될 수 있다.
외심 권선(30b)은 내심 권선(30a)과 동축을 가지며 내심 권선(30a)을 감싸는 형태로 형성될 수 있다.
여기서 내심 권선(30a) 및 외심 권선(30b) 중 적어도 하나는 하나 이상의 탄소나노튜브 가닥(300)으로 구성될 수 있다. 이때 금속선(301)이 포함될 수도 있다.
예를 들어, 내심 권선(30a)과 외심 권선(30b) 모두 하나 이상의 탄소나노튜브 가닥(300)으로 구성될 수 있다.
또는 내심 권선(30a)이 하나 이상의 탄소나노튜브 가닥(300)으로 구성되고 외심 권선(30b)이 하나 이상의 금속선(301)으로 구성될 수 있다. 이와 반대로, 내심 권선(30a)이 하나 이상의 금속선(301)으로 구성되고 외심 권선(30b)이 하나 이상의 탄소나노튜브 가닥(300)으로 구성될 수 있다.
이하의 설명에서는 내심 권선(30a) 및 외심 권선(30b)이 모두 하나 이상의 탄소나노튜브 가닥(300)으로 구성된 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
내심 권선(30a)과 외심 권선(30b)은 각각 꼬인(twisted) 구조, 땋인(braided) 구조 및 장방향으로 연결시킨 구조 중 하나로 이루어질 수 있다.
먼저, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 내심 권선(30a) 및 외심 권선(30b) 모두 복수의 탄소나노튜브 가닥(300)이 서로 꼬인(twisted) 구조로 형성될 수 있다. 이때, 꼬인 방향은 반대로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 동일하게 이루어질 수도 있다.
이때 외심 권선(30b)은 복수의 탄소나노튜브 가닥(300)이 서로 땋인(braided) 구조로 형성될 수도 있다.
또한 외심 권선(30b)은 복수의 탄소나노튜브 가닥(300)을 장방향으로 연결시킨 구조로 형성될 수도 있다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 내심 권선(30a) 및 외심 권선(30b) 모두 복수의 탄소나노튜브 가닥(300)이 서로 땋인(braided) 구조로 형성될 수 있다.
이때 외심 권선(30b)은 복수의 탄소나노튜브 가닥(300)이 서로 꼬인(twisted) 구조로 형성될 수도 있다.
또한 외심 권선(30b)은 복수의 탄소나노튜브 가닥(300)이 서로 땋인(braided) 구조로 형성될 수도 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 내심 권선(30a)은 복수의 탄소나노튜브 가닥(300)을 장방향으로 연결시킨 구조로 형성될 수 있다.
외심 권선(30b)은 복수의 탄소나노튜브 가닥(300)이 서로 꼬인(twisted) 구조 또는 땋인(braided) 구조로 형성될 수 있다.
이와 같은 탄소나노튜브 권선(3)은 동축 구조로 이루어져 있어 표피가 벗겨지더라도 일차원 전도 특성을 유지할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 13은 도 12의 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서를 도시한 단면도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서는 1차측 권선(1), 2차측 권선(미도시), 전류계측부(4) 및 신호증폭기(미도시)를 포함하되, 전류계측부(4)에 홀 소자(40)가 구성되어 2차측 권선이 전류계측부(4) 내부에 위치될 수 있다.
여기서, 1차측 권선(1)은 기판(S)에 배선으로 형성되어 측정하고자 하는 전류, 즉 측정대상전류(I)가 흐를 수 있다.
2차측 권선(미도시)은 측정하고자 하는 전류에 의해서 유도된 전류를 도통하는 것으로, 전류계측부(4) 내의 권선일 수 있다. 보다 구체적으로, 전류계측부(4)의 홀 소자(40)에 연결되어, 측정대상전류(I)에 의해 발생된 자계를 통해 유도된 전류가 흐를 수 있다.
이러한 2차측 권선은 탄소나노튜브 권선(3)이 적용될 수 있다. 탄소나노튜브 권선(3)에 대해서는 본 발명의 제1 실시예에서 구체적으로 설명하였으므로 생략하기로 한다.
전류계측부(4)는 1차측 권선(1)에 연결되게 기판(S)에 설치되어, 1차측 권선(1)으로부터 전류가 흘러 들어오가 나갈 수 있다.
또한 전류계측부(4)는 홀 소자(40)가 구비될 수 있다.
홀 소자(40)는 1차측 권선(1)으로부터 들어온 전류에 의해 발생된 자계가 가해져, 자계에 대한 직각 방향으로 기전력이 발생하고 전위차에 의해 전류가 유도될 수 있다. 이때, 홀 소자(40)에는 2차측 권선(3)이 연결되어 있어 유도된 전류가 2차측 권선(3)을 통해 흐를 수 있으며, 2차측 권선(3)에 전압을 측정하는 계측기가 연결될 수 있다.
여기서 전류계측부(4)의 계측기는 유도된 전류의 전압을 측정하는 것으로, 측정대상전류(I)의 전류치를 계측할 수 있다.
신호증폭기는 2차측 권선으로부터 나오는 전류를 증폭시킬 수 있는 것으로, 전류계측부(4) 내부에 위치될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서는 2차측 권선에 탄소나노튜브 권선을 적용함으로써, 유도 전류가 도통될 시 온도 변화에 따른 저항값의 변화가 민감하지 않아 정밀도가 향상될 수 있다.
또한 방열부, 절연외피 등이 필요하지 않아 기존 구리 등을 사용하는 전류센서에 비해 가격, 무게 및 크기를 최소화 시킬 수 있다.
상기에서 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서를 제1 및 제2 실시예로 나누어서 설명하였으나, 이는 설명의 편의성 및 이해가 쉽도록 하기 위해 실시예를 나눠 설명한 것으로, 각 실시예에 한정되는 것이 아니며, 실시예의 구성은 설계 변경하여 서로 적용될 수 있다.
이하, 상기에서 설명한 본 발명에 대해 실험예 및 실시예를 들어 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 본 발명이 반드시 이들 실험예 및 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실험예 1] 온도 변화에 따른 저항값 측정
탄소나노튜브 권선과 구리 권선의 온도 변화에 따른 저항값을 측정하기 위하여, 도 14와 같이, 50cm의 탄소나노튜브 권선(0.8mm)과 구리 권선(0.2mm)을 'ㄷ'자 형태로 설치하여 온도 변화(0~100℃)에 따라 DC 전류에 의한 저항값을 측정하였다.
그 결과는 도 15와 같다.
도 15는 탄소나노튜브 권선과 구리 권선의 온도 변화에 따른 DC 저항값 그래프이다.
도 15를 보면 알 수 있듯이, 탄소나노튜브 권선 보다 구리 권선의 DC 저항변동률이 높은 것을 확인할 수 있었다. 이는 구리 권선의 온도 계수(temperature coefficient)가 더 크다는 것을 의미한다.
따라서 탄소나노튜브 권선이 구리 권선 보다 온도 변화가 큰 고전력 회로 부품으로 사용되기에 적합하다고 판단된다.
[실험예 2] 온도 변화에 따른 표피 깊이 측정
탄소나노튜브 권선과 구리 권선의 온도 변화에 따른 표피 깊이를 측정하기 위하여, 10MHz의 주파수(AC)로 고정하여 각 온도(25℃, 75℃)에서 표피 깊이(δ)를 측정하였다.
그 결과는 도 16과 같다.
도 16의 (a) 내지 (d)는 온도에 따른 탄소나노튜브 권선과 구리 권선의 표피 깊이 분석 결과 그래프이다.
도 16을 보면 알 수 있듯이, 탄소나노튜브 권선의 표피 깊이는 25℃에서 114.38㎛, 75℃에서 120.25㎛인 것을 확인할 수 있었다. 25℃에서 75℃로 증가함에 따라 표피 깊이가 5.87㎛ 증가하였다.
그리고 구리 권선의 표피 깊이는 25℃에서 20.20㎛, 75℃에서 21.99㎛인 것을 확인할 수 있었다. 25℃에서 75℃로 증가함에 따라 표피 깊이가 1.78㎛ 증가하였다.
즉, 온도 상승에 따른 구리 권선보다 탄소나노튜브 권선의 표피 깊이 증가 정도가 큰 것을 확인할 수 있었다.
주파수가 고정되면 표피 증가에 따라 AC 저항은 감소함으로, 구리 권선보다 탄소나노튜브 권선이 온도 증가에 따른 AC 저항 변화(상승)가 작을 것으로 판단된다.
[실험예 3] 주파수 및 온도 변화에 따른 저항값 측정
탄소나노튜브 권선과 구리 권선의 저항값 변화도를 확인하기 위하여, 주파수 및 온도 변화에 따른 AC-DC 저항을 측정하였다.
그 결과는 도 17과 같다.
도 17은 탄소나노튜브 권선과 구리 권선의 주파수 및 온도 변화에 따른 AC-DC 저항 그래프이다.
도 17을 보면 알 수 있듯이, 0MHz에서 10MHz까지의 주파수 변화와 0℃에서 100℃까지의 온도 변화 내에서 탄소나노튜브 권선은 표피 깊이가 크고 온도 계수가 상당히 작아 AC-DC 저항이 구리 권선 보다 지속적으로 낮은 것을 확인할 수 있었다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
1: 1차측 권선
2: 코어
3: 2차측 권선
30: 탄소나노튜브 권선
30a: 외심 권선
30b: 내심 권선
300: 탄소나노튜브 가닥
301: 금속선
4: 전류계측부
40: 홀 소자
I: 측정대상전류
S: 기판

Claims (12)

  1. 측정하고자 하는 전류가 흐르는 1차측 권선;
    측정하고자 하는 전류에 의해서 자계 유도되는 전류를 도통하되, 탄소나노튜브 권선이 적용된 2차측 권선 및
    상기 2차측 권선으로 도통되는 전류에 따른 전류치를 계측하는 전류계측부를 포함하는 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서.
  2. 제1항에 있어서,
    자성체인 코어를 더 포함하고,
    상기 2차측 권선은,
    상기 코어에 코일 형태로 감겨지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2차측 권선은,
    상기 전류계측부 내부에 위치되어 홀 소자와 연결되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 2차측 권선으로부터 나오는 전류를 증폭시키는 신호증폭기를 더 포함하는 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 권선은,
    복수의 탄소나노튜브 가닥이 서로 꼬인(twisted) 구조 또는 땋인(braided) 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 권선은,
    복수의 탄소나노튜브 가닥과 금속선이 혼합되어 서로 꼬인(twisted) 구조 또는 땋인(braided) 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 권선은,
    내심 권선 및
    상기 내심 권선과 동축을 가지며, 상기 내심 권선을 감싸는 형태로 구성되는 외심 권선을 포함하는 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 권선은,
    상기 내심 권선 및 상기 외심 권선 중 적어도 하나가 복수의 탄소나노튜브 가닥으로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 권선은,
    상기 내심 권선 및 상기 외심 권선 중 적어도 하나가 복수의 탄소나노튜브 가닥이 서로 꼬인(twisted) 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 권선은,
    상기 내심 권선 및 상기 외심 권선 중 적어도 하나가 복수의 탄소나노튜브 가닥이 서로 땋인(braided) 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 권선은,
    상기 내심 권선 및 상기 외심 권선 중 적어도 하나가 복수의 탄소나노튜브 가닥을 장방향으로 연결시킨 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 권선은,
    상기 내심 권선 및 상기 외심 권선 중 하나가 복수의 탄소나노튜브 가닥이 서로 꼬인(twisted) 구조 또는 땋인(braided) 구조로 형성되고,
    나머지 하나가 복수의 탄소나노튜브 가닥을 장방향으로 연결시킨 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 권선으로 제작한 자계방식 전류센서.
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