KR20100115947A

KR20100115947A - 전류센서의 구조 및 그 제조방법

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Publication number: KR20100115947A
Application number: KR1020090034621A
Authority: KR
Inventors: 정상원; 김성회; 김상덕; 손정권; 김병수; 송재우; 이경학
Original assignee: 우리산업 주식회사
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2010-10-29
Also published as: KR101090051B1

Abstract

본 발명은 전류센서를 형성하는 각 구성품을 신속하고 견고하게 배치시킬 수 있을 뿐만 아니라 이를 생산하기 위한 제조공정 및 단가를 크게 낮출 수 있는 전류센서의 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 전류버스바가 관통하는 관통공이 형성되고 상기 관통공의 둘레에는 수용공간부가 형성된 케이스, 상기 케이스의 수용공간부에 배치되되 양 단부가 서로 마주보도록 이격되는 소정의 갭을 형성한 코어, 상기 케이스의 수용공간부 내에 배치되며 상기 케이스에 형성되는 터미널과 접촉하는 PCB 기판, 상기 PCB 기판에 접촉하며 상기 코어의 갭에 배치되는 홀소자, 및 상기 케이스의 수용공간부를 마감하는 커버를 포함하되, 상기 케이스, 터미널 및 코어는 인서트 사출을 통해 일체로 성형되는 것을 특징으로 하므로 상기 케이스 수용공간부 내에 터미널과 코어를 배치하고 이를 다시 고정시키기 위한 공정을 배제시킬 수 있어 생산성을 높이이고 생산단가를 크게 절감시킬 수 있으며, 밀봉재에 의한 응력 불량을 근본적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.

전류센서, 홀소자, 코어, PCB 기판

Description

전류센서의 구조 및 그 제조방법{Structure of current sensor and method for manufacturing}

본 발명은 전류센서의 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 전류센서를 형성하는 각 구성품을 신속하고 견고하게 배치시킬 수 있을 뿐만 아니라 이를 생산하기 위한 제조공정 및 단가를 크게 낮출 수 있는 전류센서의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차에는 차량용 네비게이션 시스템과 같은 전기부품들의 장착이 증가하고 있는 추세에 있으며, 따라서 차량 배터리에서의 전력소모는 더욱 증가하고 있다.

자동차 시동시나 중행중 피크전류(peak current)는 수 백 암페어(empere)에 달하는 경우도 있다. 이에 따라, 근래에는 배터리로부터 각 부하로 분기되는 도선에 흐르는 전류를 정확히 측정하여 부품의 고장이나 불량을 확인하고 있다.

이를 위해 전류센서가 사용되고 있는데, 이는 전류가 흐르면서 생기는 자기장을 이용하여 전도체에 흐르는 전류를 측정하는 센서이다.

그 일예로서 일본공개특허 제2002-296305호(이하, '종래기술'이라 함)에 개재된 전류센서에 대하여 개략적으로 설명하면 이하와 같다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래기술에 따른 전류센서(10)는 차량의 배터리(미도시)와 차량의 전장품(미도시) 사이에 설치되는 것으로, 전류버스바(bus bar, 미도시)가 관통하는 케이스(11) 및 커버(41)와, 상기 케이스(11) 내에 복수개로 적층되어 수납되는 코어(31)와, 상기 코어(31)에 형성된 갭(S)부분에 배치되는 홀소자(hall ic, 22)가 장착된 PCB 기판(Printed Circuit Board, 23)으로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래기술의 전류센서(10)에 따르면, 상기 전류버스바로 흐르는 전류에 의해 코어(31)에 발생된 자속을 홀소자(22)가 감지하고, 이에 대응하는 홀전압(hall voltage)을 발생시킨다. 그리고, 상기 홀소자(22)에 의해 발생되는 홀전압을 이용하여 전류버스바에 흐르는 전류를 측정하게 된다.

이러한 상기 전류센서(10)를 제조하기 위해서는, 먼저 PCB 기판(23)에 홀소자(22)를 부착시키는 공정을 수행한 후 상기 케이스(11) 내에 PCB 기판(23)과 코어(31)를 순차적으로 배치하게 된다.

다음, 상기 케이스(11) 내에 배치된 PCB 기판(23)과 코어(31)가 유동하는 것을 방지하기 위해 그 내부에 엑폭시 등 젤타입의 경화성 밀봉재를 충진한다.

이후, 상기 밀봉재가 완벽히 경화된 상태에 이르게 되면, 상기 커버(41)를 케이스(11)에 덮어 밀봉시키는 과정을 거쳐 제조를 완료한다.

그러나, 상기 종래기술에 따른 전류센서(10)는 상기 PCB 기판(23)에 홀소자(22)를 미리 부착시키고 밀봉재를 충진했으므로, 상기 밀봉재의 경화시간이 길어지는 것에 따른 시간 공수율이 높아 생산성이 떨어지는 용인이 되었고 제조공정이 번거로웠다.

또한, 종래기술에 따르면, 고가의 밀봉재를 사용하므로 전류센서(10)의 전체 생산단가를 높이는 원인으로 작용하였다.

더욱이, 상기 밀봉재가 액체상태에서 고체로 경화하는 과정에서 큰 응력을 발생시키므로 케이스(11) 내부에 미리 정위치 된 PCB 기판(23)과 코어(31)의 변위를 야기하여 불량이 발생되는 문제점이 있었다.

특히, 정위치로부터 벗어난 PCB 기판(23)은 그 표면에 부착된 홀소자(22)의 위치도 함께 가변시킴에 따라 전류 검출의 정확도 및 감도를 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발명의 목적은 밀봉재를 사용하지 않고도 견고한 조립이 가능하도록 하여 생산성을 높이고 제품단가를 낮출 수 있는 전류센서의 구조 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전류센서의 구조는 전류버스바가 관통하는 관통공이 형성되고 상기 관통공의 둘레에는 수용공간부가 형성된 케이스,

상기 케이스의 수용공간부에 배치되되 양 단부가 서로 마주보도록 이격되는 소정의 갭을 형성한 코어,

상기 케이스의 수용공간부 내에 배치되며 상기 케이스에 형성되는 터미널과 접촉하는 PCB 기판,

상기 PCB 기판에 접촉하며 상기 코어의 갭에 배치되는 홀소자, 및

상기 케이스의 수용공간부를 마감하는 커버를 포함하되,

상기 케이스, 터미널 및 코어는 인서트 사출을 통해 일체로 성형되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 케이스에는 홀소자를 감싸는 상태로 수용하는 수용홈이 추가적으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수용홈 내에 배치된 홀소자는 융착에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 PCB 기판은 홀소자 및 터미널 단자에 각각 전기적으로 연결되는 제1 단자접촉부와 제2 단자접촉부를 형성하되, 상기 제1 단자접촉부와 제2 단자접촉부는 일측이 트임된 홈의 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 PCB 기판은 상기 수용홈의 일단부에 얹혀져서 조립되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 PCB 기판의 제1 단자접촉부와 제2 단자접촉부는 상호 대각선 방향에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스와 커버는 융착에 의해 밀폐되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 케이스에는 내부에서 발생된 열을 외부로 용이하게 방출시키는 다수개의 방열구가 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 전류센서의 구조 제조방법은 전류버스바가 관통하는 관통공과 수용공간부를 가지는 케이스 및 상기 수용공간부에 배치되는 코어와 터미널을 인서트 사출을 통해 일체로 성형하는 단계,

상기 케이스 수용공간부 내에 홀소자를 결합시키는 단계,

상기 터미널과 홀소자 단자에 PCB 기판을 접촉시키고 솔더링하는 단계,

상기 케이스의 수용공간부를 커버로 마감하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 홀소자의 결합단계는,

수용공간부에 형성된 수용홈에 상기 홀소자를 끼우고 융착시키는 공정에 의해 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스와 커버는 융착 공정에 의해 결합된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 융착은 초음파 융착인 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 케이스, 코어 및 터미널은 인서트 사출을 통해 일체로 성형되므로, 상기 케이스 수용공간부 내에 터미널과 코어를 배치하고 이를 다시 고정시키기 위한 공정을 배제시킬 수 있어 생산성을 높이이고 생산단가를 크게 절감시킬 수 있으며, 밀봉재에 의한 응력 불량을 근본적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 케이스에는 홀소자를 감싸는 상태로 수용하는 수용홈이 추가적으로 형성됨으로써, 전류를 감지하는 홀소자가 외부환경에 노출되는 것을 최소화하여 안전하게 보호할 수 있을 뿐만 아니라 PCB 기판과의 조립을 용이하게 하여 양품생산률을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, PCB 기판에 형성되는 제1 단자접촉부와 제2 단자접촉부가 트임된 복수의 홈 형상으로 이루어지고 슬롯결합식 구조를 채택함으로써, 보다 신속한 조립이 가능하고 조립시 발생할 수 있는 홀소자 및 터미널 단자의 휨 현상을 미연에 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전류센서의 구조(1000)는 전류버스바(B)가 관통하는 관통공(101)이 형성되고 상기 관통공(101)의 외측에 수용공간부(102)가 형성된 케이스(100), 상기 케이스(100)의 수용공간부(102)를 마감하는 커버(200), 상기 케이스(100)의 수용공간부(102)에 배치되되 양 단부가 서로 마주보도록 이격되는 소정의 갭(S)을 형성한 코어(300), 상기 케이스(100)의 수용공간부(102) 내에 배치되며 그 내부에 형성되는 터미널(110)과 접촉하는 PCB 기판(400), 상기 PCB 기판(400)에 접촉하며 상기 코어(300)의 갭(S)에 배치되는 홀소자(500)로 구성된다.

먼저, 상기 케이스(100)는 절연이 우수한 합성수지 등의 절연재로 이루어지고 그 내부에는 배터리(미도시)로부터 연결된 전류버스바(B)가 비접촉 상태로 관통하도록 하는 관통공(101)이 형성된다.

또한, 상기 케이스(100)의 관통공(101) 둘레에는 후술할 각 구성품을 내장시키는 수용공간부(102)가 형성된다.

이러한, 상기 케이스(100)는 소정의 높이를 가지는 박스형태로 형성되어 있다.

또한, 상기 케이스(100)에는 차량 외부의 전기장치와 전기적으로 연결되는 터미널(110)이 형성되며, 상기 터미널(110)의 일부분은 전기장치와의 접속을 안정 적으로 유도하는 커넥터부(120)에 접속된다.

특히, 상기 케이스(100)는 성형하는 과정에서 전술한 터미널(110)과 후술할 코어(300)를 함께 인서트 사출하여 일체로 형성한다.

즉, 상기 케이스(100)와 터미널(110) 및 코어(300) 등을 미리 일체로 형성함으로써, 종래기술에서 조립공정중 케이스(100) 내에 터미널(110)과 코어(300)를 배치하고 이를 다시 고정시키기 위한 작업을 배제시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 코어(300)와 PCB 기판(400)을 고정시키기 위한 경화성 밀봉재를 배제시킬 수 있어 조립을 용이하게 하고 생산성을 높여 생산단가를 크게 절감시킬 수 있는 장점이 있다.

더나아가 인서트 사출로 제작된 각 부품들은 양품율을 동시에 향상시킬 수 있다.

아울러, 상기 케이스(100)에는 후술할 홀소자(500)를 감싸는 상태로 수용하는 수용홈(130)이 추가적으로 형성된다.

이는, 전류를 감지하는 홀소자(500)가 외부환경에 노출되는 것을 최소화 시켜 안전하게 보호할 수 있을 뿐만 아니라 후술할 PCB 기판(400)과의 조립을 용이하게 수행할 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 상기 케이스(100)에는 내부에서 발생된 열을 외부로 용이하게 방출시키는 다수개의 방열구(105)를 형성할 수 있다.

그리고, 상기 케이스(100)의 수용홈(130) 내에 배치된 홀소자(500)는 초음파 등에 의한 융착에 의해 고정될 수 있다.

물론, 상기 융착은 초음파 이외의 다른 공지된 기술이 적용될 수 있다.

상기 초음파 융착 기술은 통상의 기술이므로 그 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 상기 커버(200)는 전술한 케이스(100)의 개방된 수용공간부(102)를 마감하는 역할을 수행 하는 것으로, 상기 케이스(100)에 대응하는 형상 및 동일한 재질로 이루어진다.

마찬가지로, 상기 커버(200)와 케이스(100)는 상호간의 밀폐력을 더욱 향상시키기 위해 초음파 등에 의해 융착시키는 것이 좋다.

한편, 상기 코어(300)는 자성체로써 상기 케이스(100)의 수용공간부(102)에 배치되되 양 단부가 서로 마주보도록 이격되는 소정의 갭(S)을 형성한 대략 "C"자 형태로 형성된다(도 4 참조).

여기서, 상기 코어(300)는 소정의 두께를 갖는 판이 복수개 이상으로 적층되는 구조로 이루어진다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 코어(300)는 케이스(100)를 성형하는 과정에서 인서트 사출을 통해 미리 일체로 형성됨에 따라 상기 케이스(100)에 고정되기 위한 별도의 경화성 밀봉재와 조립공정을 생략할 수 있는 장점이 있다.

한편, 도 3과 도 5에 도시한 바와 같이 상기 PCB 기판(400)은 케이스(100)의 수용공간부(102) 내에 배치되되 일부는 상기 터미널(110)과 접촉하고 다른 일부는 후술할 홀소자(500)와 접촉한다.

구체적으로, 상기 PCB 기판(400)은 터미널(110) 및 홀소자(500)의 단자와 각각 전기적으로 연결되는 제1 단자접촉부(410)와 제2 단자접촉부(420)를 형성하되, 상기 제1 단자접촉부(410)와 제2 단자접촉부(420)는 각 단자에 대한 끼움작업이 용이하도록 일측이 트임된 복수의 홈 형상으로 형성된다.

즉, 상기 제1 단자접촉부(410)와 제2 단자접촉부(420)는 일측이 트임된 홈 형상의 슬롯 결합식 구조를 채택함으로써, 기존의 각 단자에 대응하여 끼워지는 홀 삽입 방식보다 신속한 조립이 가능하고, 조립시 발생할 수 있는 홀소자(500)의 단자와 터미널(110)의 휨 현상을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 상기 PCB 기판(400)의 제1 단자접촉부(410)와 제2 단자접촉부(420)는 상호 대각선 위치에 형성하여 안정된 조립이 이루어지도록 하는 것이 좋다.

이와 같이 상기 PCB 기판(400)은 터미널(110)과 홀소자(500)에 접촉되고 수용홈(130)의 단부에 얹혀진 상태에서 솔더링(soldering) 작업으로 마무리한다.

한편, 홀소자(500)는 상기 PCB 기판(400)에 접촉하고 상기 코어(300)의 갭(S)에 배치된 상태에서 상기 전류버스바(B)에 흐르는 전류에 의해 상기 코어(300)에 발생되는 자속을 검출하는 역할을 수행한다.

이러한 상기 홀소자(500)는 동일 기술분야에서 사용되는 것으로 그 구체적인 작용설명은 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 전류센서의 구조(1000) 제조방법에 대하여 설명한다.

먼저, 전류버스바(B)가 관통하는 관통공(101)과 수용공간부(102)를 가지는 케이스(100) 및 상기 수용공간부(102)에 배치되는 코어(300)와 터미널(110)을 인서트 사출을 통해 일체로 성형한다.

다음, 상기 인서트 사출을 마친 케이스(100)의 수용공간부(102) 내에 형성된 수용홈(130)에 홀소자(500)를 결합시킨다.

이때, 상기 수용홈(130) 내에 결합된 홀소자(500)는 초음파 등에 의한 융착 공정을 추가적으로 실시하여 견고한 고정 상태를 이루도록 한다.

이후, 상기 홀소자(500)에 대한 초음파 등에 의한 융착 공정을 마친 상태에서 상기 터미널(110)과 홀소자(500) 단자에 PCB 기판(400)을 접촉시키고 솔더링 작업을 실시한다. 이때, 상기 PCB 기판(400)은 수용홈(130)의 단부에 얹혀진 상태가 된다.

마지막으로, 상기 PCB 기판(400)에 대한 솔더링 작업이 완료되면 케이스(100)의 수용공간부(102)를 마감하는 커버(200)로 밀폐시켜 제조작업을 완료한다.

한편, 상기 케이스(100)와 커버(200)는 상호간의 밀폐력을 보다 향상시킬 수 있도록 초음파 등으로 융착시키는 것이 바람직하다.

도 1은 종래기술에 따른 전류센서의 구조를 나타낸 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전류센서의 구조를 나타낸 사시도이다.

도 3은 도 2의 분해 사시도이다.

도 4는 도 2의 케이스에 형성된 수용홈을 나타낸 확대 사시도이다.

도 5는 도 2의 케이스에 배치된 PCB 기판을 나타낸 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 케이스 102 : 수용공간부

110 : 터미널 130 : 수용홈

200 : 커버 300 : 코어

400 : PCB 기판 500 : 홀소자

Claims

전류버스바가 관통하는 관통공이 형성되고 상기 관통공의 둘레에는 수용공간부가 형성된 케이스,

상기 케이스의 수용공간부에 배치되되 양 단부가 서로 마주보도록 이격되는 소정의 갭을 형성한 코어,

상기 케이스의 수용공간부 내에 배치되며 상기 케이스에 형성되는 터미널과 접촉하는 PCB 기판,

상기 PCB 기판에 접촉하며 상기 코어의 갭에 배치되는 홀소자, 및

상기 케이스의 수용공간부를 마감하는 커버를 포함하되,

상기 케이스, 터미널 및 코어는 인서트 사출을 통해 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 전류센서의 구조.
제1항에 있어서,

상기 케이스에는 홀소자를 감싸는 상태로 수용하는 수용홈이 추가적으로 형성된 것을 특징으로 하는 전류센서의 구조.
제2항에 있어서,

상기 수용홈 내에 배치된 홀소자는 융착에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 전류센서의 구조.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 PCB 기판은 홀소자 및 터미널 단자에 각각 전기적으로 연결되는 제1 단자접촉부와 제2 단자접촉부를 형성하되, 상기 제1 단자접촉부와 제2 단자접촉부는 일측이 트임된 홈의 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 전류센서의 구조.
제4항에 있어서,

상기 PCB 기판은 상기 수용홈의 일단부에 얹혀져서 조립되는 것을 특징으로 하는 전류센서의 구조.
제4항에 있어서,

상기 PCB 기판의 제1 단자접촉부와 제2 단자접촉부는 상호 대각선 방향에 형성되는 것을 특징으로 하는 전류센서의 구조.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 케이스와 커버는 융착에 의해 밀폐되는 것을 특징으로 하는 전류센서의 구조.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 케이스에는 내부에서 발생된 열을 외부로 용이하게 방출시키는 다수개의 방열구가 형성된 것을 특징으로 하는 전류센서의 구조.
전류버스바가 관통하는 관통공과 수용공간부를 가지는 케이스 및 상기 수용공간부에 배치되는 코어와 터미널을 인서트 사출을 통해 일체로 성형하는 단계,

상기 케이스 수용공간부 내에 홀소자를 결합시키는 단계,

상기 터미널과 홀소자 단자에 PCB 기판을 접촉시키고 솔더링하는 단계,

상기 케이스의 수용공간부를 커버로 마감하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전류센서의 구조 제조방법.
제9항에 있어서,

상기 홀소자의 결합단계는,

수용공간부에 형성된 수용홈에 상기 홀소자를 끼우고 융착시키는 공정에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 전류센서의 구조 제조방법.
제9항에 있어서,

상기 케이스와 커버는 융착 공정에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 전류센서의 구조 제조방법.
제10항 또는 제11항에 있어서,

상기 융착은 초음파 융착인 것을 특징으로 하는 전류센서의 구조 제조방법.