KR101191437B1 - 2 channel current sensor - Google Patents

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KR101191437B1
KR101191437B1 KR1020110110098A KR20110110098A KR101191437B1 KR 101191437 B1 KR101191437 B1 KR 101191437B1 KR 1020110110098 A KR1020110110098 A KR 1020110110098A KR 20110110098 A KR20110110098 A KR 20110110098A KR 101191437 B1 KR101191437 B1 KR 101191437B1
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magnetic core
current
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sensor
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KR1020110110098A
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김춘식
박종민
이희성
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태성전장주식회사
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Abstract

PURPOSE: A two-channel current sensor for a vehicle is provided to measure current of bands more than an existing one-channel current sensor by forming a magnetic field which is fitted to high current and low current and to reduce costs by reducing an installation area. CONSTITUTION: A two-channel current sensor(100) comprises a bus bar(110), a first magnetic core(120), a second magnetic core(130), and a hall sensor(140). The first magnetic core comprises a first air gap between both ends and surrounds the circumference of the bus bar. The second magnetic core comprises a second air gap between both ends and surrounds the circumference of the bus bar. The second magnetic core is separately arranged from the first magnetic core. The hall sensor is arranged on the first air gap and the second air gap.

Description

2채널 전류센서{2 channel current sensor}2 channel current sensor

본 발명은 홀 센서를 이용한 차량용 전류센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 2개 전류 대역의 전류를 측정할 수 있는 2채널 전류센서에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle current sensor using a hall sensor, and more particularly to a two-channel current sensor capable of measuring the current of two different current bands.

일반적으로 홀 센서(Hall Sensor)는 전류의 방향에 수직으로 자장이 인가되면 출력이 변화되는 전류자기효과를 가지는 홀 소자(Hall Element)를 이용한 센서로, 도선에 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장을 이용하면 전류를 측정할 수 있다.In general, a Hall sensor is a sensor using a Hall element that has a current magnetic effect that changes its output when a magnetic field is applied perpendicular to the direction of the current. The Hall sensor uses a magnetic field generated by a current flowing in a wire. Current can be measured.

고리형의 페라이트 또는 퍼멀로이계로 이루어진 마그네틱 코어의 양단 사이에 형성된 에어 갭(Air gap) 사이에 홀 센서를 설치하고, 이 홀 센서를 전류가 흐르는 도선 주위에 설치하면 전류에 의해 생성된 자속에 비례하여 전압이 출력되고, 이 출력된 전압을 다시 전류로 환산하면 전류를 측정할 수 있다. If a Hall sensor is installed between the air gaps formed between both ends of the magnetic core made of an annular ferrite or permalloy system, and the Hall sensor is installed around the conducting wire, it is proportional to the magnetic flux generated by the current. The voltage is output and the current can be measured by converting the output voltage back into a current.

종래에 따르면, 기존의 홀 센서를 이용한 전류 센서의 대부분은 측정하고자 하는 전류 대역에 상관없이 1개의 마그네틱 코어에 1개의 홀 센서 또는 1개의 마그네틱 코어에 2개의 홀 센서를 사용하여 전류를 측정하고 있으나, 이는 센서 출력의 정밀도가 떨어지고 센서의 자기장 선형성을 보장할 수 없다. 간혹 저전류 대역과 고전류 대역을 분리하여 사용하고자 2개의 마그네틱 코어와 2개의 홀 센서를 사용하고자 하는 기술이 제안되고 있으나, 이는 아웃터(Outer) 마그네틱 코어 속에 이너(Inner) 마그네틱 코어를 사용한 기술이다. According to the related art, most current sensors using Hall sensors measure current using one Hall sensor on one magnetic core or two Hall sensors on one magnetic core regardless of the current band to be measured. This reduces the precision of the sensor output and cannot guarantee the magnetic field linearity of the sensor. In some cases, a technique of using two magnetic cores and two Hall sensors to separate low current and high current bands has been proposed, but this technique uses an inner magnetic core in an outer magnetic core.

그런데, 전술한 기술에서는 자기장을 수집 하는데 있어 아웃터 마그네틱 코어의 에어 갭과 이너 마그네틱 코어의 에어 갭이 겹치도록 위치됨으로써, 정밀성과 자속 선형성이 떨어지는 문제가 있었다. 에어 갭들을 서로 영향을 받지 않는 곳으로 위치시키고자 하여도, 에어 갭들에 각각 장착되는 홀 센서들의 장착공간이 확보되지 않기 때문에, 에어 갭들을 서로 영향을 받지 않는 곳으로 위치시키는데 한계가 있었다. 뿐만 아니라 같은 재질의 코어를 사용함으로써 다른 대역의 전류를 수집하는데도 문제가 있었다.However, in the above-described technology, the air gap of the outer magnetic core and the air gap of the inner magnetic core overlap each other in collecting the magnetic field, thereby degrading precision and magnetic flux linearity. In order to position the air gaps unaffected by each other, there was a limit to positioning the air gaps unaffected by each other, because the mounting space of the Hall sensors respectively mounted on the air gaps was not secured. In addition, using cores of the same material also had problems collecting current from different bands.

공개특허공보 제10-2007-29239(2007.03.13 공개)Publication No. 10-2007-29239 (published March 13, 2007)

본 발명의 과제는 기존의 1채널 전류센서보다 더 많은 대역의 전류를 측정하고, 장착면적을 줄여 비용절감을 할 수 있을 뿐만 아니라, 같은 재질의 코어를 사용한 기존의 2채널 전류센서보다 정밀하고 선형성 좋은 2채널 전류센서를 제공함에 있다.The object of the present invention is to measure the current in more bands than the conventional one-channel current sensor, and to reduce the cost by reducing the mounting area, and more precise and linearity than the conventional two-channel current sensor using the same material core To provide a good two-channel current sensor.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 2채널 전류센서는, 버스바(bus bar); 양단 사이에 제1 에어 갭을 갖고 상기 버스바의 둘레를 감싸며, 저전류 대역의 재질로 형성된 제1 마그네틱 코어; 양단 사이에 제2 에어 갭을 갖고 상기 버스바의 둘레를 감싸고, 상기 버스바의 길이 방향으로 상기 제1 마그네틱 코어의 일측으로 이격되어 배치되며, 고전류 대역의 재질로 형성된 제2 마그네틱 코어; 및 상기 제1,2 에어 갭에 각각 배치된 홀 센서들을 포함한다.Two-channel current sensor according to the present invention for achieving the above object, the bus bar (bus bar); A first magnetic core having a first air gap between both ends and surrounding a circumference of the bus bar and formed of a material having a low current band; A second magnetic core having a second air gap between both ends and surrounding the circumference of the bus bar, spaced apart from one side of the first magnetic core in a length direction of the bus bar, and formed of a material having a high current band; And hall sensors disposed in the first and second air gaps, respectively.

본 발명에 따르면, 고전류와 저전류에 적합한 자기장을 형성 시킴으로써 기존의 1채널 전류센서 보다 더 많은 대역의 전류를 측정하고, 장착면적을 줄여 비용절감을 할 수 있다. 뿐만 아니라, 같은 재질의 코어를 사용한 기존의 2채널 전류센서보다 정밀하고 선형성 좋은 2채널 전류센서를 만들 수 있다.According to the present invention, by forming a magnetic field suitable for high current and low current can measure the current of more bands than the existing one-channel current sensor, it is possible to reduce the cost by reducing the mounting area. In addition, it is possible to make a two-channel current sensor with more precise and linearity than the existing two-channel current sensor using the same material core.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2채널 전류센서의 사시도.
도 2 도 1에 있어서, 제1,2 마그네틱 코어를 발췌하여 도시한 사시도.
도 3은 도 2에 대한 평면도.
도 4는 도 3에 있어서, 제1,2 에어 갭의 위치에 대한 다른 예를 도시한 사시도.
도 5는 도 4에 있어서, 제1,2 마그네틱 코어를 발췌하여 도시한 사시도.1 is a perspective view of a two-channel current sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an extract of the first and second magnetic cores.
3 is a plan view of FIG.
FIG. 4 is a perspective view showing another example of the position of the first and second air gaps in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a perspective view of the first and second magnetic cores taken from FIG. 4; FIG.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2채널 전류센서를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1에 있어서, 제1,2 마그네틱 코어를 발췌하여 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2에 대한 평면도이다.1 is a perspective view showing a two-channel current sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view illustrating the first and second magnetic cores of FIG. 1. 3 is a plan view of FIG. 2.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 2채널 전류센서(100)는 버스바(110)와 제1,2 마그네틱 코어(120,130) 및 홀 센서(140)들을 포함한다.1 to 3, the two-channel current sensor 100 according to an embodiment of the present invention includes a bus bar 110, first and second magnetic cores 120 and 130, and hall sensors 140. do.

버스바(bus bar, 110)는 제1,2 마그네틱 코어(120,130) 내부에 위치한다. 버스바(110)는 전기적 에너지를 전달하기 위해 인쇄회로기판(150)상에서 전도체와 같은 역할을 하는 도관으로, 수십~수백 암페어 이상의 높은 전류를 취급할 수 있도록 해준다. 버스바(110)는 전도성 금속 소재로 제조될 수 있다. The bus bar 110 is located inside the first and second magnetic cores 120 and 130. The busbar 110 is a conduit that acts like a conductor on the printed circuit board 150 to deliver electrical energy, which enables it to handle high currents of tens to hundreds of amperes or more. The bus bar 110 may be made of a conductive metal material.

제1 마그네틱 코어(120)는 양단 사이에 제1 에어 갭(121)을 갖도록 형성된다. 여기서, 제1 에어 갭(121)은 제1 마그네틱 코어(120)의 양단 사이에 각각 형성된 공기 간격을 뜻한다. 제1 마그네틱 코어(120)는 대략 사각 링에서 제1 에어 갭(121)에 해당하는 부분이 절삭된 형태로 이루어질 수 있다. The first magnetic core 120 is formed to have a first air gap 121 between both ends. Here, the first air gap 121 means an air gap formed between both ends of the first magnetic core 120. The first magnetic core 120 may have a shape in which a portion corresponding to the first air gap 121 is cut in a substantially rectangular ring.

제2 마그네틱 코어(130)는 양단 사이에 제2 에어 갭(131)을 갖도록 형성된다. 여기서, 제1 에어 갭(131)은 제2 마그네틱 코어(130)의 양단 사이에 각각 형성된 공기 간격을 뜻한다. 제2 마그네틱 코어(130)는 버스바(110)의 길이 방향으로 제1 마그네틱 코어(120)의 일측으로 이격되어 배치된다. 제2 마그네틱 코어(130)는 제1 마그네틱 코어(120)와 동일한 크기의 사각 링에서 제2 에어 갭(131)에 해당하는 부분이 절삭된 형태로 이루어질 수 있다. 제1 마그네틱 코어(120)는 저전류 대역의 재질로 형성된다. 저전류 대역은 측정하고자 하는 전류가 40A 이하로 작게 흐르는 전류 대역을 말하며, 저전류 대역의 재질은 Ni-Fe(니켈-철) 계열인 것을 사용할 수 있다. The second magnetic core 130 is formed to have a second air gap 131 between both ends. Here, the first air gap 131 means an air gap formed between both ends of the second magnetic core 130. The second magnetic core 130 is spaced apart from one side of the first magnetic core 120 in the longitudinal direction of the bus bar 110. The second magnetic core 130 may be formed by cutting a portion corresponding to the second air gap 131 in a rectangular ring having the same size as the first magnetic core 120. The first magnetic core 120 is formed of a material of a low current band. The low current band refers to a current band in which a current to be measured flows less than 40 A, and a material of the low current band may be Ni-Fe (nickel-iron) series.

제2 마그네틱 코어(130)는 고전류 대역의 재질로 형성된다. 고전류 대역은 측정하고자 하는 전류가 200A 이상으로 흐르는 전류 대역을 말하며, 고전류 대역의 재질은 Si-steel(규소강) 계열인 것을 사용할 수 있다. Si-steel은 Si(규소)를 5%까지 포함한 합금으로, 순수한 철은 투자율이 높고 전기전도도가 높아, 전류센서에 사용하면 교류자기장에서의 에너지 손실이 크다. 따라서, 규소를 철 속에서 고용시키면 투자율이 높은 채로 보자력을 적게 할 수 있고, 전기저항이 증가하므로 에너지의 손실이 감소 된다. The second magnetic core 130 is formed of a material of a high current band. The high current band refers to the current band in which the current to be measured flows over 200A. The material of the high current band may be Si-steel series. Si-steel is an alloy containing Si (silicon) up to 5%. Pure iron has a high permeability and high electrical conductivity. When used in a current sensor, energy loss in an alternating magnetic field is high. Therefore, if silicon is employed in iron, coercivity can be reduced with high permeability, and electrical resistance is increased, thereby reducing energy loss.

만약, 제1,2 마그네틱 코어(120,130)를 같은 재질로 형성하는 경우, 고전류 또는 저전류 대역에 맞는 자장 형성이 어려울 수 있으며, 자장이 동시에 형성될 시 제1,2 에어 갭(121,131)간의 간섭 영향이 발생하여 선형성 및 출력의 정밀성이 떨어질 수 있다. If the first and second magnetic cores 120 and 130 are formed of the same material, it may be difficult to form a magnetic field suitable for a high current or low current band, and interference between the first and second air gaps 121 and 131 when the magnetic fields are simultaneously formed. Impacts can occur that reduce linearity and precision of output.

전술한 바와 같이, 제1,2 마그네틱 코어(120,130)의 재질을 다르게 함으로써, 기존의 같은 재질을 사용한 2채널 전류 센서보다 정밀하고 선형성이 좋으며, 저전류 대역부터 고전류 대역까지 넓은 범위의 전류를 측정할 수 있다. As described above, by varying the material of the first and second magnetic cores 120 and 130, it is more accurate and linear than the two-channel current sensor using the same material, and measures a wide range of currents from the low current band to the high current band. can do.

한편, 고전류 대역의 제2 에어 갭(131)의 간격 G2은 저전류 대역의 제1 에어 갭(121)의 간격 G1보다 크기가 큰 것이 바람직하다. 이는 저전류 대역의 경우, 제1 마그네틱 코어(120)의 제1 에어 갭(121)에서 발생하는 자속밀도는 측정하는 전류가 작아 자기포화가 쉽게 되지 않지만, 고전류 대역에서는 측정하고자 하는 전류가 상당히 커질 수 있기 때문이다. 따라서, 측정하고자 하는 한계 전류까지 포화가 되지 않고 선형성을 유지하도록 해기 위해서는, 제1 에어 갭(121)의 간격 G1보다 제2 에어 갭(131)의 간격 G2의 크기가 큰 것이 바람직하다. On the other hand, the interval G2 of the second air gap 131 of the high current band is preferably larger than the interval G1 of the first air gap 121 of the low current band. In the low current band, the magnetic flux density generated in the first air gap 121 of the first magnetic core 120 does not easily self-saturate because the current to be measured is small. However, in the high current band, the current to be measured is significantly increased. Because it can. Therefore, in order to maintain the linearity without being saturated until the limit current to be measured, it is preferable that the size of the interval G2 of the second air gap 131 is larger than the interval G1 of the first air gap 121.

홀 센서(140)들은 제1,2 에어 갭(121,131) 사이에 각각 위치하여, 자기장의 세기나 분포를 측정한다. 일반적으로 홀 센서(140)는 전류의 방향에 수직으로 자장이 인가되면 출력이 변화되는 전류자기효과를 가지는 홀 소자(Hall Element)를 이용한 센서로, 도선에 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장을 이용하면 전류를 측정할 수 있다.The hall sensors 140 are positioned between the first and second air gaps 121 and 131, respectively, and measure the intensity or distribution of the magnetic field. In general, the Hall sensor 140 is a sensor using a Hall element having a current magnetic effect in which the output changes when a magnetic field is applied perpendicularly to the direction of the current. When the Hall sensor 140 uses a magnetic field generated by a current flowing in a conductor, The current can be measured.

홀 센서(140)들은 인쇄회로기판(150)에 전기적으로 연결될 수 있다. 인쇄회로기판(150)은 홀 센서(140)에 전류를 공급하며, 홀 센서(140)로부터 출력되는 신호를 입력 받아서 처리할 수 있게 한다.  The hall sensors 140 may be electrically connected to the printed circuit board 150. The printed circuit board 150 supplies a current to the hall sensor 140, and receives and processes a signal output from the hall sensor 140.

도 4는 도 3에 있어서, 제1,2 에어 갭(121,131)의 위치에 대한 다른 예를 도시한 사시도이다. 도 5는 도 4에 있어서, 제1,2 마그네틱 코어를 발췌하여 도시한 사시도이다.4 is a perspective view illustrating another example of the positions of the first and second air gaps 121 and 131 in FIG. 3. FIG. 5 is a perspective view illustrating the first and second magnetic cores of FIG. 4.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1,2 마그네틱 코어(120,130)가 버스바(110)의 길이 방향으로 이격되어 배치된 상태에서, 제1,2 에어 갭(121,131)은 버스바(110)의 길이 방향을 기준으로 동일 선상에 있지 않고 어긋나 있도록 배치된다. As shown in FIGS. 4 and 5, in a state in which the first and second magnetic cores 120 and 130 are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the bus bar 110, the first and second air gaps 121 and 131 may be a bus bar ( It is arrange | positioned so that it may shift | deviate not on the same line with respect to the longitudinal direction of 110).

기존의 2채널 전류센서의 경우, 2개의 홀 센서를 장착시키기에는 인쇄회로기판(150)의 모양이나 크기가 부적합 하거나 제1,2 에어 갭(121,131)이 동일선상에 위치함으로 인해 홀 센서들간에 영향을 준다. 하지만, 제1,2 마그네틱 코어(120,130)가 버스바(110)의 길이 방향으로 이격된 상태에서 제1,2 에어 갭(121,131)의 위치를 동일 선상에 있지 않고 어긋나 있도록 배치하게 되면, 제1,2 에어 갭(121,131)에 설치된 홀 센서(140)들 간에 영향을 미치지 않고 홀 센서(140)들을 위치시키기 적합해질 수 있다. In the case of the existing two-channel current sensor, the shape or size of the printed circuit board 150 is not suitable for mounting the two Hall sensors, or because the first and second air gaps 121 and 131 are located on the same line. affect. However, when the first and second magnetic cores 120 and 130 are disposed to be offset from each other in the longitudinal direction of the bus bar 110 in a state in which the positions of the first and second air gaps 121 and 131 are not aligned with each other, 2 may be suitable for positioning the Hall sensors 140 without affecting the Hall sensors 140 installed in the air gaps 121 and 131.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 2채널 전류센서는 고전류와 저전류에 적합한 자기장을 형성 시킴으로써 기존 1채널의 전류센서 보다 더 많은 대역의 전류를을 측정할 수 있고, 1채널의 전류센서 두 개를 장착하는 것보다 2채널 전류센서 하나만 장착하는 것이 장착면적을 줄여 비용을 절감할 수 있다. 뿐만 아니라, 기존의 2채널 전류센서보다 정밀하고 선형성 좋은 전류센서를 만들 수 있다. As described above, the two-channel current sensor according to an embodiment of the present invention forms a magnetic field suitable for high current and low current, and can measure the current in more bands than the existing one-channel current sensor. Rather than mounting two current sensors, mounting a single two-channel current sensor can reduce cost by reducing the mounting area. In addition, it is possible to make a current sensor with more precise and linearity than the existing two-channel current sensor.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation and that those skilled in the art will recognize that various modifications and equivalent arrangements may be made therein. It will be possible. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

110.. 버스바 120.. 제1 마그네틱 코어
121.. 제1 에어 갭 130.. 제2 마그네틱 코어
131.. 제2 에어 갭 140.. 홀 센서
150.. 인쇄회로기판110 .. Busbar 120 .. The first magnetic core
121 .. 1st air gap 130 .. 2nd magnetic core
131 .. 2nd air gap 140 .. Hall sensor
150. Printed Circuit Boards

Claims (4)

버스바(bus bar);
양단 사이에 제1 에어 갭을 갖고 상기 버스바의 둘레를 감싸며, 저전류 대역의 재질로 형성된 제1 마그네틱 코어;
양단 사이에 제2 에어 갭을 갖고 상기 버스바의 둘레를 감싸고, 상기 버스바의 길이 방향으로 상기 제1 마그네틱 코어의 일측으로 이격되어 배치되며, 고전류 대역의 재질로 형성된 제2 마그네틱 코어; 및
상기 제1,2 에어 갭에 각각 배치된 홀 센서들;
을 포함하는 2채널 전류센서.Bus bar;
A first magnetic core having a first air gap between both ends and surrounding a circumference of the bus bar and formed of a material having a low current band;
A second magnetic core having a second air gap between both ends and surrounding the circumference of the bus bar, spaced apart from one side of the first magnetic core in a length direction of the bus bar, and formed of a material having a high current band; And
Hall sensors disposed in the first and second air gaps, respectively;
2 channel current sensor comprising a. 제1항에 있어서,
상기 제2 에어 갭은 상기 제1 에어 갭보다 폭이 넓은 것을 특징으로 하는 2채널 전류센서.The method of claim 1,
The second air gap is wider than the first air gap, characterized in that the two-channel current sensor. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1,2 에어 갭은 상기 버스바의 길이 방향을 기준으로 동일 선상에 있지 않고 어긋나 있도록 위치된 것을 특징으로 하는 2채널 전류센서. The method according to claim 1 or 2,
And the first and second air gaps are positioned so as not to be aligned on the same line with respect to the longitudinal direction of the bus bar. 제1항에 있어서,
상기 제1 마그네틱 코어는 Si-steel 계열의 재질로 형성되며, 상기 제2 마그네틱 코어는 Ni-Fe 계열의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 2채널 전류센서. The method of claim 1,
The first magnetic core is formed of Si-steel based material, and the second magnetic core is formed of Ni-Fe based material.
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