KR20230044818A - 영상전류 센서 및 그 보정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 전류 도체, 상기 제1 전류 도체와 동일한 크기를 갖고, 상기 제1 전류 도체와 인접하여 대향 배치된 제2 전류 도체, 및 상기 제1 전류 도체와 상기 제2 전류 도체 사이의 겹치는 구간의 정 중앙에 배치되는 자기 센서를 포함하는 영상전류 센서가 개시된다. 또한, 본 발명은 상기 제1 전류 도체 및 제2 전류 도체의 전류에 따른 상기 자기 센서의 출력 측정을 통해 상기 영상전류 센서를 테스트하는 단계, 및 상기 테스트 결과에 따라, 상기 자기 센서의 출력이 0이 되도록 보정하는 단계를 포함하는 영상전류 센서의 보정 방법이 개시된다.

Description

영상전류 센서 및 그 보정 방법{Zero-phase current sensor and calibration method thereof}

본 발명은 영상전류 센서 및 그 보정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 영상전류를 측정하기 위한 자기 센서를 이용한 영상전류 센서 및 그 보정 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자기 센서로는 홀 효과를 이용한 홀 센서, 자기 저항 소자, 자기 트랜지스터 등이 알려져 있으며, 그러한 자기 센서를 이용하여 전류에 의해 발생하는 자속을 포착하여 전류 강도를 측정한다.

이와 관련하여, 선행기술문헌인 특허 제10-1742485호에서는 자기 코어에 에어 갭을 형성하고, 상기 에어 갭에 상술한 바와 같은 자기 센서를 설치하여 자기 코어를 관통하는 전류 도체의 누설전류와 같은 영상전류를 측정하는 전류 센서 조립체가 제시되었다.

그러나, 상기 특허 제10-1742485호에서, 영상전류 측정을 위한 전류 센서 조립체를 제조하기 위해서는 자기 코어가 반드시 필요하다. 또한, 자기 코어의 에어 갭의 간격에 따라 전류/자계 변화율이 달라져 전류 센서로서의 성능에 영향을 미치기 때문에, 자기 코어의 에어 갭이 매우 정밀하게 가공되어야 한다. 더욱이, 폐자로를 형성하는 자기 코어를 형성한 후, 절단 등의 공정을 통해서 에어 갭을 설치하는 경우, 자기 코어를 구성하는 자성체의 특성이 변화할 수 있기 때문에 에어 갭 형성 공정이 매우 정밀해야 한다.

한편, 선행기술문헌인 특허 제10-1812245호에는 삽입 홀에 삽입되는 구조의 전류 센서를 구비한 차량용 비접촉 전류 센서가 제시되어 있다. 이러한 전류 센서는 자기 코어 없이 자기 센서에서 측정되는 자계를 통해서 전류 도체에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 그러나, 상기 특허 제10-1812245호에 제시된 구조의 전류 센서에 의해서는 영상전류를 정밀하게 측정할 수 없다.

결국, 상기와 같은 기존의 방식들은 상술한 바와 같은 문제점들을 해결하는데 한계를 드러내고 있다.

KR 특허 10-1742485 B1 KR 특허 10-1812245 B1

본 발명의 목적은 자기 코어 및 에어 갭 없이 단순한 구조로 형성되고, 자기 센서 및 전류 도체를 외부 자계로부터 차폐하여 정확하게 영상전류를 측정하기 위한 자기 센서를 이용한 영상전류 센서 및 그 보정 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 영상전류 센서는, 제1 전류 도체, 상기 제1 전류 도체와 동일한 크기를 갖고, 상기 제1 전류 도체와 인접하여 대향 배치된 제2 전류 도체, 및 상기 제1 전류 도체와 상기 제2 전류 도체 사이의 겹치는 구간의 정 중앙에 배치되는 자기 센서를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에서, 제1 전류 도체는 제2 전류 도체와 나란한 중심 부분을 중심으로, 입력단이 제1 방향으로 굴곡지고, 출력단이 제2 방향으로 굴곡지며, 제2 전류 도체는 제1 전류 도체와 나란한 중심 부분을 중심으로, 입력단이 제1 방향으로 굴곡지고, 출력단이 제2 방향으로 굴곡질 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 영상전류 센서는, 상기 제1 및 제2 전류 도체와 상기 자기 센서를 외부 자계로부터 차폐하기 위해 상기 제1 및 제2 전류 도체 사이의 전류 방향이 동일한 구간을 둘러싸는 자기 차폐부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에서, 상기 제1 전류 도체는 상기 제2 전류 도체와 나란한 중심부가 사다리꼴 형상으로 형성되고, 상기 제2 전류 도체는 상기 제1 전류 도체와 나란한 중심부가 상기 제1 전류 도체와 역방향의 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에서, 상기 자기 센서는 상기 제1 전류 도체와 제2 전류 도체의 면적이 일치되어 출력이 0이 되는 위치에 배치된다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 영상전류 센서의 보정 방법이 개시되며, 상기 영상전류 센서는 제1 전류 도체, 상기 제1 전류 도체와 동일한 크기를 갖고, 상기 제1 전류 도체와 인접하여 대향 배치된 제2 전류 도체, 및 상기 제1 전류 도체와 제2 전류 도체 사이의 겹치는 구간의 정 중앙에 배치되는 자기 센서를 포함하며, 상기 방법은 상기 제1 전류 도체 및 제2 전류 도체의 전류에 따른 상기 자기 센서의 출력 측정을 통해 상기 영상전류 센서를 테스트하는 단계, 및 상기 테스트 결과에 따라, 상기 자기 센서의 출력이 0되도록 보정하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 다른 실시예에서, 상기 보정 단계는 상기 제1 또는 제2 전류 도체 중 적어도 하나의 면적을 보정하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 다른 실시예에서, 상기 면적 보정은 상기 제1 또는 제2 전류 도체 중 적어도 하나의 단면의 상부, 상기 단면의 모서리, 또는 상기 단면의 양 측면 중 하나를 기계적 방식, 화학적 방식 또는 레이저를 통해 깍거나 제거하여 상기 면적을 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 다른 실시예에서, 상기 면적 보정은 상기 제1 또는 제2 전류 도체 중 적어도 하나의 단면의 일부에 금속 또는 금속선을 부착하거나 설치하여 상기 면적을 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 다른 실시예에서, 상기 제1 전류 도체는 상기 제2 전류 도체와 나란한 중심부가 사다리꼴 형상으로 형성되고, 상기 제2 전류 도체는 상기 제1 전류 도체와 나란한 중심부가 상기 제1 전류 도체와 역방향의 사다리꼴 형상으로 형성되며, 상기 보정 단계는 상기 자기 센서의 위치를 보정하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 다른 실시예에서, 상기 위치 보정은 상기 자기 센서의 위치를 상기 제1 전류 도체와 제2 전류 도체가 나란히 배치된 방향으로 평행이동시킬 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 영상전류 센서를 자기 코어 및 에어 갭 없이 단순한 구조로 제조함으로써, 정확하게 영상전류를 측정할 뿐만 아니라 제조 비용도 크게 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상전류 센서를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 영상전류 센서의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전류 도체 및 자기 센서를 외부 자계로부터 차폐하기 위한 자기 차폐부를 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 영상전류 센서가 전원 및 부하에 연결된 개략 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 자기 센서가 2개 전류 도체 사이의 중앙에 위치된 경우의 자기 센서와 전류 도체 간 거리에 따른 자계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 2개의 전류 도체 중 어느 하나의 면적 감소를 통한 보정을 예시하는 도면이다.
도 7은 도 6과 관련된 본 발명에 따른 자기 센서가 제2 전류 도체에 소정 거리만큼 가깝게 위치되고, 제1 전류 도체에 소정 거리만큼 멀게 위치되는 경우의 영상전류별 자계의 변화를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 2개의 전류 도체 중 어느 하나의 면적 증가를 통한 보정을 예시하는 도면이다.
도 9는 도 8과 관련된 본 발명에 따른 자기 센서가 제1 전류 도체에 소정 거리만큼 가깝게 위치되고, 제2 전류 도체에 소정 거리만큼 멀게 위치되는 경우의 영상전류별 자계의 변화를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사다리꼴 형상의 전류 도체가 적용된 영상전류 센서를 도시한 개략 사시도이다.
도 11 내지 13은 도 10의 2개의 사다리꼴 전류 도체가 적용된 경우에, 자기 센서 위치 및 자계의 관계에 따른 자기 센서의 위치 이동을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일실시예의 목적, 장점, 및 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 일실시예의 설명들에 의해 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 일실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, X축, Y축, Z축 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 달리 명시하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다는 것을 알아야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상전류 센서를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 영상전류 센서의 분해 사시도이다.

먼저, 상기와 같은 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 영상전류 센서의 구성을 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 영상전류 센서(100)는 제1 전류 도체(10), 제1 전류 도체(10)와 동일한 크기를 갖고, 제1 전류 도체(10)와 인접하여 대향 배치된 제2 전류 도체(20), 및 제1 전류 도체(10)와 제2 전류 도체(20) 사이의 겹치는 구간의 정 중앙에 배치되는 자기 센서(30)를 포함할 수 있다.

제1 전류 도체(10)는 몸체부(11), 입력단(12), 및 출력단(13)을 포함할 수 있고, 제2 전류 도체(20)는 몸체부(21), 입력단(22), 출력단(23)을 포함할 수 있다. 제1 전류 도체(10)와 제2 전류 도체(20)의 몸체부(11, 21)는 서로 평행하게 배치될 수 있다. 제1 전류 도체(10)의 몸체부(11)는 제2 전류 도체(20)와 나란하게 배치되는 부분이고, 제2 전류 도체(20)의 몸체부(21)는 제1 전류 도체(10)와 나란하게 배치되는 부분이다.

한편, 도 1에는 자기 센서(30)가 도시되어 있지 않지만, 이하 도 2를 참조하여 설명하는 바와 같이 자기 센서(30)는 제1 전류 도체(10)의 몸체부(11)와 제2 전류 도체(20)의 몸체부(21) 사이에 배치될 수 있다. 자기 센서(30)는 자기 센서(30)가 제1 전류 도체(10)의 몸체부(11)와 이격된 거리와 자기 센서(30)가 제2 전류 도체(20)의 몸체부(21)와 이격된 거리가 동일한 위치에 배치될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 2개의 전류 도체(10, 20)는 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있으며, 그러한 제1 전류 도체(10)와 제2 전류 도체 (20)는 서로 인접하여 평행하게 대향 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 영상전류 센서(100)는, 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)와 자기 센서(30)를 외부 자계(Bex)로부터 차폐하기 위한 자기 차폐부(40)를 포함할 수 있다. 외부 자계는 지구 자기장이나, 다른 전력선에 흐르는 전류로부터 생성되는 자계 등을 포함할 수 있다.

즉, 자기 차폐부(40)는 자기 센서(30) 뿐만 아니라, 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)의 전류 방향(I1, I2) 및 그에 따른 자계 방향(B1, B2)이 동일한 구간을 둘러쌈으로써, 외부로부터 인가되는 자계(Bex)를 차폐할 수 있는 것이다.

한편, 외부 자계를 차폐하기 위한 자기 차폐부(40)는 페라이트와 같은 자성 재료로 이루어질 수 있으나, 그와 같은 페라이트로 한정하지 않고, 전류 도체 및 자기 센서를 차폐할 수 있는 다양한 종류의 적절한 재료가 사용될 수 있다.

자기 차폐부(40)는 상부 자기 차폐부(40a) 및 하부 자기 차폐부(40b)가 결합되는 구조로 형성될 수 있다. 또한, 자기 차폐부(40)는 상부 자기 차폐부(40a)와 하부 자기 차폐부(40b)가 일체로 형성될 수도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)는 서로 겹치는 구간(즉, 제1 및 제2 전류 도체의 몸체부인 빗금친 부분(C 및 C'))에서 동일한 전류 방향이 생기도록 서로 역방향의 굴곡진 형상을 가질 수 있는데, 즉 제1 및 제2 전류 도체(10, 20) 각각은 굴곡진 장방형의 판 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)는 각각 입력단(12, 22) 및 출력단(13, 23)을 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)의 각각의 입력단(12, 22)은 제1 방향으로 꺽어지고, 각각의 출력단(13, 23)은 상기 입력단(12, 22)의 반대 방향인 제2 방향으로 꺽어지도록 구성될 수 있다. 제1 방향 및 제2 방향은 서로 나란한 방향이고, 제1 전류 도체(10)의 몸체부(11) 및 제2 전류 도체(20)의 몸체부(21)가 향하는 방향과 수직한 방향일 수 있다. 제1 전류도체(10)의 몸체부(11)와 제2 전류 도체(20)의 몸체부(21)가 나란한 방향으로 배치된 상태에서, 출력단과 입력단의 구체적인 형상은 다르게 형성될 수 있음을 이해할 수 있다.

즉, 제1 전류 도체(10)는 제2 전류 도체(20)와 나란한 중심 부분을 중심으로, 입력단(12)이 제1 방향으로 굴곡지고, 출력단(13)이 제2 방향으로 굴곡지며, 제2 전류 도체(20)는 제1 전류 도체(10)와 나란한 중심 부분을 중심으로, 입력단(22)이 제1 방향으로 굴곡지고, 출력단(23)이 제2 방향으로 굴곡질 수 있다.

한편, 도 2에서는 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)의 형상이 굴곡진 형상으로 도시되어 있으나, 그와 같은 형상은 굴곡진 형상으로 한정하지 않고, 다양한 형상(예컨대, 도 10의 사다리꼴 형상 등)로 구현될 수 있다는 것을 알아야 한다.

즉, 제1 전류 도체(10)는 제2 전류 도체(20)와 나란한 중심부가 사다리꼴 형상으로 형성되고, 제2 전류 도체(20)는 제1 전류 도체(10)와 나란한 중심부가 제1 전류 도체(10)와 역방향의 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전류 도체 및 자기 센서를 외부 자계로부터 차폐하기 위한 자기 차폐부를 도시한 개략도이다.

본 발명에 따른 영상전류 센서(100)는 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)에 흐르는 전류가 자계를 생성하고, 그 자계를 감지하여 전기적 신호를 출력하는 자기 센서(30)를 포함하며, 그러한 자기 센서(30)는 제1 전류 도체(10)와 제2 전류 도체(20) 사이의 겹치는 구간의 정 중앙에 배치되도록 구성된다.

상기와 같이 제1 전류 도체(10)와 제2 전류 도체(20) 사이의 겹치는 구간의 정 중앙에 설치된 자기 센서(30)는, 제1 전류(I1)와 제2 전류(I2)의 크기가 동일한 경우 제1 전류(I1)가 생성하는 제1 자계(B1)와 제2 전류(I2)가 생성하는 제2 자계(B2)의 크기가 동일하고, 자기 센서(30)가 위치한 지점에서 방향이 반대방향이므로, 제1 자계(B1)와 제2 자계(B2)가 상쇄되어 자기 센서(30)의 출력이 0으로 나타날 수 있다.

제1 전류(I1)와 제2 전류(I2)의 크기가 다른 경우 제1 전류(I1)가 생성하는 제1 자계(B1)와 제2 전류(I2)가 생성하는 제2 자계(B2)의 크기가 다르고, 자기 센서(30)가 위치한 지점에서 방향이 반대방향이므로, 제1 자계(B1)와 제2 자계(B2)가 상쇄되지 않는 만큼 자기 센서(30)의 출력이 0보다 크거나 작게 나타날 수 있다.

제1 전류 도체(10)와 제2 전류 도체(20)의 전류가 다를 경우, 즉 영상전류가 발생하면 그 영상전류에 비례하는 자계를 측정할 수 있다.

한편, 상기 영상전류가 발생한다는 것은 제1 전류 도체(10)와 제2 전류 도체(20) 중의 어느 하나에서 누설전류가 발생하는 등으로 인하여 제1 전류 도체(10)에 흐르는 전류와 제2 전류 도체(20)에 흐르는 전류가 불균형한 상태를 포함할 수 있다.

도 4는 상기와 같이 구성된 본 발명의 영상전류 센서(100)가 전원 및 부하에 연결된 개략 사시도이다.

제1 전류 도체(10)의 입력단(12) 및 제2 전류 도체(20)의 입력단(22)은 전원과 연결되고, 제1 전류 도체(10)의 출력단(13) 및 제2 전류 도체(20)의 출력단(23)은 부하와 연결될 수 있다.

도 1 및 2를 참조하여 앞서 설명한 바와 같이, 전원 및 부하에 각각 연결된 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)가 동일한 크기 및 굴곡진 형상을 가짐으로써, 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)는 서로 나란하게 겹쳐지는 구간(도 2의 빗금친 부분(C 및 C'))에서 서로 동일한 전류 방향이 생길 수 있다. 전원에서 나가는 제1 전류(I1)와 전원으로 들어오는 제2 전류(I2)는 화살표로 표시된 방향으로 진행하므로, 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)의 입력단(12, 22)과 출력단(13, 23)이 꺾어진 형상을 가져야, 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)의 몸체부(11, 21)가 평행하게 배치될 수 있고, 몸체부(11, 21)에서 제1 전류(I1)와 제2 전류(I2)가 동일한 방향으로 배치될 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 영상전류 센서(100)의 입력이 연결되는 방향과 출력이 연결되는 방향이 서로 나란해지도록, 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)의 각각의 입력단(12, 22)이 제1 방향으로 굴곡지고, 각각의 출력단(13, 23)이 상기 입력단(12, 22)의 반대 방향인 제2 방향으로 굴곡지도록 구성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 영상전류 센서 보정 방법에 대해 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 영상전류 센서 보정 방법은, 전원에 의해 입력된 제1 전류 도체(10) 및 제2 전류 도체(10)의 전류에 기초하여 자기 센서(30)의 출력(즉, 자계)을 측정함으로써 영상전류 센서(100)를 테스트하는 단계, 및 상기 테스트 결과에 따라 자기 센서(30)의 출력이 0이 되도록 보정하는 단계를 포함한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 영상전류 센서 보정 방법은 전류 도체의 면적 보정 및 자기 센서의 위치 보정을 포함하며, 먼저 전류 도체의 면적 보정에 대한 실시예를 설명한다.

본 발명에 따른 전류 도체의 면적 보정과 관련하여, 도 5는 일반적으로 자기 센서가 2개 전류 도체 사이의 중앙에 위치되고, 그 2개의 전류 도체의 형상과 크기가 동일한 경우의 자기 센서와 전류 도체 간 거리에 따른 자계를 나타낸 그래프로, 영상전류가 0일 때 그 중심 부분의 자계가 0인 경우를 나타낸다.

본 실시예에서는 상기와 같이 영상전류가 0인 경우를 포함하여, 도 5, 7 및 9 모두 영상 전류가 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5인 경우의 자계를 예시하고 있다는 것을 알아야 한다.

이와 관련하여, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 전류 도체(10)에 흐르는 제1 전류(I1)와 제2 전류 도체(20)에 흐르는 제2 전류(I2)의 차이가 커짐에 따라 중심 부분의 자계가 선형적으로 커지고 있음을 알 수 있으며, 그 중심 부분의 영상전류-자계 변환계수는 ~0.73 Oe/A(여기서, 0e는 자계의 단위 에르스텟(oersted)을 나타냄)임을 알 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 제1 전류 도체(10) 및 제2 전류 도체(20) 중 어느 하나의 면적 감소를 통한 보정을 예시하는 도면이다.

자기 센서(30)를 제1 전류 도체(10)와 제2 전류 도체(20)의 정 중앙에 배치하는 것은 정밀한 작업이 요구된다. 다만, 제조 공정상의 문제나, 공차 등으로 인하여 자기 센서(30)가 제1 전류 도체(10)와 제2 전류 도체(20)의 정 중앙에 배치되지 않을 수 있다. 이러한 경우 제1 전류(I1)와 제2 전류(I2)가 동일한 크기의 전류가 흐르더라도, 자기 센서(30)의 출력이 0이 아닐 수 있다.

도 6에 따른 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)의 면적 보정은 전원을 통해 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)에 동일한 전류 인가시 자기 센서(30)의 출력이 제2 전류 도체(20)에 흐르는 전류가 큰 것으로 나타나는 경우 제1 전류 도체(10)의 면적을 보정하거나, 또는 전원을 통해 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)에 동일한 전류 인가시 자기 센서(30)의 출력이 제1 전류 도체(10)에 흐르는 전류가 큰 것으로 나타나는 경우 제2 전류 도체(20)의 면적을 보정하는 것이다.

구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기한 면적 보정은 제1 또는 제2 전류 도체(10, 20) 중 적어도 하나의 단면의 상부(a), 상기 단면의 모서리(b), 또는 상기 단면의 양 측면(c, c') 중 하나를 기계적 방식, 화학적 방식 또는 레이저를 통해 깍거나 제거함으로써 이루어질 수 있다. 즉, 제1 전류 도체(10)와 제2 전류 도체(20) 중에서 자기 센서(30)와 멀리 배치된 어느 하나의 면적을 감소시키는 것이다. 전류 도체의 면적을 감소시키면, 전류 도체에 흐르는 전류의 밀도는 증가하고, 자계는 커진다.

자기 센서(30)가 제1 전류 도체(10) 또는 제2 전류 도체(20) 중 어느 하나에 가깝게 배치되는 경우, 자기 센서(30)에 멀리 배치된 제2 전류 도체(20) 또는 제1 전류 도체(10) 중의 어느 하나의 면적을 감소시켜, 자계가 상쇄되는 지점의 위치를 자기 센서(30)가 위치된 지점으로 이동시키는 것이다.

한편, 도 6에서는 단면의 소정 부분(즉, a, b, c, c')을 소정 방식으로 깍거나 제거하는 것으로 도시되어 있으나, 그 깍거나 제거하는 위치는 필요에 따라 적절한 위치로 선택될 수 있음을 알아야 한다.

이러한 전류 도체의 면적 감소와 관련된 예시의 결과로서, 도 7은 자기 센서(30)가 제2 전류 도체(20)에 소정 거리만큼 가깝게 위치되고, 제1 전류 도체(10)에 소정 거리만큼 멀게 위치되는 경우의 영상전류(즉, 누설전류)별 자계의 변화를 나타낸다.

상기와 같이 도 7은 자기 센서(30)가 0.23 mm 만큼 제2 전류 도체(20)에 가깝게 위치한 경우를 예시한 것으로, 중심 부분의 자계가 0.5 Oe 감소한 오프셋이 발생한 것을 확인할 수 있다.

이러한 상태에서 면적 보정을 수행한다. 자기 센서(30)가 멀어진 쪽 전류 도체는 제1 전류 도체(10)이다. 따라서 제1 전류 도체(10)의 단면적을 감소시키는 보정을 수행한다. 자기 센서(30)가 멀어진 쪽인 제1 전류 도체(10)의 단면적을 감소시켜 전류 밀도를 증가시키고, 이에 따라 자계를 증가시켜 자계 센서가 위치한 지점의 자계가 0이 되도록 조절한다.

이와 같은 면적 보정은 자기 센서(30)가 제1 전류 도체(10)에 가깝게 배치된 경우에, 제2 전류 도체(20)의 면적을 감소시키는 방식으로 적용될 수 있다는 것은 위의 설명을 통해 이해될 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 제1 전류 도체(10) 및 제2 전류 도체(20) 중 어느 하나의 면적 증가를 통한 보정을 예시하는 도면이다.

도 8에 따른 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)의 면적 보정은 전원을 통해 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)에 동일한 전류 인가시 자기 센서(30)의 출력이 제1 전류 도체(10)에 흐르는 전류가 작은 것으로 나타나는 경우 제2 전류 도체(20)의 면적을 보정하거나, 또는 전원을 통해 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)에 동일한 전류 인가시 자기 센서(30)의 출력이 제2 전류 도체(20)에 흐르는 전류가 작은 것으로 나타나는 경우 제1 전류 도체(10)의 면적을 보정하는 것이다.

구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기한 면적 보정은 제1 또는 제2 전류 도체(10, 20) 중 적어도 하나의 단면의 상부 또는 상기 단면의 양 측면 중 하나에 금속(예컨대, 구리 또는 알루미늄 등) 또는 금속선을 부착하거나 설치하여 면적을 증가시킴으로서 이루어질 수 있다

즉, 제1 전류 도체(10)와 제2 전류 도체(20) 중에서 자기 센서(30)와 가까이 배치된 어느 하나의 면적을 증가시키는 것이다. 전류 도체의 면적을 증가시키면, 전류 도체에 흐르는 전류의 밀도는 감소하고, 자계는 작아진다.

자기 센서(30)가 제1 전류 도체(10) 또는 제2 전류 도체(20) 중 어느 하나에 가깝게 배치되는 경우, 자기 센서(30)에 가깝게 배치된 제1 전류 도체(10) 또는 제2 전류 도체(20) 중의 어느 하나의 면적을 증가시켜, 자계가 상쇄되는 지점의 위치를 자기 센서(30)가 위치된 지점으로 이동시키는 것이다.

한편, 도 8에서는 금속과 같은 부착물(즉, ⓐ, ⓑ, ⓑ')을 제1 전류 도체(10)의 상부에 부착하는 것으로 도시되어 있으나, 그 부착 또는 설치 위치는 필요에 따라 적절한 위치로 선택될 수 있음을 알아야 한다.

이러한 전류 도체의 면적 증가와 관련된 예시의 결과로서, 도 9는 자기 센서(30)가 제1 전류 도체(10)에 소정 거리만큼 가깝게 위치되고, 제2 전류 도체(20)에 소정 거리만큼 멀게 위치되는 경우의 영상전류별 자계의 변화를 나타낸다.

상기와 같이 도 9는 자기 센서가 0.125 mm 만큼 제1 전류 도체(10)에 가깝게 위치한 경우를 예시한 것으로, 중심 부분의 자계가 0.25 Oe 증가한 오프셋이 발생한다.

이러한 상태에서 면적 보정을 수행한다. 자기 센서(30)가 가까운 쪽 전류 도체는 제1 전류 도체(10)이다. 따라서 제1 전류 도체(10)의 단면적을 증가시키는 보정을 수행한다. 자기 센서(30)가 가까워진 쪽인 제1 전류 도체(10)의 단면적을 증가시켜 전류 밀도를 낮추고, 이에 따라 자계를 감소시켜 자계 센서가 위치한 지점의 자계가 0이 되도록 조절한다.

이와 같은 면적 보정은 자기 센서(30)가 제2 전류 도체(20)에 가깝게 배치된 경우에, 제2 전류 도체(20)의 면적을 증가시키는 방식으로 적용될 수 있다는 것은 위의 설명을 통해 이해될 수 있다.

다음으로, 앞서 설명한 바와 같이, 사다리꼴 형상의 전류 도체가 적용된 도 10 내지 13을 참조하여 자기 센서의 위치 보정에 따른 영상전류 센서 보정 방법에 대해 설명한다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사다리꼴 형상의 전류 도체가 적용된 영상전류 센서를 도시한 개략 사시도이고, 도 11 내지 13은 도 10의 2개의 사다리꼴 전류 도체가 적용된 경우에, 자기 센서 위치 및 자계의 관계에 따른 자기 센서의 위치 이동을 설명하기 위한 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 제1 전류 도체(10) 및 제2 전류 도체(20)는 전류가 나란한 방향인 구간에서 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 즉, 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)의 몸체부(11, 21)의 형상이 사다리꼴로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)의 전류가 동일한 방향으로 흐르는 지점에서 사다리꼴 형상을 가지며, 제2 전류 도체(20)는 제1 전류 도체(10)의 사다리꼴 형상과 역방향의 사다리꼴 형상을 갖는다.

도 10의 실시예에 따른 영상전류 센서 보정 방법은, 제1 또는 제2 전류 도체(10, 20) 중 적어도 하나를 사다리꼴 면적이 넓어지거나 좁아지는 방향으로 평행하게 이동시킴으로써, 제1 전류 도체(10)와 제2 전류 도체(20) 사이에 배치된 자기 센서(30)의 위치를 보정하는 단계를 포함한다. 도 10에서는 X축으로 표시된 방향에 따라 자기 센서(30)를 이동하여 보정할 수 있다.

즉, 상기 위치 보정은 자기 센서(30)의 위치를 제1 전류 도체(10)와 제2 전류 도체(20)가 나란히 배치된 방향으로 평행이동시킬 수 있다.

이와 관련하여, 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)를 도 10에서와 같이 사다리꼴 형상으로 적용하면 그 사다리꼴 형상의 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)의 면적에 따라 자계가 변화된다.

즉, 도 10의 사다리꼴 형상의 제1 전류 도체(10; 즉, 상부 전류 도체)와 제2 전류 도체(20; 즉, 하부 전류 도체)가 서로 역방향이고, 그 사다리꼴 형상의 제1 및 제2 전류 도체(10, 20)의 면적이 동일하면, 그 면적이 동일한 부분에서 자계가 0이 되고, 좌측 또는 우측(즉, X축 방향)으로 움직이게 되면 어느 한쪽의 자계가 강해진다.

도 11은 도 10의 사다리꼴 형상의 전류 도체가 적용된 경우로, 자기 센서(30)가 역방향 사다리꼴 형상의 제1 전류 도체(10; 실선 표시)와 제2 전류 도체(20; 점선 표시) 사이의 중앙에 위치된 예를 보여준다. 도 11 하단의 그래프에서 G1은 제1 전류 도체(10)의 X축 방향에 따른 자계의 세기를 나타내고, G2는 제2 전류 도체(20)의 X축 방향에 따른 자계의 세기를 나타낸다. 자기 센서(30)는 제1 전류 도체(10)와 제2 전류 도체(20)의 면적이 동일한 부분이면서, 자계가 동일하여 G1과 G2가 교차하는 지점에 위치될 수 있다. 이때, 자기 센서의 출력은 0이 될 수 있다.

반면, 도 12는 자기 센서(30)가 제2 전류 도체(20; 즉, 하부 전류 도체)에 가까운 경우를 예시한다.

도 12에서와 같이 자기 센서(30)가 제2 전류 도체(20)에 가까운 경우에는, 제2 전류 도체(20)의 자계가 증가하므로 G2가 위로 이동하여 G2a가 된다. 그리고, 제1 전류 도체(10; 즉, 상부 전류 도체)의 자계가 감소하여, G1이 아래로 이동하여 G1a가 된다. 이러한 경우, 자계 G1a, G2a가 동일해지는 지점은 X1이다. 즉, 자기 센서를 X0 지점에서 X1 지점으로 평행이동시켜 자계가 상쇄되는 지점에 자기 센서(30)를 위치시킬 수 있다.

자기 센서(30)를 평행이동시켜 보정하는 것은 제1 전류 도체(10)의 자계와 제2 전류 도체(20)의 자계가 같아지는 지점으로 자기 센서(30)를 이동시키는 것이다. 즉, 도 12 하단에 나타낸 바와 같이, 자기 센서가 X축의 화살표 방향 X0에서 X1로 좌측으로 이동하게 된다(즉, 그래프 G1 및 G2의 교차점에서 그래프 G1a 및 G2a의 교차점으로 이동하게 된다).

즉, 상기와 같이 자기 센서(30)가 어느 하나의 전류 도체에 가깝게 배치되어 자계의 불균형이 존재하게 되면, 이를 보정하기 위해 자기 센서(30)를 좌측 또는 우측으로 이동시켜야 하며, 제1 전류 도체(10)의 면적이 넓어지는 또는 좁아지는 어느 하나의 방향으로 자기 센서(30)를 이동하여 자계가 0이 되는 지점에 자기 센서(30)를 위치시켜야 한다.

따라서, 상기와 같이 자계가 0이 되도록 자기 센서(30)를 X축으로 이동시켜 Z축 오차를 보정할 수 있다.

또한, 도 13은 제1 전류 도체(10) 및 제2 전류 도체(20)에 대한 자기 센서(30)의 출력이 오프셋이 있는 경우를 예시한다.

자기 센서(30)는 제조공정 상의 문제나, 충격 등 다양한 원인으로 인하여 출력에 오프셋이 존재할 수 있다. 오프셋은 자기 센서(30) 자체의 특성으로 이해할 수 있다. 자기 센서(30)의 오프셋에 의하여, 자기 센서(30)를 제1 전류 도체(10)와 제2 전류 도체(30) 사이의 정 중앙에 위치시키더라도, 자기 센서(30)의 출력이 0이 아닌 값이 출력될 수 있다. 이러한 경우 제1 전류(I1)와 제2 전류(I2)가 동일하더라도 자기 센서(30)의 출력이 0이 아닌 값으로 출력되므로 센서의 정확도에 문제가 발생할 수 있다.

도 13 하단의 그래프에서 G1은 제1 전류 도체(10)의 X축 방향에 따른 자계의 세기를 나타내고, G2는 제2 전류 도체(20)의 X축 방향에 따른 자계의 세기를 나타낸다.

상기와 같이, 자기 센서(30)의 출력 오프셋이 존재하면, G2가 G2b로 이동할 수 있다. 도 13에서 예시적으로 G2만 이동하는 것으로 도시하였으나, 자기 센서(30)의 오프셋이 존재할 경우 G1도 이동할 수 있음은 이해할 수 있다.

이러한 경우, 자계 G1, G2b 가 동일해지는 지점은 X2이다. 즉, 자기 센서(30)를 X0 지점에서 X2 지점으로 평행이동시켜 자계가 상쇄되는 지점에 자기 센서(30)를 위치시킬 수 있다.

자기 센서(30)를 평행이동시켜 보정하는 것은 제1 전류 도체(10)의 자계와 제2 전류 도체(20)의 자계가 같아지는 지점으로 자기 센서(30)를 이동시키는 것이다.

자기 센서(30)가 도 13 하단의 X축의 화살표 방향 X0에서 X2로 좌측으로 이동하게 된다(즉, 그래프 G1 및 G2의 교차점에서 그래프 G1 및 G2b의 교차점으로 이동하게 된다).

상기 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한 바와 같이, 전류 도체와 자기 센서의 Z축 공차 또는 자기 센서의 오프셋에 의해 자기 센서의 출력이 0이 되지 않을 경우, 자기 센서를 Z축 상에서 이동시키지 않고, X축 상에서 이동 조정하여 오차를 보정할 수 있는 것이다.

이상과 같이, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형 또는 변경이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10: 제1 전류 도체
11: 제1 전류 도체의 몸체부
12: 제1 전류 도체의 입력단
13: 제1 전류 도체의 출력단
20: 제2 전류 도체
21: 제2 전류 도체의 몸체부
22: 제2 전류 도체의 입력단
23: 제2 전류 도체의 출력단
30: 자기 센서
40: 자기 차폐부
40a: 상부 자기 차폐부
40b: 하부 자기 차폐부
I1: 제1 전류
I2: 제2 전류
B1: 제1 자계
B2: 제2 자계
Bex: 외부 자계

Claims (11)

1. 제1 전류 도체;
   상기 제1 전류 도체와 동일한 크기를 갖고, 상기 제1 전류 도체와 인접하여 대향 배치된 제2 전류 도체; 및
   상기 제1 전류 도체와 상기 제2 전류 도체 사이의 겹치는 구간의 정 중앙에 배치되는 자기 센서를 포함하는, 영상전류 센서.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 전류 도체는 상기 제2 전류 도체와 나란한 중심 부분을 중심으로, 입력단이 제1 방향으로 굴곡지고, 출력단이 제2 방향으로 굴곡지며,
   상기 제2 전류 도체는 상기 제1 전류 도체와 나란한 중심 부분을 중심으로, 입력단이 제1 방향으로 굴곡지고, 출력단이 제2 방향으로 굴곡지는, 영상전류 센서.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 및 제2 전류 도체와 상기 자기 센서를 외부 자계로부터 차폐하기 위해 상기 제1 및 제2 전류 도체 사이의 전류 방향이 동일한 구간을 둘러싸는 자기 차폐부를 더 포함하는, 영상전류 센서.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 전류 도체는 상기 제2 전류 도체와 나란한 중심부가 사다리꼴 형상으로 형성되고,
   상기 제2 전류 도체는 상기 제1 전류 도체와 나란한 중심부가 상기 제1 전류 도체와 역방향의 사다리꼴 형상으로 형성되는, 영상전류 센서.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 자기 센서는 상기 제1 전류 도체와 제2 전류 도체의 면적이 일치되어 출력이 0이 되는 위치에 배치되는, 영상전류 센서.
6. 영상전류 센서의 보정 방법에 있어서,
   상기 영상전류 센서는:
   제1 전류 도체;
   상기 제1 전류 도체와 동일한 크기를 갖고, 상기 제1 전류 도체와 인접하여 대향 배치된 제2 전류 도체; 및
   상기 제1 전류 도체와 제2 전류 도체 사이의 겹치는 구간의 정 중앙에 배치되는 자기 센서를 포함하며,
   상기 제1 전류 도체 및 제2 전류 도체의 전류에 따른 상기 자기 센서의 출력 측정을 통해 상기 영상전류 센서를 테스트하는 단계; 및
   상기 테스트 결과에 따라, 상기 자기 센서의 출력이 0이 되도록 보정하는 단계를 포함하는, 영상전류 센서 보정 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 보정 단계는 상기 제1 또는 제2 전류 도체 중 적어도 하나의 면적을 보정하는 단계를 포함하는, 영상전류 센서 보정 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 면적 보정은 상기 제1 또는 제2 전류 도체 중 적어도 하나의 단면의 상부, 상기 단면의 모서리, 또는 상기 단면의 양 측면 중 하나를 기계적 방식, 화학적 방식 또는 레이저를 통해 깍거나 제거하여 상기 면적을 감소시키는, 영상전류 센서 보정 방법.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 면적 보정은 상기 제1 또는 제2 전류 도체 중 적어도 하나의 단면의 일부에 금속 또는 금속선을 부착하거나 설치하여 상기 면적을 증가시키는, 영상전류 센서 보정 방법.
10. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 전류 도체는 상기 제2 전류 도체와 나란한 중심부가 사다리꼴 형상으로 형성되고,
    상기 제2 전류 도체는 상기 제1 전류 도체와 나란한 중심부가 상기 제1 전류 도체와 역방향의 사다리꼴 형상으로 형성되며,
    상기 보정 단계는 상기 자기 센서의 위치를 보정하는 단계를 포함하는, 영상전류 센서 보정 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 위치 보정은 상기 자기 센서의 위치를 상기 제1 전류 도체와 제2 전류 도체가 나란히 배치된 방향으로 평행이동시키는, 영상전류 센서 보정 방법.

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