KR20120120054A - 자기 코어를 갖는 전류 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서에 관한 것이고, 상기 코어는 측정될 전류를 갖는 1차 전도체(2)를 둘러싸고, 상기 코어는 공기 틈을 갖고, 상기 공기 틈은 자기 코어 유도를 측정하기 위한 센서 요소를 포함하고, 공기 틈의 단면적은 코어의 단면적 보다 크다.

Description

자기 코어를 갖는 전류 센서{CURRENT SENSOR WITH A MAGNETIC CORE}

본 발명은 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서에 관한 것이고, 상기 자기 코어는 측정될 전류를 갖는 1차 권선을 둘러싸고, 상기 코어는 공기 틈(air gap)을 가지며, 상기 공기 틈은 자기 코어 유도를 측정하기 위한 센서 요소를 포함한다.

본 발명은 특히, AC 및 DC 전류 모두를 측정할 수 있는 2개의 타입의 개방 및 폐쇄 루프의 전류 센서에 관한 것이다. 이들 센서는 측정되어야 하는 전류를 갖는 1차 권선을 둘러싸는 약한 자성의, 링 형태인 코어의 특징을 이룬다. 코어는 전형적으로 스트립(strip)으로 감긴 금속 테이프, 적층된 자성 강철 시트(sheet steel) 또는 벌크(bulk) 페라이트(ferrite)로 구성된다. 코어는 코어의 원주 방향을 따라 정렬된 공기 틈을 갖는다. 도 1은 알려진 종래 기술에 따른 이러한 구성을 개략적인 방식으로 도시한다. 링 형태는 공기 틈을 제외하고, 코어가 원주 방향에서 거의 폐쇄되고, 작다고 간주되는 외형을 갖는다는 것을 의미한다. 이러한 점에서, 링 형태는 예를 들어, 원형, 타원형 또는 직사각형 형태일 수 있다.

여기서, 공기 틈의 방향은 공기 틈에서 자계의 주 방향으로 한정된다. 공기 틈의 단면적은 코어의 단면적과 동일하다.

공기 틈은 자기 코어 유도의 측정을 위한 센서 요소를 포함하는데, 이 센서 요소는 홀(Hall)-센서, 홀 센서 기반의 집적 회로, 자기저항 센서 또는 플럭스게이트(fluxgate) 센서일 수 있다.

종래에 알려진 전류 센서 응용은 편평한 형태의 공기 틈 및 편평한 형태의 센서 요소에 적용된다.

또한, 보상 원리에 따라 동작하는 전류 센서는 종종 폐쇄 루프 전류 센서라 불린다. 전류 센서가 폐쇄 루프 타입으로 이루어진다면, 자기 코어는 보상 전류를 전달하는 2차 권선을 제공받는다. 보상 전류의 목적은 거의 제로(zero)의 플럭스 동작이 AC 및 DC 모두에서 보장되도록, 1차 전류에 의해 생성된 자기 펄럭스 밀도를 방해하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 공기 틈 내에 위치한 플럭스 센서 요소는 이 회로에 의해 유도된 임의의 자속를 검출하고, 비례 신호를 생성할 것이다. 이 신호는 2차 권선을 통해 전류를 생성하는 일부 전자 파워 스테이지(stage)에 의해 증폭되는데, 이 파워 스테이지는 부스터 회로라 불린다. 2차 전류는 1차 전류와 반대이고, 네거티브 피드백을 확립하며, 자기 회로 상에서 1차 전류의 영향을 보상한다.

개방 및 특히 폐쇄 루프 전류 센서는 오히려 정밀할 수 있지만, 다른 전도체 및 전류를 갖는 다상 시스템에서 자기 크로스 토크로부터 센서의 정밀도에 대한 영향이 존재할 수 있다. 이는 주로, 코어 유도로부터 표유(stray) 자계를 야기하는 공기 틈의 영향과, 동시에, 외부 자계에 대한 전류 센서의 약점에 기인한다.

자기 크로스 토크 민감도는 공기 틈의 방향의 길이와 공기 틈의 단면적 사이의 비율에 비례하는 공기 틈의 자기 저항을 축소시킴으로써 축소될 수 있다. 종래 기술의 전류 센서 설계를 통해, 자기 저항의 축소는 코어가 작은 코어 단면적만을 가질 때의 경우로 한정되는데, 이는 공기 틈의 길이가 플럭스 센서 요소의 최소 두께만큼 작게 축소될 수 없고, 센서가 특정 최소 측면 치수를 요구하기 때문이고, 이는, 플럭스 센서 요소가 코어에 의해 충분히 차폐되지 않거나, 심지어 공기 틈으로부터 빠져나올 수 있어서, 외부 전자계의 영향에 노출될 수 있다는 것을 의미한다.

그러므로, 코어의 잠정적으로 제한된 단면적에도 불구하고, 개방 및 폐쇄 루프 구성에서 센서에 자기 크로스-토크 민감도의 축소를 전류 센서에 제공하는 것은 본 발명에 의해 해결되어야 할 문제점이다.

이러한 문제점은 본 발명에 따라, 제 1항의 특징을 갖는 전류 센서에 의해 해결된다. 따라서, 본 발명에 따라, 공기 틈의 단면적은 코어의 단면적 보다 크다.

공기 틈의 단면적은 공기 틈의 방향에 수직인 단면적을 의미하고, 이를 통해 공기 틈의 방향은 공기 틈에서 자계의 주 방향으로 한정된다. 코어의 단면적은 코어의 원주 방향에 수직인 코어의 단면적을 의미한다.

본 발명에 따라, 전류 센서 설계의 이로운 영향은 공기 틈의 자기 저항이 코어의 단면적을 너무 증가시킬 필요 없이, 가능한 축소된다는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 전류 센서의 설계는 공기 틈의 축소된 자기 저항을 갖고, 이를 통해, 자기 센서 요소의 두께와, 자기 코어의 크기 및 형태에 기인한 임의의 제한은 고려될 필요가 없다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 공기 틈의 방향은 링 형태의 코어의 축 방향으로 배향된다. 축 방향은 링 형태 코어가 놓이는 평면에 수직인 방향이다.

바람직한 추가의 실시예에 따라, 코어는, 코어가 링 형태로 조립될 때, 제 1 및 제 2 단부 부분이 겹쳐져서, 겹침 구역을 형성하는, 적어도 하나의 겹침 영역을 갖고, 상기 겹침 영역은 센서 요소를 포함하기 위해 구성되는 공기 틈을 형성한다. 겹침 영역의 단면적은 코어의 단면적 보다 크게 이루어질 수 있고, 따라서, 겹침 영역에 형성된 공기 틈의 단면적은 또한 코어의 단면적 보다 클 것이다.

바람직한 추가의 실시예에 따라, 코어는 제 1 및 제 2 부분으로 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 부분은 조립될 때, 링 형태의 코어를 형성하고, 상기 제 1 및 제 2 부분은 제 1 및 제 2 겹침 영역에서, 제 1 및 제 2 겹침 구역과 겹치며, 이를 통해, 상기 제 1 겹침 영역은 센서 요소를 포함하기 위해 구성된 공기 틈을 형성하고, 제 2 겹침 영역은 제 1 및 제 2 부분 사이에서 직접 접촉(direct contact)을 제공한다.

코어는 원형, 타원형 또는 직사각형 형태일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 코어는 1차 전도체를 둘러싸는 링을 형성하고, 코어의 2개의 평면 영역에서 겹치는, 자기 재료의 하나 또는 수개의 시트로부터 이루어지는 적층된 코어의 적어도 2개의 부분으로 구성된다.

바람직한 추가의 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 겹침 영역은 제 1 및 제 2 틈을 형성하고, 제 1 틈은 센서 요소를 포함하기 위한 공기 틈으로 구성되고, 제 2 틈은 제 2 틈을 자기적으로 단락시키기 위한 약한 자기의 이격(spacer) 수단으로 채워진다. 따라서, 겹침 영역 중 하나는 센서 요소를 포함하는 좁은 틈을 형성한다. 다른 겹침 영역은 공기 틈의 의도적인 형성 없이, 2개의 표면 사이의 양호한 자기 접촉을 만든다.

바람직한 추가의 실시예에 따라, 이격 수단은 비자기 이격 재료 또는 제 2 플럭스 센서로 이루어진다.

바람직한 추가의 실시예에 따라, 제 2 겹침 영역에서 겹침 구역은 제 1 겹침 영역에서의 겹침 구역보다 크다. 따라서, 비대칭 부분을 사용함으로써, 제 2 겹침 영역에서 겹침 구역은 플럭스 전이를 개선시키기 위해 공기 틈에서의 겹침 구역보다 클 수 있다.

본 발명에 따른 센서 구성의 장점은 공기 틈의 단면적이 코어 단면적 보다 크고, 센서 요소의 양호한 적용 범위 및 차폐를 제공하기 위해 충분히 크다는 것이다.

제조 동안, 제 1 및 제 2 코어 부분 사이의 틈이 있는 및 틈이 없는 평면 겹침을 동시에 형성하기 위해, 코어 부분 중 적어도 하나는 적층된 코어를 형성하는 금속 시트의 평면 외 구부러짐(bending)을 제공받을 수 있다. 이 구부러짐은 코어의 작은 구역으로 한정될 수 있거나, 예를 들어, 기계적 왜곡의 구역 또는 레벨을 최소화하기 위해, 또는 동일한 평면에서 코어의 주요 부분을 유지하기 위해 원주의 전체 길이를 가로질러, 균일하게 분배될 수 있다. 하지만, 구부러짐 분배의 임의의 중간 경우 또한 가능할 수 있다.

적층된 코어가 구성되는 금속 시트는 단일 펀치-구부러짐 처리에서 큰 코일 시트로부터 제작될 수 있다. 바람직하게, 이들 시트는, 최선의 약한 자기 성질을 복원시키기 위해, 기계적 처리 후 어닐링(annealing) 처리된다.

그런 후에, 조립된 코어는 플라스틱 케이스에서, 기계적 클램핑, 리베팅(rivetting), 수지 주입, 몰딩, 테이핑 또는 끼워 맞춤에 의해 고정될 수 있다.

센서 요소는 응용의 특정 요건을 충족시키기 위해, 방사, 원주 또는 축 방향을 가리키는 연결 핀을 통해 공기 틈에 탑재될 수 있다. 이러한 특정 요건은 예를 들어, 2차 권선의 형성 처리로부터, 또는 케이스 내의 또는 프린팅된 회로 기판(PCB)상의 코어의 탑재로부터 야기될 수 있다.

추가의 실시예에서, 적층된, 스트립으로 감긴 또는 벌크, 예를 들어, 페라이트 재료로부터 제작될 수 있는 2개 이상의 부분은 평면인데, 이는 구부러지지 않았다는 것을 의미한다. 이들 부분은 2개의 겹침 영역을 통해 서로의 상부에 탑재되고, 하나의 부분이 틈을 형성하는 반면, 다른 부분은 직접 접촉된다. 이는 다른 하나에 대해, 하나의 코어 부분을 편향시킴으로써 달성되고, 이는 완전히 평행이 아닌 단부 면을 갖는 틈과 접촉을 초래한다. 기울기를 작게 유지하기 위해, 이 방법은 연장된 코어를 통해 바람직하게 사용되고, 여기서 겹침 영역은 코어의 짧은 측면상에 존재한다.

추가의 실시예에서, 평면 코어 부분은 평행한 배향으로 서로의 상부에 탑재되어, 동일한 틈이 겹침 영역에 형성되게 된다. 제 2 틈은 제 2 센서, 비자기 이격 수단으로, 또는 약한 자기 재료로 채워질 수 있어서, 갭을 자기적으로 단락시킨다. 이들 두 구성에서, 겹침 영역의 단면적은 코어 단면적 보다 크다.

바람직한 추가의 실시예에서, 링형태의 코어는 제 1 틈이 없는 부분 코어와, 축 코어 방향으로 배향된 공기 틈을 갖는 제 2 부분 코어를 갖고, 상기 공기 틈은 자기 코어 유도를 측정하기 위한 센서 요소를 포함하고, 이를 통해, 공기 틈의 단면적은 제 2 부분 코어의 단면적 보다 크고, 제 1 및 제 2 부분 코어는 서로의 상부에 위치하고, 공통 2차 권선을 제공받을 수 있는 결합된 자기 코어를 형성한다. 제 1 부분 코어는 바람직한 추가의 실시예에서, 제 2 부분 코어보다 높은 크기를 가질 수 있고, 높은 자기 포화 재료로부터 이루어질 수 있다.

후자의 실시예는, 플럭스 센서를 전달하는 제 1 부분 코어가 낮은 코어의 높이 및 높은 품질, 즉, 높은 μ, 낮은 Hc의 코어 재료를 갖는 경우, 특히 이롭다. 전술한 타입의 코어 설계는 이 코어 설계를 동일한 외형을 갖지만, 높은 자기 포화 재료로부터 이루어지는 높은 높이를 갖는 동축의, 틈이 없는 코어의 상부에 적용하는데 적합하다. 그러면 2개의 부분 코어는 함께, 공통 2차 권선을 제공받을 수 있는 결합된 자기 코어를 형성한다. 이러한 접근법을 통해, 동시에 높은 동적 범위, 낮은 크로스토크 및 낮은 DC 오프셋의 특징을 이루는, 폐쇄 루프 전류 센서를 구축하는 것이 가능할 수 있다.

바람직한 추가의 실시예에서, 공기 틈의 방향은 링 형태의 코어의 방사 방향으로 배향된다. 방사 방향은, 위에 한정된 축 방향에 실질적으로 수직으로 한정된다.

이 실시예에서, 코어는 또한, 주로 원형, 타원형 또는 직사각형 형태를 가질 수 있고, 적층된 코어 시트로부터, 또는 얇은 스트립으로 감긴 자기 테이프의 수개의 층으로부터 이루어질 수 있고, 이는 1차 전도체를 둘러싸는 링을 형성한다. 코어는 코어의 평면 영역에서 겹쳐질 수 있고, 여기서, 코어는 플럭스 센서 요소를 완전히 둘러싸는 공기 틈을 형성한다. 코어는 요구된 겹침을 생성하기 위해 굴곡진 부분 또는 로컬 구부러진 부분을 가질 수 있다. 코어는 수지 주입, 스폿 용접, 몰딩, 플라스틱 캡슐화 등에 의해 고정될 수 있다. 겹침 영역의 단면적은 코어의 단면적 보다 크다.

바람직한 추가의 실시예에서, 링 형태의 코어는 제 1 틈이 없는 부분 코어와, 방사 코어 방향으로 배향된 공기 틈을 갖는 제 2 부분 코어를 갖는데, 상기 공기 틈은 자기 코어 유도를 측정하기 위한 센서 요소를 포함하고, 공기 틈의 단면적은 제 2 부분 코어의 단면적 보다 크며, 2개의 링 코어 중 하나는 다른 하나의 내부에 위치하고, 제 1 및 제 2 부분 코어는 공통 2차 권선을 제공받을 수 있는 결합된 자기 코어를 형성한다. 제 1 부분 코어는 바람직한 추가의 실시예에서, 제 2 부분 코어보다 큰 방사 두께를 갖고, 높은 자기 포화 재료로부터 이루어질 수 있다.

후자의 실시예는 플럭스 센서를 전달하는 제 1 부분 코어가 낮은 방사 코어 두께를 갖는 경우, 특히 이롭고, 2차 부분 코어와 동일한 코어 높이 및 높은 품질, 즉, 높은 μ, 낮은 Hc 코어 재료를 갖는다. 이러한 접근법을 통해, 동시에 높은 동적 범위, 낮은 크로스토크 및 낮은 DC 오프셋의 특징을 이루는, 폐쇄 루프 전류 센서를 구축하는 것이 가능할 수 있다.

바람직한 추가의 실시예에서, 공기 틈의 방향은 링 형태의 코어의 방사 또는 축 방향과의 각도를 형성한다. 각도는 약 45˚일 수 있지만, 10˚ 내지 80˚사이의 임의의 다른 각도 또한 바람직하게 가능하다. 코어는 스트립으로 감겨진, 적층된 또는 벌크 재료를 기초로 할 수 있고, 전술한 방법 중 하나에 의해 고정될 수 있다.

본 발명은 더 편리한 틈 배향을 제공하고, 코어의 단면적에 의해 주어진 전형적 한정을 넘게 갭의 자기 저항을 축소시킴으로써, 크로스토크의 민감성을 축소시키기 위한 코어의 및 공기 틈의 가능한 구성을 서술한다.

수개의 구성은 위에 언급된 서술 및 첨부 도면에 비추어 아래에서술된다.

서술된 솔루션의 장점 중 일부의 요약은 아래와 같다.

- 큰 공기 틈 단면적이 작은 코어 단면적에서 달성될 수 있다.

- 센서 요소는 외부 자기 계면으로부터 양호하게 보호된다.

- 완전한 센서 적용 범위는 또한 작은 코어의 단면적에 대해 달성될 수 있다.

- 공간 및 재료는, 작은 코어의 단면적만이 요구되는 경우 절약된다.

- 공기 틈은 자계 간섭이 작은 방향을 따라 배향될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 공기 틈에서의 센서를 갖는 코어 설계를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 공기 층에서 센서를 갖는 코어 설계를 도시하는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 실시예의 변형에 따라 공기 틈에서 선서를 갖는 코어 설계를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 공기 틈에서 센서를 갖는 코어 설계를 도시하는 도면.
도 5는 도 4에 도시된 실시예에 따라 대안적인 코어 설계를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따라 공기 틈에서 센서를 갖는 코어 설계를 도시하는 도면.

도 1 내지 도 6에서 동일한 기능 및 동작 모드를 갖는 요소는 동일한 참조 부호로 제공된다.

도 1은 폐쇄 루프 전류 센서에 대해, 종래 기술로부터 알려진 자기 코어 설계(1)를 개략적으로 도시한다. 전류 센서는 투과성이 높은 재료의 자기 코어(2)를 포함하는 자기 회로(1)를 기초로 한다. 자기 코어(1)는 측정될 전류(I_P)를 전달하는 십자형 원(2)으로 본 명세서에 표시된 1차 전도체를 포함한다. 자기 코어는 실질적으로 둥근 모퉁이를 갖는 직사각형의 형태를 갖는다. 작은 공기 틈(3)을 제외하고, 코어는 폐쇄 원주 외형을 갖는데, 이는, 코어가 링 형태의 자기 코어(1)로 잘 나타날 수 있기 때문이다. 코어의 링 형태는 링 형태의 코어(1)가 놓이는 평면(4)을 한정한다. 원(2)에서 십자형은 링 형태의 코어(1)의 평면(4)에 수직인 방향을 나타낸다. 평면(4)에 수직인 방향은 링 형태의 코어의 축 방향으로 불린다.

도면에서, 1차 전도체는 평면(4)에 수직인 방향을 갖는다. 물론, 평면(4)으로 기울어진 방식에서, 평면(4)에 대해 90˚와 다른 각도를 갖는 방향 또한, 가능할 수 있다.

화살표(5)는 코어(1)의 축 방향(2)에 수직인 방향을 나타내는데, 이는 코어의 중심 및 공기 틈(3)의 위치에 의해 한정된다. 이는 방사 방향(5)이라 불린다. 화살표(6)는 축 및 방사 방향 모두에 수직인 방향에 의해 한정되는 방향을 나타낸다. 이는 원주 방향(6)이라 불린다.

이미 언급된 바와 같이, 코어(1)는 공기 틈(3)을 갖는다. 공기 틈의 단면적은 코어(1)의 원주 방향(6)에 수직으로 배향된다. 따라서, 공기 틈(3)의 단면적은 자기 코어(1)의 단면적과 같은 크기이고, 더 크게 만들어질 수 없다. 공기 틈(3) 내에서, 자계의 주 방향은 공기 틈(3)의 단면적에 수직으로, 즉, 코어(1)의 원주 방향(6)을 따라 배향된다.

공기 틈(3)은 자기 코어 유도의 측정을 위한 센서 요소(7)를 포함한다. 상기 센서 요소는 홀 센서, 홀 센서 기반의 집적 회로, 자기저항 센서 또는 플럭스게이트 센서일 수 있다. 전류 센서가 편평한 형태의 공기 틈(3) 및 편평한 형태의 센서 요소(7)에 적용할 수 있다는 것이 관찰될 수 있다. 도 1의 좌측의 a)에 도시된 실시예에서, 센서 요소(7)의 연결 핀(8)은 방사 방향(5)을 가리킨다. 도 1의 우측의 b)에 도시된 실시예에서, 센서 요소(7)의 연결 핀(8)은 축 방향(2)을 가리킨다.

도 1에 도시된 자기 코어 장치가 폐쇄 루프 전류 센서에서 사용될 때, 자기 코어(1)는 보상 전류를 전달하는 2차 권선(도면에 미도시됨)을 제공받는다. 보상 전류의 목적은 1차 전류에 의해 생성된 자속 밀도를 방해하는 것이고, 이를 통해, 거의 제로(zero)의 플럭스 동작이, AC 및 DC 모두에서 보장되게 하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 공기 틈(3) 내에 위치한 플럭스 센서 요소(7)는 이 회로에서 유도된 임의의 자속을 검출할 것이고, 비례 신호를 생성할 것이다. 이 신호는 2차 권선을 통해 전류를 생성하는 일부 전자 파워 스테이지(stage)에 의해 증폭되는데, 이 전자 파워 스테이지는 부스터 회로라 불린다. 2차 전류는 1차 전류와 반대이고, 네거티브 피드백을 확립하며, 자기 회로 상에서 1차 전류의 영향을 보상한다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 공기 틈(3')에서 센서(7')를 갖는 코어 설계를 도시한다. 코어(1')는 제 1 및 제 2 부분(1a, 1b)으로 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 부분(1a, 1b)은 조립될 때, 링 형태의 코어(1')를 형성한다. 제 1 및 제 2 부분(1a, 1b)은 제 1 및 제 2 겹침 영역(9, 10)에서 제 1 및 제 2 겹침 구역과 겹쳐진다. 제 1 겹침 영역(9)은 센서 요소(7')를 포함하기 위해 구성되는 공기 틈(3')을 형성한다. 좌측의 도 a)에서 센서 요소(7')의 연결 핀(8')은 코어(1')의 원주 방향(6)을 따라 향한다. 대안적으로, 이들 핀은 또한, 도 1의 b)처럼, 방사 방향을 따라, 또는 이들 사이의 임의의 방향으로 유도될 수 있다. 제 2 겹침 영역(10)은 제 1 및 제 2 부분(1a, 1b) 사이에서의 직접 접촉을 제공한다.

링 형태의 코어(1')는 원형, 타원형 또는 직사각형 형태일 수 있다. 좌측의 a)에서, 링 형태의 코어(1')의 축방향을 따른 도면이 도시되고, 여기서 코어는 둥근 모퉁이를 갖는 실질적으로 직사각형의 형태를 갖는다. 도 2의 우측의 b)는 틈의 방사 방향을 따른 도면을 도시하는데, 이 도면은 2개의 겹침 부분(1a 및 1b)으로부터 코어(1')의 조립체를 나타낸다. 이 경우, 코어는 타원형의 형태를 갖고, 센서 요소의 핀은 방사 방향을 따라 유도된다. 제 1 겹침 영역(9)에서 형성된 공기 틈(3')의 방향이 코어(1')의 축 방향(2)으로 배향된다는 것이 관찰될 수 있다. 이는, 제 1 겹침 영역(9)의 구역이 코어의 단면적{도 2의 b)에서 라인(11)으로 표시되는}보다 크다는 것을 가능케 하여, 또한, 겹침 영역(9)에서 형성된 공기 틈(3')의 단면적은 코어(1')의 단면적(11)보다 크다.

제 1 및 제 2 코어 부분(1a, 1b)의 각각은 자기 재료의 하나 또는 수개의 시트로부터 이루어진 적층된 코어 부분이고, 코어(1')에 조립될 때, 1차 전도체(2)를 둘러싸는 링 형태의 구조를 형성하고, 코어의 2개의 평면 겹침 영역(9, 10)에서 겹쳐진다.

비대칭 부분을 사용함으로써, 제 2 겹침 영역(10)에서의 겹침 구역은 제 1 겹침 영역(9)에서의 겹침 구역보다 크게 이루어질 수 있어서, 제 2 겹침 영역(10)에서 플럭스 전이의 향상을 초래한다.

본 발명에 따른 센서 구성의 장점은 공기 틈의 단면적이 코어의 단면적 보다 크고, 센서 요소의 양호한 적용 범위 및 차폐를 제공하는데 충분히 크다는 것이다.

도 3의 a)는 적층된, 스트립으로 감겨진 또는 벌크, 예를 들어, 페라이트 재료로부터 제작될 수 있는 2개의 코어 부분(1a', 1b')이 평면이고, 구부러지지 않은 추가의 실시예를 도시한다. 이들은 2개의 겹침 영역(9', 10')을 통해 서로의 상부에 탑재된다. 제 1 겹침 영역(9')은 플럭스 센서 요소(7")를 포함하는 틈(3")을 형성하는 반면, 제 2 겹침 영역(10')은 제 1 및 제 2 부분(1a', 1b') 사이에서 직접 접촉한다. 이는, 코어 부분(1a', 1b') 중 하나를 다른 하나에 대해 편향시킴으로써 달성되고, 서로에 완전히 평행인 단부 면을 갖는 갭 및 접촉을 초래한다. 기울기를 작게 유지하기 위해, 이 방법은 연장된 코어를 통해 바람직하게 사용되고, 여기서 겹침 영역은 코어의 짧은 측면 상에 존재한다.

도 3의 b)는, 평면 코어 부분(1a", 1b")이 평행 배향으로 서로의 상부에 탑재되어, 동일한 틈(3"', 3a"')이 겹침 영역(9", 10") 내에 형성되는 추가적인 실시예를 도시한다. 제 2 겹침 영역(10")에서의 틈(3a"')은 제 2 센서(7a")(도 3의 b)에 도시됨), 비자기 이격 수단 또는 약한 자기 재료로 채워질 수 있어서, 틈을 자기적으로 단락시킬 것이다. 2개의 구성에서, 겹침(9', 10', 9", 10")의 단면적은 코어의 단면적(11')보다 크게 만들어 질 수 있다.

도 4는 본 발명의 추가의 실시예를 도시한다. 도 4는 공기 틈(3b) 및, 센서 요소(7b)의 수감축(sensitive axis)이 코어(1c)의 방사 방향(5)으로 배향되는 코어 구성을 도시한다. 주로 원형, 타원형 또는 직사각형 형태(도 4에서, 주로 직사각형 형태가 도시된다)를 가질 수 있는 링 형태의 코어(1c)는 적층된 코어 시트로부터, 또는 얇은 스트립으로 감겨진 자기 테이프의 수개의 층으로부터 만들어지고, 1차 전도체(2)를 둘러싸는 링 형태의 구조를 형성한다. 코어(1c)의 2개의 단부 부분(13, 14)은 평면 영역(9b)에서 겹쳐지고, 이들은 센서 요소(7b)를 완전히 둘러싸는 공기 틈(3b)을 형성한다. 코어(1c)는 요구된 겹침(9b)을 생성하기 위해, 로컬 구부러진 부분에 의해 형성되는 굴곡진 부분(12)을 갖는다. 겹침 영역(9b)을 형성하는 코어(1c)의 2개의 단부 부분(13, 14)은 수지 주입, 스폿 용접, 몰딩 플라스틱 캡슐화 등에 의해 고정될 수 있다. 겹침(9b)의 단면적은 코어의 단면적(11b)보다 크게 만들어질 수 있다.

도 5의 a), b) 및 c)는 공기 틈(3b'. 3b", 3b"') 및, 센서 요소(7b', 7b", 7b"')의 수감축이 코어(1b', 1b", 1b"')의 방사 방향으로 배향되는 구성의 대안적인 실시예를 도시한다. 도 5의 a) 및 b)의 구성에서, 겹침 영역(9b', 9b")에 인접한 어떠한 굴곡진 부분도, 그리고 어떠한 로컬 구부러진 부분도 존재하지 않는다. 도 5의 a)는 코어의 겹친 단부 부분이 세로축의 가지(15)와 반대로 기울어져 있고, 코어가 실질적으로 직사각형의 형태를 갖는 실시예를 도시한다. 도 5의 b)의 구성에서, 코어는 실질적으로 직사각형의 형태를 갖고, 코어의 겹친 단부 부분은 가지(15)에 평행이다. 도 5의 c)의 구성에서, 코어는 실질적으로 원형의 형태를 갖는다.

도 6은 공기 틈이 축 방향 또는 방사 축을 중심으로 일부 각도만큼 회전되는 구성을 갖는 실시예를 도시한다. 도 6의 a)에서, 공기 틈(3c) 및, 센서 요소(7c)의 수감축(16)은 코어(1d)의 축 방향(5)을 중심으로 각도(α)만큼 회전된다. 도 6의 b)에서, 틈(3c')과, 센서 요소(7c')의 수감축(16')은 방사 방향을 중심으로 각도(β)만큼 회전된다. 이러한 회전의 임의의 조합 또한 가능할 수 있다. 여기서, 코어(1d, 1d')는 실질적으로 직사각형의 형태를 갖고, 다른 형태 또한 가능할 수 있다. 도 6의 a)는 코어(1d)의 축 방향을 따른 도면을 도시하는 반면, 도 6의 b)는 코어(1d')의 틈의 방사 방향을 따른 도면을 도시한다. 각도(α 또는 β)는 약 45˚일 수 있지만, 10˚ 내지 80˚의 임의의 다른 각도 또한 가능할 수 있다. 또한, 주어진 범위에 90˚(통상의 틈 배향)를 더한 α 및 β의 조합 또한 가능할 수 있다. 코어(1d)는 스트립으로 감긴, 적층된 또는 벌크 재료를 기초로 할 수 있고, 전술한 방법 중 하나에 의해 고정될 수 있다.

공기 틈(3c, 3c')의 영역에서 겹침 영역은 코어(1d, 1d')의 기울어진 절단면에 의해 생성된다. 공기 틈의 기울기에 기인하여, 겹침 영역의 단면적은 코어의 단면적 보다 크다.

1, 1' : 자기 코어 1a, 1a', 1a" : 코어(1')의 제 1 부분
1b, 1b', 1b" : 코어(1')의 제 2 부분
1c. 1c', 1c", 1c"' : 자기 코어 1d, 1d' : 자기 코어
2 : 1차 전도체, 축 방향
3, 3', 3", 3"', 3a"', 3b, 3b', 3b". 3b"', 3c. 3c' : 공기 틈
4 : 평면 5 : 방사 방향
6 : 원주 방향
7, 7', 7", 7a", 7b, 7b', 7b". 7b"', 7c, 7c' : 센서 요소
8, 8' : 연결 핀 9, 9', 9" : 제 1 겹침 영역
9b, 9b', 9b", 9b"' : 겹침 영역 10, 10', 10" : 제 2 겹침 영역
11. 11'. 11b. 11c : 코어(1')의 단면적
12 : 굴곡진 부분 13 : 단부 부분
14 : 단부 부분 15 : 세로축의 가지
16, 16' : 센서 요소의 수감축

Claims (15)

1. 링 형태의 자기 코어(1)를 갖는 전류 센서로서,
   상기 코어(1)는 측정될 전류를 갖는 1차 전도체(2)를 둘러싸고, 공기 틈(3)을 가지며, 상기 공기 틈(3)은 자기 코어(1) 유도를 측정하기 위한 센서 요소(7)를 포함하고, 상기 공기 틈(3)의 단면적은 상기 코어(1)의 단면적 보다 큰, 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 공기 틈(3)의 방향은 상기 링 형태의 코어(1)의 축 방향으로 배향되는, 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서.
3. 제2항에 있어서, 상기 코어(1)는, 상기 코어(1)가 링 형태로 조립될 때, 제 1 및 제 2 단부 부분(13, 14)이 겹쳐져서, 겹침 구역을 형성하는 적어도 하나의 겹침 영역(9)을 갖고, 상기 겹침 영역(9)은 상기 센서 요소(7)를 포함하기 위해 구성되는 상기 공기 틈(3)을 형성하는, 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서.
4. 제3항에 있어서, 상기 코어(1)는 제 1 및 제 2 부분(1a, 1b)으로 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 부분(1a, 1b)은 조립될 때, 상기 링 형태의 코어(1)를 형성하고, 제 1 및 제 2 겹침 영역(9, 10)에서 제 1 및 제 2 겹침 구역과 겹쳐지고, 상기 제 1 겹침 영역(9)은 상기 센서 요소(7)를 포함하기 위해 구성되는 공기 틈(3)을 형성하고, 상기 제 2 겹침 영역(10)은 상기 제 1 및 제 2 부분(1a, 1b) 사이에서 직접 접촉하는, 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서.
5. 제4항에 있어서, 상기 제 2 겹침 영역(10)에서의 겹침 구역은 상기 제 1 겹침 영역(9)에서의 겹침 구역보다 큰, 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서.
6. 제4항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 겹침 영역(9, 10)은 제 1 및 제 2 틈을 형성하고, 상기 제 1 틈은 상기 센서 요소(7)를 포함하기 위해 공기 틈(3)으로 구성되고, 상기 제 2 틈은 상기 제 2 틈을 자기적으로 단락시키기 위한 약한 자기의 이격(spacer) 수단으로 채워지는, 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서.
7. 제1항에 있어서, 상기 링 형태의 코어(1)는 제 1 틈이 없는 부분 코어와, 공기 틈(3)을 갖는 제 2 부분 코어를 갖고, 상기 공기 틈(3)은 자기 코어(1) 유도를 측정하기 위한 센서 요소(7)를 포함하고, 상기 공기 틈(3)의 단면적은 상기 제 2 부분 코어의 단면적 보다 크고, 제 1 및 제 2 부분 코어는 공통 2차 권선을 제공받을 수 있는 결합된 자기 코어(1)를 형성하는, 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서.
8. 제7항에 있어서, 제 1 부분 코어는 상기 제 2 부분 코어보다 큰 코어 단면적을 갖고, 높은 자기 포화 재료로 이루어지는, 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서.
9. 제1항에 있어서, 상기 공기 틈(3)의 방향은 상기 링 형태의 코어(1)의 방사 방향으로 배향되는, 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서.
10. 제1항에 있어서, 상기 공기 틈(3)의 방향은 90˚가 아닌, 상기 링 형태의 코어(1)의 축 방향에 대한 각도를 형성하는, 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서.
11. 제1항에 있어서, 상기 공기 틈(3)의 방향은 90˚가 아닌, 상기 링 형태의 방사 방향에 대한 각도를 형성하는, 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서.
12. 제10항에 있어서, 상기 각도는 10˚ 내지 80˚인, 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서.
13. 제11항에 있어서, 상기 각도는 10˚ 내지 80˚인, 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서.
14. 제1항에 있어서, 상기 코어(1)는 적층된 코어 시트로 형성되는, 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서.
15. 제6항에 있어서, 상기 이격 수단은 비자기 이격 재료 또는 제 2 플럭스 센서로 이루어지는, 링 형태의 자기 코어를 갖는 전류 센서.

Images