KR20070029239A

KR20070029239A - 직류 전류 센서

Info

Publication number: KR20070029239A
Application number: KR1020077000093A
Authority: KR
Inventors: 김현욱
Original assignee: (주)에이티에스네트웍스
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2007-03-13
Also published as: CN1985179A; WO2006006794A1; US20080054881A1; JP2008506946A; KR20050055066A; EP1774346A1

Abstract

간극을 갖는 자기코어를 비접촉방식으로 움직임에 따라 발생되는 기전력을 측정하여 직류 전류를 검출하는 직류 전류 센서에 관한 것으로, 측정될 전류를 가이드하는 도선이 관통하는 중공부가 내측에 형성되고, 대칭 구조의 두 개로 분리된 한 쌍의 자기코어, 한 쌍의 자기코어 한쪽에 권선되어 기전력을 측정하는 검출코일, 한 쌍의 자기코어 다른 쪽에 설치되어 한 쌍의 자기코어를 비접촉 방식으로 접근과 이격을 반복시키는 작동부재 및 한 쌍의 자기코어가 주기적으로 접근과 이격을 반복함에 따라 자기회로상에 기전력이 발생하도록 작동부재를 제어하는 제어부를 포함하고, 두 개로 분리된 한 쌍의 자기코어에 의해 한쌍의 자기코어 사이에는 한 쌍의 간극부가 형성되며, 한 쌍의 자기코어에서 발생된 기전력은 검출코일을 통해 측정되고, 검출코일의 측정값은 증폭회로를 통해 출력되어 도선에 흐르는 직류 전류가 검출되는 구성을 마련한다.

상기와 같은 직류 전류 센서를 이용하는 것에 의해, 간극이 미세하게 제어되어 검출정밀도를 높일 수 있다.

Description

직류 전류 센서{DC current sensor}

본 발명은 직류 전류 센서에 관한 것으로, 특히 간극을 갖는 자기코어를 비접촉방식으로 움직임에 따라 발생되는 기전력을 측정하여 직류 전류를 검출하는 직류 전류 센서에 관한 것이다.

최근, 인버터를 포함한 전기 장치, 전기 자동차 등과 같이 직류 전류를 사용하는 장치가 증가추세에 있지만, 필요한 제어를 위해 각종 장치에 내장된 직류 모터의 부하를 검출하고 필요한 제어를 행하기 위한 센서나 직류 전류 누설차단기 등에 사용되는 직류 전류 센서에 대한 필요성이 증가하고 있다.

이러한 직류 전류 센서로서는 자기 증폭기형, 자기 멀티바이브레이터형, 홀(Hall) 소자형 등으로 구성된 직류 전류 센서가 공지되어 있다.

걸리는 자속에 비례하여 전압의 출력을 나타내는 자기저항효과를 이용한 홀(Hall) 소자형은 페라이트계나 퍼멀로이계의 자기코어에 일정한 간격을 두고 그 사이에 홀소자를 위치시켜 걸리는 자속에 비례한 전압출력을 얻는다. 비접촉의 클램프방식이면서 직류 전류를 측정하는 방식은 위와 같이 홀소자를 적용하는 방식이 일반적이다.

홀소자의 적용은 자기코어 사이의 간격을 조절하고 자기코어의 소재를 바꾸 는 것으로 다양한 측정시스템을 구현할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 홀소자의 성능에 절대적으로 의존하여 수 밀리암페어(mA)의 미세전류 측정은 홀소자로 구현하기가 어렵다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 일예로서 독일 특허공개공보 제 DE 31 30 277 A1호에는 통풍 구멍내에 홀센서가 배치되도록 형성된 슬롯을 갖는 연자성 코어를 사용하는 직류 측정 센서가 공지되어 있다. 상기 공보에 개시된 기술로서 측정될 전류는 도체내에서 가이드되며, 상기 도체는 코일로서 연자성 코어를 둘러싸거나 공기틈에 이르기까지 링형으로 폐쇄되는 코어를 통해 가이드된다.

그러나, 이러한 센서들은 복잡하고 고가의 전자평가장치에 의해서만 구현될 수 있다. 왜냐하면 결정될 측정 변수에 대해 주어진 측정값이 비선형 종속성을 갖기 때문이다. 또한 측정 결과는 공기틈의 크기 및 사용된 홀센서에 따라 좌우됨으로서 공지된 센서는 매우 정확하게 제조되어야만 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 상,하단으로 분리된 한 쌍의 자기코어가 주기적으로 접근과 이격을 반복하는 비접촉 이동방식에 따라 직류 전류의 검출이 가능하여 그 구조가 간단하고 미세전류에서 대전류까지 전류 변화 검출 성능이 우수한 직류 전류 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 간극을 갖는 자기코어 사이의 이동간격이 커질수록 동일 전류에서의 기전력 변화가 크게 되어 능동적인 기전력의 조절이 가능하기 때문에 측정영역의 조절이나 검출 정밀도의 조정이 가능하여 측정시스템의 신뢰도를 높일 수 있는 직류 전류 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 간극을 갖는 자기코어와 진동자가 서로 접합되고 진동자의 미세한 움직임에 따라 능동적인 기전력의 조절이 가능하기 때문에 측정영역의 조절이나 검출 정밀도의 조정이 가능하여 측정시스템의 신뢰도를 높일 수 있는 직류 전류 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 평면상에 진동자와 자성박막이 서로 접합되어 배치함으로써 소형화된 박막형태의 구조를 마련하여 저가의 전류검출이 가능한 직류 전류 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 단순한 증폭회로의 구성으로 충분한 출력을 낼 수 있고 신호대 잡음비가 좋아서 별도의 필터회로가 필요없는 저가의 직류 전류 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 자기코어를 동작시키는 구동원으로 솔레노이드밸브, 공압실린더밸브 또는 압전세라믹 진동자 등의 어떠한 방식도 적용 가능한 직류 전류 센서를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 직류 전류 센서는 측정될 전류를 가이드하는 도선이 관통하는 중공부가 내측에 형성되고, 대칭 구조의 두 개로 분리된 한 쌍의 자기코어, 상기 한 쌍의 자기코어 한쪽에 권선되어 기전력을 측정하는 검출코일, 상기 한 쌍의 자기코어 다른 쪽에 설치되어 한 쌍의 자기코어를 비접촉 방식으로 접근과 이격을 반복시키는 작동부재 및 상기 한 쌍의 자기코어가 주기적으로 접근과 이격을 반복함에 따라 자기회로상에 기전력이 발생하도록 상기 작동부재를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 두 개로 분리된 한 쌍의 자기코어에 의해 상기 한쌍의 자기코어 사이에는 한 쌍의 간극부가 형성되며, 상기 한 쌍의 자기코어에서 발생된 기전력은 검출코일을 통해 측정되고, 상기 검출코일의 측정값은 증폭회로를 통해 출력되어 도선에 흐르는 직류 전류가 검출되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 직류 전류 센서에 있어서, 상기 한 쌍의 자기코어는 상,하단으로 분리된 환상의 연자성 재료로 구성된 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 직류 전류 센서에 있어서, 상기 작동부재는 측정하고자 하는 직류 전류량과 비례하는 기전력을 발생하기 위해 작동부재에 연결 설치된 동작용 자기코어를 상하로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 직류 전류 센서에 있어서, 상기 제어부는 상기 작동부재를 통해 동작용 자기코어의 이동간격을 조절하여 센서의 검출 정밀도를 조정하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 직류 전류 센서는 일측이 개구되어 간극부를 갖는 환상 구조이며, 측정될 전류를 가이드하는 도선이 관통하는 중공부가 내측에 형성된 자기코어,상기 자기코어의 간극부에 설치되어 기전력을 측정하는 검출코일, 상기 검출코일을 비접촉 방식으로 자기코어에 접근과 이격을 반복시키는 작동부재 및 상기 검출코일과 자기코어가 주기적으로 접근과 이격을 반복함에 따라 자기회로상에 기전력이 발생하도록 상기 작동부재를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 자기코어에서 발생된 기전력은 검출코일을 통해 측정되어 도선에 흐르는 직류 전류가 검출되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 직류 전류 센서에 있어서, 상기 작동부재는 측정하고자 하는 직류 전류량과 비례하는 기전력을 발생하기 위해 작동부재에 연결 설치된 검출코일을 상하 또는 좌우로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 직류 전류 센서에 있어서, 상기 제어부는 상기 작동부재를 통해 검출코일의 이동간격을 조절하여 센서의 검출 정밀도를 조정하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 직류 전류 센서에 있어서, 상기 검출코일의 권선수를 조정하여 수 밀리암페어(mA)의 미세전류에서 수 암페어(A) 이상의 대전류까지 넓은 영역의 직류 전류를 검출하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 직류 전류 센서에 있어서, 상기 제어부는 상기 자기코어 내부에 흐르는 자속에 의한 자기회로를 개폐시키는 자기회로 온/오프동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 직류 전류 센서는 일측이 개구되어 간극부를 갖는 환상 구조이며, 측정될 전류를 가이드하는 도선이 관통하는 중공부가 내측에 형성된 자기코어, 상기 자기코어의 한쪽에 권선되어 기전력을 측정하는 검출코일, 상기 자기코어 다른 쪽에 설치되어 상기 간극부의 간극 거리의 접근과 이격이 반복되도록 하는 작동부재 및 상기 간극부가 주기적으로 접근과 이격을 반복함에 따라 자기회로상에 기전력이 발생하도록 상기 작동부재를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 자기코어에서 발생된 기전력은 검출코일을 통해 측정되고, 상기 검출코일의 측정값은 증폭회로를 통해 출력되어 도선에 흐르는 직류 전류가 검출되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 직류 전류 센서는 일측이 개구되어 간극부를 갖는 환상 구조이며, 측정될 전류를 가이드하는 도선이 관통하는 중공부가 내측에 형성된 자기코어, 상기 자기코어 둘레에 따라 설치되어 상기 간극부의 간극 거리의 접근과 이격이 반복되도록 하는 진동부재, 상기 자기코어와 상기 진동부재의 한쪽에 권선되어 기전력을 측정하는 검출코일 및 상기 간극부가 주기적으로 접근과 이격을 반복함에 따라 자기회로상에 기전력이 발생하도록 상기 작동부재를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 자기코어에서 발생된 기전력은 검출코일을 통해 측정되고, 상기 검출코일의 측정값은 증폭회로를 통해 출력되어 도선에 흐르는 직류 전류가 검출되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 직류 전류 센서에 있어서, 상기 진동부재는 상기 자기코어의 내측에 마련되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 직류 전류 센서에 있어서, 상기 진동부재는 상기 자기코어의 외측에 마련되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 직류 전류 센서에 있어서, 상기 간극부의 간극 거리는 조절 가능한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 직류 전류 센서는 그 두께방향으로 다수개의 홈이 형성된 간극부를 갖는 환상 구조이며, 측정될 전류를 가이드하는 도선이 관통하는 중공부가 내측에 형성된 자기코어, 상기 자기코어와 층을 이루며 설치되어 상기 간극부의 홈 사이의 간극 거리의 접근과 이격이 반복되도록 하는 진동부재, 상기 자기코어와 상기 진동부재의 한쪽에 권선되어 기전력을 측정하는 검출코일 및 상기 간극부가 주기적으로 접근과 이격을 반복함에 따라 자기회로상에 기전력이 발생하도록 상기 작동부재를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 자기코어에서 발생된 기전력은 검출코일을 통해 측정되고, 상기 검출코일의 측정값은 증폭회로를 통해 출력되어 도선에 흐르는 직류 전류가 검출되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 직류 전류 센서에 있어서, 상기 진동부재는 상기 자기코어의 하부에 마련되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 직류 전류 센서에 있어서, 상기 진동부재는 상기 자기코어의 상부에 마련되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 직류 전류 센서는 측정될 전류를 가이드하는 도선이 관통하는 중공부가 내측에 형성된 자기코어, 상기 한 쌍의 자기코어 한쪽에 권선되어 기전력을 측정하는 검출코일, 상기 자기코어의 대향측에 설치되어 상기 자기코어를 비접촉 방식으로 접근과 이격을 반복시키는 진동부재 및 상기 한 쌍의 자기코어가 주기적으로 접근과 이격을 반복함에 따라 자기회로상에 기전력이 발생하도록 상기 작동부재를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 진동부재와 상기 자기코어 사이에는 간극부가 형성되며, 상기 진동부재는 평면상에 장착된 진동자와 상기 진동자의 표면을 도금한 자성박막을 구비하고, 상기 자기코어에서 발생된 기전력은 검출코일을 통해 측정되고, 상기 검출코일의 측정값은 증폭회로를 통해 출력되어 도선에 흐르는 직류 전류가 검출되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 직류 전류 센서에 있어서, 상기 도금은 Ni 또는 NiFe가 도금인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 및 그밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 직류 전류 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 직류 전류 센서의 개략적인 시스템 구성도,

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 직류 전류 센서의 동작상태도,

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 직류 전류 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 의한 직류 전류 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 의한 직류 전류 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면,

도 7은 본 발명의 제5 실시예에 의한 직류 전류 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면,

도 8는 본 발명의 제6 실시예에 의한 직류 전류 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면,

도 9는 본 발명에 의한 직류 전류 센서의 동작 설명도.

발명의 실시를 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

또한, 본 발명의 설명에 있어서는 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

이하, 본 발명의 제1 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 직류 전류 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 직류 전류 센서의 개략적인 시스템 구성도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 직류 전류 센서의 동작 상태도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 직류 전류 센서는 상,하단으로 분리된 한 쌍의 자기코어(10,20)가 내측에 중공부(15)가 형성된 환상(고리 모양)의 연자성 재료로 배치된 코어 형상을 기본 구조로 하며, 한 쌍으로 이루어진 상,하단의 자기코어(10,20)는 대칭의 구조로 배열되어 있다. 즉, 상,하단으로 분리된 한 쌍의 자기코어(10,20)에 의해 코어 사이에는 한쌍의 제1의 간극부(140)가 형성된다.

상기 자기코어(10,20)는 통상 자기 특성뿐만 아니라 작업 능력을 고려해 볼 때 퍼멀로이 C(70％ Ni-5 Mo-4 Cu-bal Fe)가 바람직하기는 하지만, 실리콘 강철판, 비정질, 전자석 연철, 연페라이트(soft ferrite) 및 이들의 조합물과 같은 공지된 연자성체를 사용할 수 있다.

상기 하단의 자기코어(20;이하, 고정용 자기코어라 한다)에는 한 쌍의 자기코어(10,20)가 제1의 간극부(140)에 의해 비접촉 방식으로 접근과 이격하는 동작을 주기적으로 반복함에 따라 발생되는 기전력을 측정하기 위한 검출코일(30)이 권선되어 있고, 상기 검출코일(30)의 측정값은 검출코일(30)에 접속된 증폭회로(40;예를 들면, 차동증폭회로)를 통해 제어유닛(50)에 전달되어 직류 전류를 검출하게 된다.

상기 제어유닛(50)은 측정값인 직류 전류를 검출하기 위해 공지된 회로를 가지며, 이 검출값은 예컨대 컴퓨터(도시안됨)로 공급되거나 또는 디스플레이(60)를 통해 선택적으로 표시될 수 있다.

그리고, 상기 제어유닛(50)은 상기 한 쌍의 자기코어(10,20) 내부에 흐르는 자속에 의한 자기회로를 개폐시키는 자기회로 온/오프동작을 기구적 또는 전자회로적인 방법을 적용하여 제어한다.

상기 상단의 자기코어(10;이하, 동작용 자기코어라 한다)에는 측정하고자 하는 직류 전류량과 비례하는 기전력을 발생하기 위해 제1의 간극부(140)를 유지하면서 동작용 자기코어(10)를 상하로 이동시키는 작동부재(70)가 설치되어 있으며, 상기 작동부재(70)는 제어유닛(50)의 제어신호에 의해 작동부재용 전원스위치가 온/오프 스위칭됨에 따라 작동하는 솔레노이드밸브, 공압실린더밸브 또는 압전세라믹 진동자 등과 같은 다양한 방식의 구동원이 적용 가능하다.

한편, 미설명 부호(90)은 상기 작동부재(70) 및 검출코일(30)을 고정시키는 지지프레임이고, 미설명 부호(72)는 상기 동작용 자기코어(10)를 작동부재(70)에 체결시키는 체결부재이다.

본 발명에서 간단히 원형으로 제시되는 자기코어(10,20)의 구조는 임의로 변형될 수 있으며, 이와 마찬가지로 자기코어(10,20)의 횡단면은 예컨대 원형, 타원형, 직사각형, 다각형 또는 임의의 형태를 가질 수 있음은 물론이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제1의 간극부(140)를 유지하면서 고리 모양으로 형성된 한쌍의 자기코어(10,20)의 중공부(15)에는 직류 전류가 흐르는 도선(100)이 관통하여 설치되며, 상기 도선(100)을 통해 측정하고자 하는 직류 전류가 가이드된다.

따라서, 상술한 제1 실시예의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 직류 전류 센서에 의하면, 상,하단으로 분리되어 간극을 갖는 한 쌍의 자기코어를 주기적으로 접근과 이격을 반복하는 비접촉 방식에 의한 직류 전류의 검출이 기본적으로 가능하며, 또한 그 신호처리에 있어서 단순한 증폭회로의 구성으로 수 밀리암페어(mA)의 미세전류로부터 수 암페어(A) 이상의 대전류까지 넓은 전류영역을 측정할 수 있는 저가의 신뢰성 있는 직류 전류의 측정시스템을 구현하고, 동일한 측정시스템에서 직류 전류의 측정 범위를 가변할 수 있는 획기적인 기능을 구현하는 시스템을 만들 수 있다는 효과가 있다

다음에 본 발명에 따른 제2 실시예를 도 4에 따라 설명한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 직류 전류 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 직류 전류 센서는 일측이 개구되어 제2의 간극부(160)를 갖는 자기코어(110)를 마련한 것이다. 이 자기코어(110)는 그의 내측에 중공부(115)가 형성된 환상(고리 모양)의 연자성 재료로 형성되고, 상기 자기코어(110)의 제2의 간극부(160)에는 자기코어(110)와 비접촉 방식으로 접근과 이격하는 동작을 주기적으로 반복함에 따라 발생되는 기전력을 측정하기 위한 검출코일(120)이 설치되어 있으며, 상기 검출코일(120)의 측정값을 처리하는 신호처리회로는 도 2에 도시한 시스템 구성도와 동일하다.

상기 검출코일(120)에는 측정하고자 하는 직류 전류량과 비례하는 기전력을 발생하기 위해 검출코일(120)을 상하 또는 좌우로 이동시키는 작동부재(도시안됨)가 설치되어 있으며, 상기 작동부재는 제어유닛(50)의 제어신호에 의해 작동부재용 전원스위치가 온/오프 스위칭됨에 따라 작동하는 솔레노이드밸브, 공압실린더밸브 또는 압전세라믹 진동자 등과 같은 다양한 방식의 구동원이 적용 가능하다.

한편, 미설명 부호(130)은 상기 자기코어(110)을 고정시키는 지지프레임이고, 미설명 부호(132), (134)는 체결부재이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서는 제1의 간극부(140)를 마련하는 한 쌍의 자기코어(10,20)에 의해 구성된 자기회로 상에서 동작용 자기코어(10)를 주기적으로 상하 움직임에 따라 발생하는 기전력을 측정하여 직류 전류를 검출하는 방식을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 도 4에 도시한 바와 같이, 자기코어(110)의 일측에 마련된 제2의 간극부(160)에 권선된 검출코일(120)을 주기적으로 상하 또는 좌우로 움직여도 교류형태의 기전력이 발생된다는 점에 착안하여 직류 전류를 검출하는 방식을 발명하였으며, 이 방식에서도 상술한 제1 실시예와 동일한 목적 및 효과를 달성할 수 있음은 물론이다.

다음에 본 발명에 따른 제3 실시예를 도 5에 따라 설명한다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 의한 직류 전류 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 직류 전류 센서는 일측이 개구되어 제3의 간극부(170)을 갖는 자기코어(210)를 마련하고, 자기코어(210)의 외측 둘레에 따라 압전 진동자(220)가 마련된 것이다.

즉, 제3의 실시예에 따른 직류 센서는 압전 진동자(220)와 자기코아(210)가 한쌍으로 서로 접합되어 배치되고, 자기코어(210)의 일측에 제3의 간극부(170)을 마련한 형태이다.

그러나, 자기코어(210)와 압전 진동자(220)의 내외부 배치순서는 도 5에 도시된 구조에 한정되는 것은 아니며, 자기코어(210)가 압전 진동자(220)의 외측 둘레에 따라 마련되어도 좋다.

또, 이 자기코어(210)는 그의 내측에 중공부(15)가 형성된 환상(고리 모양)의 연자성 재료로 형성되고, 상기 자기코어(210)와 압전 진동자(220)에는 자기코어(210)의 제3의 간극부(170)의 간극 거리의 접근과 이격하는 동작을 주기적으로 반복함에 따라 발생되는 기전력을 측정하기 위한 검출코일(30)이 설치되어 있으며, 상기 검출코일(30)의 측정값을 처리하는 신호처리회로는 도 2에 도시한 시스템 구성도와 동일하다.

즉, 제3의 실시예에 의하면 압전 진동자(220)의 미세한 움직임에 의하여 자기코어(210)의 제3의 간극부(170)의 간극부분의 거리가 가까웠다 멀었다 하면서 걸리는 자속의 진동주기에 따르는 변화를 유도하며, 이를 외부에 권선된 검출도선으로 전압출력의 형태로 감지한다.

따라서,간극이 없어서 포화자속밀도를 동일한 크기의 코어에서 높이지 못하여 간극형성에 의한 부차적인 효과가 없는 종래의 자왜형 센서의 문제점을 해결하는 본 발명의 제3의 실시예에 있어서는 자기코어(210)에 마련된 제3의 간극부(170)의 간격을 자유자재로 만들 수 있어서 포화자속밀도를 높일 수 있게 된다.

또, 자기코어(210)의 내부가 응력을 받아서 투자율이 변화하는 효과를 얻는다. 투자율의 변화로 걸리는 고정된 자속이 순간적으로 바뀌고 이에 따라서 직류전류를 검출할 수 있다.

도 5에 도시된 구조 이외의 구조 및 기능은 도 1 내지 도 4에 도시된 구조와 도일하므로 그 반복적인 설명은 생략한다.

다음에 본 발명에 따른 제4 실시예를 도 6에 따라 설명한다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 의한 직류 전류 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 직류 전류 센서는 그 두께 방향으로 다수개의 홈이 형성된 제4의 간극부(180)을 갖는 자기코어(310)와 자기코어(310)의 하측에 압전 진동자(320)를 마련한 것이다.

즉, 제4의 실시예에 따른 직류 전류 센서는 압전 진동자(320)와 자기코어 (310)가 한쌍으로 층을 이루며 서로 접합되어 배치되고, 자기코어(310)의 다수 곳에 제4의 간극부(180)을 마련한 형태이다. 또, 이 제4의 간극부(180)는 상술한 제1 내지 제3의 실시예와는 달리 자기코어(310)을 관통하는 것이 아니고, 자기코어(310)의 두께 방향으로 홈을 형성한 것이다.

그러나, 자기코어(310)와 압전 진동자(320)의 층의 배치순서는 도 6에 도시된 구조에 한정되는 것은 아니며, 자기코어(310)가 압전 진동자(320)의 하부에에 마련되어도 좋다.

또, 이 자기코어(310)는 그의 내측에 중공부(15)가 형성된 환상(고리 모양)의 연자성 재료로 형성되고, 상기 자기코어(310)와 압전 진동자(320)에는 자기코어(310)의 제4의 간극부(180)의 간극 거리의 접근과 이격하는 동작을 주기적으로 반복함에 따라 발생되는 기전력을 측정하기 위한 검출코일(30)이 설치되어 있으며, 상기 검출코일(30)의 측정값을 처리하는 신호처리회로는 도 2에 도시한 시스템 구성도와 동일하다.

즉, 제4의 실시예에 의하면 압전 진동자(320)의 미세한 움직임에 의하여 자기코어(310)의 제4의 간극부(180)의 홈 부분의 거리가 가까웠다 멀었다 하면서 걸리는 자속의 진동주기에 따르는 변화를 유도하며, 이를 외부에 권선된 검출도선으로 전압출력의 형태로 감지한다.

따라서, 본 발명의 제4의 실시예에 있어서도 자기코어(310)에 마련된 제3의 간극부(170)의 홈의 간격 또는 홈의 개수를 자유자재로 형성하는 것에 의해 포화자속밀도를 높일 수 있게 된다.

또, 그 밖의 특징 및 효과는 도 5도 도시된 구조와 동일하며, 도 6에 도시된 구조 이외의 구조 및 기능은 도 1 내지 도 4에 도시된 구조와 도일하므로 그 반복적인 설명은 생략한다.

다음에 본 발명에 따른 제5 실시예를 도 7에 따라 설명한다.

도 7은 본 발명의 제5 실시예에 의한 직류 전류 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 직류 전류 센서는 일측이 개구되어 제5의 간극부(190)을 갖는 자기코어(410)와 이 자기코어(410)의 다른 일측에 마련된 솔레노이드 진동자(420)를 마련한 것이다.

이 자기코어(410)는 그의 내측에 중공부(15)가 형성된 환상(고리 모양)의 연자성 재료로 형성되고, 상기 자기코어(410)의 제5의 간극부(190) 이외의 일부분에 기전력을 측정하기 위한 검출코일(30)이 설치되어 있으며, 상기 검출코일(30)의 측정값을 처리하는 신호처리회로는 도 2에 도시한 시스템 구성도와 동일하다.

상기 진동자(420)은 측정하고자 하는 직류 전류량과 비례하는 기전력을 발생하기 위해 제5의 간극부(190)의 간극 거리의 접근과 이격하는 동작을 주기적으로 반복시키는 동작을 실행한다.

즉, 제5의 실시예에 있어서는 도 1 또는 도 4에 도시된 구조에 있어서 검출코일(30)을 자기코어(410)에 마련한 것 이외는 동일한 구조이 그 반복적인 설명은 생략한다.

다음에 본 발명에 따른 제6 실시예를 도 8에 따라 설명한다.

도 8은 본 발명의 제6 실시예에 의한 직류 전류 센서의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제6 실시예에 따른 직류 전류 센서는 평면 부재(520)상에 압전 진동자(530)가 장착되고, 이 압전 진동자(530)의 표면에 Ni 또는 NiFe가 도금된 자성박막(540)이 마련되고, 이 자성 박막(540)의 하단부에 검출도선(30)과 박막형 자기코어(510)가 형성된 구조이다.

즉, 제6 실시예에서의 자기코어(510)는 퍼멀로이 C(70％ Ni-5 Mo-4 Cu-bal Fe)가 바람직하기는 하지만, 실리콘 강철판, 비정질, 전자석 연철, 연페라이트(soft ferrite) 및 이들의 조합물과 같은 공지된 연자성체를 사용할 수 있다.

또, 박막형 자기코어(510)에는 제6의 간극(200)에 의해 비접촉 방식으로 접근과 이격하는 동작을 주기적으로 반복함에 따라 발생되는 기전력을 측정하기 위한 검출코일(30)이 권선되어 있고, 검출코일(30)의 측정값은 검출코일(30)에 접속된 증폭회로를 통해 제어유닛에 전달되어 직류 전류를 검출하게 된다.

그 외의 신호처리회로등은 도 2에 도시한 시스템 구성도와 동일하다.

따라서, 도 8에 도시된 제6 실시예에서는 소형화된 박막형태의 구조를 갖고 있으며 반도체 공정을 적용할 수 있어서, 제6의 간극부(200)의 간극을 미세하게 조절할 수 있게 된다. 이에 따라 소형화되고 저가의 전류검출이 가능한 전류 센서를 만들 수 있고 간극이 미세하게 제어되어 검출정밀도를 높일 수 있다는 효과가 얻어진다.

이하, 상기와 같이 구성된 직류 전류 센서의 작용효과를 설명한다.

도 9는 본 발명에 의한 직류 전류 센서의 동작 설명도이다.

일반적으로, 전류의 흐름이 시간적으로 변하는 교류와 같은 경우에는 자기회로에 역방향의 기전력이 발생하며, 이를 측정하여 전류를 검출한다. 그러나, 직류 전류의 경우에는 전류의 흐름이 시간적으로 변하지 않으므로 기전력에 의한 전류의 검출이 불가능하다.

따라서, 본 발명은 간극부를 갖고, 한 면이 권선되어 있는 자기코어에 의해 자기회로를 구성하는 시스템을 기본 구조로 하고, 직류 전류의 흐름으로 자기코어 상에 걸리는 자속이 일정하다는 사실에 근거하여 동작용 자기코어 또는 진동자는 자기회로의 개폐를 위한 스위치 역할을 하고, 권선부가 있는 고정용 자기코어(20)는 자기회로의 개폐에 따른 기전력의 발생을 검출하는 기능을 수행하도록 한다.

이때, 측정하고자 하는 직류 전류는 자기코어 사이를 관통하는 도선(100)을 따라 흐른다.

먼저, 제어유닛(50)의 제어신호에 따라 작동부재용 전원스위치(도시안됨)가 온/오프되어 작동부재(70)가 물리적으로 온/오프 스위칭된다(S10).

상기 작동부재(70)가 온/오프 스위칭됨에 따라 작동부재(70)에 설치된 동작용 자기코어(10) 또는 진동자가 상하좌우로 이동하여 동작용 자기코어(10) 또는 진동자가 고정용 자기코어에 비접촉방식으로 접근과 이격하는 동작을 주기적으로 반복하게 된다(S20).

직류 전류의 흐름에 비례하여 자기코어에 걸리는 자속이 일정할 때, 상기 동작용 자기코어와 고정용 자기코어가 가까이 접근하는 경우에는 자기저항이 없는 회 로가 되고, 자기코어가 소정거리 이격되는 경우에는 자기저항이 발생하여 주기적으로 자기코어가 접근과 이격을 반복하면서 일정한 자속의 흐름을 방해하여 자기회로상에 마치 교류 전류가 흐르는 것과 같은 상태가 되어 기전력이 발생한다(S30).

이때, 발생되는 기전력을 고정용 자기코어에 권선된 검출코일(30)에서 측정하고(S40), 이 측정값은 검출코일(30)에 접속된 증폭회로(40)를 통해 전압으로 출력되어 제어유닛(50)에 전달된다(S50).

상기 증폭회로(40)를 통해 출력되는 전압은 직류 전류에 대한 출력비가 좋아서 단순한 증폭회로(40)의 구성으로 충분한 출력을 낼 수 있고 신호대 잡음비가 좋아서 신호처리회로에 별도의 필터회로가 필요하지 않다.

따라서, 상기 제어유닛(50)에서는 증폭회로(40)로부터 전달되는 전압값에 따라 직류 전류를 검출하여 컴퓨터(도시안됨)로 공급하거나 또는 디스플레이(60)를 통해 선택적으로 표시해 준다(S60).

상기와 같이, 본 발명에서 제안된 직류 전류 센서는 비접촉방식으로 직류 전류를 검출하는 방법으로서, 직류 전류가 흐르는 도선(100)에 클램프(Clamp) 방식으로 부착할 수 있으며, 도선(100)의 단선이 불필요하다.

그리고, 본 발명은 자기코어의 재료선정, 간극부의 간극 거리, 간극부의 개수 또는 검출코일(30)의 권선수를 조정하여 수 밀리암페어(mA)의 미세전류로부터 수 암페어(A) 이상의 대전류까지 다양한 영역의 직류 전류를 검출할 수 있도록 제안되어 있다.

본 발명의 또 한가지 중요한 특징은 검출 정밀도의 조정이다. 일반적인 경우 측정전류의 영역이 제한적이나, 본 발명은 한 쌍의 자기코어 사이의 이동간격이 커질수록 동일 전류에서의 기전력 변화가 크게 되어 능동적으로 기전력의 조절이 가능하기 때문에 측정 영역을 조절하거나 검출 정밀도를 조정하는 것이 가능하다. 일반적으로는 동일 측정시스템에서 전자회로의 조작을 제외하고는 이러한 기능을 가지는 것이 제한적이나, 본 발명은 검출 정밀도의 조정과 측정영역의 조절이 용이하여 측정시스템의 신뢰도가 높아진다.

또한, 본 발명은 최종 출력신호의 처리에 있어서 그 출력은 자기코어의 작동주기에 비례한 교류의 출력이며 차동증폭회로와 같은 단순한 증폭회로를 적용한 간단한 회로의 구성만으로 양호한 측정시스템을 만들 수 있다. 그래서 저렴한 비용으로 검출 정밀도가 높은 직류 전류 측정기를 만들 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

상술한 제1 실시예의 설명에서와 같이 본 발명에 의한 직류 전류 센서에 의하면, 상,하단으로 분리되어 간극을 갖는 된 한 쌍의 자기코어를 주기적으로 접근과 이격을 반복하는 비접촉 방식에 의한 직류 전류의 검출이 기본적으로 가능하며, 또한 그 신호처리에 있어서 단순한 증폭회로의 구성으로 수 밀리암페어(mA)의 미세전류로부터 수 암페어(A) 이상의 대전류까지 넓은 전류영역을 측정할 수 있는 저가의 신뢰성 있는 직류 전류의 측정시스템을 구현하고, 동일한 측정시스템에서 직류 전류의 측정 범위를 가변할 수 있는 획기적인 기능을 구현하는 시스템을 만들 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 직류 전류 센서에 의하면, 센서의 출력형태가 전압의 출력이면서 직류 전류에 대한 전압의 출력비가 좋아서 단순한 증폭회로의 구성으로 충분한 출력을 낼 수 있고 신호대 잡음비가 좋아서 신호처리회로에 별도의 필터회로가 필요하지 않으며 전류가 흐르지 않는 경우에는 출력이 없어서 영점이 문제되지 않음에 따라 회로상의 영점조정이 불필요하다. 또한 동일한 자기코어의 간격을 조절하여 동일 직류 전류에서의 출력전압을 높일 수 있기 때문에 일정범위에서 출력신호의 증폭도를 조절하는게 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 직류 전류 센서에 의하면, 최종의 제조에 있어서 비교적 단순한 구성이므로, 저렴한 비용으로 측정기를 만들 수 있다. 기구적인 움직임을 구현하는 방법으로는 솔레노이드밸브나 공압실린더밸브 또는 압전세라믹 진동자 등과 같은 다양한 방식의 구동원을 적용하는게 가능하다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 직류 전류 센서에 의하면, 소형화된 박막형태의 구조를 갖고 있으며 반도체 공정을 적용할 수 있어서 간극부의 간극을 미세하게 조절할 수 있어, 소형화되고 저가인 센서이며, 간극이 미세하게 제어되어 검출정밀도를 높일 수 있다는 효과도 얻어진다.

본 발명에 따른 직류 전류 센서는 전기 장치, 전기 자동차 등과 같이 직류 전류를 사용하는 장치에 필요한 제어를 위해 부하를 검출하고 필요한 제어를 실행하기 위한 센서나 직류 전류의 측정기 등에 적용할 수 있다.

Claims

측정될 전류를 가이드하는 도선이 관통하는 중공부가 내측에 형성되고, 대칭 구조의 두 개로 분리된 한 쌍의 자기코어,

상기 한 쌍의 자기코어 한쪽에 권선되어 기전력을 측정하는 검출코일,

상기 한 쌍의 자기코어 다른 쪽에 설치되어 한 쌍의 자기코어를 비접촉 방식으로 접근과 이격을 반복시키는 작동부재 및

상기 한 쌍의 자기코어가 주기적으로 접근과 이격을 반복함에 따라 자기회로상에 기전력이 발생하도록 상기 작동부재를 제어하는 제어부를 포함하고,

상기 두 개로 분리된 한 쌍의 자기코어에 의해 상기 한쌍의 자기코어 사이에는 한 쌍의 간극부가 형성되며,

상기 한 쌍의 자기코어에서 발생된 기전력은 검출코일을 통해 측정되고,

상기 검출코일의 측정값은 증폭회로를 통해 출력되어 도선에 흐르는 직류 전류가 검출되는 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
제 1항에 있어서,

상기 한 쌍의 자기코어는 상,하단으로 분리된 환상의 연자성 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
제 2항에 있어서,

상기 작동부재는 측정하고자 하는 직류 전류량과 비례하는 기전력을 발생하기 위해 작동부재에 연결 설치된 동작용 자기코어를 상하로 이동시키는 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어부는 상기 작동부재를 통해 동작용 자기코어의 이동간격을 조절하여 센서의 검출 정밀도를 조정하는 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
일측이 개구되어 간극부를 갖는 환상 구조이며, 측정될 전류를 가이드하는 도선이 관통하는 중공부가 내측에 형성된 자기코어,

상기 자기코어의 간극부에 설치되어 기전력을 측정하는 검출코일,

상기 검출코일을 비접촉 방식으로 자기코어에 접근과 이격을 반복시키는 작동부재 및

상기 검출코일과 자기코어가 주기적으로 접근과 이격을 반복함에 따라 자기회로상에 기전력이 발생하도록 상기 작동부재를 제어하는 제어부를 포함하고,

상기 자기코어에서 발생된 기전력은 검출코일을 통해 측정되어 도선에 흐르는 직류 전류가 검출되는 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
제 5항에 있어서,

상기 작동부재는 측정하고자 하는 직류 전류량과 비례하는 기전력을 발생하 기 위해 작동부재에 연결 설치된 검출코일을 상하 또는 좌우로 이동시키는 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
제 5항 또는 제 6항에 있어서,

상기 제어부는 상기 작동부재를 통해 검출코일의 이동간격을 조절하여 센서의 검출 정밀도를 조정하는 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
제 1항 또는 제 5항에 있어서,

상기 검출코일의 권선수를 조정하여 수 밀리암페어(mA)의 미세전류에서 수 암페어(A) 이상의 대전류까지 넓은 영역의 직류 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
제 1항 또는 제 5항에 있어서,

상기 제어부는 상기 자기코어 내부에 흐르는 자속에 의한 자기회로를 개폐시키는 자기회로 온/오프동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
일측이 개구되어 간극부를 갖는 환상 구조이며, 측정될 전류를 가이드하는 도선이 관통하는 중공부가 내측에 형성된 자기코어,

상기 자기코어의 한쪽에 권선되어 기전력을 측정하는 검출코일,

상기 자기코어 다른 쪽에 설치되어 상기 간극부의 간극 거리의 접근과 이격 이 반복되도록 하는 작동부재 및

상기 간극부가 주기적으로 접근과 이격을 반복함에 따라 자기회로상에 기전력이 발생하도록 상기 작동부재를 제어하는 제어부를 포함하고,

상기 자기코어에서 발생된 기전력은 검출코일을 통해 측정되고, 상기 검출코일의 측정값은 증폭회로를 통해 출력되어 도선에 흐르는 직류 전류가 검출되는 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
일측이 개구되어 간극부를 갖는 환상 구조이며, 측정될 전류를 가이드하는 도선이 관통하는 중공부가 내측에 형성된 자기코어,

상기 자기코어 둘레에 따라 설치되어 상기 간극부의 간극 거리의 접근과 이격이 반복되도록 하는 진동부재,

상기 자기코어와 상기 진동부재의 한쪽에 권선되어 기전력을 측정하는 검출코일 및

상기 간극부가 주기적으로 접근과 이격을 반복함에 따라 자기회로상에 기전력이 발생하도록 상기 작동부재를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 자기코어에서 발생된 기전력은 검출코일을 통해 측정되고, 상기 검출코일의 측정값은 증폭회로를 통해 출력되어 도선에 흐르는 직류 전류가 검출되는 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
제 11항에 있어서,

상기 진동부재는 상기 자기코어의 내측에 마련되는 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
제 11항에 있어서,

상기 진동부재는 상기 자기코어의 외측에 마련되는 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
제 12항 또는 제 13항에 있어서,

상기 간극부의 간극 거리는 조절 가능한 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
그 두께 방향으로 다수개의 홈이 형성된 간극부를 갖는 환상 구조이며, 측정될 전류를 가이드하는 도선이 관통하는 중공부가 내측에 형성된 자기코어,

상기 자기코어와 층을 이루며 설치되어 상기 간극부의 홈 사이의 간극 거리의 접근과 이격이 반복되도록 하는 진동부재,

상기 자기코어와 상기 진동부재의 한쪽에 권선되어 기전력을 측정하는 검출코일 및

상기 간극부가 주기적으로 접근과 이격을 반복함에 따라 자기회로상에 기전력이 발생하도록 상기 작동부재를 제어하는 제어부를 포함하고,

상기 자기코어에서 발생된 기전력은 검출코일을 통해 측정되고, 상기 검출코 일의 측정값은 증폭회로를 통해 출력되어 도선에 흐르는 직류 전류가 검출되는 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
제 15항에 있어서,

상기 진동부재는 상기 자기코어의 하부에 마련되는 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
제 15항에 있어서,

상기 진동부재는 상기 자기코어의 상부에 마련되는 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
제 16항 또는 제 17항에 있어서,

상기 간극부의 홈의 간극 거리는 조절 가능한 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
측정될 전류를 가이드하는 도선이 관통하는 중공부가 내측에 형성된 자기코어,

상기 한 쌍의 자기코어 한쪽에 권선되어 기전력을 측정하는 검출코일,

상기 자기코어의 대향측에 설치되어 상기 자기코어를 비접촉 방식으로 접근과 이격을 반복시키는 진동부재 및

상기 한 쌍의 자기코어가 주기적으로 접근과 이격을 반복함에 따라 자기회로상에 기전력이 발생하도록 상기 작동부재를 제어하는 제어부를 포함하고,

상기 진동부재와 상기 자기코어 사이에는 간극부가 형성되며,

상기 진동부재는 평면상에 장착된 진동자와 상기 진동자의 표면을 도금한 자성박막을 구비하고,

상기 자기코어에서 발생된 기전력은 검출코일을 통해 측정되고, 상기 검출코일의 측정값은 증폭회로를 통해 출력되어 도선에 흐르는 직류 전류가 검출되는 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
제 19항에 있어서,

상기 도금은 Ni 또는 NiFe가 도금인 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.
제 19항에 있어서,

상기 간극부의 간극 거리는 조절 가능한 것을 특징으로 하는 직류 전류 센서.