KR102253611B1 - 강제구동 기능을 갖는 차량용 냉각팬 제어장치 - Google Patents

강제구동 기능을 갖는 차량용 냉각팬 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 냉각팬을 구동하는 제어장치에 고장이 발생하더라도 냉각팬을 강제적으로 구동시켜 엔진을 정상적으로 냉각시킬 수 있도로 하는 강제구동 기능을 갖는 차량용 냉각팬 제어장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명에 따른 강제구동 기능을 갖는 차량용 냉각팬 제어장치는, 외부로부터 냉각팬 구동전압이 인가되면 냉각팬 동작을 위한 동작신호를 출력하는 제어부; 상기 제어부로부터 동작전압이 수신되면 상기 모터의 (-)단자를 내부의 접지(GND)단자에 연결하도록 스위칭하는 제1스위칭소자; 상기 제어부로 인가되는 구동전압 또는 상기 제어부에서 출력되는 동작전압과 상기 모터의 (-)단자의 전압을 입력받고 상기 입력된 두 전압 간의 전압차와 기설정된 기준값을 비교하여 그 비교결과에 따라 턴온(turn-on)신호를 출력하는 비교부; 및 상기 비교부로부터 턴온신호가 수신되면 턴온되어 상기 모터의 (-)단자를 접지(GND)단자에 연결하도록 스위칭하는 제2스위칭소자를 포함한다.

Description

강제구동 기능을 갖는 차량용 냉각팬 제어장치{Apparatus for controlling vehicle cooling fan having compulsive driving function}
본 발명은 차량용 냉각팬 제어장치에 관한 것으로서, 특히 냉각팬을 구동하는 제어장치에 고장이 발생하더라도 냉각팬을 강제적으로 구동시켜 엔진을 정상적으로 냉각시킬 수 있도록 하는 강제구동 기능을 갖는 차량용 냉각팬 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 엔진 냉각에는 외부 공기로 엔진을 직접 냉각하는 공랭식과 냉각수를 엔진의 내부로 순환시켜 냉각하는 수냉식이 있다. 공랭식의 경우 엔진 주변에 냉각팬을 설치하여 모터를 이용하여 냉각팬을 구동시켜 엔진을 냉각하도록 한다.
이와 같이 차량의 엔진을 냉각시키는 것은 매우 중요하므로 종래에 이를 위한 기술들이 많이 제시되어 있다. 예컨대, 한국등록특허 제0941681호에는 모터의 회전자 위치에 따라 모터에 전원을 공급하여 냉각팬을 구동하는 기술이 개시되어 있고 한국공개특허 제1999-0019605호에는 엔진온도가 기준온도보다 높을 경우 냉각팬스위치를 온시켜 냉각팬을 강제구동시키는 기술이 개시된다.
하지만, 이러한 선행문헌의 경우 외부환경의 조건에 따라 냉각팬을 구동시키므로 냉각팬 구동장치에 고장이 발생하게 되면 냉각팬 자체를 구동시킬 수 없는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위하여 한국공개특허 제1999-0039939호에는 라디에이터 팬 고장시 라디에이터 팬 대용으로서 콘덴서 팬을 사용하도록 하기 위하여 콘덴서 팬 모터와 에어컨 스위치를 병렬 연결하여 라디에이터 팬의 고장으로 인한 엔진이 과열됨을 방지하는 기술이 개시되어 있다.
하지만, 이러한 종래기술에서는 라이에이터 팬 고장시 콘덴서 팬을 대체하여 구동하는 것이므로 콘덴서 팬을 별도로 구비해야 하고, 특히 콘덴서 팬의 제어장치에 고장이 발생하게 되면 냉각이 불가능하다는 문제점이 있다.
한국등록특허 제0941681호 한국공개특허 제1999-0019605호 한국공개특허 제1999-0039939호
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 차량의 냉각팬을 구동하는 장치에 고장이 발생한 경우에도 냉각팬을 강제적으로 구동시킬 수 있도록 하는 강제구동 기능을 갖는 차량용 냉각팬 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 강제구동 기능을 갖는 차량용 냉각팬 제어장치는,
외부로부터 냉각팬 구동전압이 인가되면 냉각팬 동작을 위한 동작신호를 출력하는 제어부; 상기 제어부로부터 동작전압이 수신되면 상기 모터의 (-)단자를 내부의 접지(GND)단자에 연결하도록 스위칭하는 제1스위칭소자; 상기 제어부로 인가되는 구동전압 또는 상기 제어부에서 출력되는 동작전압과 상기 모터의 (-)단자의 전압을 입력받고 상기 입력된 두 전압 간의 전압차와 기설정된 기준값을 비교하여 그 비교결과에 따라 턴온(turn-on)신호를 출력하는 비교부; 및 상기 비교부로부터 턴온신호가 수신되면 턴온되어 상기 모터의 (-)단자를 접지(GND)단자에 연결하도록 스위칭하는 제2스위칭소자를 포함한다.
본 발명에서, 정상상태에서 상기 구동전압 또는 동작전압과 상기 모터의 (-)단자에서의 전압 간의 전압차가 상기 기준값 이상이면 상기 비교부는 상기 턴온신호를 출력하지 않는다.
본 발명에서, 고장발생으로 상기 구동전압 또는 동작전압과 상기 모터의 (-)단자에서의 전압 간의 전압차가 상기 기준값 이하이면 상기 비교부는 상기 턴온신호를 상기 제2스위칭소자로 출력한다.
본 발명에 따르면 차량용 냉각팬 제어장치의 내부 부품의 파손이나 고장발생시에도 냉각팬을 강제적으로 구동하도록 함으로써 차량 엔진을 정상적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 강제구동 기능을 갖는 차량용 냉각팬 제어장치의 구성도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 강제구동 기능을 갖는 차량용 냉각팬 제어장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 강제구동 기능을 갖는 차량용 냉각팬 제어장치(100)는 제어부(101), 제1스위칭소자(102), 비교부(103) 및 제2스위칭소자(104)를 포함하여 구성된다.
이러한 냉각팬 제어장치(100)는 외부로부터 냉각팬 구동신호가 입력되면 모터(10)를 구동시켜 냉각팬(20)이 동작되도록 한다. 모터(10)의 (+)단자는 배터리의 (+)단자와 연결되어 배터리로부터 전원을 공급받아 동작한다. 모터(10)의 (-)단자는 제1스위칭소자(102)와 연결된다.
제어부(101)는 외부에서 냉각팬의 구동을 위한 구동전압(V1)이 입력되면 제1스위칭소자(102)를 동작하기 위한 동작전압(V2)을 출력한다. 이러한 구동전압(V1)은 일례로 냉각팬(20)을 구동하기 위해 차량의 운전자에 의해 수동으로 입력될 수도 있고, 다른 예로 엔진의 온도를 온도센서로 측정하고 그 측정된 엔진 온도가 기설정된 기준치를 넘어서면 자동으로 냉각팬을 구동하기 위해 입력될 수도 있다. 이와 같이 제어부(101)는 냉각팬 구동전압(V1)이 입력되면 제1스위칭소자(102)를 동작하기 위한 동작전압(V2)을 제1스위칭소자(102)로 출력한다.
제1스위칭소자(102)는 제어부(101)와 모터(10)의 (-)단자 사이에서 연결되며 제어부(101)로부터 출력된 동작전압(V2)이 입력되면 모터(10)의 (-)단자를 내부의 접지(GND)단자(미도시)에 연결되도록 스위칭한다. 이러한 접지(GND)단자는 접지와 연결된다. 따라서, 정상상태에서는 제1스위칭소자(102)는 제어부(101)로부터 동작전압(V2)을 수신하면 내부의 접지(GND)단자와 모터(10)의 (-)단자를 연결하도록 스위칭하는 것이다. 이로써, 정상상태인 경우에는 모터(10)의 (+)단자는 배터리의 (+)단자와 연결되고 (-)단자는 접지(GND)단자와 연결되어 모터(10)가 구동됨으로써 냉각팬(20)이 동작하게 된다. 이와 같이 제1스위칭소자(102)는 제어부(101)의 동작전압(V2)에 의해 스위칭동작이 구현되며, 본 실시 예에서는 반도체 스위치로서 일례로 FET(field effect transistor) 등으로 구현할 수 있다.
비교부(103)는 상기 제어부(101)로부터 제1스위칭소자(102)로 출력되는 동작전압(V2)과 모터(10)의 (-)단자에서의 전압을 입력받아, 두 전압 간의 전압차와 기설정된 기준값을 비교하여 그 비교결과에 따라 턴온(turn-on)신호를 제2스위칭소자(104)로 출력한다. 구체적으로, 비교부(103)의 일단에는 동작전압(V2)이 입력되고 타단에는 모터(10)의 (-)단자의 전압이 입력된다. 이때, 도 1에는 일례로 비교부(103)의 일단이 제1스위칭소자(102)의 입력단에 동작전압(V2)이 입력되는 것으로 도시하고 있으나, 다른 예에서는 비교부(103)의 일단이 제어부(101)의 입력단에 연결되어 구동전압(V1)이 입력되도록 설정할 수도 있는 것이다. 후자의 경우 비교부(103)는 구동전압(V1)과 모터(10)의 (-)단자와의 전압차와 기설정된 기준값을 비교하도록 한다.
이때, 이러한 비교부(103)는 일단으로 입력되는 동작전압(V2)과 타단으로 입력되는 모터(10)의 (-)단자에서의 전압의 전압차가 기설정된 기준값보다 큰지를 확인한 후, 그 결과에 따라 제2스위칭소자(104)로 턴온(turn-on)신호를 출력할지가 결정된다. 구체적으로, 두 전압의 전압차가 기준값 이상이면 턴온신호를 출력하지 않고, 반대로 기준값 이하이면 턴온신호를 제2스위칭소자(104)로 출력하도록 한다.
여기서, 정상상태에서는 상술한 바와 같이 제1스위칭소자(102)의 스위칭동작에 의해 모터(10)의 (-)단자가 접지(GND)단자에 연결되므로 타단으로 입력되는 모터(10)의 (-)단자의 전압값은 0V가 된다. 따라서, 비교부(103)의 일단으로 입력되는 구동전압(V1) 또는 동작전압(V2)와 모터(10)의 (-)단자와의 전압차가 기설정된 기준값보다 크게 되어 턴온신호를 출력하지 않는다. 반대로, 예컨대 제어부(101)에 고장이 발생하여 구동전압(V1)은 제어부(101)로 입력되는데 동작전압(V1)이 제대로 출력되지 않거나 제1스위칭소자(102)에 고장이 발생하여 동작전압(V1)은 제1스위칭소자(102)로 입력되는데 모터(10)의 (-)단자가 접지(GND)단자에 제대로 연결되지 않아 모터(10)의 (-)단자의 전압이 0V가 아닌 경우에는 비교부(103)의 두 입력단으로 입력되는 두 전압 간의 전압차가 기설정된 기준값보다 작게 되어 턴온신호를 제2스위칭소자(104)로 출력하게 된다. 이는 제어부(101)나 제1스위칭소자(102)에 고장이 발생하여 제1스위칭소자(102)에 의해 모터(10)의 (-)단자가 접지(GND)단자에 연결되지 못하여 모터(10)가 정지하는 것을 방지하기 위해 제2스위칭소자(104)를 턴온시켜 모터(10)의 (-)단자를 접지(GND)단자와 연결되도록 하기 위한 것이다. 이를 위해 제2스위칭소자(104)는 모터(10)의 (-)단자와 접지(GND)단자 사이에 연결되어 비교부(103)로부터 출력되는 턴온신호에 의해 턴온되어 모터(10)의 (-)단자를 접지단자와 연결하기 위해 스위칭된다. 본 실시 예에서 제2스위칭소자(104)는 턴온/턴온프 가능한 반도체 스위칭 소자로서 예컨대 싸이리스터(thyristor)로 구현될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 강제구동 기능을 갖는 차량의 냉각팬 제어장치(100)의 동작과정을 정상상태와 고장발생시를 구분하여 설명하면 다음과 같다.
일례로 냉각팬 제어장치(100)가 정상적으로 동작하는 경우 제어부(101)는 외부로부터 냉각팬 구동전압(V1)이 입력되면 냉각팬을 동작시키기 위해 제1스위칭소자(102)로 동작전압(V2)를 출력한다. 제1스위칭소자(102)는 이러한 동작전압(V2)에 의해 스위칭동작이 구현되며, 제1스위칭소자(102)의 스위칭동작에 따라 모터(10)의 (-)단자는 접지단자와 연결된다. 이때, 모터(10)의 (+)단자는 전원공급원인 배터리(미도시)의 (+)단자와 연결되어 있으므로 배터리로부터 공급된 전원에 의해 모터(10)가 동작함으로써 냉각팬(20)이 동작하게 된다.
이때, 비교부(103)는 제어부(101)의 입력단 전압인 구동전압(V1) 또는 출력단 전압인 동작전압(V2)을 일단으로 입력받고 모터(10)의 (-)단자에서의 전압을 타단으로 입력받아 두 입력전압의 전압차를 기설정된 기준값과 비교한다. 이때, 상기와 같이 정상상태인 경우에는 제1스위칭소자(102)의 스위칭동작에 의해 모터(10)의 (-)단자는 접지단자와 연결되므로 비교부(103)로 입력된 두 입력전압의 전압차는 기준값보다 크게 되어 비교부(103)는 턴온신호를 출력하지 않는다. 즉, 이는 이미 제1스위칭소자(102)의 스위칭동작에 의해 모터(10)의 (-)단자가 접지와 연결되어 있기 때문에 턴온신호를 출력할 필요가 없기 때문이다. 비교부(103)로부터 턴온신호가 출력되지 않으므로 제2스위칭소자(104)는 턴오프(turn-off)상태를 유지한다.
반대로, 냉각팬 제어장치(100)가 정상적으로 동작하지 않는 경우, 예컨대 제어부(101)나 제1스위칭소자(102)에 고장이 발생한 경우를 살펴보면, 제어부(101)에 고장이 발생하면 동작전압(V2)이 제대로 출력되지 않거나, 제1스위칭소자(102)에 고장이 발생하면 스위칭동작이 제대로 구현되지 않는다. 이때, 비교부(103)는 구동전압(V1) 또는 동작전압(V2)과 모터(10)의 (-)단자에서의 전압을 입력받는다. 상기와 같이 고장발생 상태에서는 제1스위칭소자(102)의 스위칭동작에 의해 모터(10)의 (-)단자는 접지단자와 연결되지 않으므로 비교부(103)로 입력된 두 입력전압의 전압차는 기준값보다 작게 되어 비교부(103)는 턴온신호를 출력한다. 즉, 고장발생으로 제1스위칭소자(102)의 스위칭동작이 일어나지 않아 모터(10)의 (-)단자가 접지와 연결되지 않으므로 비교부(103)는 턴온신호를 출력하여 제2스위칭소자(104)를 턴온시켜야 한다. 구체적으로 제2스위칭소자(104)를 턴온시켜 모터(10)의 (-)단자를 접지와 연결하도록 해야 한다. 이는 제1스위칭소자(102)에서 모터(10)의 (-)단자를 접지와 연결하지 못한 것을 제2스위칭소자(104)에서 모터(10)의 (-)단자를 접지와 강제로 연결시키기 위한 것이다. 이로써, 상기 제어부(101) 또는 제1스위칭소자(102)에 고장이 발행하더라도 모터(10)는 계속 동작되어 냉각팬(20)을 계속 가동할 수 있도록 한다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 모터 20 : 냉각팬
101 : 제어부 102 : 제1 스위칭소자
103 : 비교부 104 : 제2 스위칭소자

Claims (3)

  1. 외부로부터 냉각팬 구동전압이 인가되면 냉각팬 동작을 위한 동작전압을 출력하는 제어부;
    상기 제어부로부터 동작전압이 수신되면 모터의 (-)단자를 내부에 형성된 접지(GND)단자에 연결하도록 스위칭하는 제1스위칭소자;
    상기 제어부로 인가되는 구동전압 또는 상기 제어부에서 출력되는 동작전압과 상기 모터의 (-)단자의 전압을 입력받고 상기 입력된 두 전압 간의 전압차와 기설정된 기준값을 비교하여 그 비교결과에 따라 턴온(turn-on)신호를 출력하는 비교부; 및
    상기 비교부로부터 턴온신호가 수신되면 턴온되어 상기 모터의 (-)단자를 접지(GND)단자에 연결하도록 스위칭하는 제2스위칭소자; 를 포함하는 강제구동 기능을 갖는 차량용 냉각팬 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    정상상태에서 상기 구동전압 또는 동작전압과 상기 모터의 (-)단자에서의 전압 간의 전압차가 상기 기준값 이상이면 상기 비교부는 상기 턴온신호를 출력하지 않는 강제구동 기능을 갖는 차량용 냉각팬 제어장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    고장발생으로 상기 구동전압 또는 동작전압과 상기 모터의 (-)단자에서의 전압 간의 전압차가 상기 기준값 이하이면 상기 비교부는 상기 턴온신호를 상기 제2스위칭소자로 출력하는 강제구동 기능을 갖는 차량용 냉각팬 제어장치.
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