KR102498317B1 - 변류기용 자기차폐 외장케이스 및 이를 포함하는 자기차폐형 변류기 - Google Patents

Abstract

자기차폐형 변류기가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자기차폐형 변류기는 자심(magnetic core) 및 상기 자심 외부면 상에 권선되는 코일을 포함하는 자심모듈; 및 외부 자기장을 차폐하고, 자심모듈을 보호하기 위하여 상기 자심모듈의 외부를 둘러싸는 외장케이스;를 포함한다. 이에 의하면, 외부에서 인가되는 자계가 외장케이스를 통하여 자기 경로를 형성하여 안정적으로 외부 자계의 영향을 차단시킬 수 있고, 변류기의 크기를 소형화시키기에 유리하며, 다양한 형상의 자심코어에 대응하도록 외장케이스를 보다 용이하게 제조할 수 있다.

Description

변류기용 자기차폐 외장케이스 및 이를 포함하는 자기차폐형 변류기{Housing with magnetic shielding for current transformer and current transformer with magnetic shielding comprising same}

본 발명은 변류기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부에서 인가되는 자계를 차폐시키는 동시에 소형화 할 수 있는 자기차폐형 변류기에 관한 것이다.

일반적으로 가정이나 공장 등에서 사용되는 전력량계는 기계식과 전자식으로 구분되며, 높은 신뢰도와 안정적인 검침 및 소형화 등의 장점으로 전자식 전력량계가 보편화되고 있다. 최근에는, 원격 검침 또는 구내의 전자기기별 검침 기능을 구비한 스마트 미터가 등장하였다.

이와 같은 전자식 전력량계는 전력의 사용량을 산출하기 위해 전류와 전압을 검출하게 되는데, 이때, 전류의 검출은 변류기(current transformer), 션트 저항(shunt resistance), 홀효과 센서(Hall effect sensor) 전류 센서, 로고스키 코일(rogowski coil) 등과 같은 전류 센서를 이용한다.

상술한 전류 센서 중에서, 전력소비량, 전기 절연, 온도에 따른 출력 변화율, DC 오프셋 등과 같은 주요 특성을 만족시키면서 상대적으로 가격이 낮은 변류기가 전자식 전력량계에서 많은 비중을 차지하고 있다.

이와 같은 변류기는 전원에 의한 큰 전류를 작은 전류로 변류시켜 전류를 검출하고 변환비율에 따라 실제 공급된 전류를 검출한다. 여기서, 변환비율은 변류기의 자심에 권선되는 코일의 턴수로 결정된다.

이러한 변류기는 내부에 특정한 조성의 자심(철심)을 구비하여 외부에서 일정한 크기 이상의 자계의 영향을 받게 되면 자심에서 발생하는 자속이 왜곡 또는 상쇄되어 정확한 변류가 이루어지지 않으므로 전류 검출에 오차가 발생한다.

이와 같은 원리를 이용하여 전력량계의 외부에서 자석을 이용하여 자계를 발생시킴으로써, 전력의 사용량을 감소시키는 이른바 "도전(盜電)"이 발생하게 된다. 특히, 준법정신이 낮은 지역(예를 들면, 저개발국)에서는 자석을 이용한 도전이 증가하는 추세이다.

이를 해결하기 위해, 변류기와 전력량계의 외부 케이스 사이의 거리를 충분히 확보하여 외부에서 자석에 의한 영향력을 축소시킬 수 있다. 하지만, 변류기와 전력량계의 외부 케이스의 사이의 거리를 증가시키는 것은 전력량계의 전체 크기를 불필요하게 증가시킬 뿐만 아니라, 기기의 소형화 추세에도 반하는 것이다. 특히, 전력량계는 그 내부에서 변류기가 일측으로 편중되게 배치되는 것이 일반적이기 때문에, 상기한 방법은 전력량계의 크기를 더욱 증가시키므로, 실용적이지 못하다.

또한, 외부 자계에 의한 영향을 방지하기 위하여 자기장 차폐재를 변류기에 구비할 경우, 자기장 차폐재의 형상 및 크기는 변류기의 다양한 용량 및 형상에 따라 가변 되어야 하므로, 자기장 차폐재를 변류기의 형상 및 크기에 따라 구성하기 위해서는 각 변류기의 크기별로 금형을 따로 구성해야 하는 번거로움이 있다.

따라서, 외부 자계에 의한 영향을 차폐시키면서도 전력량계의 소형화 및 변류기 자체의 소형화를 저비용으로 구현할 수 있는 자기차폐형 변류기의 개발이 시급한 실정이다.

KR 1183625 B

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 외부에서 인가되는 자계를 차폐할 수 있는 동시에 소형화시켜 구현할 수 있는 자기차폐형 변류기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 변류기가 다양한 형상을 가지더라도 변류기의 크기 및 형상에 맞춰 변류기를 완전히 둘러싸는 구조를 통해소형화가 가능한 자기차폐형 변류기를 제공하는데 다른 목적이 있다.

나아가, 본 발명은 다양한 형상의 자심코어를 구조적으로 완전히 둘러싸도록 제조될 수 있고, 대량생산이 가능한 변류기용 자기차폐 외장케이스를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

자심(magnetic core) 및 상기 자심 외부면 상에 권선되는 코일을 포함하는 자심모듈; 및 외부 자기장을 차폐하고, 자심모듈을 보호하기 위하여 상기 자심모듈의 외부를 둘러싸는 외장케이스;를 포함하는 자기차폐형 변류기를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 자심은 중앙에 관통구를 구비할 수 있다. 또한, 상기 자심은 압분자심, 권자심 또는 적층자심일 수 있다. 또한, 상기 자심은 비정질 연자성 합금, 결정계를 포함하는 연자성 합금, 페라이트, 규소강판, 샌더스트 및 퍼멀로이로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 자성재료로 형성된 것일 수 있다.

또한, 상기 자심모듈은 자심을 수용하기 위한 보빈을 더 포함하고, 자심을 수용한 상기 보빈의 외부면 상에 코일이 권선될 수 있다. 이때, 상기 보빈은 내부에 자심을 수용하도록 전단이 개방되며, 수용되는 자심의 관통구에 대응하는 후단에 형성된 제1개구부 및 수용되는 자심의 관통구에 삽입되도록 상기 제1개구부 외주를 따라 전단방향으로 연장 형성된 제1돌출부를 구비하는 보빈케이스; 및 상기 제1돌출부에 대응하는 부분에 제2개구부를 구비하며, 상기 보빈케이스의 개방된 전단과 결합되는 보빈덮개;를 포함할 수 있다. 이때, 상기 결합은 억지끼움 방식일 수 있다. 또한, 이를 위해 상기 보빈덮개는 상기 제2개구부 외주를 따라 제1돌출부 방향으로 연장 형성된 제2돌출부를 포함하며, 상기 보빈케이스의 전단부 내측으로 상기 보빈덮개가 안착되기 위한 제1단차부가 구비되고, 상기 제1돌출부 내측으로 상기 제2돌출부가 안착되기 위한 제2단차부가 구비될 수 있다.

또한, 상기 코일은 그 외면에 절연성 코팅재 또는 절연성 테이프를 구비할 수 있다.

또한, 상기 외장케이스는 상기 코일을 인출하기 위한 홈부를 구비할 수 있다.

또한, 상기 외장케이스는 외부 자기장을 차폐하기 위하여 몸체 및 상기 몸체 내부에 분산된 자기장 차폐성분을 포함할 수 있다. 이때, 상기 외장케이스는 자기장 차폐성분을 포함하여 상기 몸체의 적어도 일면에 형성되는 자기장 차폐코팅층을 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 외장케이스는 몸체 및 자기장 차폐성분을 포함하여 상기 몸체의 적어도 일면에 형성된 자기장 차폐코팅층을 포함할 수 있다.

또한, 상기 자기장 차폐성분은 스칸듐, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 테크네튬, 루테늄, 팔라듐, 로듐, 구리, 아연, 은, 금, 백금, 붕소, 탄소, 질소, 알루미늄, 규소, 인 및 황으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 비금속, 금속, 합금 및 산화물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 몸체는 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 유리아 수지, 멜라민 수지, 나일론 수지, 아미드 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리올레핀 수지, 테프론, 폴리페닐린설파이드, 에틸렌프로필렌디메틸, 에틸렌-프로필렌 고무 및 니트릴-부타디엔 고무로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함하여 성형된 것일 수 있다.

또한, 상기 외장케이스는 자심모듈과 이격되도록 구비되며, 이격된 외장케이스 및 자심모듈 사이 공간에는 몰딩재가 더 구비될 수 있다. 이때, 상기 물딩재는 내부에 분산된 자기장 차폐성분을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 외장케이스의 외부면에는 보호코팅층을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 몸체 및 자기장 차폐성분을 구비하는 변류기용 자기차폐 외장케이스를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기장 차폐성분은 몸체 내부에 구비될 수 있다.

또한, 상기 외장케이스는 몸체의 적어도 일면에 형성되고, 상기 자기장 차폐성분을 포함하는 자기장 차폐코팅층을 포함할 수 있다.

또한, 상기 외장케이스의 외부면에는 보호코팅층을 더 포함할 수 있다.

이하, 본 발명에서 사용한 용어에 대해 설명한다.

본 발명에서 사용한 용어로 “내주면” 또는 “외주면”은 내부 또는 외부의 면을 의미하고, 그 형상이 평면인지, 곡면인지를 제한하지 않는다.

본 발명에 의하면, 자심모듈을 구조적으로 완전히 자기장차폐재의 기능을 하는 외장케이스로 둘러싸기 때문에, 외부에서 인가되는 자계가 외장케이스를 통하여 자기 경로를 형성하므로 외부 자계가 자심모듈로 전달되지 않아 안정적으로 외부 자계의 영향을 차단시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 자기장 차폐기능을 자심코어를 보호하기 위해 구비되는 외장케이스에 부가시킴으로써, 별도의 자기장 차폐재를 생략할 수 있어, 변류기의 크기를 소형화할 수 있다.

나아가, 외장케이스는 성형성이 우수한 재질을 사용하므로, 자심코어를 구조적으로 완전히 둘러싸도록 용이하게 제조할 수 있어, 저렴한 비용으로 다양한 형상의 자심코어에 대응하도록 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 대량생산이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기차폐형 변류기를 나타낸 사시도,
도 2는 도 1의 분해사시도,
도 3은 도 1에서 자심모듈의 세부 분해사시도,
도 4는 도 1의 단면도 및 부분확대도로써, 부분확대도는 외장케이스의 몸체 내부에 자기장 차폐성분이 포함된 경우를 나타내는 도면,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 외장케이스 단면의 부분확대로써, 도 5a 및 도 5b는 외장케이스 몸체의 외부 또는 내부면에 자기장차폐 코팅층이 구비된 경우의 도면, 도 5c는 내부에 자기장 차폐성분이 분산된 몸체의 양면에 자기장 차폐코팅층이 구비된 경우를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기차폐형 변류기의 부분단면확대도, 그리고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기차폐형 변류기를 구비한 전력계의 구성을 나타낸 블록도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자기차폐형 변류기(100)는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 자심모듈(101) 및 외장케이스(160)를 포함한다.

상기 자심모듈(101)은 그 중앙에 구비된 관통구(102)에 전력선 또는 전원선이 배치되면, 상기 전력선 또는 전원선에 흐르는 전류에 의해 유도되는 자력에 의한 전류를 여기하여 전류량을 검출한다. 이러한 자심모듈(101)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 자심(110), 보빈(120) 및 코일(130)을 포함한다.

상기 자심(110)은 비정질 연자성 합금, 결정립을 포함하는 연자성 합금, 페라이트, 규소강판, 샌더스트 및 퍼멀로이로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 자성재료로 형성된 것일 수 있다. 상기 비정질 연자성 합금은 Fe, Ni, Co 등의 천이금속에 비정질형성능이 있는 Si, B, C, P 등의 원소를 부가한 합금일 수 있으며, 공지된 비정질 연자성 합금의 경우 제한없이 사용할 수 있다. 이에 대한 일예로 Fe-Si-B계, Fe-Si-B-Cr계, Co-Si-B계, Co-Zr계, Co-Nb계, Co-Ta계 등일 수 있다. 또한, 상기 결정립을 포함하는 연자성합금의 경우 공지된 결정계 연자성 합금일 수 있고, 이에 대한 일예로 Fe계, Co계, Ni계, Fe-Ni계, Fe-Co계, Fe-Al계, Fe-Si계, Fe-Si-Al계, Fe-Ni-Si-Al계 일 수 있다. 한편, 상술한 비정질 합금의 경우 비정질 모합금으로 제조된 후 추가적인 열처리를 통해 부분적 또는 전부에 결정립을 포함할 수 있다. 따라서 상술한 비정질 합금은 비정질의 조성을 갖더라도 결정립을 포함할 수 있다. 또한, 상기 페라이트는 공지된 페라이트 일 수 있으며, 일예로 Mn-Zn계 페라이트, Ni-Zn계 페라이트, Ni-Co계 페라이트, Mg-Zn계 페라이트, Cu-Zn계 페라이트, 및 코발트 치환 Y형 또는 Z형 육방정계 페라이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 상기 페라이트는 Ni-Cu-Zn계 페라이트, Ni-Cu-Co-Zn계 페라이트와 같이 산화철과 니켈, 아연, 구리, 마그네슘 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 세 개 금속의 산화물을 포함하는 페라이트도 사용이 가능하나 이에 한정되지 아니한다. 이때, 페라이트 내 니켈, 아연, 구리, 마그네슘 및 코발트의 함량은 목적에 따라 변경할 수 있음에 따라 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.

또한, 상기 규소강판, 퍼멀로이 및 샌더스트는 통상의 공지된 조성을 가지는 것일 수 있으며, 각 조성의 구체적 조성비는 목적에 따라 변경될 수 있고, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

상기 자심(110)은 분말로 형성된 모합금 또는 리본으로 제조된 모합금을 볼밀링하여 수득된 분말이 결합제와 혼합 및 목적하는 형상으로 성형되는 압분자심, 박띠나 판상으로 제조된 합금을 권취시켜 제조한 권자심, 또는 박띠나 판상으로 제조된 합금을 적층시켜 제조한 적층자심일 수 있다. 본 실시예에 따르면, 상기 자심(110)은 비정질 합금 리본이 다수회 권취되어 형성된 권자심일 수 있다. 상기 압분자심, 권자심 및 적층자심을 제조하기 위한 구체적인 방법은 공지된 방법을 채용할 수 있음에 따라 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

상기 보빈(120)은 그 내부에 상기 자심(110)을 수용한다. 이러한 보빈(120)은 보빈케이스(120a) 및 보빈덮개(120b)를 포함할 수 있다.

상기 보빈케이스(120a) 및 보빈덮개(120b)는 자심의 형상에 따라 내부 형상 또는 내부 및 외부형상이 달라질 수 있다. 일예로, 상기 자심이 권자심인 경우 자심의 외부형상이 상하부를 관통하는 관통구를 포함하고, 외측면 및 내측면이 곡면일 수 있음에 따라서 그에 대응하여 보빈케이스(120a) 및 보빈덮개(120b)의 형상이 결정될 수 있다. 구체적으로 도 3과 같이 보빈케이스(120a)는 원통 형상으로 이루어지되, 전단이 개방되고, 수용되는 자심의 관통구에 대응하는 후단에 형성된 제1개구부(미도시) 및 수용되는 자심의 관통구에 삽입되도록 상기 제1개구부(미도시) 외주를 따라 전단방향으로 연장 형성된 제1돌출부(122)를 구비할 수 있다. 이때, 상기 제1돌출부(122)의 외경은 자심의 관통구 내경보다 작거나 실질적으로 동일하게 형성될 수 있고, 보빈케이스(120a)의 외벽 내측에서 제1돌출부(122) 외측까지의 거리는 자심의 외경에서 내경을 제외한 길이의 1/2과 실질적으로 동일하게 형성될 수 있으며, 이와 같이 형성된 보빈케이스 외벽과 제1돌출부 사이의 공간(121)에 자심(110)이 수용될 수 있다.

또한, 상기 보빈덮개(120b)는 상기 제1돌출부(122)에 대응하는 부분에 제2개구부(126)를 구비하며, 상기 제2개구부(126) 외주를 따라 제1돌출부(122) 방향으로 연장 형성된 제2돌출부(125)를 포함할 수 있다. 이때 보빈덮개(120b)는 보빈케이스(120a)와 억지끼움이 될 수 있도록 외경이 보빈케이스(120a)의 내경과 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 제2돌출부(125)의 외경이 제1돌출부(122)의 내경과 실질적으로 동일할 수 있다.

한편, 보빈케이스(120a) 및 보빈덮개(120b)의 결합이 보다 용이하게 되기 위하여 상기 보빈케이스(120a)의 외벽 전단부 내측에 상기 보빈덮개(120b)가 안착되기 위한 제1단차부(124)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 제1돌출부(122) 외벽 내측으로 상기 제2돌출부(125)가 안착되기 위한 제2단차부(123)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 제2단차부(123)는 상기 제2돌출부(125)의 길이에 대응하는 크기의 단차를 구비하고, 상기 제1단차부(124)는 상기 보빈덮개(120b)의 두께에 대응하는 크기의 단차를 구비할 수 있다.

상기 코일(130)은 상기 자심(110)에 유도되는 자력에 따른 전류를 생성한다. 이러한 코일(130)은 상기 보빈(120)의 외부면을 따라 권선될 수 있다. 이때, 상기 코일(130)은 결정된 전류 변환비율에 따른 턴수로 권선될 수 있다.

이와 같은 상기 코일(130)은 자기장 차폐 기능을 구비하는 외장케이스와 전기적 연결을 방지하기 위해 그 외면에 절연재(140)를 구비할 수 있다. 일례로, 상기 절연재(140)는 절연성 코팅재 또는 절연성 테이프일 수 있다.

상술한 자심모듈(101)은 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 외장케이스(160)에 수용되는데, 상기 외장케이스(160)는 수용되는 자심모듈(101)을 보호하는 기능 이외에 외부 자계가 상기 자심모듈(101)에 영향을 미치는 것을 방지하는 외부자기장 차폐의 기능을 수행할 수 있다.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 외장케이스(160)는 자기장 차폐성분을 구비할 수 있다. 구체적으로 도 4 에 도시된 것과 같이 자기장 차폐성분(160b₁₂)은 몸체(160b₁) 내부에 분산되어 구비될 수 있다.

상기 몸체(160b₁)는 통상적인 외장케이스의 재질일 수 있고, 경량성, 성형성, 가격 측면에서 몸체를 형성하는 몸체성분(160b₁₁)(도 4 참조)은 고분자화합물을 포함할 수 있다. 상기 몸체(160b₁)는 구체적으로 천연고분자 화합물 및 합성고분자 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 조성물이 일정한 형상을 가지도록 성형틀에 주입된 후 고화되어 형성된 것일 수 있다. 외장케이스가 형상을 가지도록 하는 성형방법은 공지된 압축성형, 사출성형, 압출성형, 공기취입성형, 롤성형 및 열용융성형 등을 이용할 수 있으며, 본 발명은 이를 특별히 한정하지 않는다. 또한, 성형틀에 주입된 후 고화시키는 방법은 선택되는 고분자화합물의 종류 및 성형방법에 따라 달라질 수 있다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 상기 고화는 용제휘산에 의한 건조 및/또는 경화에 의한 고화, 열/광선/수분 등을 통한 화학반응에 의한 경화를 통한 고화 및 열용융 후 냉각에 의한 고화일 수 있다.

상기 몸체성분(160b₁₁)의 일예로, 천연고분자 화합물은 아교, 젤라틴 등의 단백질계 고분자화합물, 전분, 셀룰로오스 및 그 유도체 및 복합 다당류 등의 탄수화물계 고분자 화합물 및 라텍스 등의 천연고무계 화합물 중 1 종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 상기 합성고분자 화합물은 열가소성 고분자 화합물, 열경화성 고분자 화합물 및 고무계 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 열가소성 고분자 화합물은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리아크릴로나이트릴 수지, 아크릴로나이트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 스트렌-아크릴로나이트릴(SAN), 아크릴계 수지, 메타크릴계 수지, 폴리아미드, 열가소성 폴리에스테르(예컨대, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 등), 폴리카보네이트, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리아미드이미드, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐포르말, 폴리히드록시폴리에테르, 폴리에테르, 폴리프탈아마이드(polypthalamide), 불소계 수지(Ex. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)), 페녹시 수지, 폴리우레탄계 수지, 나이트릴부타디엔 수지 등을 1 종 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 열경화성 고분자 화합물은 페놀계수지(PE), 유레아계 수지(UF), 멜라민계 수지(MF), 불포화 폴리에스테르계 수지(UP) 및 에폭시 수지 등을 1종 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 고무계 화합물은 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리부타디엔 고무(BR), 아크릴로나이트릴-부타디엔 고무(NBR), 폴리이소부틸렌(PIB) 고무, 아크릴고무, 불소고무, 실리콘 고무 및 클로로프렌 등을 1종 이상 포함할 수 있다.

한편, 경화반응을 통하여 고화되는 경우 상술한 고분자화합물을 경화시킬 수 있는 경화성 성분을 더 포함할 수 있고, 경우에 따라서 용매, 경화촉진제를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 경화성 성분은 공지의 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수가 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 아민 화합물, 페놀 수지, 산무수물, 이미다졸 화합물, 폴리아민 화합물, 히드라지드 화합물, 디시안디아미드 화합물 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 방향족 아민 화합물 경화성 성분으로는 m-자일렌디아민, m-페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐셜폰, 디아미노디에틸디페닐메탄, 디아미노디페닐에테르, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 2,2‘-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판, 비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]설폰, 4,4’-비스(4-아미노페녹시)비페닐, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠 등이 있으며 이들을 단독 또는 병용하여 사용할 수 있다. 또한, 페놀 수지 경화성 성분으로는 페놀노볼락수지, 크레졸노볼락수지, 비스페놀A 노볼락수지, 페놀아랄킬수지, 폴리-p-비닐페놀 t-부틸페놀노볼락수지, 나프톨노볼락수지 등이 있으며, 이들을 단독 또는 병용하여 사용할 수 있다. 경화성 성분의 함량은 상술한 고분자 화합물 100 중량부에 대하여 20~60 중량부인 것이 바람직한데, 만일 경화성 성분의 함량이 10 중량부 미만일 경우에는 경화반응이 미약하여 목적하는 수준의 굴곡특성, 인장특성을 발현하지 못할 수 있고, 60 중량부를 초과하면, 고분자 화합물과의 반응성이 높아지게 되어 취급성, 장기보관성 등의 물성 특성을 저하시킬 수 있다.

또한, 상기 경화 촉진제는 선택되는 고분자화합물 및 경화성 성분의 구체적인 종류에 의해 결정될 수 있음에 따라 본 발명에서는 이에 대해 특별히 한정하지 않으며, 이에 대한 비제한적 예로 아민계, 이미다졸계, 인계, 붕소계, 인-붕소계 등의 경화촉진제가 있고, 이들을 단독 또는 병용해서 사용할 수 있다. 경화 촉진제의 함량은 고분자화합물 100 중량부 당 약 0.1~10 중량부, 바람직하게는 0.5~5 중량부가 바람직하다.

또한, 상기 용매는 통상적인 용매의 경우 제한없이 사용될 수 있으며, 이에 대한 비제한적 예로써, 아세톤, 메틸에틸케톤 (MEK), 메틸이소부틸케톤 (MIBK), 시클로헥사논 등의 케톤류, 메틸셀로솔브, 에틸렌글리콜디부틸에테르, 아세트산부틸셀로솔브 등의 에테르류일 수 있다. 상기 용제의 사용량은 특별히 한정하는 것은 아니나 상술한 고분자화합물 100 중량부에 대해 10 ∼ 500 중량부가 바람직하다.

또한, 필요에 따라 pH 조정제, 이온포착제, 점도조정제, 요변성(搖變性) 부여제, 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 자외선흡수제, 착색제, 탈수제, 난연제, 대전방지제, 방미제(防黴劑), 방부제, 등의 각종 첨가제의 1 종류 또는 2 종류 이상이 첨가될 수도 있다. 상기 첨가제의 구체적 종류들은 공지된 것을 사용할 수 있음에 따라 이들에 대해 구체적으로 설명하지 않는다.

또한, 상기 몸체(160b₁)는 두께가 1㎜ ~ 20㎝일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

상술한 몸체(160b₁)의 내부에 분산된 자기장 차폐성분(160b₁₂)이 구비되는 경우 상기 몸체(160b₁)는 상술한 몸체성분(160b₁₁)을 포함하는 조성물에 차폐성분(160b₁₂)을 혼합 한 상태로 성형된 것일 수 있다.

이때, 상기 자기장 차폐성분(160b₁₂)은 외부 자계를 반사시키거나 외장케이스를 타고 흘러갈 수 있도록 하거나 외장케이스에 투과되는 자기장을 열이나 다른 에너지로 변환시켜 흡수할 수 있는 공지된 성분의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 상기 자기장 차폐성분은 스칸듐, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 테크네튬, 루테늄, 팔라듐, 로듐, 구리, 아연, 은, 금, 백금, 붕소, 탄소, 질소, 알루미늄, 규소, 인 및 황으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 비금속, 금속, 합금 및 산화물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 자기장 차폐성분(160b₁₂)이 비금속인 경우 일예로, 탄소를 포함하는 비금속 재료일 수 있으며, 구체적으로 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 그라핀, 그라핀 옥사이드, 그라핀 나노 플레이트, 그라파이트, 카본블랙 및 탄소-금속 복합체일 수 있고, 바람직하게는 몸체(160b₁)내 자기장 차폐성분(160b₁₂)의 함량을 현저히 증가시키기 위하여 탄소-금속 복합체일 수 있다. 탄소, 일예로 그라파이트 표면에 금속, 일예로 나노금속 입자를 결합시킨 탄소-금소복합체를 사용할 경우 상기 나노금속입자는 매트릭스내 분산된 그라파이트들을 결합시키는 접점으로 역할할 수 있고, 이를 통해 몸체(160b₁)내 분산된 탄소-금속 복합체가 서로 연결된 구조를 가질 수 있음에 따라서 단순히 그라파이트 등의 성분이 분산된 경우에 대비 시 열전도성, 자기장 차폐 기능이 현저히 향상될 수 있다. 또한, 상기 나노금속입자는 몸체내(160b₁) 탄소-금속복합체의 함량을 더욱 증가시킬 수 있도록 처리될 수 있는 물질, 일예로 도파민 처리시 도파민이 코팅되는 코팅지점으로써의 역할을 수행할 수 있고 이를 통해 단순히 그라파이트에 도파민이 처리된 경우에 대비해 현저히 많은 함량으로 몸체(160b₁)내에 그라파이트를 구비시킬 수 있는 이점이 있다. 상기 나노금속입자는 Ni, Si, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Sn, In, Pt, Au, 및 Mg으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속일 수 있으며, 공지된 방법을 통해 그라파이트 표면에 나노금속입자 또는 나노금속코팅층을 형성할 수 있다.

또한, 상기 자기장 차폐성분(160b₁₂)이 합금인 경우 일예로, Fe, Ni, Co 등의 천이금속에 비정질형성능이 있는 Si, B, C, P 등의 원소를 부가한 합금일 수 있으며, 구체적으로 Fe-Si-B계, Fe-Si-B-Cr계, Co-Si-B계, Co-Zr계, Co-Nb계, Co-Ta계 등일 수 있다.

또한, 상기 자기장 차폐성분(160b₁₂)이 산화물일 경우 일예로, 페라이트 일 수 있으며, 구체적으로 Mn-Zn계 페라이트, Ni-Zn계 페라이트, Ni-Co계 페라이트, Mg-Zn계 페라이트, Cu-Zn계 페라이트, 및 코발트 치환 Y형 또는 Z형 육방정계 페라이트 등 일 수 있으며, Ni-Cu-Zn계 페라이트, Ni-Cu-Co-Zn계 페라이트와 같이 산화철과 니켈, 아연, 구리, 마그네슘 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 세 개 금속의 산화물을 포함하는 페라이트도 사용이 가능하다.

상기 자기장 차폐성분(160b₁₂)은 몸체(160b₁) 100 중량%에 대하여 5 ~ 99중량%로 포함될 수 있고, 포함되는 자기장 차폐성분(160b₁₂) 및 몸체성분(160b₁₁)의 구체적인 종류에 따라 상기 함량은 달리 설계될 수 있다.

또한, 상기 자기장 차폐성분(160b₁₂)의 형상은 입상, 섬유상, 박띠 등일 수 있다. 상기 입상의 경우 구체적인 단면의 형상이 원, 타원, 사각형 등의 다각형인 정형적인 형상을 가지거나 곡선과 직선이 혼재된 단면형상의 비정형 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 입상의 종횡비가 10미만이고, 평균입경은 0.01㎛ ~ 10㎜일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 섬유상의 차폐성분(160b₁₂)은 종횡비가 10이상일 수 있고, 직경은 0.01㎛ ~ 10㎝일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 박띠의 경우 두께가 0.01㎛ ~ 10㎝일 수 있고, 폭은 0.01㎛ ~ 10㎝일 수 있다. 다만 상기 자기장 차폐성분(160b₁₂)의 형상, 크기는 외장케이스의 구체적 형상, 단면 두께, 목적하는 자기장 차폐성능의 정도에 따라 달라질 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 외장케이스는 도 5a 및 도 5b와 같이 외장케이스(260,360) 몸체(260b_1, 360b₁) 적어도 일면에 자기장 차폐코팅층(260b₃, 360b₃)을 구비함을 통해 외부자기장을 차폐할 수 있다. 일예로, 도 5a와 같이 자기장 차폐성분(260b₃₂)은 외장케이스 몸체(260b₁)의 외부면에 구비되는 자기장 차폐코팅층(260b₃)내에 분산되어 구비될 수 있다. 이때, 상기 자기장 차폐코팅층(260b₃)의 외부면에는 보호코팅층(260b₂)을 더 구비할 수 있다. 또는, 도 5b와 같이 자기장 차폐성분을 포함하는 자기장 차폐코팅층(360b₃)이 외장케이스 몸체(360b₁)의 내부면에 구비될 수 있으며, 이를 통해 별도의 보호코팅층을 외장케이스(360b)의 외부면에 더 구비시키지 않을 수 있다.

또는, 도 5c와 같이 외장케이스 몸체(460b₁) 내부에 자기장 차폐성분이 분산되어 구비되고, 상기 몸체(460b₁)의 양면에는 상기 몸체(460b₁)내부에 분산된 자기장 차폐성분과 동종 또는 이종의 자기장 차폐성분을 포함하는 자기장 차폐코팅층(460b₃,460b₃')이 배치되어 더 높은 자성물성을 발현하는 외장케이스를 구현할 수도 있다.

상기 자기장 차폐코팅층(260b₃,360b₃,460b₃,460b₃')은 자기장 차폐성분을 포함하는 코팅조성물을 통해 형성될 수 있다. 상기 코팅조성물은 상술한 자기장 차폐성분 이외에 코팅층형성성분(260b₃₁)을 포함하고, 이외에 용매, 경화제, 경화촉진제 등을 더 포함할 수 있다.

상기 코팅층형성성분(260b₃₁)은 통상적으로 코팅층을 형성시킬 때 사용되는 고분자화합물일 수 있으며, 일예로, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 유리아 수지, 멜라민 수지, 나일론 수지, 아미드 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리부틸렌 수지, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리올레핀 수지, 테프론, 폴리페닐린설파이드, 에틸렌프로필렌디메틸, 에틸렌-프로필렌 고무 및 니트릴-부타디엔 고무로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상일 수 있다.

또한, 코팅층형성성분(260b₃₁)의 구체적인 종류에 따라 경화제, 경화촉진제 및 용매를 더 포함할 수 있는데, 이에 대한 설명은 상술한 몸체성분을 포함하는 조성물의 내용과 동일하여 이에 대한 설명은 생략한다.

또한, 상기 자기장 차폐성분은 자기장 차폐코팅층 100 중량%에 대하여 5 ~ 99중량%로 포함될 수 있으나, 자기장 차폐성분의 종류, 목적하는 자기장차폐성능의 정도, 코팅층형성성분의 구체적 종류 등에 따라 변경될 수 있다.

상기 코팅조성물은 성형된 몸체(260b₁,360b_1,460b₁)상에 통상의 공지된 방법을 통해 도포된 후 고화되어 자기장 차폐코팅층(260b₃,360b₃,460b₃,460b₃')이 형성될 수 있다. 상기 코팅조성물의 도포의 방법에 대한 비제한적인 예로써, 스프레이, 딥 코팅, 실크 스크린, 롤 코팅, 침적 코팅 또는 스핀 코팅 등의 방법을 사용할 수 있다. 또한, 상기 코팅조성물의 고화방법은 구체적인 코팅층형성성분의 종류에 따라 상술한 몸체성분을 포함하는 조성물에서 고화의 방법 중 어느 하나를 선택할 수 있다.

형성된 자기장 차폐코팅층(260b₃,360b₃,460b₃,460b₃')의 두께는 1㎛ ~ 10㎝일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 목적하는 자기장 차폐성능의 수준, 외장케이스의 전체두께를 고려하여 변경될 수 있다.

또한, 상기 외장케이스(160,260,460)의 최외곽 외부면에는 보호코팅층이 더 구비될 수 있다. 상기 보호코팅층은 도 4, 도 5a 및 도 5c와 같이 자기장 차폐성분이 구비되는 몸체 또는 코팅층을 보호하여 자기장 차폐성분의 탈리를 방지하는 동시에 절연기능을 부가적으로 수행할 수 있다. 상기 보호코팅층은 일예로 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 유리아 수지, 멜라민 수지, 나일론 수지, 아미드 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리부틸렌 수지, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리올레핀 수지, 테프론, 폴리페닐린설파이드, 에틸렌프로필렌디메틸, 에틸렌-프로필렌 고무 및 니트릴-부타디엔 고무로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상으로 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 보호코팅층은 두께가 1㎛ ~ 10㎝일 수 있으나 외장케이스의 전체 두께를 고려하여 변경될 수 있다.

상술한 외장케이스(160)는 도 1 및 도 2와 같이 내부에 중공부(163, 163')를 갖고, 외주면을 따라 분리된 한쌍(160a, 160b)으로 구비될 수 있다. 이때, 자심모듈(101)이 중공부에 안착할 수 있도록 분리된 일외장케이스(160b)에는 자심모듈(101)의 관통구에 대응하는 제3돌출부(161')를 구비할 수 있고, 분리된 타외장케이스(160a)에는 상기 제3돌출부(161')에 대응하도록 제3개구부(미도시)가 천공될 수 있으며, 천공된 제3개구부(미도시)의 외주를 따라 상기 제3돌출부(161')를 향하여 연장 형성된 제4돌출부(161)를 구비할 수 있다. 이때, 상기 제3돌출부(161') 및 제4돌출부(161)의 돌출된 길이 합은 자심모듈(101)의 높이와 실질적으로 동일하거나 외장케이스(160)와 자심모듈(101) 간에 이격공간을 만들 수 있도록 자심모듈(101)의 높이보다 돌출부(161,161')의 길이 합이 크도록 형성될 수 있다. 이때, 한쌍의 외장케이스(160a,160b)의 측벽(162,162')의 내측에서 제3돌출부(161') 및 제4돌출부(161) 각각의 외측까지의 거리는 자심모듈(101)이 수용되었을 때 자심모듈(101)의 외부면과 외장케이스(160)의 내부면 간에 이격될 수 있도록 자심모듈의 외경/내경 차이의 1/2보다 크도록 형성될 수 있다.

또한, 도 1 및 도 2에서는 상기 분리된 한쌍의 외장케이스(160a,160b)는 균일한 높이의 측벽(162,162')을 가지는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 상기 한쌍의 외장케이스(160a,160b)가 상기 자심모듈(101)을 완전히 둘러쌀 수 있는 경우라면 서로 상이한 측벽(162,162')높이를 가지도록 외장케이스(160)의 외주면 임의의 위치에서 분리되어도 무방하다.

또한, 상기 외장케이스(160)는 분리된 일외장케이스(160a)의 측벽(162)의 외측에 결합고리(164)가 구비되고, 상기 분리된 타외장케이스(160b)의 상기 측벽(162')에서 상기 결합고리(164)의 대응하는 위치에 결합홈(165)이 구비될 수 있고 이를 통해 분리된 한쌍의 외장케이스(160a,160b)가 결합될 수 있다.

한편, 외장케이스(160) 내부에 수용된 자심모듈(101)과 외장케이스 간에 이격공간이 있는 경우 외부자계에 의한 자심모듈에의 영향을 감소시킬 수 있는데, 이때, 상기 이격공간(170,270,370,470)은 몰딩재로 충진될 수 있다. 상기 몰딩재는 자심모듈(101)을 외장케이스(160)와 일정간격으로 계속 이격고정시킬 수 있고, 외부 물리적 충격, 화학적 자극으로부터 자심모듈(101)을 보호할 수 있다. 상기 몰딩재는 통상의 고분자화합물을 포함할 수 있고, 일예로 에폭시일 수 있다.

또한, 보다 향상된 외부 자기자 차폐성능을 발현하기 위하여 도 6과 같이 이격공간(570)에 충진된 몰딩재(570a) 내부에 자기장 차폐성분(570b)을 더 구비할 수도 있다.

상술한 바와 같은 자기차폐형 변류기(100)는 전력계 내에 구비되어 전원의 전류를 검출함으로써 전력량을 산출하는데 이용될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 전력계(10)는 상기 전력산출부(11), 상기 전력표시부(12), 및 자기차폐형 변류기(100)를 포함한다.

상기 전력산출부(11)는 상기 자기차폐형 변류기(100)를 통하여 검출된 전류량에 따라 소비되는 전력량을 산출할 수 있다. 이때, 상기 전력산출부(11)는 상기 자기차폐형 변류기(100)의 상기 코일(130)의 턴수에 따라 검출된 전류량을 실제 전류량으로 변환하여 전력량을 산출할 수 있다.

상기 전력표시부(11)는 상기 전력산출부(12)에 의해 산출된 전력량을 표시할 수 있다. 이러한 상기 전력표시부(12)는 LCD, 또는 LED로 이루어진 디스플레이 장치일 수 있다.

이와 같이 구성된 상기 전력계(10)는 상기 자기차폐형 변류기(100)가 외부 자를 차폐시킴으로써, 외부 자계의 영향을 받지 않고 오차 없이 전력량을 측정할 수 있고, 따라서 도전을 방지할 수 있다.

또한, 상기 전력계(10)는 상기 자기차폐형 변류기(100)를 외부 케이스와 근접하게 배치하는 경우에도, 외부 자계의 영향을 받지 않기 때문에, 불필요한 공간을 생략함으로써, 컴팩트하게 배치될 수 있고, 따라서 전체 크기를 감소시켜 소형화될 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10: 전력계 11: 전력산출부
12: 전력표시부 100: 자기차폐형 변류기
101: 자심모듈 110: 자심
120: 보빈 120a: 보빈케이스
120b: 보빈덮개 121: 공간
122: 제1돌출부 123: 제1단차부
124: 제2단차부 125: 제2돌출부
126: 제2개구부 130: 코일
140,240,340,440,540: 절연재 160: 외장케이스
160b₁,260b₁,360b₁,460b₁: 몸체 160b₁₁: 몸체성분
160b₁₂,260b₃₂,570b: 자기장 차폐성분
160b₂,260b₂,460b₂: 보호코팅층
260b₃,360b₃,460b₃,460b₃': 자기장 차폐코팅층
161 : 제4돌출부 161':제3돌출부
162 : 측벽 163 : 공간
164 : 결합고리 165 : 결합홈
170,270,370,470,570 : 몰딩재

Claims (22)

1. 자심(magnetic core) 및 상기 자심의 외부면 상에 권선되는 코일을 포함하는 자심모듈;
   외부 자기장을 차폐하고, 자심모듈을 보호하기 위하여 상기 자심모듈의 외부를 이격되도록 둘러싸며, 고분자화합물로 성형된 몸체 및 자기장 차폐성분을 포함하는 외장케이스; 및
   상기 외장케이스와 자심모듈 간의 이격된 사이 공간에 자기장 차폐성분이 분산된 몰딩재;를 포함하는 자기차폐형 변류기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 코일은 그 외면에 절연성 코팅재 또는 절연성 테이프를 구비하는 자기차폐형 변류기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 외장케이스에 포함되는 자기장 차폐성분은 상기 몸체 내부에 분산되거나, 또는
   몸체의 적어도 일면에 더 구비된 자기장 차폐 코팅층 내 구비되거나 또는, 몸체 내부 및 몸체 적어도 일면에 더 구비된 자기장 차폐 코팅층 내 구비되는 자기차폐형 변류기.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 외장케이스의 최외곽에 보호코팅층을 더 포함하는 자기차폐형 변류기.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제

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