KR101532150B1

KR101532150B1 - 직교형 플럭스게이트 센서

Info

Publication number: KR101532150B1
Application number: KR1020130152367A
Authority: KR
Inventors: 김대호; 박은태
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2015-06-26
Also published as: KR20150066833A; US20150160307A1

Abstract

본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서는 길이 방향으로 길게 형성되는 다수의 자성체 코어; 다수의 상기 자성체 코어를 솔레노이드 형태로 감싸는 제1 코일; 및 다수의 상기 자성체 코어와 상기 제1 코일의 주위를 둘러싸는 제2 코일;을 포함하며, 상기 제1 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제2 코일에 교류 전압계가 연결되고, 상기 제2 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제1 코일에 교류 전압계가 연결될 수 있다.

Description

직교형 플럭스게이트 센서{Othogonal type fluxgate sensor}

본 발명은 직교형 플럭스게이트 센서에 관한 것이다.

플럭스게이트 센서는 강자성 물질이 투자율(permeability)이 강한 자기장에서 포화되는 특성을 활용해 비교적 약한 외부 자기장의 크기를 측정하는 자기장 센서의 한 종류이다.

플럭스게이트 센서는 지구자기장의 정밀 측정용 센서로서 천체 및 우주공간의 자기장 측정을 위해 우주선 및 인공위성에 폭넓게 활용되고 있다.

또한, 플럭스게이트 센서는 스마트폰, 네비게이션 등의 휴대용 전자기기의 전자나침반으로도 사용할 수 있다.

휴대용 전자기기의 전자나침반은 지구 자기장을 감지해 스마트폰, 네비게이션 기기 등의 방향을 알려주어 GPS 방식의 위치추적의 단점을 극복할 수 있는 방법을 제공한다.

현재 대부분 휴대용 전자기기의 전자나침반에 적용되는 지자기 센서는 정밀도와 분해능에 대한 요구를 만족시키면서 저비용 생산과 저전력 구동을 실현한 MR효과 센서, MI센서, 로렌츠힘을 기반으로 한 Resonator센서 및 홀센서가 대표적이다.

현재 이들 센서의 개발 방향은 나날이 다양해지는 앱의 개발과 증강현실, 게임 컨트롤러, 실내 내비게이션 등의 새로운 요구를 충족시키기 위한 보다 정밀한 분해능과 효율적인 초기화 성능의 개선이다.

플럭스게이트 센서는 뛰어난 분해능과 효율적인 초기화 성능을 지녔으므로 소자의 소형화와 저전력 구동을 실현하면 휴대용 전자기기 등에서 널리 활용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 목적은, 센서가 형성된 평면에 대하여 수직한 방향의 자기장을 측정할 수 있으면서도 센서 전체의 높이를 현저히 줄일 수 있는 직교형 플럭스게이트 센서를 제공하는 것이다.

또한, 2개의 코일이 자기장 발생 코일과 검출 코일의 역할을 서로 번갈아가며 수행함으로써 구조가 간단하고 소형화가 가능한 직교형 플럭스게이트 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서는 길이 방향으로 구비되는 다수의 자성체 코어; 다수의 상기 자성체 코어를 솔레노이드 형태로 감싸는 제1 코일; 및 다수의 상기 자성체 코어와 상기 제1 코일의 주위를 둘러싸는 제2 코일;을 포함하며, 상기 제1 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제2 코일에 교류 전압계가 연결되고, 상기 제2 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제1 코일에 교류 전압계가 연결될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 각각의 상기 자성체 코어는 길이 방향과 높이 방향에 비하여 폭 방향으로 좁게 형성될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 각각의 상기 자성체 코어는 각각의 상기 자성체 코어의 폭 방향의 자기장보다 길이 방향과 높이 방향으로의 자기장에 대하여 더 낮은 반자화 특성을 가질 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 상기 제2 코일은 다수의 상기 자성체 코어와 상기 제1 코일의 주위를 스파이럴 형태로 적어도 한번 둘러쌀 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 각각의 상기 자성체 코어는 각각의 상기 자성체 코어의 높이 방향을 기준으로 폭 방향을 향하여 기울어진 상태로 배치될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 각각의 상기 자성체 코어는 인접한 상기 자성체 코어가 기울어진 방향과 반대 방향으로 기울어질 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서는 길이 방향으로 구비되는 다수의 자성체 코어; 다수의 상기 자성체 코어의 상측 또는 하측에 배치되고, 다수의 상기 자성체 코어에 반복하여 직교 형태로 교차하도록 스파이럴 형태로 구비되는 제1 코일; 및 다수의 상기 자성체 코어와 상기 제1 코일의 주위를 둘러싸는 제2 코일;을 포함하며, 상기 제1 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제2 코일에 교류 전압계가 연결되고, 상기 제2 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제1 코일에 교류 전압계가 연결될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 각각의 상기 자성체 코어는 길이 방향과 높이 방향에 비하여 폭 방향으로 좁게 형성될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 각각의 상기 자성체 코어는 각각의 상기 자성체 코어의 폭 방향의 자기장보다 길이 방향과 높이 방향으로의 자기장에 대하여 더 낮은 반자화 특성을 가질 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 각각의 상기 자성체 코어는 각각의 상기 자성체 코어의 높이 방향을 기준으로 폭 방향을 향하여 기울어진 상태로 배치될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 각각의 상기 자성체 코어는 인접한 상기 자성체 코어가 기울어진 방향과 반대 방향으로 기울어질 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서는 다수의 자성체 코어가 형성된 제1 기판; 및 상기 제1 기판의 상부와 하부에 각각 적층되는 제2 기판 및 제3 기판;을 포함하며, 상기 제2 기판 및 상기 제3 기판에는 다수의 상기 자성체 코어를 솔레노이드 형태로 감싸도록 제1 코일이 형성되고, 상기 제2 기판 또는 상기 제3 기판에는 다수의 상기 자성체 코어와 상기 제1 코일의 주위를 둘러싸는 제2 코일이 형성되며, 상기 제1 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제2 코일에 교류 전압계가 연결되고, 상기 제2 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제1 코일에 교류 전압계가 연결될 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 상기 제1 기판에는 상기 제1 기판을 직사각 형상으로 관통하는 다수의 관통홀이 형성되며, 각각의 상기 관통홀의 내벽에는 자성 박막이 구비되어 다수의 상기 자성체 코어를 형성할 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 각각의 상기 자성체 코어는 각각의 상기 자성체 코어의 폭 방향의 자기장보다 길이 방향과 높이 방향으로의 자기장에 대하여 더 낮은 반자화 특성을 가질 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 상기 제2 코일은 다수의 상기 자성체 코어와 상기 제1 코일의 주위를 스파이럴 형태로 적어도 한번 둘러쌀 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 상기 제2 기판 및 상기 제3 기판에는 각각 도전성 패턴이 형성되고, 각각의 상기 도전성 패턴의 단부가 서로 연결되어 솔레노이드 형태로 상기 제1 코일을 구성하도록 상기 제1 기판 내지 상기 제3 기판에는 비아홀이 형성될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서는 다수의 자성체 코어가 형성된 제1 기판; 및 상기 제1 기판의 상부와 하부에 각각 적층되는 제2 기판 및 제3 기판;을 포함하며, 상기 제2 기판과 상기 제3 기판 중 어느 하나에는 다수의 상기 자성체 코어에 반복하여 직교 형태로 교차하도록 스파이럴 형태로 구비되는 제1 코일이 형성되고, 상기 제2 기판과 상기 제3 기판 중 나머지 하나에는 다수의 상기 자성체 코어와 상기 제1 코일의 주위를 둘러싸는 제2 코일이 형성되며, 상기 제1 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제2 코일에 교류 전압계가 연결되고, 상기 제2 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제1 코일에 교류 전압계가 연결될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 상기 제1 기판에는 상기 제1 기판을 직사각 형상으로 관통하는 다수의 관통홀이 형성되며, 각각의 상기 관통홀의 내벽에는 자성 박막이 구비되어 다수의 상기 자성체 코어를 형성할 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 각각의 상기 자성체 코어는 각각의 상기 자성체 코어의 폭 방향의 자기장보다 길이 방향과 높이 방향으로의 자기장에 대하여 더 낮은 반자화 특성을 가질 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 상기 자성체 코어는, 상기 제1 코일에서 동일한 방향으로 전류가 흐르는 영역과 상기 제2 코일에서 동일한 방향으로 전류가 흐르는 영역 내에 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서에 의하면, 센서가 형성된 평면에 대하여 수직한 방향의 자기장을 측정할 수 있으면서도 센서 전체의 높이를 현저히 줄일 수 있는 직교형 플럭스게이트 센서를 제공하는 것이다.

또한, 2개의 코일이 자기장 발생 코일과 검출 코일의 역할을 서로 번갈아가며 수행함으로써 구조가 간단하고 소형화가 가능할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 개략도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서에서 자성체 코어의 변형예를 나타낸 개략도.
도 3a은 본 발명의 제2 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 개략도.
도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서에서 자성체 코어의 위치를 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서에서 자성체 코어의 변형예를 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 개략 분해 사시도.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 개략 분해 사시도.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서에서 자성체 코어의 변형예를 나타낸 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서는 다수의 자성체 코어(110), 다수의 상기 자성체 코어(110)를 솔레노이드 형태로 감싸는 제1 코일(C1) 및 다수의 상기 자성체 코어(110)와 상기 제1 코일(C1)의 주위를 둘러싸는 제2 코일(C2)을 포함할 수 있다.

다수의 상기 자성체 코어(110)는 막대 형상일 수 있으며, 길이 방향(x 축 방향)으로 길게 형성될 수 있다.

각각의 상기 자성체 코어(110)는 서로 평행하게 배치될 수 있다.

다수의 상기 자성체 코어(110)는 잔류 자화가 작고 투자율(Permeability)이 높은 연자성체(Soft Magnetic)일 수 있으며, 스피넬형 페라이트(Spinel Type Ferrite)와 아몰퍼스(Amorphous) 합금 등이 사용될 수 있다.

다수의 상기 자성체 코어(110)는 외부 자기장을 인가하였을 때 자화되고, 외부 자기장을 제거하면 자화가 소실될 수 있다.

각각의 상기 자성체 코어(110)는 길이 방향(x 축 방향)과 높이 방향(z 축 방향)에 비하여 폭 방향(y 축 방향)으로 좁게 형성될 수 있다.

즉, 각각의 상기 자성체 코어(110)는 폭이 좁고 길이가 긴 막대가 수직하게 세워진 형태일 수 있다.

따라서, 각각의 상기 자성체 코어(110)는 각각의 상기 자성체 코어(110)의 폭 방향(y 축 방향)의 자기장보다 길이 방향(x 축 방향)과 높이 방향(z 축 방향)으로의 자기장에 대하여 더 낮은 반자화(Demagnetization) 특성을 가질 수 있다.

다수의 상기 자성체 코어(110)는 상기 제1 코일(C1)에 의해 유도된 x 축 방향으로의 자기장 또는 상기 제2 코일(C2)에 의해 유도된 z 축 방향으로의 자기장에 의해 쉽게 자화될 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 각각의 상기 자성체 코어(110)는 각각의 상기 자성체 코어(110)의 높이 방향(z 축 방향)을 기준으로 폭 방향(y 축 방향)을 향하여 기울어진 상태로 배치될 수 있다.

또한, 각각의 상기 자성체 코어(110)는 인접한 상기 자성체 코어(110)가 기울어진 방향과 반대 방향으로 기울어질 수 있다.

각각의 상기 자성체 코어(110)는 x-y 평면과 소정의 각도(θ)를 이루도록 기울어질 수 있으며, 상기 각도(θ)는 30°보다 크고 90°보다 작을 수 있다.

각각의 상기 자성체 코어(110)를 이와 같이 배치할 경우, y 축 방향의 외부 자기장에 대해 각각의 상기 자성체 코어(110)가 z 축 방향으로 미약하게 자화될 수 있으나, 각각의 상기 자성체 코어(110)는 인접한 상기 자성체 코어(110)가 기울어진 방향과 반대 방향으로 기울어져 있어 y 축 방향의 외부 자기장으로 인해 발생한 각각의 자성체 코어(110)의 z 축 방향으로의 자화는 서로 상쇄되므로, 이와 같은 문제를 방지할 수 있다.

상기 제1 코일(C1)은 다수의 상기 자성체 코어(110)를 솔레노이드 형태로 감싸도록 구비되고, 상기 제2 코일(C2)은 다수의 상기 자성체 코어(110)와 상기 제1 코일(C1)의 주위를 둘러싸도록 구비될 수 있다.

구체적으로, 상기 제2 코일(C2)은 상기 자성체 코어(110)의 평면 방향(x-y 평면 방향)으로 상기 자성체 코어(110) 및 상기 제1 코일(C1)의 주위를 둘러쌀 수 있다.

또한, 상기 제2 코일(C2)은 다수의 상기 자성체 코어(110)와 상기 제1 코일(C1)의 주위를 x-y 평면 상에서 스파이럴 형태로 적어도 한번 둘러쌀 수 있다.

상기 제1 코일(C1)과 상기 제2 코일(C2)은 교류 전류를 흘려 다수의 상기 자성체 코어(110)를 자화시키기 위한 자기장을 발생시키는 자기장 발생 코일일 수 있으나, 이와는 별도로 외부 자기장으로 인한 다수의 상기 자성체 코어(110)의 자기 분극(Magnetic moment, 자기 모멘트)의 변화에 의한 유도 전압을 측정하는 검출 코일일 수도 있다.

즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서에서는 상기 제1 코일(C1)과 상기 제2 코일(C2) 중 어느 하나가 자기장 발생 코일로서 기능할 때 나머지 하나는 검출 코일로서 기능할 수 있다.

이를 위하여, 상기 제1 코일(C1)에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제2 코일(C2)에 교류 전압계가 연결되고, 상기 제2 코일(C2)에 상기 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제1 코일(C1)에 상기 교류 전압계가 연결될 수 있다.

따라서, 상기 제1 코일(C1)과 상기 제2 코일(C2)은 자기장 발생과 자속 변화 감지의 역할을 번갈아가며 수행할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 코일(C1)에 상기 교류 전원을 인가하여 자기장을 발생시킬 경우 상기 제2 코일(C2)은 다수의 상기 자성체 코어(110)의 자기 분극(Magnetic moment, 자기 모멘트)의 변화에 의한 유도 전압을 측정할 수 있고, 상기 제2 코일(C2)에 상기 교류 전원을 인가하여 자기장을 발생시킬 경우 상기 제1 코일(C1)은 다수의 상기 자성체 코어(110)의 자기 분극(Magnetic moment, 자기 모멘트)의 변화에 의한 유도 전압을 측정할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서는 다음과 같이 동작할 수 있다.

도 1을 참조하면, z 축 방향의 외부 자기장(지구 자기장)을 측정하는 방법은 다음과 같다.

z 축 방향의 외부 자기장이 가해질 때, 다수의 상기 자성체 코어(110)는 z축 방향으로 이에 비례하는 자기 분극(Magnetic moment, 자기 모멘트)을 지닌다.

이때, 상기 제1 코일(C1)에 전류가 인가되어 x 축 방향으로의 자기장을 다수의 상기 자성체 코어(110)에 가하게 된다.

즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서에서는, 측정하고자 하는 외부 자기장의 방향(여기서는 z 축 방향)과 다수의 상기 자성체 코어(110)를 자화시키기 위해 자기장 발생 코일(여기서는 제1 코일(C1))에서 발생하는 자기장의 방향(여기서는 x 축 방향)이 서로 직각을 이루게 된다.

상기 제1 코일(C1)에 인가된 전류는 교류 전류이므로, 그 자기장의 방향이 x축 + 방향과 x축 - 방향으로 반복적으로 바뀌게 된다.

상기 제1 코일(C1)에 인가되는 교류 전류의 순간 전류값이 0 일때, 다수의 상기 자성체 코어(110)의 자기 분극(Magnetic moment, 자기 모멘트)은 원래의 값(z축 방향 값)을 유지하게 된다.

상기 제1 코일(C1)에 인가되는 교류 전류의 순간 전류값이 양의 최대값을 가질때, 다수의 상기 자성체 코어(110)의 자기 분극(Magnetic moment, 자기 모멘트)은 x 축 방향으로 포화되어 원래의 z 축 방향 성분이 급격히 감소하게 된다.

이때, 다수의 상기 자성체 코어(110)의 자기 분극(Magnetic moment, 자기 모멘트)의 z 축 방향 성분이 변하게 되고 이에 따른 자속 변화를 상기 제2 코일(C2)로 감지할 수 있다.

상기 제1 코일(C1)에 인가되는 교류 전류의 순간 전류값이 0 과 최대값 사이에서 변할 때마다 다수의 상기 자성체 코어(110)의 z 축 방향 자기 분극(Magnetic moment, 자기 모멘트)이 바뀌며 이를 상기 제2 코일(C2)에 유도된 전압으로 측정할 수 있다.

이와 같이 측정된 상기 제2 코일(C2)의 전압은 z 축 방향의 외부 자기장 크기에 비례하게 된다.

즉, 상기 제2 코일(C2)에 유도된 전압을 측정하여 z 축 방향의 외부 자기장을 알아낼 수 있다.

여기서, 상기 교류 전원이 인가되는 상기 제1 코일(C1)은 자기장 발생 코일로서 기능하며, 상기 교류 전압계와 연결되는 상기 제2 코일(C2)은 검출 코일로서 기능할 수 있다.

다음으로, x 축 방향의 외부 자기장(지구 자기장)을 측정하는 방법은 다음과 같다.

x 축 방향의 외부 자기장이 가해질 때, 다수의 상기 자성체 코어(110)는 x 축 방향으로 이에 비례하는 자기 분극(Magnetic moment, 자기 모멘트)을 지닌다.

이때, 상기 제2 코일(C2)에 전류가 인가되어 z 축 방향으로의 자기장을 다수의 상기 자성체 코어(110)에 가하게 된다.

즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서에서는, 측정하고자 하는 외부 자기장의 방향(여기서는 x 축 방향)과 다수의 상기 자성체 코어(110)를 자화시키기 위해 자기장 발생 코일(여기서는 제2 코일(C2))에서 발생하는 자기장의 방향(여기서는 z 축 방향)이 서로 직각을 이루게 된다.

상기 제2 코일(C2)에 인가된 전류는 교류 전류이므로, 그 자기장의 방향이 z 축 + 방향과 z 축 - 방향으로 반복적으로 바뀌게 된다.

상기 제2 코일(C2)에 인가되는 교류 전류의 순간 전류값이 0 일때, 다수의 상기 자성체 코어(110)의 자기 분극(Magnetic moment, 자기 모멘트)은 원래의 값(x 축 방향 값)을 유지하게 된다.

상기 제2 코일(C2)에 인가되는 교류 전류의 순간 전류값이 양의 최대값을 가질때, 다수의 상기 자성체 코어(110)의 자기 분극(Magnetic moment, 자기 모멘트)은 z 축 방향으로 포화되어 원래의 x 축 방향 성분이 급격히 감소하게 된다.

이때, 다수의 상기 자성체 코어(110)의 자기 분극(Magnetic moment, 자기 모멘트)의 x 축 방향 성분이 변하게 되고 이에 따른 자속 변화를 상기 제1 코일(C1)로 감지할 수 있다.

상기 제2 코일(C2)에 인가되는 교류 전류의 순간 전류값이 0 과 최대값 사이에서 변할 때마다 다수의 상기 자성체 코어(110)의 x 축 방향의 자기 분극(Magnetic moment, 자기 모멘트)이 바뀌며 이를 상기 제1 코일(C1)에 유도된 전압으로 측정할 수 있다.

이와 같이 측정된 상기 제1 코일(C1)의 전압은 x 축 방향의 외부 자기장 크기에 비례하게 된다.

즉, 상기 제1 코일(C1)에 유도된 전압을 측정하여 x 축 방향의 외부 자기장을 알아낼 수 있다.

여기서, 상기 교류 전원이 인가되는 상기 제2 코일(C2)은 자기장 발생 코일로서 기능하며, 상기 교류 전압계와 연결되는 상기 제1 코일(C1)은 검출 코일로서 기능할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서에서는 제1 코일(C1) 및 제2 코일(C2)이 각각 번갈아가며 자기장 발생 코일과 검출 코일의 역할을 수행할 수 있어 별도의 자기장 발생 코일 및 검출 코일이 필요하지 않으므로, 센서 전체의 부피를 줄일 수 있다.

또한, 다수의 자성체 코어(110)를 이용하면서, 각각의 자성체 코어(110)를 길이와 높이보다 폭을 좁게 형성함으로써, 길이 방향(x 축 방향)과 높이 방향(z 축 방향, x-y 평면에 대해 수직한 방향)의 자기장에 대한 상기 자성체 코어(110)의 반자화율을 줄여 센서의 감도 및 효율을 높일 수 있다.

도 3a은 본 발명의 제2 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 개략도이고, 도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서에서 자성체 코어의 위치를 나타낸 평면도이며, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서에서 자성체 코어의 변형예를 나타낸 개략도이다.

도 3a를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서는 제1 코일(C1') 및 제2 코일(C2')을 제외하면 앞서 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서와 동일하므로, 상기 제1 코일(C1') 및 상기 제2 코일(C2') 이외의 설명은 생략하기로 한다.

상기 제1 코일(C1')은 다수의 상기 자성체 코어(110)의 상측 또는 하측에 배치될 수 있고, 상기 제1 코일(C1')은 다수의 상기 자성체 코어(110)에 반복하여 직교형태로 교차하도록 스파이럴 형태로 구비될 수 있다.

상기 제2 코일(C2')은 다수의 상기 자성체 코어(110)와 상기 제1 코일(C1')의 주위를 둘러싸도록 배치될 수 있다.

구체적으로, 상기 제2 코일(C2')은 상기 자성체 코어(110)의 평면 방향(x-y 평면 방향)으로 상기 자성체 코어(110) 및 상기 제1 코일(C1')의 주위를 둘러쌀 수 있다.

또한, 상기 제2 코일(C2')은 다수의 상기 자성체 코어(110)와 상기 제1 코일(C1')의 주위를 x-y 평면 상에서 스파이럴 형태로 적어도 한번 둘러쌀 수 있다.

상기 제1 코일(C1')은 서로 같은 방향으로 감긴 두 코일의 각기 최외측의 코일가닥이 서로 연결되어 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 코일(C1')은 일 방향으로 감기면서 퍼져나가다가 반대 방향으로 되감겨져 형성될 수 있다.

다시 말하면, 상기 제1 코일(C1')은 이중 스파이럴 구조일 수 있다.

따라서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 코일(C1')은 상기 제1 코일(C1')의 시작점(S)에서부터 끝점(E)까지 전류가 흐른다고 가정할 때, 상기 제1 코일(C1')의 내측 부분에서는 동일한 방향으로 전류가 흐르게 된다.

여기서, 다수의 상기 자성체 코어(110)는 상기 제1 코일(C1')에서 동일한 방향으로 전류가 흐르는 영역 내에 위치할 수 있다.

또한, 다수의 상기 자성체 코어(110)는 상기 제1 코일(C1')의 시작점(S)과 끝점(E) 사이에 위치할 수 있다.

따라서, 상기 제1 코일(C1')에 의하여 다수의 상기 자성체 코어(110)는 다수의 상기 자성체 코어(110) 전체에 일정한 방향으로 자기장이 가해질 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 개략 분해 사시도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서는 다수의 자성체 코어(110)가 형성된 제1 기판(100), 도전성 패턴(210, 310)이 형성되는 제2 기판(200) 및 제3 기판(300)을 포함할 수 있다.

상기 제2 기판(200) 및 상기 제3 기판(300)은 상기 제1 기판(100)을 중심으로 각각 상기 제1 기판(100)의 상부와 하부에 적층되어 다층 기판을 구성할 수 있다.

상기 제1 기판(100)에는 다수의 상기 자성체 코어(110)가 형성될 수 있다.

상기 제1 기판(100)에는 상기 제1 기판(100)을 직사각 형상으로 관통하는 다수의 관통홀(120)이 형성될 수 있으며, 각각의 상기 관통홀(120)의 내벽에는 자성 박막이 구비되어 다수의 상기 자성체 코어(110)를 형성할 수 있다.

즉, 다수의 상기 자성체 코어(110)는 Physical Vapor Deposition, Chemical Deposition, Electro Deposition 등과 같은 박막 증착법을 활용하여 자성 박막을 다수의 상기 관통홀(120)의 내벽에 증착하여 형성할 수 있다.

각각의 상기 관통홀(120)은 서로 평행하게 형성될 수 있고, 각각의 상기 관통홀(120)의 내벽에 구비되는 상기 자성 박막도 서로 평행하게 형성될 수 있다.

다수의 상기 자성체 코어(110)는 상기 제1 코일(C1)에 의해 유도된 x축 방향으로의 자기장 또는 상기 제2 코일(C2)에 의해 유도된 z 축 방향으로의 자기장에 의해 쉽게 자화될 수 있다.

상기 제1 기판(100)의 상부에는 상기 제2 기판(200)이 적층될 수 있고, 상기 제1 기판(100)의 하부에는 상기 제3 기판(300)이 적층될 수 있다.

상기 제2 기판(200) 및 상기 제3 기판(300)에는 각각 도전성 패턴(210, 310)이 형성될 수 있고, 각각의 상기 도전성 패턴(210, 310)은 상기 제1 기판(100) 내지 상기 제3 기판(300)에 형성되는 비아홀(V)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제2 기판(200) 및 상기 제3 기판(300)에 형성되는 상기 도전성 패턴(210, 310)의 단부는 상기 비아홀(V)에 의해 연결되어 다수의 상기 자성체 코어(110)를 솔레노이드 형태로 감쌀 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 기판(200) 및 상기 제3 기판(300)에 형성되는 상기 도전성 패턴(210, 310)은 상기 비아홀(V)에 의해 연결되어 다수의 상기 자성체 코어(110)를 솔레노이드 형태로 감싸는 제1 코일(C1)을 구성할 수 있다.

상기 제2 기판(200) 또는 상기 제3 기판(300)에는 다수의 상기 자성체 코어(110)와 상기 제1 코일(C1)의 주위를 둘러싸는 제2 코일(C2)이 형성될 수 있다.

즉, 본 발명의 제3 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서에서는 상기 제1 코일(C1)과 상기 제2 코일(C2) 중 어느 하나가 자기장 발생 코일로서 기능할 때 나머지 하나는 검출 코일로서 기능할 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서는 다음과 같이 동작할 수 있다.

도 5를 참조하면, z 축 방향의 외부 자기장(지구 자기장)을 측정하는 방법은 다음과 같다.

z 축 방향의 외부 자기장이 가해질 때, 다수의 상기 자성체 코어(110)는 z 축 방향으로 이에 비례하는 자기 분극(Magnetic moment, 자기 모멘트)을 지닌다.

즉, 본 발명의 제3 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서에서는, 측정하고자 하는 외부 자기장의 방향(여기서는 z 축 방향)과 다수의 상기 자성체 코어(110)를 자화시키기 위해 자기장 발생 코일(여기서는 제1 코일(C1))에서 발생하는 자기장의 방향(여기서는 x 축 방향)이 서로 직각을 이루게 된다.

상기 제1 코일(C1)에 인가된 전류는 교류 전류이므로, 그 자기장의 방향이 x 축 + 방향과 x 축 - 방향으로 반복적으로 바뀌게 된다.

상기 제1 코일(C1)에 인가되는 교류 전류의 순간 전류값이 0 일때, 상기 다수의 자성체 코어(110)의 자기 분극(Magnetic moment, 자기 모멘트)은 원래의 값(z 축 방향 값)을 유지하게 된다.

즉, 본 발명의 제3 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서에서는, 측정하고자 하는 외부 자기장의 방향(여기서는 x 축 방향)과 다수의 상기 자성체 코어(110)를 자화시키기 위해 자기장 발생 코일(여기서는 제2 코일(C2))에서 발생하는 자기장의 방향(여기서는 z 축 방향)이 서로 직각을 이루게 된다.

상기 제2 코일(C2)에 인가되는 교류 전류의 순간 전류값이 0 일때, 상기 다수의 자성체 코어(110)의 자기 분극(Magnetic moment, 자기 모멘트)은 원래의 값(x 축 방향 값)을 유지하게 된다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서에서는 제1 코일(C1) 및 제2 코일(C2)이 각각 번갈아가며 자기장 발생 코일과 검출 코일의 역할을 수행할 수 있어 별도의 자기장 발생 코일 및 검출 코일이 필요하지 않으므로, 센서 전체의 부피를 줄일 수 있다.

또한, 다수의 자성체 코어(110)를 이용하면서, 각각의 자성체 코어(110)를 길이와 높이보다 폭을 좁게 형성함으로써, 길이 방향(x 축 방향)과 높이 방향(z 축 방향, x-y 평면에 대해 수직한 방향)의 자기장에 대한 상기 자성체 코어의 반자화율을 줄여 센서의 감도 및 효율을 높일 수 있다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서의 개략 분해 사시도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서는 제1 코일(C1') 및 제2 코일(C2')을 제외하면 앞서 설명한 본 발명의 제3 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서와 동일하므로, 상기 제1 코일(C1') 및 상기 제2 코일(C2') 이외의 설명은 생략하기로 한다.

상기 제1 코일(C1')은 상기 제1 기판(100)의 상부와 하부에 각각 적층되는 제2 기판(200) 및 제3 기판(300) 중 어느 하나에 구비될 수 있다.

또한, 상기 제1 코일(C1')은 다수의 상기 자성체 코어(110)에 반복하여 직교형태로 교차하도록 스파이럴 형태로 구비될 수 있다.

상기 제2 코일(C2')은 상기 제2 기판(200)과 상기 제3 기판(300) 중 나머지 하나에 구비될 수 있으며, 다수의 상기 자성체 코어(110)의 평면 방향으로 다수의 상기 자성체 코어(110)와 상기 제1 코일(C1')의 주위를 x-y 평면 상에서 둘러쌀 수 있다.

본 실시예에서는, 상기 제2 기판(200)과 상기 제3 기판(300) 중 어느 하나에 상기 제1 코일(C1')이 구비되고, 나머지 하나에 상기 제2 코일(C2')이 형성되는 것을 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제2 기판(200)과 상기 제3 기판(300) 중 어느 하나에 상기 제1 코일(C1')과 상기 제2 코일(C2')이 모두 구비되는 것도 가능하다.

이러한 경우에 본 발명의 제4 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서는 다수의 상기 자성체 코어(110)가 구비되는 상기 제1 기판(100) 및 상기 제1 기판(100)의 상부 또는 하부에 적층되며 제1 코일(C1')과 제2 코일(C2')이 구비되는 제2 기판(200)을 포함하여 구성될 수 있다.

따라서, 상기 제1 코일(C1')은 상기 제1 코일(C1')의 시작점(S)에서부터 끝점(E)까지 전류가 흐른다고 가정할 때, 상기 제1 코일(C1')의 내측 부분에서는 동일한 방향으로 전류가 흐르게 된다.

이상의 실시예를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 직교형 플럭스게이트 센서에 의하면, 센서가 형성된 평면에 대하여 수직한 방향의 자기장을 측정할 수 있으면서도 센서 전체의 높이를 현저히 줄일 수 있다.

상기에서는 본 발명에 따른 일 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.

100: 제1 기판 110: 자성체 코어
200: 제2 기판 210: 도전성 패턴
300: 제3 기판 310: 도전성 패턴
C1, C1': 제1 코일 C2, C2': 제2 코일
V: 비아홀 S: 시작점
E: 끝점

Claims

길이 방향으로 구비되는 다수의 자성체 코어;
다수의 상기 자성체 코어를 솔레노이드 형태로 감싸는 제1 코일; 및
다수의 상기 자성체 코어와 상기 제1 코일의 주위를 둘러싸는 제2 코일;을 포함하며,
상기 제1 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제2 코일에 교류 전압계가 연결되고, 상기 제2 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제1 코일에 교류 전압계가 연결되며,
상기 제1 코일에 의한 자기장의 방향과 상기 제2 코일에 의한 자기장의 방향은 서로 직교하는 직교형 플럭스게이트 센서.
제1항에 있어서,
각각의 상기 자성체 코어는 길이 방향과 높이 방향에 비하여 폭 방향으로 좁게 형성되는 직교형 플럭스게이트 센서.
제1항에 있어서,
각각의 상기 자성체 코어는 각각의 상기 자성체 코어의 폭 방향의 자기장보다 길이 방향과 높이 방향으로의 자기장에 대하여 더 낮은 반자화 특성을 가지는 직교형 플럭스게이트 센서.
제1항에 있어서,
상기 제2 코일은 다수의 상기 자성체 코어와 상기 제1 코일의 주위를 스파이럴 형태로 적어도 한번 둘러싸는 직교형 플럭스게이트 센서.
제1항에 있어서,
각각의 상기 자성체 코어는 각각의 상기 자성체 코어의 높이 방향을 기준으로 폭 방향을 향하여 기울어진 상태로 배치되는 직교형 플럭스게이트 센서.
제5항에 있어서,
각각의 상기 자성체 코어는 인접한 상기 자성체 코어가 기울어진 방향과 반대 방향으로 기울어지는 직교형 플럭스게이트 센서.
길이 방향으로 구비되는 다수의 자성체 코어;
다수의 상기 자성체 코어의 상측 또는 하측에 배치되고, 다수의 상기 자성체 코어에 반복하여 직교 형태로 교차하도록 스파이럴 형태로 구비되는 제1 코일; 및
다수의 상기 자성체 코어와 상기 제1 코일의 주위를 둘러싸는 제2 코일;을 포함하며,
상기 제1 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제2 코일에 교류 전압계가 연결되고, 상기 제2 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제1 코일에 교류 전압계가 연결되며,
상기 제1 코일에 의한 자기장의 방향과 상기 제2 코일에 의한 자기장의 방향은 서로 직교하는 직교형 플럭스게이트 센서.
제7항에 있어서,
각각의 상기 자성체 코어는 길이 방향과 높이 방향에 비하여 폭 방향으로 좁게 형성되는 직교형 플럭스게이트 센서.
제7항에 있어서,
각각의 상기 자성체 코어는 각각의 상기 자성체 코어의 폭 방향의 자기장보다 길이 방향과 높이 방향으로의 자기장에 대하여 더 낮은 반자화 특성을 가지는 직교형 플럭스게이트 센서.
제7항에 있어서,
각각의 상기 자성체 코어는 각각의 상기 자성체 코어의 높이 방향을 기준으로 폭 방향을 향하여 기울어진 상태로 배치되는 직교형 플럭스게이트 센서.
제10항에 있어서,
각각의 상기 자성체 코어는 인접한 상기 자성체 코어가 기울어진 방향과 반대 방향으로 기울어지는 직교형 플럭스게이트 센서.
다수의 자성체 코어가 형성된 제1 기판; 및
상기 제1 기판의 상부와 하부에 각각 적층되는 제2 기판 및 제3 기판;을 포함하며,
상기 제2 기판 및 상기 제3 기판에는 다수의 상기 자성체 코어를 솔레노이드 형태로 감싸도록 제1 코일이 형성되고,
상기 제2 기판 또는 상기 제3 기판에는 다수의 상기 자성체 코어와 상기 제1 코일의 주위를 둘러싸는 제2 코일이 형성되며,
상기 제1 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제2 코일에 교류 전압계가 연결되고, 상기 제2 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제1 코일에 교류 전압계가 연결되며,
상기 제1 코일에 의한 자기장의 방향과 상기 제2 코일에 의한 자기장의 방향은 서로 직교하는 직교형 플럭스게이트 센서.
제12항에 있어서,
상기 제1 기판에는 상기 제1 기판을 직사각 형상으로 관통하는 다수의 관통홀이 형성되며, 각각의 상기 관통홀의 내벽에는 자성 박막이 구비되어 다수의 상기 자성체 코어를 형성하는 직교형 플럭스게이트 센서.
제13항에 있어서,
각각의 상기 자성체 코어는 각각의 상기 자성체 코어의 폭 방향의 자기장보다 길이 방향과 높이 방향으로의 자기장에 대하여 더 낮은 반자화 특성을 가지는 직교형 플럭스게이트 센서.
제12항에 있어서,
상기 제2 코일은 다수의 상기 자성체 코어와 상기 제1 코일의 주위를 스파이럴 형태로 적어도 한번 둘러싸는 직교형 플럭스게이트 센서.
제12항에 있어서,
상기 제2 기판 및 상기 제3 기판에는 각각 도전성 패턴이 형성되고, 각각의 상기 도전성 패턴의 단부가 서로 연결되어 솔레노이드 형태로 상기 제1 코일을 구성하도록 상기 제1 기판 내지 상기 제3 기판에는 비아홀이 형성되는 직교형 플럭스게이트 센서.
다수의 자성체 코어가 형성된 제1 기판; 및
상기 제1 기판의 상부와 하부에 각각 적층되는 제2 기판 및 제3 기판;을 포함하며,
상기 제2 기판과 상기 제3 기판 중 어느 하나에는 다수의 상기 자성체 코어에 반복하여 직교 형태로 교차하도록 스파이럴 형태로 구비되는 제1 코일이 형성되고,
상기 제2 기판과 상기 제3 기판 중 나머지 하나에는 다수의 상기 자성체 코어와 상기 제1 코일의 주위를 둘러싸는 제2 코일이 형성되며,
상기 제1 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제2 코일에 교류 전압계가 연결되고, 상기 제2 코일에 교류 전원이 인가될 경우에는 상기 제1 코일에 교류 전압계가 연결되며,
상기 제1 코일에 의한 자기장의 방향과 상기 제2 코일에 의한 자기장의 방향은 서로 직교하는 직교형 플럭스게이트 센서.
제17항에 있어서,
상기 제1 기판에는 상기 제1 기판을 직사각 형상으로 관통하는 다수의 관통홀이 형성되며, 각각의 상기 관통홀의 내벽에는 자성 박막이 구비되어 다수의 상기 자성체 코어를 형성하는 직교형 플럭스게이트 센서.
제18항에 있어서,
각각의 상기 자성체 코어는 각각의 상기 자성체 코어의 폭 방향의 자기장보다 길이 방향과 높이 방향으로의 자기장에 대하여 더 낮은 반자화 특성을 가지는 직교형 플럭스게이트 센서.
제17항에 있어서,
상기 자성체 코어는,
상기 제1 코일에서 동일한 방향으로 전류가 흐르는 영역과 상기 제2 코일에서 동일한 방향으로 전류가 흐르는 영역 내에 위치하는 직교형 플럭스게이트 센서.