KR20110067033A

KR20110067033A - 광범위한 개방-루프형 전류 센서

Info

Publication number: KR20110067033A
Application number: KR1020117007897A
Authority: KR
Inventors: 올리비에 안드리유; 라파엘 모나본; 랄라오-하리자오나 라코토아리손
Original assignee: 일렉트릭필 오토모티브
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2011-06-20
Also published as: EP2324363A1; EP2324363B1; WO2010029265A1; US20100090685A1; FR2936062A1; JP2012502295A; FR2936062B1

Abstract

본 발명은 장착 케이싱(2)을 포함한 개방-루프형 전류 센서(1)에 관한 것으로서, 자기 회로(3)가 자기 코어(5)와 측정 공기 갭(8)을 포함하여 상기 케이싱에 배치되고, 자기장 검출기(4)가 상기 자기 회로(3)를 통과하고 케이블에서 순환하는 전기 전류에 의해 유도된 자기장을 측정하기 위하여, 상기 측정 공기 갭(8)에 위치된다.
센서(1)는 또한 자기 회로(3)의 터미널부(6)와 케이싱(2) 사이의 연결 시스템(18)을 포함하여 측정 공기 갭의 폭을 일정하게 유지시킨다.

Description

광범위한 개방-루프형 전류 센서{WIDE-RANGE OPEN-LOOP CURRENT SENSOR}

본 발명은 전반적으로 전류 센서 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 개방-루프형 전류 센서 분야에 관한 것이다.

통상적으로, 상기 전류 센서는 케이싱을 포함하고, 자기장 검출기와 함께 자기 회로가 도넛형의 자기 코어와 공기 갭을 포함하여 상기 케이싱에 배치되고, 상기 자기장 검출기는 공기 갭에 배치된 홀-효과 검출 셀을 구비한다. 이러한 타입의 센서는 예를 들면, 배터리에 의해 이송되는 전류를 측정하기 위해, 자동차에 일반적으로 사용된다. 이러한 타입의 센서에 있어서, 온도와 관련된 자기 코어의 팽창은 자기 회로의 개방도의 변화와 이에 따른 공기 갭의 폭의 변화를 일으킨다. 이 때문에, 온도가 상승할 때 전류 측정의 정확도가 감소하게 된다.

특허문헌 국제공개번호 WO　2004/077078호는 이러한 문제점을 해결하고자 하는 전류 센서를 개시하고 있다. 이러한 전류 센서는 공기 갭의 어느 한 측에 위치한 자기 코어에 용접된 자기 재료 스트랩을 더 포함한다. 그러나, 이러한 해결책은 공기 갭의 형상을 유지하기 위해 추가 부분의 고정을 필요로 한다는 단점이 있다. 더욱이, 이러한 추가 부품의 용접은 자기 코어의 용접 점에서의 부분적인 멸자(demagnetization)를 발생시킨다. 이러한 멸자는 용접 후 열 처리 비용에 포괄적으로 포함될 수 있지만, 비용 가격 면에서 악영향을 미친다. 또한, 이러한 스트랩은 측정 공기 갭에 위치되는 경우 자기장 검출기의 조립을 방해한다.

본 발명의 제 1 특징은 간단하고 저가이며 광범위한 작동 온도 내내 전류 측정을 정확하게 할 수 있는 개방-루프형 전류 센서를 제공함으로써, 기술상 단점을 해소하도록 제시되었다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전기 전류 센서를 제시하고 있으며, 상기 전기 전류 센서는 상기 전류 센서를 장착하기 위한 케이싱, 2개 이상의 터미널부가 형성된 자기 코어를 포함한 자기 회로, 및 상기 자기 회로를 통과하고 케이블에서 순환하는 전기 전류에 의해 유도된 자기장을 측정하기 위하여 측정 공기 갭에 배치된 검출 셀을 포함한 자기장 검출기를 포함하며, 상기 2개 이상의 터미널부는 측정 공기 갭을 형성하기 위해 2개의 마주한 단부를 구비한다. 본 발명의 이러한 특징에 따르면, 전류 센서는 케이싱과 자기 코어의 각각의 터미널부 사이에 하나 이상의 연결 시스템을 포함하여, 상기 터미널부 사이의 근접/이격(draw-near/draw-apart) 연결을 보장하도록 측정 공기 갭의 폭을 실질적으로 일정하게 유지시킨다.

부가적으로, 본 발명에 따른 전류 센서는 또한 아래 기재된 부가적인 특징 중 하나 이상을 구비할 수 있다:

- 케이싱과 자기 코어의 터미널부 사이의 하나 이상의 연결 시스템은 숫 연결 부재와 암 연결 부재를 포함하며, 상기 숫 연결 부재는 케이싱에 배치되고 상기 암 연결 부재는 자기 코어의 터미널부에 배치되거나, 또는 상기 숫 연결 부재는 상기 자기 코어의 상기 터미널부에 배치되고 상기 암 연결 부재는 상기 케이싱에 배치될 수 있으며,

- 상기 숫 연결 부재 및 상기 암 연결 부재는 실질적으로 짝지워지는 형상이고,

- 상기 숫 연결 부재는 하나 이상의 돌출부, 핀 또는 러그(lug)로 이루어지는 한편, 상기 암 연결 부재는 하나 이상의 하우징, 공동 또는 저장소로 이루어지고,

- 상기 숫 연결 부재는 하나 이상의 실질적으로 삼각형 단면을 구비하고, 상기 암 연결 부재는 상기 숫 연결 부재의 단면과 짝지워지는 하나 이상의 단면을 구비하며,

- 상기 전류 센서는 상기 케이싱에 대한 자기 회로의 위치결정을 보장하도록, 연결 시스템과 함께, 상기 케이싱과 상기 자기 코어 사이에 위치결정 수단을 포함하고,

- 상기 위치결정 수단은 상기 연결 시스템에 의해 적어도 형성되고,

- 상기 케이싱은 저 열 팽창의, 바람직하게 유리-섬유 강화 폴리아미드 재료로 만들어진다.

또한, 특허문헌 국제공개번호 WO　2004/077078호에 개시된 전류 센서는 개방-루프 기술의 사용과 관련된 다른 한 결점을 갖는다. 이러한 타입의 센서에 의해 측정될 수 있는 전형적인 최대 강도는 센서의 허용가능한 공간과 이에 따른 자기 코어의 허용가능한 치수를 고려하면, 자동차 산업 분야에서 대략 100A이다. 이 100A를 넘어서면, 자기 코어의 포화 현상이 발생하여, 비-선형성 측정을 야기한다.

따라서, 본 발명의 제 2 특징은 전류 측정 범위가 넓어진 전류 센서를 제공함으로써, 종래 기술의 단점을 극복하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전기 전류 센서를 제시하고 있으며, 상기 전기 전류 센서는 전류 센서를 장착하기 위한 케이싱과, 측정 공기 갭의 경계를 형성하는 2개의 마주한 단부가 형성된 2개 이상의 터미널부를 수용하는 자기 코어를 포함한 자기 회로와, 상기 측정 공기 갭에 배치된 검출 셀을 포함한 자기장 검출기를 포함한다. 본 발명의 이러한 목적에 따라, 전류 센서의 자기 회로는 자기 코어의 평균 단면(So)의 10%와 90% 사이의 퍼센티지만큼 상기 자기 코어의 단면을 감소시켜서 얻어진 하나 이상의 제 2의 공기 갭을 더 포함하여, 검출기에 의해 측정된 자기 유도는 제 1의, 소위 저 전류 범위에 대한 제 1 계수에 따라 선형으로 변하고, 또한 제 1 전류 범위에 연속하는, 제 2의, 소위 강 전류 범위에 대한 제 2 계수에 따라 선형으로 변하며, 상기 제 2 계수는 상기 제 1 계수보다 낮다.

명백하게, 상기 제 2의 공기 갭은 본 발명의 제 1 특징을 만족시키지 못하는 전류 센서에 형성될 수 있다.

유리하게도, 제 2의 공기 갭에 의해 센서 측정 범위가 상당히 증가될 수 있으며, 예를 들면 상기 측정 범위는 측정 공기 갭에 부가된 제 2의 공기 갭에 의해 300A로 증가될 수 있다.

부가적으로, 본 발명의 제 1 특징에 따른 전류 센서는 또한 아래 기재된 부가적인 특징 중 하나 이상을 구비할 수 있다:

- 각각의 제 2의 공기 갭은 부분 슬롯, 관통 구멍 또는 블라인드 구멍으로 형성되고,

- 측정 공기 갭과 상기 제 2의 공기 갭은 자기 코어 상에서 실질적으로 규칙적으로 분배된다.

다양한 여러 특징은 단지 예시적인 실시예의, 본 발명의 여러 실시예를 설명하기 위해 첨부한 도면과 관련하여 아래 주어진 설명으로부터 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 특징에 따른 전류 센서를 I 방향에서 본 분해도이다.
도 2는 I 방향과 반대 방향인 II 방향에서 본 도 1의 전류 센서의 도면이다.
도 3은 도 1의 전류 센서의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 특징에 따른 전류 센서를 I 방향에서 본 분해도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제 1 특징에 따른 전류 센서의 자기 회로의 여러 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 전류 센서의 자기 코어가 부분 슬롯으로 이루어진 제 2의 공기 갭을 포함하는, 상기 전류 센서의 측정 공기 갭에서의 자기 유도를 나타낸 그래프이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 특징에 따른 전류 센서(1)의 일 실시예를 도시한 도면이다. 본 실시예에 있어서, 전류 센서(1)는 특히 배터리 제어 및 측정 시스템에 정보를 제공하기 위하여, 자동차 배터리의 공급 케이블(도시 생략)을 통하는 전류를 측정하기 위한 것이다.

이러한 전류 센서(1)는 자기 회로(3)와 자기장 검출기(4)가 배치되는 케이싱(2)을 포함한다.

자기 회로(3)는 상기 자기 회로에서의 자기장의 순환이 가능하도록 루프형으로 형성된다. 자기 회로는 2개 이상의 터미널부(6)가 형성된 자기 코어(5)를 포함하며, 상기 터미널부는 측정 공기 갭(8)을 형성하기 위해 2개의 서로 마주한 단부 즉, 횡단면(7)을 구비한다. 측정 공기 갭의 폭(e)은 2개의 단부(7) 사이의 평균 거리로 정의된다(도 3).

실시예에 있어서, 자기 코어(5)는 원형 단면과 모선 축선을 갖는 개방형 환상체의 형태를 취한다. 유리하게도, 자기 코어(5)가 형성된 바로 만들어질 수 있음에 따라, 상기와 같은 구성은 제조 비용을 최소화시킬 수 있다.

명백하게, 자기 코어(5)는 여러 기하학적 구성을 취할 수 있다. 예를 들면, 자기 코어(5)는 실질적으로 원형이거나, 직사각형이거나 타원형일 수 있다. 이와 유사하게, 상기 자기 코어는 예를 들면, 실질적인 원형이나 직사각형 단면을 취할 수 있다. 또한, 자기 코어(5)는 단일부로 이루어지거나, 또는 인접하거나 인접하지 않는 적어도 2개의 부분으로 이루어질 수 있다. 따라서, 자기 코어(5)는 성형이나, 기계가공이나 또는 시트-금속 스태킹에 의해 얻어질 수 있다.

또한, 자기 코어(5)는 매우 낮은 보자력 장(coercive field)을 갖는 연자 재료(magnetically mild material)로 만들어진다. 예를 들면, 자기 코어(5)는 FeNi 합금으로 만들어질 수 있는데, 이는 상기 재료가 자기 플럭스의 양도체이기 때문이며, 상기 양도체는 외측 장 교란(outside field disturbance)에 대한 영향을 감소시키고 센서의 히스테리시스를 감소시킨다.

자기장 검출기(4)는 측정 공기 갭(8)에 배치되고 처리 수단과 연결된, 하나 이상의 측정 셀, 예를 들면 홀-효과 측정 셀을 포함한다. 따라서, 검출기(4)는 측정될 전기 전류에 의해 유도된 자기장을 측정한다.

케이싱(2)은 측벽부(10)에 의해 경계가 형성된 바닥부(9)를 포함하며, 상기 측벽부는 상기 바닥부(9)에 실질적으로 직각으로 솟아 있다. 통상적으로, 내측면은 바닥부(9)의 면이고 이 바닥부에서 측벽부(10)가 솟아있으며, 외측면은 반대쪽 면이라는 것을 알 수 있다.

케이싱(2)은 바닥부(9)의 어느 한 면에 위치한 전기 접속 수단(11)을 포함하며, 상기 전기 접속 수단(11)은 조립체에 의해, 배터리 제어 및 측정 시스템과 연결된 연결기(도시 생략)와 통합되어 있다. 일단 연결기가 전기 접속 수단(11)에 조립되면, 또한 당업자에게 알려진 임의의 통상적인 수단을 통해 자기장 검출기(4)의 처리 수단과 전기 도통된다.

케이싱(2)은 또한 바닥부(9)에 배치되고 스커트(13)로 경계가 형성된 관통 오리피스(12)를 포함하며, 상기 스커트는 바닥부(9)로부터 내측면에 실질적으로 직각으로 솟아있다.

이러한 실시예에 있어서, 오리피스(12)는 2개의 반경방향 벽부(14)에 의해 구획설정되고, 상기 벽부는 오리피스(12)로부터 어느 한 면을 돌출시키는 상기 브래킷(15)의 경계를 형성한다. 브래킷(15)은 내측면으로부터 스커트의 자유 에지까지 뻗어있고, 외측면으로부터 브래킷 에지(16)까지 뻗어있다. 브래킷(15)은 또한 브래킷 에지(16) 부근에 위치된 관통 보어-구멍(17)을 포함한다.

공급 케이블에는 배터리와 연결되기 위한 평탄한 텅부(tongue)가 제공되고 상기 공급 케이블은 상기 공급 테이블의 단부에서 보어-구멍을 구비한다. 이러한 텅부는 오리피스(12)를 통과하여, 센서가 상기 평탄한 텅부와 이에 따른 공급 케이블을 통과하는 전류를 측정할 수 있다. 따라서, 검출기(4)는 자기 회로(3)를 통과하는 공급 케이블에서 순환하는 전기 전류에 의해 유도된 자기장을 측정한다. 하나 이상의 반경방향 벽부(14)는 전류 센서(1)를 통해 공급 케이블의 텅부를 병진이동시키도록 가이드하고 상기 텅부를 위치시켜서, 평탄한 텅부의 보어-구멍은 실질적으로 관통 보어-구멍(17)과 일치한다. 따라서, 전류 센서(1)와 공급 케이블의 텅부는 유리하게도 배터리 터미널 플레이트에 동시에 부착될 수 있고, 상기 배터리 터미널 플레이트에 의해 배터리에 대한 센서와 공급 케이블의 진동에 덜 민감한 안정적인 위치가 가능하게 된다.

본 발명에 따르면, 전류 센서(1)는 케이싱(2)과 자기 코어(5)의 각각의 터미널부(6) 사이에서 하나 이상의 연결 시스템(18)을 포함한다. 이러한 연결 시스템(18)의 목적은 터미널부 사이의 근접/이격 연결을 보장하여, 측정 공기 갭의 실질적으로 일정한 폭(e)을, 자기 코어(5)의 열 팽창과 무관하게, 유지시키는 것을 보장하는 것이다. 따라서 유리하게도, 자기장 검출기(4)의 측정 셀에 의한 자기 코어(5) 인덕턴스의 측정이 자기 코어(5)의 열 팽창의 영향을 받지 않게 된다. 이러한 구성에 의해 전류 측정이 실질적으로 온도와 독립적으로 행해질 수 있다.

유리하게도, 각각의 연결 시스템(18)은 경계가 형성된 횡단면(7) 부근에서 각각의 터미널부(6) 상에 형성된다. 측정 공기 갭의 좁은 폭(e)을 고려하여, 연결 시스템(18)은 횡단면(7)의 어느 한쪽에 그리고 상기 횡단면의 각각의 다른 부근에 위치된다.

예를 들어, 그리고 이에 한정되지 않는 방식으로, 각각의 터미널부(6)과 케이싱(2) 사이의 하나 이상의 연결 시스템(18)은 숫 연결 부재(19) 및 암 연결 부재(20)를 포함하며, 상기 숫 연결 부재(19)는 케이싱(2)에 배치되고 상기 암 연결 부재(20)는 자기 코어(5)의 각각의 터미널부(6)에 배치되거나, 또는 상기 숫 연결 부재(19)는 상기 터미널부(6)에 배치되고 상기 암 연결 부재(20)는 상기 케이싱(2)에 배치될 수 있다. 상기 숫 연결 부재(19)는 예를 들면 하나 이상의 돌출부, 핀 또는 러그(lug)로 이루어지는 한편, 암 연결 부재(20)는 예를 들면 하우징, 공동 또는 저장소로 이루어진다. 이와 같은 경우에 있어서, 숫 연결 부재(19)와 암 연결 부재(20)는 바람직하게도 서로 짝지워지는 형상이므로, 상기 암수 연결 부재는 맞물리는 방식으로 협동할 수 있다.

도 3에 도시된 바람직한 실시예에 있어서, 케이싱(2)은 상기 케이싱(2)에 배치된 숫 연결 부재(19) 그리고 자기 코어(5)에 배치된 암 연결 부재(20)로 각각 이루어진 2개의 연결 시스템(18)을 포함한다. 각각의 숫 연결 부재(19)는 바닥부(9)로부터 실질적으로 직각으로 솟아있는 예를 들면, 실질적인 삼각형 형상의 돌출부인 한편, 각각의 암 연결 부재(20)는 자기 코어(5)의 환상체의 모선 축선과 평행한 방향으로 자기 코어(6)의 외측면으로부터 뻗어있고, 예를 들면, 상기 숫 연결 부재(19)의 단면과 실질적으로 짝지워지는 단면을 갖는 홈이다.

이러한 조건 하에서는, 열 팽창에 따른 공기 갭의 폭(e)의 변화는 케이싱(2)의 팽창에 의해 야기된 숫 연결 부재(19) 사이의 거리 변화와 동일하며, 이러한 변화는 자기 회로(3)의 기계적 스트레스를 감소시키고 히스테리시스 효과를 제한한다. 숫 연결 부재(19) 사이의 거리를 제한함으로써, 전류 측정에 대한 불확실성이 자동차에서의 전류를 측정하는데 필요한 정확도의 정도와 여전히 양립하게 된다.

명백하게, 각각의 터미널부(6)와 케이싱(2) 사이의 연결은 본 발명의 제 1 특징에 따른 여러 타입의 연결 시스템(18)을 사용하여 달성될 수 있다. 예를 들면, 케이싱(2)의 어느 한쪽에 배치된 2개의 인접한 숫 연결 부재(19)와, 각각의 터미널부(6)에 각각 배치된 2개의 비-접촉식 암 연결 부재(20)를 포함한 연결 시스템(18)을 통한 이러한 연결이 가능하게 된다. 또한 임의의 숫 연결 부재(19)와 암 연결 부재(20)를 포함하지 않은 연결 시스템(18)을 통해, 예를 들면 자기 코어(5)에 부가된 체결 장치를 통해 상기와 같은 연결이 가능하게 된다. 명백하게, 이들 실시예는 특성을 제한하는 것이 아니다.

자기 코어(5)는 스커트(13) 주위에 수용되고 바닥부(9)를 지지한다. 전류 센서(1)는 유리하게도 연결 시스템(18)과 조합하여, 위치결정 수단(21)을 자기 코어(5)와 케이싱(2) 사이에서 구비하며, 상기 연결 시스템에 의해 상기 케이싱(2)과 관련하여 얻어지는 자기 회로(3)의 안정적이고 반복적인 위치결정이 가능하게 된다. 이러한 목적을 위하여, 연결 시스템(18)과 조합하여, 위치결정 수단(21)은 케이싱(2)과 관련된 자기 코어(5)의 이동을 방지한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 위치결정 수단(21)은 자기 코어(5)가 지지되고 상기 자기 코어(5)를 고정시키는 돌출부(19)와 반대방향으로 케이싱(2) 상에 위치된 하나 이상의 부재로 이루어진다. 이는 세로홈(fluting), 돌출부 또는 러그일 수 있다.

명백하게, 위치결정 수단(21)은 예를 들면, 스커트(13)와 자기 코어(5) 사이의 접촉에 의해, 당업자에게 알려진 모든 통상적인 수단으로 이루어질 수 있다.

일 실시예에 있어서, 위치결정 수단(21)은 적어도 연결 시스템(18)으로 이루어진다. 이와 같은 경우에 있어서, 연결 시스템(18)은 공기 갭의 폭(e)을 실질적으로 일정하게 유지하기 위해 그리고 케이싱(2)에 대한 자기 회로(3)의 위치를 정확하게 하기 위해 동시에 사용되는게 유리하다. 이를 위하여, 각각의 터미널부와 케이싱(2) 사이의 연결부는 예를 들면, 연결 시스템(18)일 수 있으며, 상기 연결 시스템은 각각 상기 케이싱(2)에 배치된 핀 또는 러그와, 자기 코어(5)에 배치된 오리피스로 이루어지고, 핀 또는 러그와 상호 맞물려 협동한다.

상기 기재한 실시예에 있어서, 바닥부(9), 측벽부(10), 전기 접속 수단(11), 브래킷(15) 및 숫 연결 부재(19)는 플라스틱 사출된 단일품으로 만들어진다. 유리하게도, 플라스틱은 케이싱(2)의 열 팽창, 숫 연결 부재(19) 사이의 거리 변화 및 이에 따른 측정 공기 갭의 폭(e)의 변화를 최소화하기 위하여, 저 열 팽창 계수를 갖는, 예를 들면 유리-섬유 강화 폴리아미드로 사용된다.

부가적으로, 전류 센서(1)의 실링을 보장하면서 상이한 구성요소의 위치 유지를 보장하도록, 일단 상기 센서가 조립되면, 바닥부(9), 측벽부(10) 및 스커트(13)에 의해 경계가 형성된 적어도 부분 공간은 캐스트 레진(cast resin)으로 충전될 것이다.

도 4는 본 발명의 제 1 특징에 따른 전류 센서(1)의 일 실시예를 도시하고 있다.

이러한 실시예에 있어서, 일반적으로 용이하게 이해될 수 있도록, 본 발명의 제 1 특징과 제 2 특징 사이의 차이만이 아래 기재되어 있다. 따라서, 여러 예시적으로 설명된 특징은 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예와 도 4에 도시된 실시예에서 유사하게 만들어지도록 조립된다.

본 발명에 따르면, 자기 회로(3)는 전류 센서의 포화를 지연시키고 측정 범위를 넓히는 하나 이상의 제 2의 공기 갭(22)을 더 포함한다. 각각의 공기 갭(22)은 자기 코어(5)의 평균 횡단면(So)의 10%와 90% 사이의 퍼센티지만큼 자기 코어(5)의 횡단면을 감소시켜서 얻어진다. 즉, 자기 코어(5)에는 하나 이상의 폭이 좁은 제 2의 공기 갭(22)이 형성되며, 상기 공기 갭에 의해 재료가 감소된다.

도 5a 내지 도 5d는 상이한 형태로 만들어진 제 2의 공기 갭(22)을 포함하는, 본 발명의 제 1 특징에 따른 전류 센서(1)의 자기 회로(3)의 여러 실시예를 도시한 도면이다. 이러한 모든 실시예에 있어서, 자기 회로(3)는 2개의 터미널부(6)를 포함한 자기 코어(5)를 포함하며, 상기 터미널부는 측정 공기 갭(8)의 경계를 형성하는 2개의 마주한 단부(7)를 구비한다.

도 5a의 제 2의 공기 갭(22)은 자기 코어(5)의 환상체의 모선 축선과 관련하여 측정 공기 갭(8)과 반대편에 위치되어 사다리꼴 부분 슬롯으로 이루어진다. 이러한 사다리꼴 부분 슬롯은 자기 코어(5)를 형성하는 환상체의 모선 축선에 수직한 평면을 따르는 실질적인 사다리꼴 단면을 갖는다.

이러한 실시예에 있어서, 제 2의 공기 갭(22)은 자기 코어(5)의 환상체의 모선 축선과 관련하여 측정 공기 갭(8)과 마주하여 위치된다.

도 5b는 자기 회로가 2개의 제 2의 공기 갭(22)을 포함한다는 점에서 도 5a와 상이하며, 상기 2개의 제 2의 공기 갭(22) 각각은 환상체의 모선 축선에 수직한 평면을 따라 실질적인 사다리꼴 단면의 부분 사다리꼴 슬롯으로 이루어진다. 측정 공기 갭(8)과 2개의 제 2의 공기 갭(22)은 자기 코어(5)의 원주부 주위에 등간격으로 분배(equi-distributed)된다.

도 5c의 제 2의 공기 갭(22)은 자기 코어(5)를 형성하는 환상체의 모선 축선에 수직한 평면을 따라 실질적으로 원형 단면의 구멍으로 이루어져 있고, 상기 구멍은 상기 자기 코어(5)의 상기 환상체의 상기 모선 축선과 관련하여 측정 공기 갭(8)에 반대쪽에 위치한다. 이는 관통 구멍이거나 블라인드 구멍일 수 있다.

도 5d는 자기 회로가 2개의 제 2의 공기 갭(22)을 포함한다는 점에서 도 5c와 상이하며, 상기 2개의 제 2의 공기 갭 각각은 환상체의 모선 축선과 수직한 평면을 따라 실질적으로 원형 단면의 관통 구멍으로 이루어지거나 또는 블라인드 구멍으로 이루어진다. 측정 공기 갭(8)과 2개의 제 2의 공기 갭(22)은 또한 본 발명에 있어서 자기 코어(5)의 원주부 주위에서 등간격으로 분배된다.

명백하게, 부분 슬롯은 임의 타입의 형상을 구비하고, 상기 기재한 실시예는 단지 설명을 위한 것이다.

이와 유사하게, 부분 슬롯은 전체 슬롯과 상기 전체 슬롯에 부가된 부분을 합쳐 얻어질 수 있다. 이 부가된 부분은 예를 들면, 비-자기 재료나 자기 재료의 스페이서나, 또는 전류 센서(1)를 장착한 이후에 전체 슬롯에 수용되는 케이싱의 돌출한 부분과 같은 스페이서일 수 있다.

도 6은 도 5a에 따른 자기 회로(3)를 포함한 전류 센서(1)에 있어서, 공급 케이블에서 순환하는 전류 강도(I)(X-축선)에 대한 측정 공기 갭(8)에서의 자기 회로(5)의 자기 인덕턴스(B)(Y-축선)의 그래프이다.

저 강도는 갖는, 자기 유도가 측정된 전류로 급속하게 증가되는데, 이러한 현상은 부분 슬롯 때문이다는 것을 알 수 있다. 또한 임의의 오프셋이 없으면, 외측 자기장에 대한 센서의 민감도가 낮다는 것을 의미한다. 제 2의 공기 갭(22)이 없으면, 상기 외측 자기장은 상기 자기장과 관련된 센서(1)의 정위에 따라 오프셋의 발생을 초래한다. 이러한 현상은 예를 들면 5A 이하의 저 전류를 측정할 때, 실질적인 정확도의 손실을 초래한다.

제 2의, 자기 재료의 공기 갭(22)은 자기 코어(5)의 나머지부보다 작은 단면을 통해, 포화될 제 1 구역이다. 제 2의 공기 갭(22)의 이러한 포화는 부분 슬롯의 단면과 자기 코어(5)의 평균 단면(So) 사이의 비율에 따라 결정되고, 그래프에서 포화점(S_I)에 대응한다. 검출기(4)에 의해 측정된 자기 유도는 제 1의, 소위 저 전류 범위에 대한, 예를 들면 0과 50A 사이에 대한 제 1 계수에 따라 선형방식으로 변한다.

포화 이후에, 제 2의 공기 갭(22)은, 포화된 구역의 투자율(permeability)이 진공 투자율과 비교될 수 있기 때문에, 전체 슬롯으로 작용한다. 이 때문에, 센서는 제 2의 공기 갭(22)의 포화점(S_I)과 자기 코어(5)의 의 포화점(S_II) 사이에서 선형 작용을 갖는다. 따라서, 검출기(4)에 의해 측정된 자기 유도는 제 2 계수에 따른, 포화점(S_I, S_II) 사이, 예를 들면 50A와 300A 사이에서 취해진 제 2 범위의 전류에 대해 선형 방식으로 변한다. 제 2 계수의 선형 변화는 제 1 계수의 변화보다 덜 하다는 것을 알 수 있다. 제 2의 공기 갭(22)의 경계를 형성하는 협폭의 단면 값은 제 1 전류 범위의 간격을 만든다는 것을 알 수 있다.

어느 전류 범위에서 측정된 선형도가 상기 범위에서 측정된 유도 값 사이의 최대 차이로 정의되고 모든 값에 가장 비슷한 일직선으로 상기 범위에서의 선형 보간에 의해 얻어진다는 것을 알 수 있다. 이러한 차이가 측정된 인덕턴스 값의 1% 이하라면 측정 범위가 선형이라고 추정된다.

따라서, 측정된 인덕턴스는 제 2의 공기 갭(22)의 포화점(S_I)에 대응하는 경사로 꺽인점을 갖는, 전체 측정 범위에서 측정되는 전류와 관련하여 전체적으로 선형이다. 따라서 전기 신호 처리 회로와 관련하여, 자기 회로(3)가 제공된 전류 센서(1)는 저 강도, 예를 들면 50A이하, 그리고 넓은 측정 범위, 예를 들면 0 내지 300A에서 정확도가 향상된다는 장점을 동시에 갖는다.

제 2의 공기 갭(22)을 자기 코어(5)의 단면의 폭이 좁아지는 형태로 만들어서, 이에 따라 외측 자기장에 대한 민감도가 실질적으로 감소될 수 있는 한편, 측정 범위가 증가된다는 장점을 가질 수 있다.

본 발명의 범주 내에서 본 발명에 대한 여러 변경이 가능하고, 본 발명은 단지 예시적으로 기재되어 있으며 상기 기재된 사항만으로 한정되는 것은 아니다.

Claims

- 전류 센서(1)가 장착되는 케이싱(2),
- 측정 공기 갭(8)의 경계를 형성하기 위해, 2개의 마주한 단부(7)가 형성된 2개 이상의 터미널 부(6)를 구비한 자기 코어(5)를 포함하고 있는 자기 회로(3),
- 상기 자기 회로(3)를 통과하고 케이블에서 순환하는 전기 전류에 의해 유도된 자기장을 측정하기 위하여, 상기 측정 공기 갭(8)에 배치된 검출 셀을 구비한 자기장 검출기(4)를 포함하는 전기 전류 센서(1)에 있어서,
상기 터미널부(6) 사이의 근접/이격 연결을 보장하기 위해, 상기 측정 공기 갭(8)의 폭(e)이 실질적으로 일정하게 유지되도록, 상기 케이싱(2)과 상기 자기 코어(5)의 각각의 터미널부(6) 사이에서 하나 이상의 연결 시스템(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 전류 센서(1).
청구항 1에 있어서,
상기 자기 코어(5)의 상기 터미널부(6)와 상기 케이싱(2) 사이의 하나 이상의 상기 연결 시스템(18)은 숫 연결 부재(19)와 암 연결 부재(20)를 포함하며, 상기 숫 연결 부재(19)는 상기 케이싱(2) 상에 배치되고 상기 암 연결 부재(20)는 상기 자기 코어(5)의 상기 터미널부(6)에 배치되거나, 또는 상기 숫 연결 부재(19)는 상기 자기 코어(5)의 상기 터미널부(6)에 배치되고 상기 암 연결 부재(20)는 상기 케이싱(2)에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 전류 센서(1).
청구항 2에 있어서,
상기 숫 연결 부재(19)와 상기 암 연결 부재(20)의 형상은 실질적으로 짝지워지는 형상인 것을 특징으로 하는 전기 전류 센서(1).
청구항 2 또는 3에 있어서,
상기 숫 연결 부재(19)는 하나 이상의 돌출부, 핀 또는 러그로 이루어지는 한편, 상기 암 연결 부재(20)는 하나 이상의 하우징, 공동 또는 저장소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 전류 센서(1).
청구항 2 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 숫 연결 부재(19)는 하나 이상의 실질적인 삼각형 단면을 갖고, 상기 암 연결 부재(20)는 상기 숫 연결 부재의 단면과 짝지워지는 하나 이상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 전류 센서(1).
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연결 시스템(18)과 조립되어, 상기 케이싱(2)에 대한 상기 자기 회로(3)의 위치결정이 보장될 수 있도록, 상기 자기 코어(5)와 상기 케이싱(2) 사이에 위치결정 수단(21)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 전류 센서(1).
청구항 6에 있어서,
상기 위치결정 수단(21)은 상기 연결 시스템(18)에 의해 적어도 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 전류 센서(1).
청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 케이싱(2)은 저 열 팽창 재료, 바람직하게는 유리-섬유 강화 폴리아미드로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전기 전류 센서(1).
청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자기 회로(3)는, 상기 검출기(4)에 의해 측정된 자기 유도가 제 1의, 소위 저 전류 범위에 대한 제 1 계수에 따라 선형으로 변하고, 또한 상기 제 1 전류 범위에 연속하는 제 2의, 소위 강 전류 범위에 대한 제 2 계수에 따라 선형으로 변하도록, 상기 자기 코어(5)의 평균 단면(So)의 10%와 90% 사이의 퍼센티지만큼 상기 자기 코어(5)의 단면 감소에 의해 얻어진 하나 이상의 제 2의 공기 갭(22)을 포함하며, 상기 제 2 계수는 상기 제 1 계수보다 낮은 것을 특징으로 하는 전기 전류 센서(1).
청구항 9에 있어서,
상기 제 2의 공기 갭(22)은 상기 자기 코어(5)의 일부의 상기 단면(So)의 10%와 80% 사이의 퍼센티지만큼 감소시켜 얻어진, 자기 유도의 선형 변화의 제 2 계수인 선택된 값만큼 상기 자기 코어의 단면 감소에 의해 경계가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 전류 센서(1).
청구항 10에 있어서,
각각의 제 2의 공기 갭(22)은 부분 슬롯, 관통 구멍 또는 블라인드 구멍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 전류 센서(1).
청구항 9 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정 공기 갭(8)과 상기 제 2의 공기 갭(22)은 상기 자기 코어(5) 상에서 실질적으로 규칙적으로 분포되는 것을 특징으로 하는 전기 전류 센서(1).